在生物、化学、化工等领域的工业生产及实验室用水中,对水质的纯度要求非常高,这样才能得到更真实的数据,产品质量也易于控制。因此,制备出高纯度的生物医药用水非常重要。高纯水主要在电子工业、医药工业及实验室分析中使用。按GB/T11446.1-2013国家标准规定,电子级水(electronic grade water)属于高纯水,共分为四级,即Ⅰ级(EW-Ⅰ)、Ⅱ级(EW-Ⅱ)、Ⅲ级(EW-Ⅲ)和Ⅳ级(EW-Ⅳ),其电阻率(主要指标之一,25℃,MΩ·cm)分别为≥18、≥15、≥12、≥0.5。本实验拟采用反渗透技术将自来水分离纯化得到高纯水。
反渗透(reverse osmosis,RO)技术是20世纪60年代发展起来的以压力为驱动力的膜分离技术。
它利用半透膜的选择透过性,借助外加压力,使溶液中的溶剂透过半透膜,而溶质不能透过半透膜而被截留,从而实现溶质与溶剂分离,是一种集分离、提取、纯化和浓缩为一体的手段,且节能有效。反渗透装置所用的膜材可截留1~10Å小分子物质,能截留水体中绝大多数的溶质,因此反渗透技术可以广泛应用于糖及氨基酸的浓缩、海水淡化、超纯水制备及废水处理等领域。其工作原理如图6-4所示。无外加压力时,半透膜将纯水与咸水分开,则水分子将从纯水一侧通过膜向咸水一侧透过,结果使咸水一侧的液位上升,直到某一高度,此所谓渗透过程(图6-4a)。当渗透达到动态平衡状态时,半透膜两侧存在一定的水位差或压力差,此为指定温度下溶液的渗透压 N (图6-4b)。当咸水一侧施加的压力 P 大于该溶液的渗透压 N ,可迫使渗透反向,实现反渗透过程(图6-4c)。此时,在高于渗透压的压力作用下,咸水中水的化学位升高,超过纯水的化学位,水分子从咸水一侧反向地通过膜透过到纯水一侧,使咸水得到淡化,这就是反渗透脱盐的基本原理。
图6-4 反渗透原理图
由于反渗透技术具有无相变、组件化、流程简单、操作方便、耗费低等特点,被认为是目前诸多水处理技术中最先进的方法之一,发展十分迅速,已广泛应用于海水及苦咸水淡化、工业污水处理、纯水和超纯水制备领域。
本实验以自来水为原水,依次通过预处理(活性炭、精滤)、反渗透脱盐、混床树脂处理及紫外线杀菌等净化单元,能够通过反渗透净水工艺实现自来水的深度处理。其流程示意图如图6-5所示。
图6-5 纯水制备工艺流程图