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如何维护好你的制水系统

      超纯水精制系统分为纯水装置,水箱,超纯水装置三个部分。其中由于纯水装置处理污染物的量最多,所以更有必要对其进行经常性的维护。如果不进行维护的话,就会给后续的超纯水装置增加很大的负担。甚至有可能会污染整个水纯化系统。为了能够在保持水质稳定性的前提下精制超纯水,制定一个维护计划并定期对水纯化系统进行维护非常重要。

1)离子交换树脂的维护

     使用离子交换柱时,离子交换树脂的官能团和进水中的离子持续进行置换,去除能力不断下降,所以需要对官能团进行定期再生。离子交换树脂的处理能力(交换容量)是指每1ml湿润树脂所能置换的交换基的当量(单位是MEQ/ml。比如交换容量为1meq/ml的离子交换树脂大约可以交换50g CaCo3。中国的自来水的硬度为30-200 mg/f(自来水水质标准为450  mg/l以下)。从而可推出,使用2meq/ml的离子交换树脂5L,以中国的自来水作为进水,从理论上计算可以处理几千升水。      可因为水中含有类似于Ca Co3,的碳酸盐以外的盐和游离碳酸,而且水中的一些酸性有机物会附着在离子交换树脂的官能团的表面,这些都会导致交换容量的降低。

      一般说来,大概可以处理1 000[.左右的进水。离子交换柱上一般都会附有一个导率检测仪,当电导率升高到了1µS/cm,就应该更换新的离子交换柱了。因此在使用时,由于进水水质有很大的不同,要注意根据产水水质的变化更换离子交换柱。

2)蒸馏器的维护

     在蒸馏器里,锅炉和加热器由于进水中的硬水部分(Mg,Ca等)比较容易产生结垢。为了去除结构,有必要定期对锅炉和加热器用酸进行清洗。否则,随着结构的附着加剧,就会使热交换率降低,并使消耗的电能增加,纯化水量降低。而且由于热膨胀率的不同,可能造成加热器的损坏,使维护的成本增大。为了防止这些情况的发生,在蒸馏的前阶段最好使用离子交换器进行处理,当然离子交换器的管理也是非常有必要的。 

     另外,被纯化后的产水被储存在蒸馏器的水箱中,长期的使用后水箱内部有时会因微生物的繁殖形成腐蚀。因此,同样有必要对蒸馏器的水箱进行定期清洗。

3)RO-EDI方式纯水装置的维护

       预过滤中比较常用的纯化柱,一般以填充了活性碳的纯化柱为主,用于去除进水中较大的微粒和氯气。预过滤用纯化柱去除能力较低,维护时只需更换活性碳,具有较好的维护性。反渗透膜因为会有结构和细菌附着在膜的表面,所以有必要进行定期的清洗。其清洗过程非常简单,投入洗涤剂进行程序化操作即可。长期使用反渗透膜会造成劣化,有必要每2-3年进行更换。反渗透膜的去除功能,是通过比较进水和产水的电导率得到的,可由下面的公式计算去除率。

去除率(%) = (进水电导率 – 产水电导率)/ 进水电导率 ╳ 100

      旧式的EDI会因为在电极附近产生结垢而需要更换。因为在EDI的阴极附近,由于水的电解,产生了氢气和含氧离子,电极表层的水变成了碱性。在这种情况下,钙离子容易深层碳酸钙,从而产生结构。针对这个问题,研究出一种抑制碳酸钙结构产生的方法;在阴极附近填充粒状活性碳,抑制含氧离子的产生。这样,EDI就可以长时期不需要更换,大大减少维护成本。

2 防止纯水水箱内水质劣化的方法

      由于作为进水的纯水系统的制水速度较慢,因此在纯水系统与超纯水系统之间必须有水箱作为过渡。然而,在随想存放纯水会因为材质的溶出,空气中无机物质与有机物质的污染,以及微生物的繁殖等因素造成纯水水质的劣化,进而增加超纯水系统的纯化负荷。为了让超纯水装置有稳定的进水水质,如何使水箱劣化程度控制在最小范围非常重要。  

1) 以空气过滤器去除空气中的污染物质

      实验室的空气中含有使纯水水质劣化的二氧化碳与浮游微生物,使用有机溶剂的实验室空气中则含有挥发性有机溶剂。当空气中的二氧化碳溶解于水中,会形成碳酸根离子,使水箱中的纯水的电阻率大幅降低。将造成超纯水系统中阴离子交换树脂的负荷量增加,而缩短其使用寿命。除此之外,水箱中的纯水若混入微生物与有机物质,也会造成微生物增殖和有机物质的在此污染。因此纯水水箱应呈密闭状态,因为水箱必须设置通气口使纯水可以顺利的进出,所以为了防止空气中的污染物质透过同期口进入纯水水箱内,加装空气过滤器(Air-Vent Filter)是不可或缺的。

      通常空气过滤器中的微孔滤膜(0.45µm)用于去除微生物和微粒,二氧化碳的去除则靠碱石灰(Soda lime)来完成。但是这样仍无法有效防止有机物混入水箱,必须使用专门去除VOC的颗粒状活性碳。

     为了解装有活性碳的空气过滤器去除有机物质的效果,我们以高浓度有机溶剂(甲苯蒸气,C:7050 PPM)通过空气过滤器后,来检测水箱中纯水TOC值的变化。结果显示,活性碳空气过滤器去除有机物质能力优越,可以有效防止水箱内纯水受到污染。

接着我们以更为接近实际操作的条件来检测空气过滤器的使用效果。当空气过滤器从纯水水箱上被移开,我们对最终纯化所得的超纯水进行TOC值的变化检测。结果发现,去除空气过滤器时,最终生产的超纯水TOC值有上升的现象。

以上结果可知,水箱的空气过滤器,具有防止各种环境因素造成的水质污染,具有使最终生产的超纯水水质稳定的效果。



方法

效果

化学试剂洗净

以臭氧、次氯酸盐、过氧

化氢、甲醛等进行洗净

采用适当的浓度与处理时间,虽具有杀菌的效

果。但有药液的残留问

题。此外,洗净后有微生物增殖的可能性。

热水杀菌

加热到80~90℃

需要外加加热设备,此

外,洗净后微生物仍有增殖的可能性。

紫外照射

254nm紫外线照射

照射期间,杀菌效果能够

持续


2)以杀菌用UV灯防止微生物繁殖

      水质纯化虽然有不同方法,但仍有少量微生物残存。只要留存于水箱中,就有繁殖的可能性。虽然纯水中几乎不含营养成分(有机物等),但仍有能适应贫瘠营养环境的微生物存在的可能。所以,在水纯化的过程中应该具备杀菌的相关程序。表1为一般去除微生物的方法。 药剂洗净与热水杀菌,对于纯水中微生物的杀菌效果是单次性的,而非持续性的。相对而言,紫外线照射杀菌法,只要在照射期间,对微生物的杀菌作用就能够维持。紫外线的杀菌能力,以紫外线光强(mW/cm2)来表示。当纯水中的微生物受到100mW.s/cm2的照射量处理时,杀菌率就可达99.9%。

     这里,我们在水纯化过程中家装紫外灯,并对其杀菌效果进行检测。首先我们在纯水系统的水流管路中家装紫外灯,采用连续照射方法,对进行杀菌效果进行检测。

    一般来说,水纯化过程中若不使用紫外线照射,纯水系统的细菌数会超过100cfu/ml,而使用紫外线照射的纯水系统,其细菌数可以降至10cfu/ml。也就是说,纯水系统管路中若使用加装紫外灯,对降低细菌数具有非常好的效果。但几天后,就出现了细菌增殖的现象。这是因为,水箱中的细菌的繁殖没有受到抑制细菌数逐渐增加。因此,对纯水系统中的微生物进行控制时,只对纯化程序中的管线进行紫外线照射是不足的,应同时对水箱中的细菌繁殖进行抑制。

因此,如前述系统所言,我们在纯水管路和水箱使用紫外灯照射处理,来检测其对细菌数的影响。紫外灯的照射处理时间为每日10分钟。结果显示,管路纯水的细菌数在紫外灯照射后,虽因重新注入纯水而使细菌数增加,但仍可使细菌繁殖获得极大抑制。自开始检测后的70天,水箱中的细菌数始终保持在极低的状态,达到有效的且持续性的抑制细菌生长的效果。

      由前述结果可知,在纯水管线与水箱中同时使用紫外灯照射,可将纯水中的细菌降到最低。水箱中的细菌繁殖,即意味着将有细菌及其代谢的有机物流入超纯水系统。所以,进行超纯水纯化时,有必要在纯水管线与水箱中同时使用紫外灯照射。

      此外,细菌的繁殖容易发生在水流停滞的地方。因此水箱的结构也很重要。针对这一问题,若将水箱底部设计为倾斜构造,使水能够完全排出,就能够加以解决。水箱若繁殖在日光直射的窗边,水温便会上升,容易造成细菌的繁殖。若使用半透明材质的水箱,将会因为日光通透而造成藻类繁殖。因此,在安装超纯水系统时必须注意这些要点。

      对于超纯水的系统还需要定期更换系统耗材,这是必须的。另外需要做的是如果有一段时间停机不用,那么需要注意一些简单的维护操作。

若停用期在10天以内,且电源及水源不受影响,让系统保持运作状态,就能继续获得稳定的纯化水。若是进行水管工程,则系统一定要完全停止。这时候应关闭纯水系统的供水开关与电源,并拆卸与供应水之间的连接。而水箱中的纯水,由于长时间静置将造成水质的劣化,因此要完全排空。

在水管工程修复后,由于进水会混有许多的污染物质,因此,应先将供水来源的水龙头打开充分排水使水质稳定后,再打开与系统相连结的进水开关来启动系统。这一程序可以防止大量的污染物质流入系统之中。

      如果采取前述对策后系统仍不能正常的运作,这可能是停用期间各种纯化柱与滤膜受到阻塞所引起的。因此,应将有问题的部分加以更换。

 

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