利用反滲透技術(shù)的RO－SPC超純水系統(tǒng)的設(shè)計

黃 京

（武漢職業(yè)技術(shù)學院，湖北武漢 430074）

反滲透是用足夠的壓力使溶液中的溶劑（一般常指水）通過反滲透膜（一種半透膜）而分離出來，方向與滲透方向相反，可使用大于滲透壓的反滲透法進行分離、提純和濃縮溶液。反滲透膜的主要分離對象是溶液中的離子范圍。超純水系統(tǒng)是指系統(tǒng)從原水至超純水完整產(chǎn)生的生產(chǎn)系統(tǒng)。一般超純水系統(tǒng)是經(jīng)由多重過濾、離子交換、除氣、逆滲透、紫外線、超濾、納米率、離子吸附過濾所產(chǎn)生的超純水。

本文主要基于武漢科信科學儀器有限公司所生產(chǎn)的RO—SPC系列超純水系統(tǒng)，從工作原理、結(jié)構(gòu)流程等方面研究分析超純水的形成。

1 工作原理

超純水處理系統(tǒng)工作原理按照檢測分析儀器用水標準，一般分為四個部分，如圖1所示。

第一部分為預處理。通常在這部分去掉進入超純水處理系統(tǒng)的原水中的顆粒雜質(zhì)，如泥沙、鐵銹以及懸浮物，還會去除水中的膠體、大分子有機物和自來水中的余氯。以RO—SPC 系列超純水機為例，采用的則是5μm 的PP 濾芯和燒結(jié)活性炭濾芯。

第二部分為反滲透。經(jīng)過預處理的水由高壓泵送入反滲透系統(tǒng)，在這部分通常利用反滲透膜的半透性，通過濃水的排放，去掉水中所含有的各種離子、細菌、病毒、殘余有機物，經(jīng)過反滲透部分的水離子濃度會下降95%以上，電導率會小于20μs／㎝。但是這還不符合監(jiān)測分析儀器用水標準。

第三部分為離子交換。反滲透出來的淡水要在這部分去掉殘余的離子，一般采用離子交換技術(shù)，通過官能團的作用吸附殘余離子。以RO—SPC系列超純水機為例，采用的則是多級串聯(lián)的混床樹脂濾芯，通過深層離子交換，去掉淡水中陰、陽離子，形成超純水。

第四部分為保安過濾。這部分為了確保科研檢測分析儀器用水的安全性，防止第三部分中的離子交換材料的碎料進入儀器管路，造成堵塞，影響后續(xù)使用。

圖1 超純水處理系統(tǒng)原理

2 結(jié)構(gòu)流程

以RO—SPC 系列超純水機為例，其結(jié)構(gòu)流程如圖2所示，包括自來水→PP濾芯→活性炭→RO 半透膜→混床樹脂→保安過濾→超純水等過程。

圖2 RO—SPC系列超純水機結(jié)構(gòu)流程圖

在此過程中，往往會加入檢測控制元件，用來檢測自來水壓力表測試進水壓力是否能夠使水機達到正常工作壓力，低壓開關(guān)在自動控制方面起到一定的作用，比如自來水壓力過低，通過低壓開關(guān)向控制模塊反饋，發(fā)出報警信號，并使水機停止工作處于待機狀態(tài)。進水電磁閥和濃水電磁閥一起控制水機是在沖洗狀態(tài)還是制水狀態(tài)。比如進水電磁閥打開，濃水電磁閥關(guān)閉，調(diào)節(jié)濃水調(diào)節(jié)閥使得經(jīng)過前處理的水流向RO 膜和樹脂，從而制得超純水；當這兩個電磁閥都在打開狀態(tài)，自來水則直接通過濃水排出，起到?jīng)_洗目的，也在一定程度上延長RO 膜的使用壽命。在這里入口壓力和出口壓力都是針對24V 水泵而言的，起到監(jiān)測泵是否處于正常工作狀態(tài)的作用，其次出口壓力也是RO 膜的工作壓力，在這便于調(diào)節(jié)RO 膜的回收率。電阻率表起到一個實時監(jiān)控產(chǎn)水水質(zhì)的作用，并且在水質(zhì)不符合要求的情況下發(fā)出報警信號，也方便使用者判別是否需要更換耗材。最后的淡水流量計簡單明了的反應(yīng)超純水產(chǎn)量。在超純水儲水箱中還有水位監(jiān)測儀，通過反饋來控制水機的工作狀態(tài)。

以上這些監(jiān)測元件，通過人或者控制模塊的CPU 的篩選拾取，從而控制水機的運行，也方便使用者得一鍵啟停，實現(xiàn)自動化控制。

3 自動化實現(xiàn)

為了實現(xiàn)智能自動化控制，通常在系統(tǒng)加入了控制電路模塊，通常采用單片機或者PLC 作為控制系統(tǒng)，實時拾取各個檢測元件輸入的信號，監(jiān)測產(chǎn)水水質(zhì)。同時，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄，在水路各部分添加壓力表、傳感器，便于方便讀取數(shù)據(jù)。

依據(jù)用水儀器要求，可以編寫不同程序來控制超純水機的自動運行。在此以RO—SPC 系列超純水機工作流程部分PLC 程序為例。如圖3所示，該程序控制水機的沖洗功能。一鍵啟動水機，在不欠壓的情況下，通過定時器的作用，控制進水電磁閥、濃水電磁閥、水泵在剛開機、儲水箱水位處于高或者低時工作，從而使得水機沖洗兩分鐘。

圖3 沖洗功能控制程序

如圖4所示，這個程序則是對出現(xiàn)欠壓情況下的處理。在網(wǎng)絡(luò)7中，為防止進水電磁閥故障，在出現(xiàn)欠壓時，進水電磁閥每三秒開啟一次，以便在解除欠壓條件下使水機恢復到正常工作狀態(tài)。而在網(wǎng)絡(luò)8中，則是排出水壓不穩(wěn)，防止出現(xiàn)水機誤動作。

圖4 欠壓處理程序

4 結(jié) 語

超純水在現(xiàn)代許多領(lǐng)域中都有所應(yīng)用，如電子工業(yè)、化工工業(yè)、食品工業(yè)等等，通過對RO—SPC系列超純水機的分析，反滲透技術(shù)具有許多優(yōu)點：如不需加熱、沒有相變，能耗少，過程連續(xù)穩(wěn)定，設(shè)備體積小、操作簡單，適應(yīng)性強，對環(huán)境不產(chǎn)生污染。

1 方啟軍，呂輝.RO-SPC系列生化超純水機原理及維護［J］.醫(yī)療裝備，2010（9）：78-79

2 許德洪.半導體行業(yè)超純水制造技術(shù)［J］.工業(yè)水處理，2010，30（5）：90-92

3 章華.反滲透裝置的運行管理［J］.工業(yè)用水與廢水，2006，37（6）：62-64

4 施健榮，秦新安.反滲透在超純水排放水處理中應(yīng)用［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2013（6）：95

5 任彬.超純水系統(tǒng)的監(jiān)控實現(xiàn)與故障診斷［D］.東北大學，2008