超纯水系统管理维护要点.doc

超纯水系统管理维护要点为了得到长期稳定的水质，应对超纯水系统进行管理在超纯水系统的管理中，防止水质劣化很重要。在预处理阶段，需去除大量污染物，要妥善的管理。使用水质检测仪对超纯水系统进行水质管理尤为重要。1 纯水装置需要定期维护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（图一）。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。（图一）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MEQml。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 mgf(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电导率检测仪，当电导率升高到了1Scm，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（0.45m）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。表1、各种微生物的清除方法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8090需要外加加热设备，此外，洗净后微生物仍有增殖的可能性。紫外线照射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。3 超纯水系统的耗材必须定期更新由于超纯水系统中的离子交换树脂对有机物有一定的吸附容量，经过一定的处理量之后，就必须加以更换。特别是pH值在7左右时，物质在水中不易离子话，尤其是硼、硅等成分会由于离子交换树脂的吸附能力降低而不易被捕捉，此时，电阻率已无法正确反映非离子化无机物的浓度。也就是说，即使电阻率维持不变，事实上树脂的去除性能已经降低，可能使超纯水中某些离子浓度升高到对微量元素分析检测产生干扰的程度。因此，在电阻率值发生变化之前，应考虑离子交换树脂的处理负荷，定期对离子交换树脂柱加以更换。相同的，活性碳柱与空气过滤器对有机物质的吸附量也有一定的限制，使用者应根据实际用水情况及时加以更换。为了延长这些纯化柱的使用寿命，使用纯化度更高的纯水作为进水也是很重要的。另外，对于所使用的各种滤膜，由于使用期间会有物理性劣化与孔隙阻塞的现象发生，也应该定期加以更换。要点：水质检测仪并不能完全掌握纯化柱的寿命，在纯化柱性能降低时应及时加以更换。4 超纯水系统需要长时间停用时的处理方法如果因为实验室整修或是长时间休息，造成纯水、超纯水装置长期停用时，为了将来可以使实验正常进行，必须施行一定的应对措施。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