利用反渗透技术的RO－SPC超纯水系统的设计

2014-01-03黄京

武汉船舶职业技术学院学报 2014年2期

黄京

（武汉职业技术学院，湖北武汉 430074）

反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂（一般常指水）通过反渗透膜（一种半透膜）而分离出来，方向与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围。超纯水系统是指系统从原水至超纯水完整产生的生产系统。一般超纯水系统是经由多重过滤、离子交换、除气、逆渗透、紫外线、超滤、纳米率、离子吸附过滤所产生的超纯水。

本文主要基于武汉科信科学仪器有限公司所生产的RO—SPC系列超纯水系统，从工作原理、结构流程等方面研究分析超纯水的形成。

1 工作原理

超纯水处理系统工作原理按照检测分析仪器用水标准，一般分为四个部分，如图1所示。

第一部分为预处理。通常在这部分去掉进入超纯水处理系统的原水中的颗粒杂质，如泥沙、铁锈以及悬浮物，还会去除水中的胶体、大分子有机物和自来水中的余氯。以RO—SPC 系列超纯水机为例，采用的则是5μm 的PP 滤芯和烧结活性炭滤芯。

第二部分为反渗透。经过预处理的水由高压泵送入反渗透系统，在这部分通常利用反渗透膜的半透性，通过浓水的排放，去掉水中所含有的各种离子、细菌、病毒、残余有机物，经过反渗透部分的水离子浓度会下降95%以上，电导率会小于20μs／㎝。但是这还不符合监测分析仪器用水标准。

第三部分为离子交换。反渗透出来的淡水要在这部分去掉残余的离子，一般采用离子交换技术，通过官能团的作用吸附残余离子。以RO—SPC系列超纯水机为例，采用的则是多级串联的混床树脂滤芯，通过深层离子交换，去掉淡水中阴、阳离子，形成超纯水。

第四部分为保安过滤。这部分为了确保科研检测分析仪器用水的安全性，防止第三部分中的离子交换材料的碎料进入仪器管路，造成堵塞，影响后续使用。

图1 超纯水处理系统原理

2 结构流程

以RO—SPC 系列超纯水机为例，其结构流程如图2所示，包括自来水→PP滤芯→活性炭→RO 半透膜→混床树脂→保安过滤→超纯水等过程。

图2 RO—SPC系列超纯水机结构流程图

在此过程中，往往会加入检测控制元件，用来检测自来水压力表测试进水压力是否能够使水机达到正常工作压力，低压开关在自动控制方面起到一定的作用，比如自来水压力过低，通过低压开关向控制模块反馈，发出报警信号，并使水机停止工作处于待机状态。进水电磁阀和浓水电磁阀一起控制水机是在冲洗状态还是制水状态。比如进水电磁阀打开，浓水电磁阀关闭，调节浓水调节阀使得经过前处理的水流向RO 膜和树脂，从而制得超纯水；当这两个电磁阀都在打开状态，自来水则直接通过浓水排出，起到冲洗目的，也在一定程度上延长RO 膜的使用寿命。在这里入口压力和出口压力都是针对24V 水泵而言的，起到监测泵是否处于正常工作状态的作用，其次出口压力也是RO 膜的工作压力，在这便于调节RO 膜的回收率。电阻率表起到一个实时监控产水水质的作用，并且在水质不符合要求的情况下发出报警信号，也方便使用者判别是否需要更换耗材。最后的淡水流量计简单明了的反应超纯水产量。在超纯水储水箱中还有水位监测仪，通过反馈来控制水机的工作状态。

以上这些监测元件，通过人或者控制模块的CPU 的筛选拾取，从而控制水机的运行，也方便使用者得一键启停，实现自动化控制。

3 自动化实现

为了实现智能自动化控制，通常在系统加入了控制电路模块，通常采用单片机或者PLC 作为控制系统，实时拾取各个检测元件输入的信号，监测产水水质。同时，为了实现数据记录，在水路各部分添加压力表、传感器，便于方便读取数据。

依据用水仪器要求，可以编写不同程序来控制超纯水机的自动运行。在此以RO—SPC 系列超纯水机工作流程部分PLC 程序为例。如图3所示，该程序控制水机的冲洗功能。一键启动水机，在不欠压的情况下，通过定时器的作用，控制进水电磁阀、浓水电磁阀、水泵在刚开机、储水箱水位处于高或者低时工作，从而使得水机冲洗两分钟。