不同預處理方法對制備超純水質量的影響
?制備超純水是通過一系列純化技術的結合實現的。純化過程中的每一步驟都力求最優化，以便（有針對性的）去除不同類型的雜質，甚至包括非常不常見的特殊物質。
超純水設備系統有3個單元：初始純化系統、儲存容器和最后的精制系統。初始純化系統可以將井水或自來水純化。在此環節，可以使用去去離子技術、蒸餾技術或者反滲透技術。蒸餾可以雖然可以有效去除很多類型的雜質，但能耗太大且生產速度慢，需要在使用前長時間的貯存，這就難以保證水質了。去離子技術看似一個最簡單和成本最低的方法，但是水質不穩定，當去離子樹脂飽和時會發生波動。該技術主要用于去除離子，而對其他污染物，例如有機物及微小顆粒，則效率較低。這兩種水純化技術提供的水，經過進一步的精制去除殘留的痕量污染物以后，能滿足許多應用。
但是初始純化技術不過硬，不僅會使最后精制步驟中出現水質量問題，而且會縮短超純水器的使用壽命。本研究主要顯示了不同的預處理方法對制備超純水質量的影響。逐個分析了純化組件對污染物不同的作用。
自來水給水通過兩種不同的預處理系統（如圖1所示）處理后由某超純水設備系統進行精制：
①系統由通過去離子柱純化的水供水（5升體積的混床去離子樹脂）。當與水處理系統出水的電阻率低于1MΩ?cm.時，用再生樹脂更換去離子柱填料。
②系統由供水，結合反滲透技術和EDI連續電流去離子技術，同時預處理水儲存在一個60升體積的儲備容器中。
1.方法
流速調到1.5升/分鐘。每天可以供水60升，每個系統都通過一個A-100PSETOC監測器（Anatel?）測量水的電阻率和TOC（總有機碳）。供水的TOC也同時被監控。取水點在圖1中標出。
如圖2中顯示的結果，EDI水的電阻率跟預期的一樣，起初高達18MΩ?cm。然而，在處理了500升水之后，可以看到電阻率顯著下降。在這種情況下，即便用再生離子樹脂更換了去離子柱，較高的電阻率值依然不能恢復，只能最多恢復到約15MΩ?cm。
這表明：去離子法的水質會由于去離子樹脂的再生處理而劇烈波動。另一方面，結合了反滲透技術和連續電流去離子技術的系統，能持續產生15MΩ?cm電阻率的水。由于其流速較低，這些水在向精制系統供水之前，必須儲存在一個容器中。這會引起儲存水電阻率的降低，主要是由于二氧化碳的作用。
雖然兩種水純化生產線在離子純化方面都獲得很好的結果，但是在TOC質量上還是存在顯著差異。首先，當通過去離子樹脂純化時，供水TOC存在很大的變化。如圖3所示，去離子純水TOC不穩定，在100～550ppb之間波動，當裝上新的再生樹脂時，會高達640ppb。另一方面，RO（反滲透技術）/EDI（連續電流去離子技術）結合的Elix系統，產生的純水TOC大多數低于50ppb，即使在容器中儲存過夜，仍穩定在50ppb以下。顯然后者為終端精制系統供水比去離子柱量更加穩定。終端產水的TOC也因此而顯著不同。圖4顯示了終端精制系統A和B產生的超純水TOC變化。在整個實驗過程中，系統A的TOC始終高于系統B。去離子水作入水的系統A，產水TOC高，并在50～150ppb之間波動。由Elix供水的B系統，TOC恒定在10ppb左右。最初的TOC高是由于機器停機，出水口處存水過夜積累了有機物污染物造成的。一旦超純水開始供應，就能持續獲得良好恒定質量的（18.2MΩ?cm，TOC<10ppb）。這清楚的顯示出使用由反滲透和電極去離子化結合的Elix系統進行預處理的優勢。
2.實驗
本實驗中，兩個超純水設備系統使用兩種不同的預處理技術供水，分別是反滲透技術和去離子技術。當電阻率下降（去離子預處理系統處理500升水之后）或處理了2000升水后（對于RO給水系統）要更換精制器。此時使用S-510掃描電子顯微鏡（Hitachi）觀察純化裝置的離子交換樹脂表面和超純水系統的終端膜過濾器表面。樣品進行徹底的干燥并用金粉濺射處理，以便進行SEM（掃描電子顯微鏡）分析。
3.結果和討論
圖5是下列陰離子交換樹脂表面的SEM圖像：a）新樹脂，b）處理了2000升RO水的樹脂，c)處理了500升去離子水的樹脂。由RO給水的樹脂表面的微觀結構和新樹脂類似，但去離子水供水的樹脂結構很不容易觀察，表面完全被污垢和微粒覆蓋。
這種現象是離子交換過程和樹脂表面吸附機理共同作用的結果。雖然其中有些帶電物質可能通過離子交換作用擴散進入樹脂的深處，但這受限于該物質顆粒的大小、分子質量和極性。這些表面污垢會阻塞離子運輸通道，減小離子交換速度，從而引起水質下降，降低電阻率。在污垢的影響下，即使能夠保證供水離子濃度極低，樹脂也會在離子交換能力沒有耗盡的情況下失去作用。在陽離子交換樹脂表面沒有觀察到這種包被物。這表明污染物帶負電，例如在天然水源中常見的有機物或膠質物2。
圖6顯示的是終端過濾器的膜表面。在圖像很好的識別，在過濾器上除了觀察到幾個微小顆粒外，沒有觀察到其他任何東西。在圖6b去離子供水系統圖像中，膜表面完全被物質塞滿。干燥后在膜表面清晰的看到有一個破裂的包被層。這顯示是有機物或膠質物，通過去離子純化技術不能有效的將其去除，而且可能將下游水純化系統的最后過濾器阻塞。這可能引發壓力下降，限制終端產水的流速，而且會滋生細菌和生物薄膜。