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双级反渗透纯水生产技术应用研究

[导读]较为详细地介绍了为了提高医用纯净水的质量采用双级反渗透法纯净水生产技术的理论与 实践的问题

1 问题的提出:

1.1 随着科学技术的不断进步, 高科技医疗设备不断涌现。另一方面由于环境的逐渐恶化, 水污染问题日益严重。因而, 纯净水在医院检验仪器中的应用越来越广泛。医用纯净水的质量直接影响到临床检验结果的准确性。

1.2 传统的医用纯水是采用亚沸蒸馏法制取的蒸馏水、重蒸馏水。这种方法存在着耗电量大、耗水量大、产水量低和产水质量差等缺点。

1.3 如采用电渗+ 离子交换法则存在如下缺点: 脱盐率低( 70%~80%) ; 钙、镁易结垢, 难于清除; 不带电荷的物质可直接进入纯水, 影响水的质量; 树脂消耗量大。

1.4 采用反渗透膜技术的水机, 在停机状态下由于水分子的布朗运动源水侧的离子就会渗透到纯水侧, 再开机时纯水侧流出的水含有高浓度的离子, 会加大树脂消耗量。并且存在反渗透膜的渗漏的问题。由于反渗透膜上10A 的微孔的非均一性( 与品牌和型号有关) , 离子会通过较大的微孔渗漏到纯水侧, 再加上反渗透膜的各密封口密封不好也会容易造成渗漏而影响产水质量, 同样也会增加后期混床型离子交换树脂的用量。

为了解决上述问题我们开展了双级反渗透纯水生产技术的研究工作, 并取得了较好的效果。

2 对纯水机的改造:

2.1 在水机前面加装沙滤器;

2.2 在水机前面加装软化器;

2.3 在水机中增加自动冲膜功能;

2.4 开机程序中增加排水功能;

2.5 采用双级反渗透解决渗漏问题;

3 纯水机改造后的效果:

该机在泰安市中心医院已经投入使用 6 个月, 产生了明显的效果。达到了提高纯水质量( 1~0.05us/cm2) 、消除原纯水机存在的问题, 节约制水成本和简化日常维护操作的目的。

4 反渗透技术原理:

近几年水处理技术发展非常快, 已经由原来的蒸馏发展到电渗。最近几年又采用了反渗透技术。反渗透技术是利用反渗透膜提取纯水的一种先进技术。反渗透膜是含有许多直径为 10A 微孔的膜。水中的离子都以水合离子形式存在。水合离子体积较大, 而水分子比水合离子要小的多。在反渗透膜源水侧加高压的情况下, 高压水沿反渗透膜高速移动。这时水分子通过反渗透膜上的 10A 微孔进入低压纯水侧, 即是所需要的纯净水。但水合离子不能通过 10A 的微孔而沿反渗透膜迅速前进被排出。

采用这种技术的结果使水的纯度得到提高。

5 影响产水量和水质量的因素:

5.1 源水中的泥沙颗粒及其它杂质, 它们进入反渗透膜通常会阻塞反渗透膜, 影响水的运行, 降低产水量和产水质量。当这些杂质高速通过反渗透膜时很容易将反渗透膜刮伤, 降低反渗透膜性能。

5.2 水中含有的钙镁离子, 容易在反渗透膜的高压侧凝结成碳酸钙等水垢, 阻塞反渗透膜上 10A 的微孔, 使净水出水量下降, 出水质量下降。

5.3 通常水中存在一些腐生物, 如果进入反渗透膜凝结成凝胶状也可阻塞反渗透膜微孔, 影响产水量和产水质量。

5.4 无压状态下的渗透: 在停机状态下反渗透膜两侧的水分子和水合离子做布朗运动。纯水侧离子的浓度远远低于源水侧。由于反渗透膜两侧的水分子对离子有同样的引力, 因此源水侧的离子就会渗透到纯水侧。随着时间的延长两侧的离子浓度逐渐趋于平衡, 下次开机时纯水侧流出的水含有高浓度的离子, 水的质量会变得很差。

5.5 反渗透膜的渗漏: 反渗透膜上 10A 的微孔并非完全均一( 与品牌和型号有关) , 离子会通过较大的微孔渗漏到纯水侧。再加上反渗透膜的各密封口密封不好也容易造成渗漏, 影响产水质量。因此, 反渗透膜脱盐率不能达到 100%。在正常情况下, 反渗透膜的脱盐滤在 90%~99.5%, 剩余的离子仍然对生化仪造成严重的影响。因此, 需要在反渗透膜产生的纯水通过混床型离子交换树脂吸收剩余的离子, 使水质达到 1~0.05us/cm2 的超纯水水质。混床型离子交换树脂是有氢型的阳离子交换树脂和氢氧根型的阴离子交换树脂按照等当量混合成的。当含有离子的水通过混床型离子交换树脂时, 阳离子被氢型的阳离子交换树脂吸收置换出氢离子, 阴离子被氢氧根型阴离子交换树脂吸收置换出氢氧根, 氢离子和氢氧根结合成水, 而达到提高水的纯度的目的。反渗透膜产生纯水剩余离子的多少决定混床型离子交换树脂用量。

6 解决问题的措施:

6.1 在水机前面加装沙滤器, 利用石英砂的过滤作用能滤除源水中的泥沙及其他悬浮物杂质, 降低对反渗透膜损伤。砂滤器采用美国富莱克公司产的 5600T 型自动控制头, 实现砂滤器的全自动控制, 并且 1~12 天内任何时间的自动反洗, 将其截流的泥沙反洗排入下水道, 使砂滤器以全新的状态再次截流自来水中泥沙保护反渗透膜。

6.2 水机前面加装软化器, 利用离子交换树脂的离子交换能力除去源水中的钙镁离子。如果源水中含有大量的硅酸盐时, 可在阳离子交换树脂( 001*7) 中掺入阴离子交换树脂( 201*7) , 减少反渗透膜的结垢, 延长反渗透膜寿命。软化器采用美国富莱克公司产的 5600T 型自动控制头, 实现软化器的全自动控制, 并在 1~12 天内任何时间的自动反洗, 将树脂截流的 Ca2+、Mg2+ 用高浓度的NaCl 置换出来排入下水道, 使树脂呈现 Na 型, 以便再次吸收来自自来水中的 Ca2+、Mg2+, 保护反渗透膜。

6.3 在水机系统中增加自动冲膜功能, 可冲洗掉附着在反渗透膜上的悬浮物和凝胶状杂质, 增强反渗透膜的通透性和产水质量, 延长反渗透膜的寿命。

6.4 开机后的初始淡水排放可排放掉在停机状态下的浓水中的大量离子, 避免含离子浓度较高的水进入混床型离子交换树脂, 降低了混床型离子交换树脂的消耗。

6.5 采用双级反渗透解决渗漏现象, 相当于将两台水机组合到一起。第一台水机产出的水已经去除了水中 95%以上的离子, 最为第二台水机的源水再次进行处理。第二台水机再次脱盐, 使离子含量已经降的非常低的水进入混床型离子交换树脂。剩余的少量离子被混床型离子交换树脂吸收达到超纯水标准。采用双级渗透明显降低了混床型离子交换树脂的消耗。

7 双级反渗透纯水机的工作流程:

7.1 首先自来水经增压泵加压, 然后通过砂滤器、软化器、保安过滤器进入水机主机的高压泵。高压泵加压直接向一级反渗透膜供水。反渗透膜上压力的大小有减压阀调节, 80%左右的水通过加压阀排出, 20%左右的净水进入二级反渗透系统。一级反渗透膜产生净水经过低压开关缓冲罐缓冲进入二级高压泵增压供入二级反渗透膜。反渗透膜上压力的大小有减压阀调节, 60%左右的水通过加压阀、单向阀返回到一级高压泵前再次使用。40%左右的净水通过水质表检测后进入混床树脂, 剩余的离子被混床树脂吸收形成超纯水, 通过水质检测表检测进入水箱备用。

7.2 该水机由 PLC 全自动控制, 水机开机通电后首先检测自来水压力和纯水罐水位。如果自来水压力足同时纯水罐不满, 机器启动源水增压泵、总电磁阀、高压泵、一级冲洗电磁阀, 冲洗一级反渗透膜。冲洗 90 秒后关闭一级冲洗电磁阀, 一级反渗透膜开始产水。待产水达到一定量时二级低压开关达到一定压力启动二级高压泵和排放电磁阀, 给二级反渗透膜供水并将产生净水排放。将二级反渗透膜在静止状态下渗透的高离子浓度水排放 90 秒, 然后关闭排放电磁阀。产生的净水在净水增压泵的推动下进入混床型离子交换树脂, 剩余的离子被混床型交换树脂吸收, 经水质检测表检测存入纯水箱备用。

8 结论:

目前双级反渗透水机是全自动, 无需人工操作, 机器位于洗刷间内, 在用水点听不到噪音, 水质自动监测报警。该纯水机组改造之后充分满足了我院检验科日立7600 和 7170 两台生化仪用水, 为医院节约了大量成本,在各级医院都有一定的推广应用价值。

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