實驗室純水系統(tǒng)

在當(dāng)今的實驗室中，水環(huán)境作為絕大多數(shù)實驗室的最基本環(huán)境，在實驗中占的地位非常重要，在實驗室科學(xué)研究領(lǐng)域，所關(guān)心的純化起始點是自來水，如果實驗室中已經(jīng)有蒸餾水、去離子水或反滲透水，那就只注重超純化的過程。水質(zhì)往往決定了很多實驗結(jié)果的真實性、可重復(fù)性，對多數(shù)做實驗的專家來說，他們通常要求純水中的雜質(zhì)元素和化合物的濃度在ppb級甚至更低。所以純水系統(tǒng)的前段設(shè)計環(huán)節(jié)尤為重要，需要考慮到整體布局、選材、安裝維護等等因素會造成的任何不良影響并給出整體解決方案。

　　實驗室純水供應(yīng)正從傳統(tǒng)的“單臺單機”模式向“多臺單機”模式轉(zhuǎn)變

　　一般來講，實驗室整體純水系統(tǒng)，其應(yīng)用范圍在每天200升～8000升之間。多數(shù)實驗室或?qū)嶒灅羌兯傁牧吭?00～2000升之間，只有少數(shù)實驗室或?qū)嶒灅敲咳沼盟繒笥?000升。在這些極少數(shù)實驗室或?qū)嶒灅侵?，由于有較多耗水量大的全自動檢測設(shè)備、或者沖洗設(shè)備，及可能的特殊應(yīng)用(如電子及材料行業(yè))，導(dǎo)致其使用大于2000升甚至更多的純水。針對這些情況，需要仔細的定義用水量和進行特殊的設(shè)計。一般來講，過多的冗余會造成系統(tǒng)開機量不足，純化模塊不能充分發(fā)揮作用，也因為流動性不足，造成系統(tǒng)潛在污染的風(fēng)險。

（VOLAB實驗室純水系統(tǒng)）

　　因中央純水處理室與各實驗儀器問有一定距離，要想讓純水順利到達各用水點，通常用增壓泵保證一定的出水壓力，壓力的大小與各實驗儀器用水量大小及其與巾央純水處理室的距離有關(guān)，用水量越大，距離越遠，所需壓力越大，反之越小。在使用過程中，水壓要調(diào)節(jié)適當(dāng) ，水壓過低 ，不能保證儀器順利用水，引起儀器缺水報警;水壓過高，會導(dǎo)致純水內(nèi)含有氣體，在加到用水儀器反應(yīng)杯時因壓力降低，會釋放大量氣泡，影響檢驗質(zhì)量，對一些使用濃縮試劑的項 目影響尤為明顯。

　　17三級純水三級純水的物理純度一般為小于50μS/cm，單蒸水、雙蒸水、普通去離子水和反滲透水都屬于此級別。它一般由自來水純化制備而成。三級純水的主要用途是清洗瓶皿，高壓消毒裝置用水，人工環(huán)境室用水及超純水儀進水等。

　　26二級純水二級純水是一個模糊的范圍，常用5~5M-cm表示。但二級純水絕不嚴(yán)格限于此范圍內(nèi)，可以講1~17M-cm范圍均認為是二級純水。二級純水一般是將三級純水再經(jīng)過離子交換或電滲析而制成。它主要用于一般試劑的配制，普通化學(xué)實驗用水及給超純水儀供水。

　　17一級超純水一級超純水是指物理純度大于18M-cm的水，習(xí)慣稱電阻率為18.2M-cm是一級超純水的指標(biāo)。一級超純水一定是由三級或二級純水經(jīng)核子級離子交換樹脂再純化而來。它主要用于高精密度的分析實驗和對誰純度要求很高的生命科學(xué)實驗。

　　實驗室純水的供應(yīng)模式有哪些?

　　實驗室純水供應(yīng)模式分為中央純水供應(yīng)模式和分散純水供應(yīng)模式兩種。

　　什么是中央純水供應(yīng)模式?中央純水供應(yīng)模式是指設(shè)置純水生產(chǎn)裝置，實驗室用水通過供水管道輸送到各個實驗室用水點，無論是單個實驗室還是一棟實驗樓，實現(xiàn)從實驗室用水點的純水龍頭直接獲取實驗室純水或超純水。

  優(yōu)點：(1)運行成本低，管理集中。(2)集體使用，不存在機器閑置可能。 (3)產(chǎn)量大，用水采用管網(wǎng)化，同一實驗室多點取水。

　　缺點：系統(tǒng)必須保證長期安全運行，否則存在斷水風(fēng)險。

　　什么是分散純水供應(yīng)模式?分散純水供應(yīng)模式是指在實驗室各用水點位置設(shè)置純水機或成品水。

  優(yōu)點：儀器有單獨的使用權(quán)，使用率高。

  缺點：(1)運行成本高，管理分散，消耗成本相對較高。(2)桌面定點臺式安裝，定點取水，機型產(chǎn)量小，流量小，工作效率低。 (3)若每個實驗組單獨購買，業(yè)主在該類產(chǎn)品上的投資總額非常高，可能會因每個實驗組工作情況不同而導(dǎo)致空置率提高，不利于投資效率最大化。隨著實驗室裝備的發(fā)展，實驗室供水的管網(wǎng)化與集中化已成為大型實驗樓純水供應(yīng)的發(fā)展方向。不只是“中央純水系統(tǒng)”和“單機純水系統(tǒng)”

　　簡單的中央純水系統(tǒng)或者用水點的單機純水系統(tǒng)只是整體純水系統(tǒng)設(shè)計和選擇中的兩種極端情況。針對不同的情況，整體純水系統(tǒng)可以有很多不同的設(shè)計和選擇。設(shè)計前期清晰定義項目的需求能夠幫助設(shè)計和選擇的結(jié)果是最合適實際使用需要的。

　　新建或改造實驗室如何設(shè)計整體純水系統(tǒng)?

　　新建實驗室或有改造需求的老實驗室，在對整體純水系統(tǒng)進行布局時，往往會面臨系統(tǒng)設(shè)計、產(chǎn)品選型、管理維護等很多實際問題的全面挑戰(zhàn)。整個整體純水系統(tǒng)中從產(chǎn)水模塊、儲水模塊、分配模塊、管道純化和監(jiān)控設(shè)備、到最后的終端純化模塊的選配，涉及到對實驗應(yīng)用的了解、實驗室管理的思考、系統(tǒng)投入成本的控制、運行維護的要求、安裝操作和工程實施等多方面因素，用戶往往在牽涉大量精力后，效果卻并不很好。

　　純水系統(tǒng)管材的選擇很重要-看歐美高純水被污染的原因，一是來自外界雜質(zhì)的引入，二是系統(tǒng)內(nèi)各種材料中所含污染物的溶出。因管道材質(zhì)造成純水水質(zhì)下降主要有以下兩點：(1)管道材質(zhì)中的不純物質(zhì)溶解于高純水中致使水中陽、陰離子增加、電阻率下降以及TOC增大。(2)因管道內(nèi)壁不光滑及接頭、閥門等原因造成細菌滯留繁殖以及其他顆粒的聚積，致使水中微粒增加。為了減少上述不利因素的影響，應(yīng)選用可萃性低、內(nèi)壁光滑的管道并盡可能減少接頭及管件的凹凸不平。當(dāng)然也要根據(jù)純水水質(zhì)的級別進行選材，并注意材料的價格等，要統(tǒng)籌兼顧。根據(jù)材質(zhì)的不同，高純水配管主要可分為有機系配管和不銹鋼配管兩大類。有機系配管的品種常見的包括聚氯乙烯(PVC)，聚丙烯(PP)，丙烯腈-丁乙烯-苯乙烯(ABS)，聚偏二氟乙烯(PVDF)等4種。有機配管材質(zhì)對高純水水質(zhì)的影響，目前尚無完整的比較資料及可靠的測試數(shù)據(jù)報道。各國有各自的選用習(xí)慣。

　　例如，美國多采用PVC管，英國多采用ABS管，而歐洲一些國家則常用PP管。PVDF管大多用于水質(zhì)要求特別高的純水精處理系統(tǒng)。

　　整個純水系統(tǒng)的重要組成部分是什么?純水輸送和分配管道系統(tǒng)是整個純水系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)將中央純水站制出的高質(zhì)量純水以盡量小的水質(zhì)降幅輸送給每一個使用地點。但由于水的純度很高，極易受到污染，而用水點較分散又無規(guī)律且變化幅度大等，給純水的盡可能的保質(zhì)輸送帶來相當(dāng)大的難度。

  目前配管設(shè)計中出現(xiàn)的兩大難題是：

  (1)如何保持較高的管道設(shè)計流速，即在管道系統(tǒng)壓力損失允許的情況下管內(nèi)流速盡量大，以防管內(nèi)細菌繁殖和微粒沉積。

  (2)如何防止純水管道系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生滯水、短路和逆向流動現(xiàn)象。經(jīng)過不斷地探索和實踐，現(xiàn)從設(shè)計角度提出幾種可供選擇的途徑：①設(shè)計采用純水循環(huán)系統(tǒng)，并必須24h連續(xù)運行，以杜絕管內(nèi)產(chǎn)生死水。②為使運行中無論純水使用多少都能保證純水處于流動狀態(tài)，循環(huán)附加流量應(yīng)為設(shè)計流量的50%～100%。③應(yīng)保證純水管道流速。純水循環(huán)干管最小流速宜大于1.5m/s，支管流速宜大于1.0m/s。④對接使用點支管應(yīng)盡量縮短，以減少死水管段。有文獻報道支管長度不宜超過30倍管徑長度。⑤循環(huán)管道宜采用雙管布置方式，即有獨立的給水管和回水管的純水循環(huán)管道系統(tǒng)。以某研究所純水輸送系統(tǒng)(PVC管)為例該研究所輸送系統(tǒng)水質(zhì)要求電阻率≥15MΩ。cm(25℃)，管材為SCH80PVC管，循環(huán)干管直徑32mm，總長度為250m。通過試運轉(zhuǎn)，水質(zhì)滿足了工藝要求。安裝前的清洗：由于該所采用的PVC管是引進的，管道在出廠前均已清洗后封裝，故一般在安裝前可不考慮清洗，對個別被污染的管件、閥件可采取下列步驟進行清洗：用1%～2%堿(NaOH)溶液刷洗，以去除油脂類污垢，并用自來水沖洗至中性;在1%～2%鹽酸(HCl)溶液中浸泡2h～4h，除去銹、金屬離子及氧化物，再用水沖至中性;干燥用凈化壓縮空氣吹干，然后用干凈塑料布封裝。

　　運轉(zhuǎn)調(diào)試前的清洗：在運轉(zhuǎn)調(diào)試前須先對已安裝的純水輸送系統(tǒng)作水壓試驗，合格后方可進行;用3%～5%雙氧水進行管路循環(huán)清洗40min，以達到消毒殺菌目的;使用純水站供應(yīng)的純水或反滲透水沖洗管道內(nèi)殘留藥液，直至使用點出水水質(zhì)達到規(guī)定的水質(zhì)要求。