航空电子用高纯水制取工艺及运用范文

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《航天标准化》2017年第1期

摘要：结合航空电子场所生产用水，对高纯水制取的几个关键流程进行阐述分析，当原水水质不同时，采用相对应的处理工艺，以满足对高纯水水质的需求。

关键词：高纯水；反渗透；离子交换；消毒；工艺流程

1水质和应用

航空电子场所的生产，需要用高纯材料、高纯试剂、高纯气体和高纯水。如果在制作过程中带入过量的杂质，就会破坏器件结构的完整性，影响其性能，严重的污染还可导致器件完全失效。因此提高水质和制取高纯水是一项十分重要的基础技术。高纯水是指化学纯度极高的水，用水的导电性指标表示。电阻的大小反映了离子的多少，反映了水的纯度。断面1cm×1cm、长1cm体积的水（25℃）所测得的电阻称为电阻率，单位为“欧姆•厘米”（Ω•cm）。电阻率越高，水越纯，通常绝对纯水的电阻率约为18.3MQ•cm。

2水中的杂质

水中的杂质包括悬浮物质、胶体、溶解物质等，泥土、砂、浮游生物、微生物均属悬浮物，胶体包括无机胶体和有机胶体，溶解物质包括溶解盐类、溶解气体、溶解性有机物，均会对水的电阻率产生影响。

3预处理

为全部或部分去除源水中的机械杂质、悬浮物、微生物、胶体、溶解气体及部分无机、有机杂质，对水进行预处理，为脱盐和后处理工序创造条件，包括凝聚与混凝、过滤、吸附、软化、脱气等。

3.1混凝凝聚水

中粗分散系杂质由于颗粒大，易于通过沉淀过滤除去，高分散系杂质一般可通过脱盐工艺除去，胶体杂质主要通过混凝凝聚、澄清、过滤工艺去除。

3.2过滤

源水经过沉淀或澄清处理后，部分大颗粒杂质被除去，进一步提高水质还需要用过滤的方法除去细小的杂质颗粒。对于高纯水处理，一般采用多级过滤器，级数越多，则悬浮杂质过滤越彻底。

3.3吸附

活性炭是高纯水制取中吸附法中广泛使用的主要吸附剂，其主要有效粒径为0.4～1.0mm，均匀系数为1.4～2；有粒状和粉状两种结构，吸附能力以物理吸附为主；主要作用为降低水的氧化要求，避免有机物进入，除去水中残留的氯，除去水中的三卤化物。活性炭吸附的设置位置可根据源水水质情况，需保护阳床时宜设在阳床前，需保护反渗透膜时宜设在反渗透工艺前。源水中含有较大的颗粒物时，必须先通过过滤去除大颗粒后才可进入活性炭，以免堵塞活性炭的微孔。

3.4软化

为保护水处理系统中的过滤膜，防止产生水垢，预处理中需要对水进行软化处理。加药软化法适用于非碱性水，硬度在75～175mg/l。离子交换法可对水进行软化处理，通常采用钠离子交换剂或氢离子交换剂，用钠离子或氢离子将水中的钙、镁离子置换出来，降低水的硬度。因用氢离子交换树脂处理后的水呈酸性，一般将其与钠离子交换树脂联合使用。

3.5脱气

水中含有溶解气体，有O2，CO2、CH4等，脱气可减少系统水对用水设备的腐蚀，减少阴离子树脂的负荷，提高出水水质指标。脱气装置通常放在阳离子交换树脂之后，阴离子交换树脂之前。我国有些地区，水中碳酸氢根含量不高，可以不设脱气装置。

4去除溶解杂质

在高纯水制备中，用单一的工艺方法制取的纯水，电阻率指标较低，通常联合应用几种工艺方法，以获取高电阻率指标。

4.1蒸馏法

蒸馏法采用气液相变法和分离法的原理对原料水进行化学和微生物的纯化，经一次蒸馏所得的水电阻率一般不超过0.5MQ•cm，经三次蒸馏所得的水在2MQ•cm左右。现今采用的一般为多效蒸馏水机，水通过多效蒸发和冷凝、排除不凝性气体和杂质，获得高纯度纯水。蒸馏法耗能高，但通过蒸馏法至少能减少原料水中的99.99%内毒素含量，其制备的水是热水系统，能有效的抑制生物的繁殖。

4.2电渗析

电渗析是利用半透膜的选择透过性，在电场作用下，溶液中的带电的溶质粒子通过膜进行迁移，是20世纪50年代开展应用的一种水处理技术，在当今的高纯水制取工艺中，由于其脱盐率低，操作维护相对复杂，已较少应用。

4.3反渗透

反渗透是一种精密的膜法液体分离技术，它能阻挡所有溶解性盐及相对分子质量大于100D的有机物。水分子能透过膜，杂质离子透不过，在膜的一端加压使水克服渗透压到达膜的另一端，膜的两端分别得到纯水和浓水，将浓水排出，留下淡水。反渗透膜适宜的工作温度为25℃左右，温度低时膜的透水速度下降，产水量低；温度过高时，膜的水解速度加快，会导致膜结构不可逆的变化。反渗透技术对源水水质要求高，需定期维护。

4.4离子交换离子交换就是水中所溶解的杂质离子与交换树脂上的阳离子阴离子发生交换反应，经过处理后，杂质离子被留在了树脂分子上，水中剩下的为离子交换树脂上的阳离子和阴离子。离子交换法被广泛用在水的软化和纯化工艺流程中。离子交换法处理后的水，电阻率很高，制备高纯水通常需要在制水流程中采用离子交换工序。

5消毒

纯水中细菌依然可以繁殖，微生物污染会影响高纯水的水质，因此高纯水系统中必须进行消毒灭菌。消毒灭菌的方式有加药、高温、紫外线照射和臭氧杀毒灭菌。加药灭菌的药剂种类有甲醛、双氧水、次氯酸钠等，因加入药剂会对高纯水水质造成影响，所以加药消毒灭菌常用在新设备试运转阶段；加热消毒灭菌效果明显，但设备成本高，耗能高，杀菌时间长，通常用在食品行业和制药行业；紫外线消毒杀菌能力强，速度快，不需向水中投加药剂，不改变水的化学成分，适合于纯水制备系统；臭氧消毒灭菌能在多级水处理系统中除去细菌，氧化、分解水溶性的有机物，能够连续的去除细菌和病毒，对水处理系统中的设备、管路，均起到消毒灭菌作用。过量的臭氧，可利用紫外线催化臭氧分解，用紫外线灯照射除去。

6应用

某航空电子企业生产中需用18MQ•cm的高纯水，以市政自来水为源水，设计为预处理过滤、超滤、加氧化剂、加阻垢剂、精密过滤、反渗透、电去离子、抛光混床（见图1）。图1高纯水制取流程图阻垢剂，去除有机物，保护反渗透膜，在反渗透膜前增加5um的保安过滤器，利用反渗透膜法去除溶解盐类、杂质，进一步采用EDI电去离子装置去除离子。然后经过抛光精混床处理，最终出水电阻率未18MΩ•cm，高纯水输水管采用没有添加剂、焊接时不用焊条、不用胶粘剂和任何溶剂的聚偏氟乙烯管，水质输送中无添加剂、增塑剂、着色剂和金属离子析出，确保高纯水系统制取出水合格，输送管路不降低水质，满足用水指标要求。

7结束语

纯化水最初采用蒸馏方法制取，后来相继出现了电渗析、离子交换、反渗透等处理方法，这些方法各有适用性，实际应用中，需要根据源水水质和用水水质要求，有针对性地设计处理流程，使制水流程高效、经济、节能、易于操作管理。

参考文献：

[1]冯敏.现代水处理技术[M].北京:化学出版社,2006.

[2]许保玖,安鼎年.给水处理理论与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[3]闻瑞梅,王在忠.高纯水技术[M].北京:科学出版社.

作者：李颖华 单位：中国航空规划设计研究总院有限公司