纯水与超纯水制备技术及大流量滤芯应用

纯水和超纯水的制备是一个多步骤、多技术的精密纯化过程。它不仅仅是"过滤"，而是一个去除水中所有杂质的系统工程。

特性	纯水 (Pure Water)	超纯水 (Ultrapure Water)
定义	去除了绝大部分杂质和离子的水	在纯水基础上，进一步去除所有微量有机物、颗粒物、微生物，并近乎完全去除离子的水
电阻率	通常为 1 - 10 MΩ·cm	≥ 18.18 MΩ·cm (25°C)
关键指标	电导率、总有机碳(TOC)、微生物、内毒素	电阻率、总有机碳(TOC)、颗粒物、微生物、内毒素、溶解氧、二氧化硅
主要用途	化工、实验室器皿清洗、培养基配制、高压锅炉补给水	半导体芯片清洗、微电子、光伏、精密分析仪器（ICP-MS）、生物制药注射用水

核心制备技术与工艺流程

制备过程通常遵循"预处理 → 核心脱盐 → 后处理精制"的流程，逐步提高水质纯度。

纯化流程示意图

步骤一：预处理

目的：保护核心设备，延长其寿命，为后续处理提供合格的进水。

多介质过滤器

去除泥沙、铁锈等悬浮物和颗粒，降低浊度，保护后续设备免受机械损伤。

活性炭过滤器

吸附余氯、有机物、异味，保护RO膜免受氧化损伤，降低TOC。

软化器

去除钙镁离子，降低水的硬度，防止RO膜和后续设备结垢。

保安过滤器

5μm/1μm滤芯，作为最后一道保险，拦截微小颗粒，保护高压泵和RO膜。

步骤二：核心脱盐（生产纯水的关键）

目的：去除水中99%以上的离子、有机物和微生物，产出纯水。

反渗透 (RO)

核心：使用高压使水透过只允许水分子通过的半透膜，将污染物（离子、有机物、细菌、病毒）高度浓缩并排掉。

产出水：电阻率通常可达 0.05 - 1 MΩ·cm，是后续精制的基础。

电除盐 (EDI)

原理：将离子交换和电渗析技术结合。在直流电场作用下，离子被选择性去除，同时内部的树脂通过电解水产生的H⁺和OH⁻实现连续自再生，无需化学药剂。

产出水：电阻率可达 5 - 17 MΩ·cm 的高纯度纯水。

步骤三：后处理精制（生产超纯水的关键）

目的：对EDI产出的纯水进行最终抛光，生产出超纯水，并保持其纯度。

紫外线杀菌器 (UV)

185nm UV：杀菌并氧化分解水中的微量有机物，降低TOC。
254nm UV：主要起杀菌作用。

抛光混床 (MBP)

装满超高纯度的离子交换树脂，用于去除最后残存的微量离子，使水质达到18.25 MΩ·cm的理论极限值。

终端精滤

使用0.22μm或0.1μm的绝对孔径滤芯，去除细菌、颗粒物，确保终端出水颗粒物指标达标。

脱气膜

去除溶解氧、二氧化碳等气体，适用于对水中气体含量有严格要求的应用场景。

主要应用领域

不同行业对水质的要求各异，从普通纯水到高纯度超纯水，应用场景广泛。

电子行业

半导体、光伏、液晶面板生产中，芯片清洗用水要求极高（电阻率>18 MΩ·cm，TOC<5 ppb，颗粒物<100个/mL），任何微量杂质都会导致电路短路或缺陷。

制药行业

纯化水：药物成分、培养基制备、器皿清洗。
注射用水 (WFI)：药品注射剂生产，需符合《药典》标准，保证无菌无热源。

实验室与研究

高精度分析仪器（如HPLC、ICP-MS）的空白背景值极低，避免干扰实验结果，确保分析数据的准确性和可靠性。

其他行业

高压锅炉补给水、化工生产、化妆品生产、食品饮料加工、电力行业等，根据不同工艺要求使用不同纯度的水。

大流量滤芯和过滤器的应用

大流量过滤器（High Flow Filter Housing）和大流量滤芯（High Flow Filter Cartridge）是现代大型纯水系统的核心预处理和终端保障单元。

什么是大流量滤芯/过滤器？

它与传统滤芯（如10英寸或20英寸标准滤芯）的主要区别在于其尺寸和结构：

尺寸更大：单支滤芯长度可达40英寸、60英寸甚至更高，直径也更大。
结构独特：通常采用径向流（Radial Flow）设计，即水流从滤芯外壁径向穿过过滤介质流向中心管。这种设计提供了巨大的过滤表面积，从而允许极高的流量通过。
高流量：单支大流量滤芯的流量可达传统10英寸滤芯的5到10倍甚至更高（例如，单支可达50-100 m³/h以上）。

在纯水/超纯水系统中的应用阶段与作用

1. 预处理阶段：RO系统的前道保护（保安过滤）

这是大流量过滤器最经典的应用场景。

位置

位于多介质过滤器/活性炭过滤器之后，反渗透（RO）高压泵之前。

核心作用

作为最后的"守门员"，截留前置处理过程中可能泄漏的微小颗粒物、活性炭粉末、树脂碎片等任何可能伤害RO膜的杂质。

滤芯类型

大流量聚丙烯（PP）熔喷滤芯：最常用，主要进行颗粒物深度过滤，精度一般为1μm, 3μm, 5μm。
活性炭滤芯：用于最后一步的余氯和有机物吸附。

2. 后处理与分配循环阶段：纯水/超纯水的终端精滤

在RO产水或EDI产水之后，水体已非常纯净，但仍需防止分配系统中可能产生的微量颗粒污染。

位置

抛光混床（MBP）之前：保护昂贵的抛光树脂不被颗粒物污染。
终端用水点之前：在分配管道循环回路上，作为颗粒物截留滤芯。

核心作用

去除分配系统中可能因泵、管道、阀门磨损或细菌脱落产生的亚微米级颗粒。
确保到达用水点的水质满足严格的颗粒物指标。

滤芯类型

大流量聚丙烯（PP）褶皱滤芯：褶皱设计提供更大过滤面积，精度更高，通常为0.45μm或0.22μm。

大流量过滤器系统的核心优势总结

单支高通量

减少滤壳数量，简化系统设计

降低运行成本

减少备件库存和更换人工成本

节省空间

结构紧凑，占地面积小

系统可靠性高

减少泄漏点，系统更安全

压降低，能耗小

降低运行能耗，节约成本

结论

在纯水和超纯水制备系统中，大流量滤芯和过滤器已经从"可选项"变成了大型项目的"标准选项"。它们通过工程集成化的设计理念，完美地解决了传统多支小滤芯并联方案在空间、成本和维护性上的痛点，为实现稳定、高效、低维护成本的高纯水生产提供了关键保障，广泛应用于半导体、光伏、制药、生物科技和高端实验室等领域。