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Nanjing Tianshui Machinery Equipment Co., Ltd
実験室用超純水設備の技術原理詳細解
日付：2025-10-09読み：4
実験室用超純水設備は多段処理技術により水中の各種不純物を除去し、最終的に電気抵抗率が18.2 MΩ・cmに達する超純水を生産する専門設備である。そのプロセス原理は主に物理ろ過、膜分離、イオン交換などの技術に基づいており、以下に各段階の動作原理を詳しく紹介する。
一、基本的な動作原理の概要
実験室の超純水設備は通常多段処理技術を採用し、主に前処理、逆浸透、イオン交換と終端処理の4つの主要な段階を含む。水道水はまず前処理ユニットを通じて大きな粒子、懸濁物及び一部の有機物を除去し、それから逆浸透ユニットに入って水中のイオン物質と高分子物質を遮断性除去し、それからイオン交換ユニットを経て残留した微少イオンを精製と超精製し、最後にUV、超濾過などの技術を通じて超純水中の微生物、有機物と熱源が各種実験応用ニーズを満たすことを確保する。
二、各工程段階の原理の詳細解
1、前処理段階
前処理は超純水製造の第1工程であり、主な目的は原水に含まれる土砂、鉄さび、コロイド物質、懸濁物、色度、異臭、生化学有機物を除去することである。一般的な前処理システムは石英砂フィルタ、活性炭フィルタ、精密フィルタから構成されている。原水中の硬度が高い場合は、全自動軟水器を使用して水の硬度を下げることもでき、これにより後続の逆浸透膜を効果的に保護し、その使用寿命を延長することができる。
2、逆浸透（RO）段階
逆浸透は超純水設備のコア処理ユニットであり、その基本原理は原水の一方に自然浸透圧力よりも大きな圧力（通常6〜20 kg）を加え、水分子を濃度の高い方から濃度の低い方に逆浸透させることである。逆浸透膜の孔径は極めて小さく（約0.0001ミクロン）、細菌、ウイルス、重金属及び有機物を効率よく阻止でき、脱塩率は通常≧98%である。逆浸透膜の孔径はウイルスと細菌の数百倍から数千倍以上にはるかに小さいため、各種ウイルス、細菌、重金属、固体可溶物、汚染有機物、カルシウムマグネシウムイオンなどは逆浸透膜を通過することができず、水質浄化の目的を達成することができない。
3、イオン交換段階
イオン交換技術は、逆浸透処理後に残留した微量イオンをさらに除去するために用いられる。その原理は陽イオン交換樹脂を利用して水中の陽イオンを除去してH 8314を放出し、陰イオン交換樹脂は陰イオンを除去してOH 8315を放出し、H 8314はOH 8315と結合して純水8204を生成する。陽イオン交換樹脂（例えばスルホン酸型）は水中のCa²⁺、Mg²⁺などの陽イオンを吸着し、H⁺を放出する、アニオン交換樹脂（例えば四級アンモニウム型）はCl⁻、SO₄²などのアニオンを吸着し、OH⁻を放出し、最終的にH⁺とOH⁻が結合してH₂Oを生成し、脱イオンを実現する。
4、電気脱イオン（エディ）技術
EDIは電気透析膜分離技術とイオン交換技術を有機的に結合する先進技術である。エディ膜スタックは、主に交互に配列された陽イオン交換膜、濃水室、陰イオン交換膜、淡水室と正、負電極からなる。直流電界の作用の下で、淡水室のイオン交換樹脂中の陽イオンと陰イオンは樹脂と膜からなる通路に沿ってそれぞれ負極と正極の方向に移動し、陽イオンは陽イオン交換膜を透過し、陰イオンは陰イオン交換膜を透過し、それぞれ濃水室に入って濃水テニウムを形成する。同時にエディ進水中のカチオンとアニオンはイオン交換樹脂中の水素イオンと水酸化物イオンと交換し、超純水を形成する。超極限電流は、加水電解によって生成された大量の水素イオンと水酸化物イオンをイオン交換樹脂に連続的に再生させる。
三、終端処理技術
上述の主要なプロセス処理を経た後、超純水は実験室の使用基準を達成するために端末処理を経なければならない。一般的な端末処理プロセスには、次のものがあります。
1、紫外線（UV）殺菌：紫外線の殺菌作用を利用して、水中の微生物を殺し、超純水の生物安全性を高める。
鄒2、限外濾過：0.1μm以下の孔径のフィルタを用いて存在する可能性のある微粒子と熱源を除去する。
鄒3、研磨混合床鄒：残留イオンをさらに除去し、水産生抵抗率を15～18.2 MΩ・cm鄒に達する。
4、TOC（総有機炭素）除去：特殊技術による水中有機物含有量の低減。
四、技術特徴の比較
実験室の超純水設備によく使われる3種類のコア技術にはそれぞれ特徴がある：
鄒1、逆浸透（RO）鄒：99%以上の溶解性塩類、コロイド、微生物と有機物を除去することができるが、すべてのイオン鄒を完全に除去することはできない。
2、イオン交換：生産水の純度は高いが、定期的に樹脂を再生する必要があり、ランニングコストが高く、かつ非電解質及び微生物を除去することができない。
3、EDI技術：化学再生を必要とせず、連続的に安定的に高純度超純水を生産でき、運行コストと環境影響を低減できる。
現代実験室の超純水設備は通常、各技術の優位性を十分に発揮し、高効率、安定、低コストの超純水生産を実現するために、「前処理-逆浸透-エディ-端末処理」のような多種の技術を組み合わせて使用する。
