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Nanjing Tianshui Machinery Equipment Co., Ltd
실험실용 초순수 설비의 공정 원리를 상세하게 해석하다.
날짜:2025-10-09읽기 :3
실험실용 초순수 설비는 다단계 처리 공정을 통해 물속의 각종 불순물을 제거하고 최종적으로 저항률이 18.2M· cm에 달하는 초순수를 생산하는 전문 설비다.그 공정원리는 주로 물리려과, 막분리와 이온교환 등 기술에 기초하였는데 아래에 각 단계의 작업원리를 상세하게 소개하게 된다.
1. 기본 작업 원리 개요
실험실의 초순수설비는 일반적으로 다급처리공법을 채용하는데 주로 예처리, 반침투, 이온교환과 단말기처리 등 4개 주요단계를 포함한다.수돗물은 먼저 예비처리단위를 통해 비교적 큰 과립, 부유물 및 일부 유기물을 제거한 다음 반침투단위에 들어가 물속의 이온물질과 대분자물질을 절류성제거한후 다시 이온교환단위를 거쳐 잔여된 미소이온을 순화하고 초순화시킨다. 마지막으로 UV, 초여과 등 기술을 통해 초순수중의 미생물, 유기물과 열원이 각종 실험응용수요를 만족시킬수 있도록 확보한다.
2. 각 공정단계의 원리에 대한 상세한 해석
1. 사전 처리 단계
예처리는 초순수 제조의 첫 번째 공정으로, 주요 목적은 원수에 함유된 토사, 녹, 콜로이드 물질, 부유물, 색도, 냄새와 생화학 유기물을 제거하는 것이다.일반적인 사전 처리 시스템은 석영 모래 필터, 활성 탄소 필터 및 정밀 필터로 구성됩니다.원수중의 경도가 비교적 높을 때 전자동연수기를 사용하여 물의 경도를 낮추기도 하는데 이렇게 하면 후속적인 반침투막을 효과적으로 보호하고 그 사용수명을 연장할수 있다.
2. 역침투(RO)단계
반침투는 초순수설비의 핵심처리단위로서 그 기본원리는 원수 일방에 자연침투압력보다 더 큰 압력 (통상 6-20킬로그람) 을 가하여 물분자를 농도가 높은 일방에서 농도가 낮은 일방으로 역침투시키는것이다.반침투막의 공경은 극히 작고 (약 0.0001미크론) 세균, 바이러스, 중금속 및 유기물을 고효률로 차단할수 있으며 탈염률은 보통 ≥ 98% 이다.반침투막의 공경은 바이러스와 세균의 수백배 내지 수천배 이상보다 훨씬 작기 때문에 각종 바이러스, 세균, 중금속, 고체가용물, 오염유기물, 칼슘마그네슘이온 등은 반침투막을 통과할 수 없어 수질정화의 목적을 달성할 수 있다.
3. 이온교환단계
이온교환기술은 반침투처리를 거친후 잔여된 미량이온을 한층 더 제거하는데 사용된다.양이온교환수지를 이용해 물속의 양이온을 제거하고 H⁺를 방출하고, 음이온교환수지는 음이온을 제거하고 OH⁻를 방출하며, H⁺와 OH⁻를 결합해 순수한 물을 생성하는 원리다.양이온 교환 수지 (예: 술폰산형) 는 수중의 Ca²⁺, Mg²⁺ 등 양이온을 흡착하여 H⁺를 방출한다.음이온 교환 수지 (예: 계절 암모늄형) 는 Cl⁻, SO₄²⁻ 등 음이온을 흡착하여 OH⁻를 방출하고, 최종적으로 H⁺와 OH⁻를 결합하여 H₂O를 생성하여 이온 제거를 실현한다.
4. 전기 이온 제거(EDI) 기술
EDI는 전기투석막 분리기술과 이온교환기술을 유기적으로 결합한 선진기술이다.EDI 막더미는 주로 교대로 배열된 양이온 교환막, 농수실, 음이온 교환막, 담수실과 양·음 전극으로 구성된다.직류전장의 작용하에 담수실에서 이온교환수지중의 양이온과 음이온은 수지와 막으로 구성된 통로를 따라 각각 음극과 양극방향으로 이동하며 양이온은 양이온교환막을 통과하고 음이온은 음이온교환막을 통과하여 각각 농수실에 들어가 농수를 형성한다.동시에 EDI가 물에 들어간 양이온과 음이온은 이온과 수지의 수소이온과 수소뿌리이온을 교환하여 초순수를 형성한다.초극한 전류는 수전해에서 발생하는 대량의 수소 이온과 수소 산소 뿌리 이온으로 하여금 이온 교환 수지를 연속적으로 재생하게 한다.
3. 단말기 처리 공정
상술한 주요 공정 처리를 거친 후, 초순수는 아직 단말기 처리를 거쳐야만 실험실 사용 표준에 도달할 수 있다.일반적인 터미널 프로세스는 다음과 같습니다.
1. 자외선 (UV) 살균: 자외선의 살균 작용을 이용하여 물속의 미생물을 죽이고 초순수의 생물 안전성을 높인다.
2. 초여과: 0.1μm 또는 더 작은 공경의 필터를 사용하여 존재할 수 있는 미립자와 열원을 제거한다.
3. 광택 혼합 침대: 잔여 이온을 한층 더 제거하여 산수 저항률을 15~18.2M· cm에 이르게 한다.
4. TOC (총유기탄소) 제거: 특수기술을 통해 수중의 유기물 함량을 낮춘다.
4. 기술특징 비교
실험실의 초순수설비에서 흔히 사용하는 세가지 핵심기술은 각기 특점이 있다.
1. 역침투(RO): 용해성 염류, 콜로이드, 미생물, 유기물을 99% 이상 제거할 수 있지만 모든 이온을 완전히 제거할 수는 없다.
2. 이온교환: 산수 순도가 높지만 정기적으로 수지를 재생해야 하기 때문에 운행 원가가 비교적 높고 비전해질 및 미생물을 제거할 수 없다.
3. EDI 기술: 화학 재생 없이 고순도 초순수를 연속적이고 안정적으로 생산할 수 있어 운행 원가와 환경 영향을 낮출 수 있다.
현대 실험실의 초순수 설비는 일반적으로'예처리-반침투-EDI-단말기 처리'의 공정 노선과 같은 다양한 기술을 조합하여 사용하며, 각 기술의 우세를 충분히 발휘하여 고효율, 안정, 저비용의 초순수 생산을 실현한다.
