水纯化方法

将饮用水进行充分纯化以适用于实验应用需要一系列纯化程序。总目标是去除进水中的杂质，使源于饮用水纯化系统本身和因细菌滋生造成的污染最小化。系统设计和配置的选择是成功的关键。纯化系统的选择要依据进水的性质。预处理的设置目的是为了减少对后续系统的损坏，以确保系统的稳定，并且防止频繁更换昂贵的消耗品而增加运行成本。

细菌

微生物及其衍生物是特殊的挑战。微生物会随进水而进入无防护的水纯化系统，或从系统的任何开放口或使用点进入。他们会在包括储水箱和配送管道在内的系统湿管道内壁形成生物膜。生物膜是由糖蛋白和杂多糖形成的膜状物，细菌可以在其中繁殖。并且这层膜保护微生物免受灭菌剂的作用，通常灭菌剂对悬浮态的细菌有较好的杀灭作用。脱落的生物膜和细菌繁殖代谢的副产品是水中污染物的潜在污染源。

超纯水系统面临的挑战：

·确保产成水中的细菌最小化

·去除进水中的细菌

·防止细菌进入系统和再污染

·通过系统设计和定期清洁抑制细菌滋生

预处理

微孔深层过滤器

微孔深层过滤器对颗粒物的通过设置了物理屏障，并根据过滤微细颗粒的大小分级。深层过滤器是由缠绕纤维或压紧的物质形成多孔矩阵，通过吸附或捕捉方式截留颗粒。大部分原水中含有带负电的胶体 (可用Zeta电位方式测量)，通过使用表面改性的微滤器可以增加过滤效果，甚至可以吸附滤除比孔径还小的胶体。

深层过滤器(一般为 1-50 μm)通常作为一种经济的纯化方式用于截留大量的悬浮固体，并保护下游的纯化设备不被污染和堵塞。它们需要定期更换。

活性炭

活性炭通常用于预处理系统以去除进水中的氯和氯胺，防止它们破坏过滤膜和离子交换树脂。

大部分活性炭是由椰壳或煤在有水蒸气和CO2的条件下，经800 – 1000 °C煅烧而形成具活性的木炭，经过酸洗去掉残余氧化物和其他溶解物质。用于水处理的活性炭通常孔径范围在500-1000 nm之间，每克比表面积大约1000m2，通常是颗粒状压塑成型的，并装填于纯化柱中以防止产生太过微细颗粒污染其下游。

活性炭会与其重量2-4倍的氯发生化学反应，产生氯化物。这个反应很迅速，少量活性炭就可以有效去除水中的氯。碳对氯胺的降解是一个产生氨、氮和氯化物的相对缓慢的催化过程，需要大量碳的参与。饮用水中的有机污染物会降低碳的效能，在决定所配碳芯大小时应有所考虑。

活性碳的巨大表面和海量微孔以及其吸附的物质，成为微生物的繁殖地。微生物的生长可以通过添加非溶解性生物杀灭剂到碳中，如银，得到部分抑制。活性碳柱需要定期更换以保持细菌数量最少。

主要纯化技术

反渗透(RO)

反渗透(RO)膜通常用于滤除直径小于1nm的污染物，典型的反渗透方式可以滤掉水中90%的离子污染物，大部分有机污染物和几乎全部微粒污染物。反渗透对分子量<100道尔顿的非离子污染物的去除能力较低，而随污染物分子量的增加，RO 膜的滤除能力也随之增加。理论上说，这种方式可以100%滤除>300 道尔顿分子量的分子和包括胶体及微生物在内的颗粒，溶解的气体则无法去除。

反渗透过程中，进水在一定压力下(通常为 4–15 bar, 60–220 psi)，从RO膜的进水面以切向流的方式被泵入。RO膜一般是很薄的聚酰胺膜，它在较宽的pH范围内很稳定，但可能会被氧化剂，如市政供水中的氯所破坏。用于进水预处理的微孔深层过滤器和活性炭过滤柱，通常用于保护RO膜不被大型颗粒、重金属和游离氯破坏。进水一般有15-25%生成反渗透水，截留在膜上游的是浓水，含有大部分盐、有机物和几乎全部颗粒。反渗透水量和进水量的体积比叫产水率。低产水率的反渗透系统将减少膜的淤堵量，特别是当淤堵是由低溶解性盐造成时。不过，产水率达到75%也是可能的，这要看进水水质、使用的滤材和预处理的软化程度。

水纯化系统中RO膜的性能通常通过测定离子去除率进行监控，它是进水和出水电导率的差值除以进水电导率所得的百分比。离子去除率和产水率随进水水质、进水口压力、水温和RO膜的状态而定。

由于其出色的纯化功效，反渗透是一项对去除绝大部分杂质非常具成本效益的技术。不过，其产水速度相对较低，所以使用时通常配以储水箱暂存产成水已备使用或进一步纯化。反渗透装置保护后续系统免受胶体和有机物的堵塞或污染，其后续系统通常配备离子交换或电渗析装置。