总有机碳^[1,2] (Total Organic Carbon,TOC)是有机物所含碳的总量,是表征水体中有机物总量的综合指标,它代表了水体中所含有机物质的总和,不仅能够直观、准确地反映水体中有机污染物的含量,而且受到干扰少,精密度和准确度均很高^[3,4] 。TOC按其存在状态大致可分为颗粒性(POC)和溶解性(DOC),POC主要粘附在悬浮颗粒物上,一般在水处理的混凝沉淀和过滤过程中能够有效去除,而DOC应用常规水处理其去除效果不好^[5] 。目前TOC作为水体重要指标越来越受到重视。在实验室应用中,水质的稳定和可靠是至关重要的,对TOC的要求也很苛刻。目前,美国Millipore公司相关的技术比较领先,国内相关技术仍有一定的差距,为了比较精确的完成试验更多的人不惜高价购进进口试验仪器,来满足苛刻的试验要求。

　　 两级反渗透装置以及超滤可以很好的去除悬浮物、胶体、高分子量溶解性的有机物,超滤过程通常可以理解成与膜孔径大小相关的筛分过程,超滤是以膜两侧的压力差为驱动力,以超滤膜为过滤介质。

　　 但从对TOC的分析来看,去除的结果满足不了高精度试验要求,而UV主要是其照射到超纯水中,使超纯水产生羟基,羟基作为最强的氧化剂之一,可以氧化TOC,使TOC分解成二氧化碳和水;活性炭作为一种环境友好型吸附剂,具有较强的吸附性,对水中溶解的有机物也具有较强的吸附能力^[6] 。

　　 本文通过研究,自行设计利用优化超纯水系统降低TOC的超纯水一体化智能系统流程,优化设计,进行试验研究,结果颇优。

　　 根据目前市场上技术比较先进的Milli-Q Integral水纯化系统所达到的超纯水出水TOC含量小于5ppb的现状,综合考虑了经济效益设计试验装置如图1所示,试验得出图1所示流程最终出水口的TOC平均值大于5ppb,达不到预期的目标;因此分别在图1流程中的预纯化柱(6150)取水点、最终取水点(3#RO膜后)、超纯化柱(6040)后取水点后面加上瑞朗60 W紫外灯后再次进行试验,所得数据比较可观,最终确定了以UV为主的降低出水TOC的超纯水一体化智能系统工艺,装置流程如图2所示。

　　 试验中水样的平均电导率为0.539μS;tCond为0.41μS;反渗透膜采用陶氏化学75G RO膜,由于泵的自吸能力,本系统最大出水量为18L/h,最小出水量为10L/h;进水压力为0.2 MPa。

　　 Sievers 500RL TOC分析仪(全球通用仪器有限公司,美国)、反渗透膜(陶氏化学,美国)、水泵、循环泵、阴离子交换柱(罗门哈斯,美国)、6150预纯化柱、14 W杀菌紫外灯、活性炭、21 W降TOC紫外灯、6040超纯化柱、瑞朗60 W紫外灯、逆止阀。

　　 按照预先设计的流程图安装装置,如图1所示,本试验主要探究降低优化超纯水系统中TOC含量。

　　 在保证水量水压稳定在固定值后,用Sievers500RL TOC分析仪在图示中的测试点分别进行测试,平均每5min记录一次数据,初步记录数据后分析数据,并检查装置的各个节点是否符合要求,确认无误后正式开始试验,得出数据后分析结果,进行处理。

　　 处理试验得到的一系列TOC值,得到图1、图2系统降低TOC流程中不同测试点的TOC含量如图3、图4所示。

　　 由图3、图4可以清晰的发现没有瑞朗60 W紫外灯处理仅用纯化柱、RO膜等处理,最终出水口的TOC平均值为7ppb,均大于5ppb,达不到预期的目标,而由图2所示系统处理后测出的数据比较可观。

　　 (1)原水为优化超纯水系统,预纯化柱(6150)取水点+紫外(瑞朗60W)检查得出TOC的平均值为6.9ppb。

　　 (2)去掉流程中的阴离子交换柱,进水为两级反渗透,预纯化柱(6150)取水点+紫外(瑞朗60 W)检查得出TOC的平均值为5.4ppb。

　　 (3)进水为两级反渗透,最终取水点(3#RO膜后)+紫外(瑞朗60 W)检测得出TOC的平均值为3.8ppb。

　　 (4)进水为双级反渗透,超纯化(6040)后取水点+紫外(瑞朗60 W)检测得出的TOC平均值为3.45ppb。

　　 由图3、图4所示结果可以看出瑞朗60 W紫外灯对降低TOC含量的作用是很明显的,由上述数据分析的结果可以确定3#RO膜在设计中起到的作用不大,考虑到经济效益,可以去掉。

　　 通过本试验,确定了以UV为主的降低出水TOC的超纯水一体化智能系统工艺,所得TOC测量平均值为3.45ppb。

　　 与其他水纯化系统进行比较,美国产Milli-Q Integral水纯化系统的原水需依次经过活性炭、DI、EDI、微孔过滤、超滤、双波长紫外灯等,才满足实验室苛刻的出水需要。其中25℃从Q-POD取用的Milli-QⅠ级(超纯)水的TOC小于5ppb,电阻率为18.2ΜΩ·cm。我国国产的比较出名的苏州埃兰分析仪器有限公司制造的Elab-SPW-100、Elab-PW-10、Elab-PW-20、Elab-PW-30、Elab-PW-40等也都是在选配特殊设计的TOC去除装置后才使TOC<10ppb。由此可看出本次试验设计的系统:(1)每次的测量时间都持续4h以上,其最优值达到了3.45ppb;(2)该超纯水一体化智能系统造价远低于MilliQ Integral水纯化系统。

　　 由图2所示优化降低出水TOC的超纯水一体化智能系统设计流程中不同测量点的TOC含量(图4)可以清楚的得出结论,本试验的超纯水一体化智能系统流程可以使优化超纯水系统中的TOC含量降到3.5ppb左右,综上所述,可以得出如下结论:

　　 (1)本试验过程中,通过优化所得的地下水依次经两级反渗透、阴柱、预纯化柱、14 W杀菌紫外灯、活性炭、21W降TOC紫外灯、超纯化柱、瑞朗60W紫外灯处理后所得TOC测量平均值为3.45ppb。

　　 (2)自行设计优化降低出水TOC的超纯水一体化智能系统工艺装置是合理的,可以进一步研究优化,最终投入生产,丰富行业产品,降低仪器价格。