水處理工程系統(tǒng)
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實驗室超純水機PK電熱蒸餾水器[原創(chuàng)]
分割線作者：成都沛億科技有限公司（http://www.klazzic.net） 張錦云
日期：2009年8月27
[摘要] 實驗室超純水機與電熱蒸餾水器皆為分析試驗室制取純水、超純水的重要常用儀器，若是讀者對兩種產(chǎn)品的工作原理、產(chǎn)品特點、制水方式等方面的信息了解不夠，很容易在選購或使用時遇到困難，本文將詳細介紹實驗室超純水機與電熱蒸餾水器產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)和優(yōu)缺點，以加深讀者對兩種產(chǎn)品的認識。
[關(guān)鍵字] 實驗室超純水機,蒸餾水器,技術(shù)參數(shù),工作原理
引言
原子吸收、液相色譜、離子質(zhì)譜、分子生物學、生物化學等，許多理化及生物分析實驗皆會用到純水和超純水，國家為這類分析實驗用水水質(zhì)要求也制定了相應(yīng)的國家標準（最新版國標編號：GB/T 6682-2008，點擊瀏覽：http://www.klazzic.net/KJ_BZ_6682-2008.html）。為達到分析實驗用水國標要求，滿足實驗需要，應(yīng)對源水進行純化處理。實驗室源水通常為自來水，將自來水凈化為純水或超純水通常有兩種方法：蒸餾法和離子交換法。電熱蒸餾水器以蒸餾法制取純水，實驗室超純水機一般以離子交換法為終端處理工藝制取純水或超純水。兩種設(shè)備產(chǎn)水均可用于分析實驗，本文將讓實驗室超純水機與電熱蒸餾水器在：產(chǎn)水水質(zhì)、產(chǎn)水量、節(jié)能環(huán)保、易用性、設(shè)備成本、使用成本等方面進行PK，以加深讀者對兩種產(chǎn)品的認識。當然，在讓二者PK之前，有必要先介紹兩位選手的工作原理及特點。
工作原理
實驗室電熱蒸餾水器蒸餾水器的工作原理很簡單（可謂一招制敵），即為利用水遇熱氣化遇冷液化的原理，將源水加熱以使水蒸汽快速蒸發(fā)，然后將水蒸汽冷卻凝結(jié)為蒸餾水，由于水中溶解的雜質(zhì)與水沸點不同，從而達到分離雜質(zhì)與水的目的。自來水一次蒸餾的水為一蒸水，水質(zhì)較差，將一蒸水再次蒸餾得到的水為重蒸水（也稱二蒸水），將重蒸水再次蒸餾得到的水為三蒸水，重蒸水和三蒸水水質(zhì)較優(yōu)。圖1為電熱蒸餾水器工作原理圖。
圖1 電熱蒸餾水器工作原理圖
實驗室超純水機實驗室超純水機的工作原理比較復雜，像流水線作業(yè)，環(huán)環(huán)相扣（可謂套路取勝）。一般實驗室超純水機都是以離子交換為終端處理工藝，但制備超純水的離子交換樹脂對給水水質(zhì)要求很高且受自身交換容量的限制，自來水不能直接供給，需用純水為源水；純水的制取一般采用反滲透工藝，反滲透工藝是一種高效的純水處理工藝，可有效濾除源水中的顆粒物質(zhì)、有機物、無機鹽、甚至細菌和病毒，但由于反滲透膜孔徑很小（納米級膜），且無機垢容易在膜濃水側(cè)沉淀析出導致膜孔堵塞，如果自來水直接進入反滲透膜，反滲透膜會很快堵塞失效，需要將自來水預(yù)處理合格后供給反滲透膜使用；預(yù)處理主要目的是：過濾較大顆粒雜質(zhì)、降低水的濁度、去除自來水中對反滲透膜有損害的游離氯、去除自來水中容易在反滲透膜內(nèi)沉淀結(jié)垢的離子（Ca2+、Mg2+等）或添加阻垢劑防止沉淀物析出。由此看來，實驗室超純水機的工作鏈為：自來水→預(yù)處理→反滲透→離子交換。圖2為成都沛億科技有限公司Professional實驗室超純水機的工作原理圖，具有一定的代表性。（相關(guān)工藝詳細介紹請點擊：http://www.klazzic.net/CP.html#CPgylc）
圖2 實驗室超純水機典型工藝原理圖
產(chǎn)品外觀及技術(shù)參數(shù)
不銹鋼電熱蒸餾水器（以國內(nèi)某品牌典型不銹鋼電熱蒸餾水器為例）
產(chǎn)品特點：
- 不銹鋼電熱蒸餾水器是按國家標準制作，以電熱管為加熱熱源，以普通自來水為原料水和冷卻水，制取蒸餾水的單元設(shè)備；
- 密封性能好，有效地防止蒸汽的外泄；
- 本產(chǎn)品采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼板經(jīng)沖壓、焊接、拋光等工藝制成，具有抗腐蝕、耐老化、操作方便、使用壽命長等特點；
- 本機斷水器件采用原裝進口器件，可靈敏地從第一時間判斷出設(shè)備斷水情況，迅速切斷加熱電源，性能穩(wěn)定，保證用戶使用放心安全。
圖3 不銹鋼電熱蒸餾水器
技術(shù)參數(shù)：
| 型號 | 電源電壓(V) | 出水量(L/H) | 加熱功率(KW) | 毛重(Kg) | 凈重(Kg) | 外形尺寸(mm) |
| DZ-5L | 220 | 5 | 4.5 | 9.5 | 6 | 330×200×730 |
| DZ-10L | 380 | 10 | 7.5 | 10.5 | 7.5 | 350×320×830 |
| DZ-20L | 380 | 20 | 15 | 13.5 | 11 | 480×410×740 |
實驗室超純水機（以沛億Professional實驗室超純水機為例）
產(chǎn)品特點：
集成預(yù)處理、反滲透、后處理于一個機箱，安裝維護方便，結(jié)構(gòu)配管科學；獨立的電控盒設(shè)計，完全隔離水路與電控器件，使設(shè)備運行更加安全、穩(wěn)定；美國進口單片機CPU全自動控制，故障自檢聲光報警系統(tǒng)，LED液晶屏在線顯示產(chǎn)水水質(zhì)，符合人機工程學設(shè)計的人機操作界面，全防水安全薄膜取水按鍵，最優(yōu)質(zhì)進口濾料耗材等細節(jié)設(shè)計，都只為達到沛億Professional系列專業(yè)型實驗室超純水機的設(shè)計宗旨：功能齊備、使用安全、操作便捷、品質(zhì)穩(wěn)定、水質(zhì)最優(yōu)。
圖4 實驗室超純水機
技術(shù)參數(shù)：
| 機型 | PPR | PPB | PPA |
|---|---|---|---|
| 純水水質(zhì) | |||
| 電導率@25℃ | 2~10μs/cm | 2~10μs/cm | 2~10μs/cm |
| 超純水水質(zhì) | |||
| 電阻率@25℃ | 無超純水 | 15~18.2MΩ.cm | 18.2MΩ.cm |
| 總有機碳TOC | 5~10ppb | 1~3ppb | |
| 微生物 | <1CFU/ml * | <1CFU/ml * | |
| 熱源 | <0.001EU/ml * | <0.001EU/ml * | |
| 其它參數(shù) | |||
| 產(chǎn)水量@25℃ | 8、12、24升/小時 | 8、12、24升/小時 | 8、12、24升/小時 |
| 最大出水流速 | 1.5升/分鐘 | 1.5升/分鐘 | 1.5升/分鐘 |
| 給水水源TDS | <200ppm | <200ppm | <200ppm |
| 給水壓力 | 0.15~0.5Mpa | 0.15~0.5Mpa | 0.15~0.5Mpa |
| 純水箱容積 | 12升/23升 | 12升/23升 | 12升/23升 |
| 水質(zhì)預(yù)處理 | 10寸3通道內(nèi)置式 （晶體阻垢） | 10寸3通道內(nèi)置式 （晶體阻垢） | 10寸3通道內(nèi)置式 （晶體阻垢） |
| 電源 | 220VAC/50Hz | 220VAC/50Hz | 220VAC/50Hz |
| 功率 | 60W | 60W | 60W |
| 尺寸(寬高深) | 368×563×508mm | 368×563×508mm | 368×563×508mm |
| 重量 | 22Kg | 25Kg | 25Kg |
操作說明
不銹鋼電熱蒸餾水器
1、使用：
（1）先將放水龍頭關(guān)閉，然后將冷卻水源從進水控制龍頭引入冷凝管進水口，通冷凝管從出口流入漏斗，注入蒸發(fā)鍋中，直至水位上升到稍高于玻璃水位鏡底部，暫將水源龍頭關(guān)閉。
（2）通電加熱。
（3）當鍋內(nèi)水即將沸騰時，接通冷卻水源，開始少量向鍋內(nèi)注水，隨著水的沸騰，逐漸調(diào)大冷卻水的流量，至鍋內(nèi)水微沸為止。此時，開始出蒸餾水。
（4）每次試用時，前30min的蒸餾水棄去。
2、注意事項：
（1）使用完應(yīng)將剩水排凈，并清洗干凈，保持干燥清潔，下次使用時更換新水以保證水質(zhì)。
（2）回水管注水口應(yīng)對準漏斗注水孔，如有誤差，應(yīng)將回水管拆下調(diào)正，裝正再用。
（3）定期清除蒸發(fā)鍋內(nèi)壁、電熱管表面、冷凝器內(nèi)壁、冷凝管表面及冷凝器出水管中的水垢，避免影響冷凝效果，降低熱效率和堵塞管路，減少使用壽命。
（4）每次使用完時注意先斷電后斷水源。
（5）蒸餾水器正在工作時，外表面溫度較高，切勿接觸，防止燙傷。
（6）橡膠密封圈使用久后會老化，應(yīng)及時更換，否則蒸餾水器漏水，影響蒸餾水質(zhì)，也影響環(huán)境衛(wèi)生。
（7）蒸餾水器必須由專人負責操作，調(diào)換新操作人員時必須詳細交代清楚。
實驗室超純水機
開機：
（1）開啟不銹鋼進水球閥，接通水源，通水10~20秒后接通電源，開啟機器后面板“電源開關(guān)”，設(shè)備人機界面“電源”、“進水閥”、“沖洗閥” 、“高壓泵”指示燈點亮，本機即啟動運行并進入沖洗狀態(tài)，沖洗90秒后，設(shè)備自動進入制水狀態(tài)。
（2）本機每次開機時會自動沖洗RO膜（UF膜）90秒，同時“沖洗閥”指示燈點亮。90秒后停止沖洗，“沖洗閥”指示燈自動熄滅。
（3）開機運行一段時間后，壓力純水桶滿水，“滿水”指示燈點亮，本機自動停機，“進水閥”和“高壓泵”指示燈熄滅；取水后純水桶水位下降，本機自動開機制水。
關(guān)機：
沛億實驗室超純水機具有全自動功能，當機器制水至壓力純水桶滿水時，沛億實驗室超純水機“滿水”指示燈點亮，設(shè)備自動停機。 用戶每天下班關(guān)機時，先關(guān)閉設(shè)備后面板電源開關(guān)，再關(guān)閉不銹鋼進水球閥。 注：超純水機不宜長時間停機不用，超純水機安裝后若是閑置不用，應(yīng)定期(夏季3天，冬季5天)放取UP超純水（2~3升/次)以沖走細菌等微生物。
取水：
（1）純水取用： 輕按“RO”按鍵，RO取水嘴即可取用RO純水，再按即可關(guān)閉。
（2）超純水取用：（若是PPR系列純水機，則無法取用UP超純水。） 輕按“UP”按鍵，UP取水嘴即可取用UP超純水，同時本機控制面板上部的水質(zhì)在線監(jiān)測儀顯示此時管路內(nèi)的UP產(chǎn)水水質(zhì)，再按即可關(guān)閉。
PK結(jié)果
通過上述對實驗室超純水機和電熱蒸餾水器的介紹，我們對二者已經(jīng)有了一個直觀的認識，下面我們將在如下方面讓二者進行PK，看一看它們各自的優(yōu)劣所在。
1、工作原理 電熱蒸餾水器工作原理簡單，從源水到產(chǎn)品水之間中間環(huán)節(jié)較少，產(chǎn)水水質(zhì)雖然不高但水質(zhì)穩(wěn)定性較好；實驗室超純水機工作原理先進，產(chǎn)水水質(zhì)很高，但從源水到產(chǎn)品水之間中間環(huán)節(jié)較多，任一環(huán)節(jié)水質(zhì)出現(xiàn)問題都會影響后級產(chǎn)水水質(zhì)，水質(zhì)會隨著耗材的使用壽命逐漸降低。工作原理方面，雙方打成平手。
電熱蒸餾水器：★★★
實驗室超純水機：★★★
2、外觀結(jié)構(gòu) 電熱蒸餾水器一般為不銹鋼材質(zhì)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為外露式結(jié)構(gòu)簡單，工業(yè)品外觀感較強；實驗室超純水機一般為碳鋼噴塑結(jié)合工程塑料材質(zhì)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)較復雜，外部有人機界面、取水口、水電接口等，功能模塊內(nèi)藏于產(chǎn)品機殼內(nèi)部，儀器設(shè)備外觀感強。總的說來，實驗室超純水機更適合實驗室工作環(huán)境。
電熱蒸餾水器：★★★
實驗室超純水機：★★★★
3、設(shè)備使用 從上述電熱蒸餾水器和實驗室超純水機的使用說明中可以看出，電熱蒸餾水器必須由專人負責操作，設(shè)備開機、停機操作步驟較多，操作繁瑣，誤操作率較高；實驗室超純水機無需專人負責操作，設(shè)備全自動運行，按鍵取水，操作簡單便捷，一般不會有誤操作。另外，電熱蒸餾水器產(chǎn)水有一定的溫度，需提前制取。實驗室超純水機產(chǎn)水水溫與給水水溫相同，可隨制隨取。這一回合實驗室超純水機完勝電熱蒸餾水器。
電熱蒸餾水器：★★
實驗室超純水機：★★★★★
4、設(shè)備維護 電熱蒸餾水器需要定期清除水垢及更換密封墊等易耗件，且清洗水垢工作量較大、強度較高，對清洗技術(shù)性要求較高；實驗室超純水機也需要定期更換過濾耗材，且耗材品種較多（預(yù)處理濾芯、反滲透膜、純化柱等），但相對操作難度較低。這一回合二者打成平手。
電熱蒸餾水器：★★★
實驗室超純水機：★★★
5、安全性能 電熱蒸餾水器使用220VAC（或380VAC）交流電為電源，功率為幾千瓦至十幾千瓦不等，存在缺水干燒和結(jié)垢堵塞管道的安全隱患，工作時，外表面溫度較高，易發(fā)生燙傷；實驗室超純水機雖然也使用220VAC交流電為電源，但電源進入設(shè)備后隨即變壓為24VDC安全電壓，功率為幾十瓦至兩三百瓦，沒有加熱，只是水壓需要提升較多，有一定的泄漏幾率，安全性能較電熱蒸餾水器高。
電熱蒸餾水器：★★
實驗室超純水機：★★★★
6、節(jié)能環(huán)保 節(jié)能環(huán)保方面，同等產(chǎn)水量的電熱蒸餾水器功耗很高（幾千瓦至十幾千瓦不等），冷卻水耗用量一般為1:14左右（即：產(chǎn)1升蒸餾水需耗用14升冷卻水），節(jié)能環(huán)保性很差；實驗室超純水機功耗僅幾十瓦，產(chǎn)水與廢水排放比例為1:2~3左右（即：產(chǎn)1升純水需排放約2~3升廢水），相對節(jié)能環(huán)保性很好。
電熱蒸餾水器：★
實驗室超純水機：★★★★
7、購買成本 電熱蒸餾水器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、配置簡單，相應(yīng)設(shè)備制造成本較低，設(shè)備采購成本也較低。一般實驗室用電熱蒸餾水器產(chǎn)水量有5升/小時、10升/小時、20升/小時三種規(guī)格，其采購價格分別為1000.00、1200.00、1500.00左右（備注：僅指國產(chǎn)不銹鋼電熱單蒸蒸餾水器，若需要水質(zhì)更優(yōu)的雙蒸、或石英亞沸蒸餾水器，價格更高。）；實驗室超純水機（以國產(chǎn)水質(zhì)與蒸餾水基本相同純水機型為例，水質(zhì)更高的超純水機型價格更高。）相應(yīng)產(chǎn)水量機型的采購價格大約在6000.00～9000.00不等。這一回合電熱蒸餾水器勝出。
電熱蒸餾水器：★★★★★
實驗室超純水機：★★
8、使用成本 設(shè)備購買是用來使用的，就像汽車，買車和養(yǎng)車的費用是兩個完全不同的概念，我們在買車時需要兩方面都考慮，蒸餾水器和實驗室超純水機同樣如此。那么，以10升/小時產(chǎn)水量為例，蒸餾水器和實驗室超純水機哪個使用成本更低呢？
首先看一看使用成本的組成部分，主要包括：設(shè)備折舊、水電成本、耗材成本。
為了比較精確的計算，以設(shè)備最長使用壽命為比較時間段，一般使用頻率下，電熱蒸餾水器工作壽命為2～3年，實驗室超純水機工作壽命為4～6年，這里比較6年平均的使用成本二者各為多少。
設(shè)備折舊：要滿足6年使用需求，需采購兩臺電熱蒸餾水器，采購成本為2400.00元左右，電熱蒸餾水器設(shè)備折舊為400.00元/年；而實驗室超純水機僅需采購一臺，采購成本為7500.00元左右，設(shè)備折舊為1250.00元/年。
水電成本（假設(shè)設(shè)備每天工作4小時，每周工作5天，電費為1.00元/度，水費為2.50元/噸）：電熱蒸餾水器：每小時電耗為7.5KW，每小時水耗150升，則6年電耗6×52×5×4×7.5＝46800KW，6年水耗6×52×5×4×（150/1000）＝936噸。每年電費為46800×1.00/6=7800.00元，水費為936×2.50/6=401.25元；實驗室超純水機：每小時電耗為60W，每小時水耗40升，則6年電耗6×52×5×4×0.06＝374.4KW，6年水耗6×52×5×4×（40/1000）＝294.6噸。每年電費為374.4×1.00/6=62.4元，水費為294.6×2.50/6=122.75元。綜合起來，電熱蒸餾水器一年水電成本為7800.00＋401.25＝8201.25元/年；實驗室超純水機一年的水電成本為62.4＋122.75=185.15元/年。
耗材成本：電熱蒸餾水器沒有耗材，6年可能需要更換2～3次發(fā)熱元件，清洗水垢需要消耗一定量的藥劑和水，其耗材成本不會超過100.00元/年，就按100.00元/年計算；實驗室超純水機6年大約需要更換12次預(yù)處理濾芯（約150.00元/套），3次反滲透膜元件（約400.00元/套），由于只產(chǎn)純水，后處理耗材，合計耗材費用為（150.00×12＋400.00×3）/6＝500.00元/年。
每年使用成本，綜上所述為：電熱蒸餾水器400.00+8201.25+100.00=8701.25元；實驗室超純水機1250.00+185.15+500.00=1935.15元。這一回合，實驗室超純水機憑借超低水電成本完勝電熱蒸餾水器。
電熱蒸餾水器：★
實驗室超純水機：★★★★★
9、產(chǎn)水量 普通電熱蒸餾水器產(chǎn)水量一般不超過20升/小時，若要更大產(chǎn)水量的蒸餾水器，其設(shè)備體積功耗將成倍增加，不太適合實驗室的使用環(huán)境；實驗室超純水機則很容易做到產(chǎn)水量每小時上百升，設(shè)備體積增加不大，功耗雖然也是成倍增加，但由于超純水機功耗很低，增加后的功耗也僅僅兩三百瓦，普通照明線路都可滿足其用電負荷。產(chǎn)水量的適應(yīng)性方面，實驗室超純水機占優(yōu)。
電熱蒸餾水器：★★
實驗室超純水機：★★★★
10、產(chǎn)水水質(zhì) 電熱蒸餾水器的最高水質(zhì)為三蒸水，電阻率大約在2~3 MΩ.cm；實驗室超純水機最高水質(zhì)電阻率可達18.2 MΩ.cm。從最高水質(zhì)和水質(zhì)應(yīng)用范圍廣度來看，超純水機遠遠優(yōu)于蒸餾水器。但我們前面“購買成本”和“使用成本”比較時，使用的是純水型實驗室超純水機與蒸餾水器進行比較，為了標準統(tǒng)一，產(chǎn)水水質(zhì)也使用純水型實驗室超純水機與蒸餾水器比較，那么，二者水質(zhì)基本相同。考慮到純水型實驗室超純水機很容易升級到超純水型，水質(zhì)有升級空間，產(chǎn)水水質(zhì)的PK，實驗室超純水機勝出一顆星。
電熱蒸餾水器：★★★★
實驗室超純水機：★★★★★
總結(jié)
| PK項目 | 電熱蒸餾水器 | 實驗室超純水機 |
|---|---|---|
| 工作原理 | ★★★ | ★★★ |
| 外觀結(jié)構(gòu) | ★★★ | ★★★★ |
| 設(shè)備使用 | ★★ | ★★★★★ |
| 設(shè)備維護 | ★★★ | ★★★ |
| 安全性能 | ★★ | ★★★★ |
| 節(jié)能環(huán)保 | ★ | ★★★★ |
| 購買成本 | ★★★★★ | ★★ |
| 使用成本 | ★ | ★★★★★ |
| 產(chǎn)水量 | ★★ | ★★★★ |
| 產(chǎn)水水質(zhì) | ★★★★ | ★★★★★ |
| 平均分（五顆星為滿分100分） | 52分 | 78分 |
通過上面十個方面的PK，實驗室超純水機最后得分為78分，電熱蒸餾水器最后得分為52分，電熱蒸餾水器僅在購買成本方面優(yōu)于實驗室超純水機，而其超高的能耗和使用成本是其敗北的主要原因。實驗室超純水機作為當今主流的分析實驗室純水、超純水制取設(shè)備，以其簡潔美觀的外觀、安全方便的使用操作、超低功耗及使用成本、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)水水質(zhì)，必將取代電熱蒸餾水器，成為分析實驗室的常規(guī)設(shè)備。
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