实验室超纯水机PK电热蒸馏水器

 [ 摘要] 实验室超纯水机与电热蒸馏水器皆为分析试验室制取纯水、超纯水的重要常用仪器，若是读者对两种产品的工作原理、产品特点、制水方式等方面的信息了解不够，很容易在选购或使用时遇到困难，本文将详细介绍实验室超纯水机与电热蒸馏水器产品技术参数和优缺点，以加深读者对两种产品的认识。

        [关键字] 实验室超纯水机,蒸馏水器,技术参数,工作原理

引言

        原子吸收、液相色谱、离子质谱、分子生物学、生物化学等，许多理化及生物分析实验皆会用到纯水和超纯水，国家为这类分析实验用水水质要求也制定了相应的国家标准（最新版国标编号：GB/T 6682-2008）。为达到分析实验用水国标要求，满足实验需要，应对源水进行纯化处理。实验室源水通常为自来水，将自来水净化为纯水或超纯水通常有两种方法：蒸馏法和离子交换法。电热蒸馏水器以蒸馏法制取纯水，实验室超纯水机一般以离子交换法为终端处理工艺制取纯水或超纯水。两种设备产水均可用于分析实验，本文将让实验室超纯水机与电热蒸馏水器在：产水水质、产水量、节能环保、易用性、设备成本、使用成本等方面进行PK，以加深读者对两种产品的认识。当然，在让二者PK之前，有必要先介绍两位选手的工作原理及特点。

工作原理

       实验室电热蒸馏水器
       蒸馏水器的工作原理很简单（可谓一招制敌），即为利用水遇热气化遇冷液化的原理，将源水加热以使水蒸汽快速蒸发，然后将水蒸汽冷却凝结为蒸馏水，由于水中溶解的杂质与水沸点不同，从而达到分离杂质与水的目的。自来水一次蒸馏的水为一蒸水，水质较差，将一蒸水再次蒸馏得到的水为重蒸水（也称二蒸水），将重蒸水再次蒸馏得到的水为三蒸水，重蒸水和三蒸水水质较优。图1为电热蒸馏水器工作原理图。

       实验室超纯水机
       实验室超纯水机的工作原理比较复杂，像流水线作业，环环相扣（可谓套路取胜）。一般实验室超纯水机都是以离子交换为终端处理工艺，但制备超纯水的离子交换树脂对给水水质要求很高且受自身交换容量的限制，自来水不能直接供给，需用纯水为源水；纯水的制取一般采用反渗透工艺，反渗透工艺是一种高效的纯水处理工艺，可有效滤除源水中的颗粒物质、有机物、无机盐、甚至细菌和病毒，但由于反渗透膜孔径很小（纳米级膜），且无机垢容易在膜浓水侧沉淀析出导致膜孔堵塞，如果自来水直接进入反渗透膜，反渗透膜会很快堵塞失效，需要将自来水预处理合格后供给反渗透膜使用；预处理主要目的是：过滤较大颗粒杂质、降低水的浊度、去除自来水中对反渗透膜有损害的游离氯、去除自来水中容易在反渗透膜内沉淀结垢的离子（Ca2+、Mg2+等）或添加阻垢剂防止沉淀物析出。由此看来，实验室超纯水机的工作链为：自来水→预处理→反渗透→离子交换。图2为济南太平玛环保设备有限公司智能型实验室超纯水机的工作原理图，具有一定的代表性。

图2 实验室超纯水机典型工艺原理图

产品外观及技术参数

不锈钢电热蒸馏水器（以国内某品牌典型不锈钢电热蒸馏水器为例）

产品特点：

• 不锈钢电热蒸馏水器是按国家标准制作，以电热管为加热热源，以普通自来水为原料水和冷却水，制取蒸馏水的单元设备；
• 密封性能好，有效地防止蒸汽的外泄；
• 本产品采用优质不锈钢板经冲压、焊接、抛光等工艺制成，具有抗腐蚀、耐老化、操作方便、使用寿命长等特点；
• 本机断水器件采用原装进口器件，可灵敏地从第一时间判断出设备断水情况，迅速切断加热电源，性能稳定，保证用户使用放心安全。

技术参数：

实验室超纯水机（以太平玛智能型实验室超纯水机为例）

产品特点：

图4 实验室超纯水机

        集成预处理、反渗透、后处理于一个机箱，安装维护方便，结构配管科学；独立的电控盒设计，完全隔离水路与电控器件，使设备运行更加安全、稳定；美国进口单片机CPU全自动控制，故障自检声光报警系统，LED液晶屏在线显示产水水质，符合人机工程学设计的人机操作界面，全防水安全薄膜取水按键，最优质进口滤料耗材等细节设计，都只为达到太平玛智能系列专业型实验室超纯水机的设计宗旨：功能齐备、使用安全、操作便捷、品质稳定、水质最优。

技术参数：

操作说明

不锈钢电热蒸馏水器

1、使用：
（1）先将放水龙头关闭，然后将冷却水源从进水控制龙头引入冷凝管进水口，通冷凝管从出口流入漏斗，注入蒸发锅中，直至水位上升到稍高于玻璃水位镜底部，暂将水源龙头关闭。
（2）通电加热。
（3）当锅内水即将沸腾时，接通冷却水源，开始少量向锅内注水，随着水的沸腾，逐渐调大冷却水的流量，至锅内水微沸为止。此时，开始出蒸馏水。
（4）每次试用时，前30min的蒸馏水弃去。

2、注意事项：
（1）使用完应将剩水排净，并清洗干净，保持干燥清洁，下次使用时更换新水以保证水质。
（2）回水管注水口应对准漏斗注水孔，如有误差，应将回水管拆下调正，装正再用。
（3）定期清除蒸发锅内壁、电热管表面、冷凝器内壁、冷凝管表面及冷凝器出水管中的水垢，避免影响冷凝效果，降低热效率和堵塞管路，减少使用寿命。
（4）每次使用完时注意先断电后断水源。
（5）蒸馏水器正在工作时，外表面温度较高，切勿接触，防止烫伤。
（6）橡胶密封圈使用久后会老化，应及时更换，否则蒸馏水器漏水，影响蒸馏水质，也影响环境卫生。
（7）蒸馏水器必须由专人负责操作，调换新操作人员时必须详细交代清楚。

实验室超纯水机

开机：
（1）开启不锈钢进水球阀，接通水源，通水10~20秒后接通电源，开启机器后面板“电源开关”，设备人机界面“电源”、“进水阀”、“冲洗阀” 、“高压泵”指示灯点亮，本机即启动运行并进入冲洗状态，冲洗90秒后，设备自动进入制水状态。
（2）本机每次开机时会自动冲洗RO膜（UF膜）90秒，同时“冲洗阀”指示灯点亮。90秒后停止冲洗，“冲洗阀”指示灯自动熄灭。
（3）开机运行一段时间后，压力纯水桶满水，“满水”指示灯点亮，本机自动停机，“进水阀”和“高压泵”指示灯熄灭；取水后纯水桶水位下降，本机自动开机制水。

关机：
太平玛实验室超纯水机具有全自动功能，当机器制水至压力纯水桶满水时，太平玛实验室超纯水机“满水”指示灯点亮，设备自动停机。 用户每天下班关机时，先关闭设备后面板电源开关，再关闭不锈钢进水球阀。 注：超纯水机不宜长时间停机不用，超纯水机安装后若是闲置不用，应定期(夏季3天，冬季5天)放取UP超纯水（2~3升/次)以冲走细菌等微生物。

取水：
（1）纯水取用： 轻按“RO”按键，RO取水嘴即可取用RO纯水，再按即可关闭。
（2）超纯水取用：（若是TED3系列纯水机，则无法取用UP超纯水。） 轻按“UP”按键，UP取水嘴即可取用UP超纯水，同时本机控制面板上部的水质在线监测仪显示此时管路内的UP产水水质，再按即可关闭。

PK结果

通过上述对实验室超纯水机和电热蒸馏水器的介绍，我们对二者已经有了一个直观的认识，下面我们将在如下方面让二者进行PK，看一看它们各自的优劣所在。

1、工作原理
　　电热蒸馏水器工作原理简单，从源水到产品水之间中间环节较少，产水水质虽然不高但水质稳定性较好；实验室超纯水机工作原理先进，产水水质很高，但从源水到产品水之间中间环节较多，任一环节水质出现问题都会影响后级产水水质，水质会随着耗材的使用寿命逐渐降低。工作原理方面，双方打成平手。
　　电热蒸馏水器：★★★
　　实验室超纯水机：★★★

2、外观结构
　　电热蒸馏水器一般为不锈钢材质，产品结构为外露式结构简单，工业品外观感较强；实验室超纯水机一般为碳钢喷塑结合工程塑料材质，产品结构较复杂，外部有人机界面、取水口、水电接口等，功能模块内藏于产品机壳内部，仪器设备外观感强。总的说来，实验室超纯水机更适合实验室工作环境。
　　电热蒸馏水器：★★★
　　实验室超纯水机：★★★★

3、设备使用
　　从上述电热蒸馏水器和实验室超纯水机的使用说明中可以看出，电热蒸馏水器必须由专人负责操作，设备开机、停机操作步骤较多，操作繁琐，误操作率较高；实验室超纯水机无需专人负责操作，设备全自动运行，按键取水，操作简单便捷，一般不会有误操作。另外，电热蒸馏水器产水有一定的温度，需提前制取。实验室超纯水机产水水温与给水水温相同，可随制随取。这一回合实验室超纯水机完胜电热蒸馏水器。
　　电热蒸馏水器：★★
　　实验室超纯水机：★★★★★

4、设备维护
　　电热蒸馏水器需要定期清除水垢及更换密封垫等易耗件，且清洗水垢工作量较大、强度较高，对清洗技术性要求较高；实验室超纯水机也需要定期更换过滤耗材，且耗材品种较多（预处理滤芯、反渗透膜、纯化柱等），但相对操作难度较低。这一回合二者打成平手。
　　电热蒸馏水器：★★★
　　实验室超纯水机：★★★

5、安全性能
　　电热蒸馏水器使用220VAC（或380VAC）交流电为电源，功率为几千瓦至十几千瓦不等，存在缺水干烧和结垢堵塞管道的安全隐患，工作时，外表面温度较高，易发生烫伤；实验室超纯水机虽然也使用220VAC交流电为电源，但电源进入设备后随即变压为24VDC安全电压，功率为几十瓦至两三百瓦，没有加热，只是水压需要提升较多，有一定的泄漏几率，安全性能较电热蒸馏水器高。
　　电热蒸馏水器：★★
　　实验室超纯水机：★★★★

6、节能环保
　　节能环保方面，同等产水量的电热蒸馏水器功耗很高（几千瓦至十几千瓦不等），冷却水耗用量一般为1:14左右（即：产1升蒸馏水需耗用14升冷却水），节能环保性很差；实验室超纯水机功耗仅几十瓦，产水与废水排放比例为1:2~3左右（即：产1升纯水需排放约2~3升废水），相对节能环保性很好。
　　电热蒸馏水器：★
　　实验室超纯水机：★★★★

7、购买成本
　　电热蒸馏水器产品结构、配置简单，相应设备制造成本较低，设备采购成本也较低。一般实验室用电热蒸馏水器产水量有5升/小时、10升/小时、20升/小时三种规格，其采购价格分别为1000.00、1200.00、1500.00左右（备注：仅指国产不锈钢电热单蒸蒸馏水器，若需要水质更优的双蒸、或石英亚沸蒸馏水器，价格更高。）；实验室超纯水机（以国产水质与蒸馏水基本相同纯水机型为例，水质更高的超纯水机型价格更高。）相应产水量机型的采购价格大约在6000.00～9000.00不等。这一回合电热蒸馏水器胜出。
　　电热蒸馏水器：★★★★★
　　实验室超纯水机：★★

8、使用成本
　　设备购买是用来使用的，就像汽车，买车和养车的费用是两个完全不同的概念，我们在买车时需要两方面都考虑，蒸馏水器和实验室超纯水机同样如此。那么，以10升/小时产水量为例，蒸馏水器和实验室超纯水机哪个使用成本更低呢？

        首先看一看使用成本的组成部分，主要包括：设备折旧、水电成本、耗材成本。

        为了比较精确的计算，以设备最长使用寿命为比较时间段，一般使用频率下，电热蒸馏水器工作寿命为2～3年，实验室超纯水机工作寿命为4～6年，这里比较6年平均的使用成本二者各为多少。

        设备折旧：要满足6年使用需求，需采购两台电热蒸馏水器，采购成本为2400.00元左右，电热蒸馏水器设备折旧为400.00元/年；而实验室超纯水机仅需采购一台，采购成本为6500.00元左右，设备折旧为1250.00元/年。

        水电成本（假设设备每天工作4小时，每周工作5天，电费为1.00元/度，水费为2.50元/吨）：电热蒸馏水器：每小时电耗为7.5KW，每小时水耗150升，则6年电耗6×52×5×4×7.5＝46800KW，6年水耗6×52×5×4×（150/1000）＝936吨。每年电费为46800×1.00/6=7800.00元，水费为936×2.50/6=401.25元；实验室超纯水机：每小时电耗为60W，每小时水耗40升，则6年电耗6×52×5×4×0.06＝374.4KW，6年水耗6×52×5×4×（40/1000）＝294.6吨。每年电费为374.4×1.00/6=62.4元，水费为294.6×2.50/6=122.75元。综合起来，电热蒸馏水器一年水电成本为7800.00＋401.25＝8201.25元/年；实验室超纯水机一年的水电成本为62.4＋122.75=185.15元/年。

        耗材成本：电热蒸馏水器没有耗材，6年可能需要更换2～3次发热元件，清洗水垢需要消耗一定量的药剂和水，其耗材成本不会超过100.00元/年，就按100.00元/年计算；实验室超纯水机6年大约需要更换12次预处理滤芯（约150.00元/套），3次反渗透膜元件（约400.00元/套），由于只产纯水，后处理耗材，合计耗材费用为（150.00×12＋400.00×3）/6＝500.00元/年。

        每年使用成本，综上所述为：电热蒸馏水器400.00+8201.25+100.00=8701.25元；实验室超纯水机1250.00+185.15+500.00=1935.15元。这一回合，实验室超纯水机凭借超低水电成本完胜电热蒸馏水器。
　　电热蒸馏水器：★
　　实验室超纯水机：★★★★★

9、产水量
　　普通电热蒸馏水器产水量一般不超过20升/小时，若要更大产水量的蒸馏水器，其设备体积功耗将成倍增加，不太适合实验室的使用环境；实验室超纯水机则很容易做到产水量每小时上百升，设备体积增加不大，功耗虽然也是成倍增加，但由于超纯水机功耗很低，增加后的功耗也仅仅两三百瓦，普通照明线路都可满足其用电负荷。产水量的适应性方面，实验室超纯水机占优。
　　电热蒸馏水器：★★
　　实验室超纯水机：★★★★

10、产水水质
　　电热蒸馏水器的最高水质为三蒸水，电阻率大约在2~3 MΩ.cm；实验室超纯水机最高水质电阻率可达18.2 MΩ.cm。从最高水质和水质应用范围广度来看，超纯水机远远优于蒸馏水器。但我们前面“购买成本”和“使用成本”比较时，使用的是纯水型实验室超纯水机与蒸馏水器进行比较，为了标准统一，产水水质也使用纯水型实验室超纯水机与蒸馏水器比较，那么，二者水质基本相同。考虑到纯水型实验室超纯水机很容易升级到超纯水型，水质有升级空间，产水水质的PK，实验室超纯水机胜出一颗星。
　　电热蒸馏水器：★★★★
　　实验室超纯水机：★★★★★

总结

        通过上面十个方面的PK，实验室超纯水机最后得分为78分，电热蒸馏水器最后得分为52分，电热蒸馏水器仅在购买成本方面优于实验室超纯水机，而其超高的能耗和使用成本是其败北的主要原因。实验室超纯水机作为当今主流的分析实验室纯水、超纯水制取设备，以其简洁美观的外观、安全方便的使用操作、超低功耗及使用成本、优质的产水水质，必将取代电热蒸馏水器，成为分析实验室的常规设备。