純水就是沒(méi)有任何雜質(zhì)，由百分百的水分子組成，不包含任何其它分子的水體，自然界中不存在真正的純水。在文明發(fā)展過(guò)程中，人類一直延續(xù)著對(duì)純水的追求，人類文明史幾乎就是一部水的提純史。今天，老郭就與您聊一聊，人類對(duì)于水的認(rèn)識(shí)，以及提純水的歷程。

一、五行之一的水，眼不見(jiàn)為凈

不論是東方還是西方，古代文明都把水作為最基本的物質(zhì)之一，納入到自己的學(xué)說(shuō)當(dāng)中，在中國(guó)就是金、木、水、火、土五行學(xué)說(shuō)，在歐洲就是土、氣、水、火四元素說(shuō)，可見(jiàn)人類早就開(kāi)始意識(shí)到水的重要性。

盡管那時(shí)候并不清楚水和水之間的區(qū)別，也是知道污水是不能直接飲用的，最起碼含有污泥懸浮物的水，口感就很差，一定要喝清澈的水。當(dāng)時(shí)的人類，從自然界中總結(jié)出規(guī)律，含有泥沙的水，應(yīng)該靜置一段時(shí)間再喝，這就應(yīng)該是人類最早的凈水技術(shù)——沉淀法。

隨著文明的進(jìn)步，人類逐漸意識(shí)到了水和水之間是不一樣的。比如我國(guó)古代人民在泡茶的時(shí)候就知道，山泉水上、江河水中、井水下，其他的還有露水、雨水等，都區(qū)分了用途。隨著中醫(yī)的發(fā)展，我國(guó)人民還養(yǎng)成了喝開(kāi)水的習(xí)慣。

以科學(xué)解釋，山泉水、江河水和井水之間的最大區(qū)別就是鈣、鎂離子的濃度不同，井水的離子濃度高，用俗語(yǔ)說(shuō)就是比較硬。燒開(kāi)后的水不僅能去除多余的鈣鎂離子，讓水軟化，還能殺滅自然水體中的細(xì)菌和病毒，這都對(duì)人類的身體健康起到了積極的作用。

二、科學(xué)讓凈水技術(shù)和凈水有了標(biāo)準(zhǔn)

如果說(shuō)科學(xué)領(lǐng)域有沒(méi)有什么里程碑那樣的階段，那就應(yīng)該是20世紀(jì)初，這個(gè)時(shí)期的科學(xué)從宏觀世界進(jìn)入到了微觀領(lǐng)域，人類對(duì)于水的認(rèn)識(shí)，也進(jìn)入到了分子和原子的級(jí)別。同時(shí)人類對(duì)水的需求也擴(kuò)展到醫(yī)療衛(wèi)生、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等領(lǐng)域，這就催生了制備純水的產(chǎn)業(yè)。

早期，由于技術(shù)水平有限，生產(chǎn)高純度水的辦法主要是蒸餾法。如果生產(chǎn)環(huán)境控制得好，這種方法能生產(chǎn)出純度比較高的水。然而這種方法有一個(gè)致命的問(wèn)題，那就是太浪費(fèi)能源，并且水的純度無(wú)法滿足更高要求。這就導(dǎo)致了新的制備純水的方法不斷出現(xiàn)。

科學(xué)家們?cè)诔恋矸ǖ幕A(chǔ)之上，增加了過(guò)濾這個(gè)步驟，過(guò)濾中又包含了沙濾、活性炭吸附、超濾等技術(shù)。這些辦法既可以去除水中多余的鈣、鎂等離子，也能帶走一部分的細(xì)菌和病毒，同時(shí)又不會(huì)額外增加水中的其他物質(zhì)，不改變水的性狀，是目前生活用水的主要生產(chǎn)手段。

這個(gè)時(shí)候凈水的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從古人的眼不見(jiàn)為凈升級(jí)到了科學(xué)的指標(biāo)，比如水中其他雜質(zhì)的濃度、化學(xué)成分、細(xì)菌和病毒的數(shù)量等等。更進(jìn)一步的是，產(chǎn)生了純水的概念，不含任何雜質(zhì)的水。純水在醫(yī)療衛(wèi)生、微電子、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域有著廣泛的用途。

三、EDI超純水設(shè)備

然而知道了純水是什么，不等于能生產(chǎn)出來(lái)，這一步歷盡艱辛，直到今天仍然沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)。既然知道了水不純是因?yàn)槔锩婧懈鞣N少量的雜質(zhì)，那么最簡(jiǎn)單的辦法還是在過(guò)濾上下功夫。多數(shù)雜質(zhì)的體積都比水分子大，只要設(shè)計(jì)更細(xì)的網(wǎng)眼，留下雜質(zhì)，讓水過(guò)去就可以了。

現(xiàn)在有很多家用的純水機(jī)采用反滲透膜過(guò)濾技術(shù)(RO)就屬于此類，其核心是微孔過(guò)濾，只有水分子和比水分子小的礦物質(zhì)、微量元素能通過(guò)膜并保留下來(lái)供飲用；細(xì)菌、病毒、水垢、污染物均不能通過(guò)膜，成為濃縮水排出；反滲透技術(shù)能將水中95%-98%的離子去除，從而達(dá)到優(yōu)質(zhì)飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。

然而，優(yōu)質(zhì)飲用水距離純水的標(biāo)準(zhǔn)仍然相去甚遠(yuǎn)。為了徹底清除水中的雜質(zhì)不能用化學(xué)交換的辦法，因?yàn)檫@樣會(huì)引入更難清除的雜質(zhì)。上世紀(jì)50年代誕生的一種電去離子技術(shù)(Electrodeionization簡(jiǎn)稱EDI)，是目前普遍采用的超純水制備方案。

這種技術(shù)是將電滲析膜分離技術(shù)與離子交換技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)的一種新的制備超純水(高純水)的技術(shù)。在直流電場(chǎng)的作用下，淡水室中離子交換樹(shù)脂中的陽(yáng)離子和陰離子沿樹(shù)脂和膜構(gòu)成的通道分別向負(fù)極和正極方向遷移，陽(yáng)離子透過(guò)陽(yáng)離子交換膜，陰離子透過(guò)陰離子交換膜，分別進(jìn)入濃水室形成濃水。

EDI進(jìn)水中的陽(yáng)離子和陰離子跟離子交換樹(shù)脂中的氫離子和氫氧根離子交換，形成超純水(高純水)。超極限電流使水電解產(chǎn)生的大量氫離子和氫氧根離子對(duì)離子交換樹(shù)脂進(jìn)行連續(xù)的再生，可以連續(xù)工作，不需要酸堿化學(xué)再生。

這是一種綠色環(huán)保、低能耗、高效率的解決方案。

四、電導(dǎo)率（或電阻率）是純水的新標(biāo)準(zhǔn)

水的純度怎么測(cè)量？物理專業(yè)出身的老郭第一個(gè)思路是色譜法，這是因?yàn)槊糠N分子、原子都有其獨(dú)特的特征譜線，利用吸收光譜或者是發(fā)射光譜，就能在非常高的精度范圍內(nèi)確定樣品的純度。為了確定這個(gè)方法的可行性，我咨詢了遼寧中成永續(xù)水工科技有限公司的李雨桐總經(jīng)理。

李總說(shuō)，色譜法可以用，但是其成本高，并且不能實(shí)現(xiàn)在工業(yè)級(jí)生產(chǎn)中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，所以在EDI設(shè)備上采用的都是電導(dǎo)率儀或者是電阻率儀。中誠(chéng)永續(xù)公司生產(chǎn)的純水設(shè)備生產(chǎn)的超純水出水檢測(cè)值可以達(dá)到18.2MΩcm。

也許有些小伙伴對(duì)此有些疑問(wèn)，既然是測(cè)量水的電導(dǎo)率，為什么不是叫導(dǎo)電能力測(cè)試，而是叫做水質(zhì)測(cè)試呢？這是因?yàn)椋郊儍?，水的電?dǎo)率就越低，水的電導(dǎo)率是反映水的純凈程度的重要參數(shù)，甚至是唯一的參數(shù)，特別是高純水更是如此，因此電導(dǎo)率是可以正確地反映水質(zhì)的。

結(jié)束語(yǔ)

盡管如今的超純水仍然不是理論上的純水，但工程師們一直在努力，也許真正的純水永遠(yuǎn)也生產(chǎn)不出來(lái)，但我相信，在科學(xué)家和工程師的共同努力下，這個(gè)目標(biāo)一定能夠越來(lái)越接近。

需要注意的是，超純水只適合實(shí)驗(yàn)或者是工業(yè)生產(chǎn)，并不適合飲用，這個(gè)話題我們留在以后再談。