純水就是沒有任何雜質(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)展過程中，人類一直延續(xù)著對純水的追求，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，人類對于水的認(rèn)識，以及提純水的歷程。

一、五行之一的水，眼不見為凈

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)說當(dāng)中，在中國就是金、木、水、火、土五行學(xué)說，在歐洲就是土、氣、水、火四元素說，可見人類早就開始意識到水的重要性。

盡管那時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，人類逐漸意識到了水和水之間是不一樣的。比如我國古代人民在泡茶的時候就知道，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，我國人民還養(yǎng)成了喝開水的習(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，用俗語說就是比較硬。燒開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)

如果說科學(xué)領(lǐng)域有沒有什么里程碑那樣的階段，那就應(yīng)該是20世紀(jì)初，這個時期的科學(xué)從宏觀世界進(jìn)入到了微觀領(lǐng)域，人類對于水的認(rèn)識，也進(jìn)入到了分子和原子的級別。同時人類對水的需求也擴(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致命的問題，那就是太浪費能源，并且水的純度無法滿足更高要求。這就導(dǎo)致了新的制備純水的方法不斷出現(xiàn)。

科學(xué)家們在沉淀法的基礎(chǔ)之上，增加了過濾這個步驟，過濾中又包含了沙濾、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，同時又不會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。

這個時候凈水的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從古人的眼不見為凈升級到了科學(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)實驗等領(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，這一步歷盡艱辛，直到今天仍然沒有完全實現(xiàn)。既然知道了水不純是因為里面含有各種少量的雜質(zhì)，那么最簡單的辦法還是在過濾上下功夫。多數(shù)雜質(zhì)的體積都比水分子大，只要設(shè)計更細(xì)的網(wǎng)眼，留下雜質(zhì)，讓水過去就可以了。

現(xiàn)在有很多家用的純水機采用反滲透膜過濾技術(shù)(RO)就屬于此類，其核心是微孔過濾，只有水分子和比水分子小的礦物質(zhì)、微量元素能通過膜并保留下來供飲用；細(xì)菌、病毒、水垢、污染物均不能通過膜，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，因為這樣會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)有機地結(jié)合起來的一種新的制備超純水(高純水)的技術(shù)。在直流電場的作用下，淡水室中離子交換樹脂中的陽離子和陰離子沿樹脂和膜構(gòu)成的通道分別向負(fù)極和正極方向遷移，陽離子透過陽離子交換膜，陰離子透過陰離子交換膜，分別進(jìn)入濃水室形成濃水。

EDI進(jìn)水中的陽離子和陰離子跟離子交換樹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離子交換樹脂進(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)

水的純度怎么測量？物理專業(yè)出身的老郭第一個思路是色譜法，這是因為每種分子、原子都有其獨特的特征譜線，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，色譜法可以用，但是其成本高，并且不能實現(xiàn)在工業(yè)級生產(chǎn)中實時監(jiān)測，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)的超純水出水檢測值可以達(dá)到18.2MΩcm。

也許有些小伙伴對此有些疑問，既然是測量水的電導(dǎo)率，為什么不是叫導(dǎo)電能力測試，而是叫做水質(zhì)測試呢？這是因為，水越純凈，水的電導(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

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，但我相信，在科學(xué)家和工程師的共同努力下，這個目標(biāo)一定能夠越來越接近。

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