純水機的工作原理是對水施加一定的壓力，使水分子和離子態的礦物質元素通過反滲透膜，而溶解在水中的絕大部分無機鹽(包括重金屬)，有機物以及細菌、病毒等無法透過反滲透膜，從而使滲透過的純凈水和無法滲透過的濃縮水嚴格的分開。反滲透膜上的孔徑只有0.0001微米，而病毒的直徑一般有0.02-0.4微米，普通細菌的直徑有0.4-1微米。純水機流出的水達到飲用水標準。
超純水機是在反滲透技術的基礎上，添加了離子交換和終端處理技術。有些還有深度離子除鹽、超濾和UV光氧化作用設備，出來的水水質優于國標GB/T6682-2008實驗室一級用水的水質要求。
超純水機一般可以將水的純化過程大致分為4大步，預處理（初級凈化）、反滲透（生產出純水），離子交換（可生產出18.2MΩ.cm超純水）和終端處理（生產出符合特殊要求的超純水）。
1）由于預處理后的水將通過反滲透進行再一步的凈化，所以一定要盡量去除對反滲透膜有影響的雜質；主要包括大顆粒物質、余氯以及鈣離子鎂離子。在此要說明的一點是必須要根據進水水質的差異針對性地配備不同的處理單元。多數純水機生產廠家并不能很好幫助客戶解決這個問題，這會導致后續的純化無法達到理想結果并縮短反滲透膜、超純化柱等主要部件的壽命。為很好的解決這一問題，設計精密過濾器、活性碳吸附過濾器以及軟化樹脂針對性地去除水中大顆粒物質、余氯以及鈣離子鎂離子達到*的預處理效果。預處理耗材（價格相對低很多）的及時更換對超純機的長期穩定運行，保護核心部件相當重要。
2）反滲透是使用一個高壓泵對高濃度溶液提供比滲透壓差大的壓力，水分子將被迫通過半透膜到低濃度的一邊，反滲透可以濾除90%-99%的包括無機離子在內的絕大多數污染物，因為它出眾的純化效率，反滲透是水純化系統的一個非常有效的技術，因為反滲透能去除大部分的污物，所以它經常被用作為前道處理手段，能顯著地延長去離子交換柱的使用時間。鑒于反滲透在水質純化過程中是非常關鍵并且反滲透膜的更換價格較高，我們建議用戶一定要選擇對反滲透膜有保護功能的超純水機。為了盡可能延長反滲透膜的使用壽命以及提高反滲透膜的過濾效率，采用了*技術，結合的反滲透限流設計，在出水處有限流閥，使反滲透膜始終浸泡在水中，不致因變干而影響壽命。延長了反滲透膜壽命就是保證了出水水質，同時也提升了超純水系統的性價比。
3）離子交換即是水中的正離子與離子交換樹脂中的H+離子交換，水中的負離子與離子交換樹脂上的OH-離子交換，從而達到純化水的目的。通過離子交換去除離子，理論上幾乎能除去所有的離子物質，在25℃時，出水電阻率達到18.2MΩ。cm。經離子交換出水水質的高低主要取決于離子交換樹脂的質量和交換柱內水與樹脂的交換效率。
4）終端處理主要根據客戶的特殊要求生產出超低有機型、無菌型、無熱源型等的超純水。針對不同要求有多種處理方式，如超濾過濾法用于去除熱源，雙波長紫外氧化法用于降低水中總有機碳（TOC），微濾去除細菌等。超濾（UF）薄膜則是一個分子篩，它以尺寸為基準，讓溶液通過極細微的濾膜，以達到分離溶液中不同大小分子的目的，可將超純水中的熱源含量降至0.001EU/ml以下。雙波長紫外氧化法可利用光氧化有機化合物，將超純水中的總有機碳濃度降低至5ppb以下。
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