电子 / 制药超纯水制备：反渗透设备的工艺设计与选型

电子、制药行业是超纯水需求的核心领域，超纯水作为生产核心工艺用水，其纯度直接决定产品质量、生产良率与工艺稳定性 —— 电子行业需18.2MΩ・cm 超纯水保障芯片、元器件的无杂质加工，制药行业需符合药典标准的纯化水 / 注射用水满足无菌、无热原、无重金属的生产要求。反渗透（RO）设备作为超纯水制备的核心脱盐单元，凭借 99% 以上的脱盐率、分子级的污染物截留能力，成为电子 / 制药超纯水制备工艺中不可替代的核心装备，后续搭配 EDI、精混床等深度纯化单元，可实现从市政自来水到超高纯度水的逐级提纯。

电子、制药行业对超纯水的水质指标、工艺稳定性、无菌性要求差异显著，反渗透设备的工艺设计与选型需按行业定制化，核心围绕水质指标要求、工艺适配性、运行稳定性、合规性四大核心原则，从预处理工艺、RO 核心单元、工艺组合方式、设备配件选型等方面进行精准设计。本文针对电子、制药两大行业的超纯水需求差异，分别解析其反渗透设备的定制化工艺设计、核心选型要点，并给出标准化工艺方案与合规性设计要求，为行业超纯水制备项目提供全流程实操支撑。

一、电子 / 制药超纯水的核心水质要求与 RO 设备的核心作用

（一）两大行业超纯水核心水质指标差异

电子、制药行业的超纯水水质要求均远高于常规工业纯水，但其核心关注指标、限值要求差异显著，这是反渗透设备工艺设计与选型的核心依据，其中电子行业聚焦离子、颗粒物、TOC 去除，制药行业聚焦无菌、无热原、重金属与离子残留，核心指标对比如下：

表格

核心指标 电子行业（半导体 / 芯片） 制药行业（纯化水 / 注射用水） 反渗透单元去除效果

电阻率 ≥18.2MΩ·cm（25℃） 电导率≤4.3μS/cm（25℃，纯化水） RO 单级脱盐率≥99%，双级≥99.9%

总有机碳（TOC） ≤10ppb，高端芯片≤1ppb ≤500ppb（纯化水） 去除率≥90%

颗粒物（≥0.22μm） ≤1 个 /mL 无明确限值，需无菌过滤去除 去除率≥99.9%

细菌 / 微生物 ≤1CFU/mL ≤10CFU/mL（纯化水），≤1CFU/100mL（注射用水） 去除率≥99.99%

重金属离子 各离子≤0.001mg/L 各离子≤0.005mg/L（符合药典） 去除率≥99.5%

热原 / 内毒素 无要求 ≤0.25EU/mL（注射用水） 无去除效果，需后续单元处理

（二）反渗透设备在超纯水制备中的核心作用

反渗透单元是电子 / 制药超纯水制备的核心脱盐与深度净化单元，位于预处理与深度纯化单元（EDI / 精混床 / 超滤）之间，起到承上启下的关键作用，核心价值体现在 3 方面：

深度脱盐除离子：通过纳米级膜分离实现 99% 以上的脱盐率，去除水中 99% 以上的溶解性无机盐、重金属离子，将市政自来水的电导率从 500~800μS/cm 降至 5~10μS/cm，为后续 EDI / 精混床的深度纯化降低负荷，避免深度纯化单元频繁再生，提升系统稳定性；

截留大部分污染物：去除水中 90% 以上的 TOC、99.9% 以上的颗粒物、99.99% 以上的细菌 / 微生物，大幅降低后续单元的污染风险，为超纯水的最终纯度提供基础保障；

实现纯水初步无菌化：纯物理截留细菌、微生物，无需投加药剂，避免药剂副产物污染，契合制药行业无菌、无残留的合规要求，以及电子行业无杂质引入的工艺要求。

核心结论：电子行业需双级 RO实现极致脱盐与 TOC 去除，为后续 18.2MΩ・cm 超纯水制备奠定基础；制药行业可根据需求选用单级 / 双级 RO，核心保障脱盐率与无菌性，后续搭配消毒、除热原单元即可满足药典标准。

二、电子行业超纯水制备：反渗透设备工艺设计与选型

电子行业（半导体、芯片、液晶面板）超纯水的核心需求是高电阻率、低 TOC、无颗粒物，对反渗透设备的脱盐率、TOC 去除能力、运行稳定性要求极致，工艺设计核心围绕 **“深度脱盐、低 TOC、防二次污染”三大目标，采用“强化预处理 + 双级 RO + 中间水箱优化”的核心工艺，配件选型聚焦高脱盐率、抗污染、低 TOC 析出 **。

（一）核心工艺设计：强化预处理 + 双级 RO，适配高纯度需求

电子行业超纯水制备的反渗透工艺需彻底去除原水中的离子、TOC、胶体、悬浮物，避免膜污染导致脱盐率下降，同时通过双级 RO 实现极致脱盐，核心工艺设计要点如下：

强化预处理工艺：从源头降低污染，控制 TOC市政自来水含胶体、悬浮物、余氯、有机物（TOC）等杂质，预处理的核心是将进水水质优化至 RO 膜最优进水要求（SDI≤2、浊度≤0.05NTU、余氯＜0.01mg/L、TOC≤500ppb），同时减少预处理单元的 TOC 析出，核心工艺：市政自来水→多介质过滤器→活性炭过滤器（椰壳炭）→精密过滤器（1μm）→超滤（UF）→保安过滤器（5μm）→还原剂加药 + 阻垢剂加药→一级 RO

选用椰壳活性炭：吸附余氯与小分子有机物，且 TOC 析出量远低于煤质活性炭，避免引入额外 TOC；

增设超滤（UF）：深度去除胶体、悬浮物、微生物，将 SDI 稳定降至≤2，大幅降低 RO 膜的污染风险；

加药系统：投加亚硫酸钠去除余氯（防止膜氧化），投加无磷低 TOC 阻垢剂，避免阻垢剂析出 TOC 污染纯水。

双级 RO 核心设计：极致脱盐，降低 TOC 与离子残留双级 RO 是电子行业超纯水制备的标配，一级 RO 实现初步深度脱盐，二级 RO 对一级 RO 产水进一步提纯，实现 99.9% 以上的脱盐率，将电导率降至≤1μS/cm，同时去除一级 RO 产水中残留的微量 TOC 与离子，核心设计：

一级 RO→中间水箱（密闭式）→增压泵→二级 RO：中间水箱采用密闭式 316L 不锈钢水箱，内置氮气保护或空气过滤器，防止空气中的 CO₂溶入导致水质酸化、电导率上升；

产水回流设计：二级 RO 产水部分回流至一级 RO 进水端，提升一级 RO 进水水质，降低一级 RO 膜的污染风险，同时稳定二级 RO 的运行压力；

回收率控制：双级 RO 总回收率控制在70%~75%，避免回收率过高导致浓水侧离子富集，影响脱盐率；单级 RO 回收率控制在 75% 左右，二级 RO 回收率控制在 80% 左右。

在线清洗设计：配备酸 / 碱双清洗系统，针对无机结垢（酸洗）、有机污染（碱洗）进行在线清洗，清洗周期设定为 3~6 个月，确保 RO 膜脱盐率稳定≥99%。

工艺衔接设计：双级 RO 与后续深度纯化单元的无缝对接双级 RO 产水需直接对接EDI + 精混床 + 紫外线 TOC 降解单元，工艺衔接的核心是防止二次污染，设计要点：

双级 RO 产水管路采用316L 不锈钢卫生级管路，快装卡箍连接，无死角，避免微生物滋生与颗粒物残留；

双级 RO 产水端增设0.22μm 精密过滤器，截留微量颗粒物，保护后续 EDI 膜堆；

管路采用循环设计，当超纯水用水点无需求时，实现产水循环，避免管路内水质停滞导致纯度下降。

（二）核心选型要点：高脱盐、低污染、低 TOC，适配电子行业极致要求

电子行业反渗透设备的配件选型需极致化，所有配件均需满足高脱盐率、抗污染、低 TOC 析出、无杂质脱落的要求，核心配件选型标准如下：

RO 膜组件：高脱盐率、低 TOC、抗污染优先选用电子行业专用低 TOC 聚酰胺复合膜，如陶氏 BW30-400FR、海德能 ESPA4 等型号，核心参数要求：脱盐率≥99.5%（单支）、TOC 去除率≥92%、膜面超亲水改性，可有效抵御有机物污染，延长清洗周期；

一级 RO 选用高脱盐率抗污染膜，二级 RO 选用超低压高脱盐率膜（运行压力≤1.5MPa），降低能耗的同时提升脱盐效果；

膜壳选用316L 不锈钢无缝膜壳，无涂层、无杂质析出，避免污染纯水。

泵体：卫生级、低脉动、无泄漏

一级 RO 高压泵选用变频不锈钢高压离心泵，二级 RO 增压泵选用卫生级不锈钢离心泵，均为机械密封无泄漏设计，避免泵体润滑油泄漏污染纯水；

泵体过流部件为 316L 不锈钢，表面抛光处理，无死角，防止微生物滋生。

管路与阀件：316L 不锈钢卫生级，无死角

全程管路采用316L 不锈钢卫生级抛光管（内壁粗糙度 Ra≤0.8μm），快装卡箍连接，替代传统法兰连接，避免管路死角导致的颗粒物残留与微生物滋生；

阀件选用卫生级隔膜阀 / 球阀，316L 不锈钢材质，无填料密封，避免杂质脱落与泄漏。

自控系统：高精度、实时监测、自动调控

配备高精度在线监测仪表：电导率仪（精度 ±0.01μS/cm）、电阻率仪、TOC 在线监测仪（精度 ±1ppb）、SDI 仪、压力变送器，实时监测进水 / 产水 / 浓水的核心指标；

采用工业级 PLC + 触摸屏，实现自动启停、自动加药、自动冲洗、自动清洗，当产水电导率超标、跨膜压差上升时，自动报警并触发联动处理，确保系统稳定运行；

支持数据存储与导出，存储周期≥1 年，满足电子行业生产追溯要求。

（三）电子行业超纯水制备标准化 RO 工艺方案

核心工艺：市政自来水→多介质过滤器→椰壳活性炭过滤器→1μm 精密过滤器→超滤（UF）→5μm 保安过滤器→还原剂 + 无磷阻垢剂加药→一级 RO→密闭式中间水箱→增压泵→二级 RO→0.22μm 精滤→EDI→紫外线 TOC 降解→精混床→终端超滤→超纯水储罐→循环供水系统核心参数：一级 RO 脱盐率≥99.5%，二级 RO 脱盐率≥99%，双级 RO 产水电导率≤1μS/cm，TOC≤50ppb；系统总回收率 70%~75%；后续搭配深度纯化单元后，产水电阻率≥18.2MΩ・cm，TOC≤10ppb，颗粒物≤1 个 /mL。

三、制药行业超纯水制备：反渗透设备工艺设计与选型

制药行业超纯水分为纯化水和注射用水，核心需求是符合《中国药典》2025 版标准、无菌、无热原、无重金属残留，对反渗透设备的合规性、无菌性、运行稳定性要求远高于电子行业，工艺设计核心围绕 **“GMP 合规、无菌化、低污染”三大目标，采用“标准化预处理 + 单级 / 双级 RO + 无菌化设计”的核心工艺，配件选型聚焦卫生级、无菌、易清洗、可追溯 **。

（一）核心工艺设计：合规化 + 无菌化，适配药典与 GMP 要求

制药行业反渗透工艺设计需同时满足水质要求与 GMP 认证要求，核心是无菌化设计、工艺可追溯、设备易清洗消毒，可根据纯化水 / 注射用水的需求差异选用单级 RO或双级 RO，核心工艺设计要点如下：

标准化预处理工艺：保障进水水质，适配 GMP 清洗要求预处理的核心是去除原水中的胶体、悬浮物、余氯、有机物，同时设备需满足GMP 易清洗、无死角的要求，避免微生物滋生，核心工艺：市政自来水→多介质过滤器→活性炭过滤器→软化器（可选，高硬度原水）→精密过滤器（5μm）→保安过滤器（5μm）→还原剂加药 + 阻垢剂加药→RO

设备均采用快装式设计，过滤器配备反洗功能，可实现在线反洗，无需拆卸，符合 GMP 便捷运维要求；

高硬度原水增设软化器，采用食品级树脂，防止 RO 膜结垢，树脂再生采用纯水再生，避免再生剂残留；

加药系统选用卫生级计量泵，药箱为食品级 PE 材质，加药管路为卫生级软管，易拆卸清洗。

RO 核心设计：无菌化、合规化，适配纯化水 / 注射用水需求制药行业可根据水质要求选择单级或双级 RO，纯化水可选用单级 RO（搭配 EDI），注射用水需选用双级 RO，核心设计围绕无菌化、可清洗、可追溯展开：

无菌化设计：RO 膜壳选用卫生级 316L 不锈钢膜壳，快装连接；RO 产水管路采用卫生级 316L 不锈钢管路，全程无死角、无盲管，盲管长度≤3D（D 为管路直径），符合 GMP 无菌要求；RO 单元配备在线消毒接口，可采用臭氧 / 热水对 RO 膜壳与管路进行在线消毒，防止微生物滋生；

单级 / 双级选型：单级 RO（脱盐率≥99%）产水电导率≤5μS/cm，搭配 EDI 后可满足纯化水标准；双级 RO（脱盐率≥99.9%）产水电导率≤1μS/cm，搭配 EDI + 蒸馏 / 超滤后可满足注射用水标准；

回收率控制：单级 RO 回收率控制在75%~80%，双级 RO 总回收率控制在 70%~75%，兼顾产水率与膜保护；

中间水箱设计：双级 RO 的中间水箱采用无菌密闭式 316L 不锈钢水箱，配备空气过滤器（0.22μm），防止空气中的微生物进入，水箱内置清洗球，可实现在线清洗。

工艺衔接设计：RO 与后续消毒 / 除热原单元的合规对接RO 产水后续需对接EDI + 紫外线 / 臭氧消毒 + 超滤（除热原）单元（纯化水）或EDI + 蒸馏 + 无菌过滤单元（注射用水），工艺衔接的核心是GMP 合规与无菌化：

RO 产水端增设0.22μm 无菌过滤器，截留微量微生物，保护后续 EDI 单元；

所有管路连接采用快装卡箍，易拆卸、易清洗、易灭菌，符合 GMP 设备验证要求；

配备纯水循环系统，超纯水储罐采用锥底设计，实现全排尽，避免储罐内水质停滞导致微生物滋生，循环流速≥1.5m/s，确保管路内水质新鲜。

（二）核心选型要点：卫生级、合规化、易清洗，契合 GMP 要求

制药行业反渗透设备的配件选型以 GMP 合规为核心，所有配件需满足卫生级、无菌、易清洗、可验证、可追溯的要求，核心配件选型标准如下：

RO 膜组件：卫生级、低污染、可消毒优先选用制药行业专用卫生级聚酰胺复合膜，如陶氏 BW30-400/HR、海德能 CPA3-LD 等型号，核心参数要求：脱盐率≥99.2%（单支）、膜面抗生物污染，可耐受低浓度臭氧 / 热水消毒（部分型号）；

膜壳选用卫生级 316L 不锈钢快装膜壳，内壁抛光处理（Ra≤0.8μm），无死角，可实现在线清洗消毒。

泵体与阀件：卫生级、无泄漏、易清洗

高压泵 / 增压泵选用卫生级 316L 不锈钢离心泵，机械密封无泄漏，过流部件抛光处理，配备卫生级进出口接头，易拆卸清洗；

阀件选用GMP 认证卫生级隔膜阀，316L 不锈钢材质，膜片为食品级 EPDM/PTFE，无填料密封，避免杂质脱落，可耐受高温消毒（121℃）。

管路与储罐：卫生级、无死角、可清洗 / 灭菌

全程管路采用316L 不锈钢卫生级抛光管，内壁粗糙度 Ra≤0.4μm（注射用水需 Ra≤0.2μm），快装卡箍连接，无法兰、无死角，符合 GMP 无菌要求；

纯水储罐选用316L 不锈钢无菌密闭储罐，配备清洗球、空气过滤器、液位计、取样口，取样口为卫生级快装设计，可无菌取样，储罐可实现在线清洗（CIP）与在线灭菌（SIP）。

自控与监测系统：可验证、可追溯、高精度

配备药典标准在线监测仪表：电导率仪（符合《中国药典》要求，可温度补偿）、pH 计、余氯仪、细菌总数在线监测仪，实时监测水质指标，数据可实时显示并存储；

采用GMP 合规 PLC 控制系统，支持设备验证（IQ/OQ/PQ），具备操作记录、报警记录、运行参数记录功能，数据存储周期≥3 年，可导出、可追溯，满足制药行业 GMP 追溯要求；

实现全自动控制：自动启停、自动加药、自动冲洗、自动消毒、自动清洗，所有操作均有记录，避免人工操作误差。

（三）制药行业超纯水制备标准化 RO 工艺方案

1. 纯化水制备方案（符合《中国药典》2025 版）

核心工艺：市政自来水→多介质过滤器→活性炭过滤器→软化器（可选）→5μm 精密过滤器→保安过滤器→还原剂 + 阻垢剂加药→单级 RO→0.22μm 精滤→EDI→紫外线消毒→臭氧消毒（可选）→纯化水储罐→循环供水系统核心参数：单级 RO 脱盐率≥99%，产水电导率≤5μS/cm；搭配 EDI 后产水电导率≤4.3μS/cm（25℃），细菌≤10CFU/mL，符合纯化水标准。

2. 注射用水制备方案（符合《中国药典》2025 版）

核心工艺：市政自来水→多介质过滤器→活性炭过滤器→5μm 精密过滤器→保安过滤器→还原剂 + 阻垢剂加药→一级 RO→密闭中间水箱→增压泵→二级 RO→0.22μm 精滤→EDI→紫外线消毒→多效蒸馏机→无菌过滤→注射用水储罐→循环供水系统核心参数：双级 RO 脱盐率≥99.9%，产水电导率≤1μS/cm；搭配 EDI + 蒸馏后，产水电导率≤0.6μS/cm（25℃），细菌≤1CFU/100mL，热原≤0.25EU/mL，符合注射用水标准。

四、电子 / 制药行业反渗透设备选型的通用核心原则

电子、制药行业的反渗透设备选型虽有行业定制化差异，但均需遵循五大通用核心原则，确保设备运行稳定性、水质达标性、工艺适配性，这是超纯水制备项目成功落地的关键：

1. 水质导向原则

根据原水水质（市政自来水 / 地下水的含盐量、硬度、TOC、余氯等）与最终超纯水水质指标，确定 RO 膜的脱盐率、预处理工艺、单级 / 双级 RO 选型，原水水质复杂时需强化预处理，水质要求越高则需选用更高脱盐率的膜组件与双级 RO 工艺。

2. 合规性原则

制药行业需严格遵循 **《中国药典》2025 版与GMP 认证要求，所有设备、配件需满足卫生级、无菌化、可验证、可追溯；电子行业需遵循行业生产规范，设备需满足无杂质引入、低 TOC 析出 ** 要求，核心配件需选用行业专用型号。

3. 稳定性原则

超纯水制备是电子 / 制药生产的核心配套系统，需24 小时连续稳定运行，设备选型需选用工业级成熟配件，预留 30% 的流量 / 压力余量，适配原水水质与生产负荷的波动；同时配备在线清洗、在线消毒系统，确保膜组件性能稳定。

4. 无二次污染原则

所有与纯水接触的配件（膜壳、泵体、管路、储罐、阀件）均需选用无杂质析出、无涂层、卫生级材质，避免润滑油、涂层、填料等杂质脱落污染纯水；管路与设备设计需无死角、无盲管，防止微生物滋生与颗粒物残留。

5. 智能化与可追溯原则

配备工业级智能自控系统，实现全自动运行、实时监测、故障预警；所有运行参数（压力、流量、电导率、TOC、加药量）均可存储、导出、追溯，制药行业需满足 GMP 验证要求，电子行业需满足生产追溯要求。

五、电子 / 制药行业反渗透设备的运行与维护核心要点

电子、制药行业的反渗透设备运行维护需定制化，核心围绕保持脱盐率稳定、防止膜污染、保障无菌化 / 低 TOC展开，通用维护要点与行业差异化维护要求如下：

（一）通用维护要点

定期监测核心参数：每日监测进水 SDI、余氯、产水电导率、跨膜压差（TMP），当 TMP 上升 30% 或产水电导率上升 10% 时，立即启动在线清洗；

定期更换预处理滤芯：PP 棉滤芯每 1~3 个月更换，活性炭滤芯每 6~12 个月更换，超滤膜每 1~2 年清洗 / 更换；

定期在线清洗：根据膜污染类型，每 3~6 个月进行一次在线酸 / 碱清洗，无机结垢用 0.5%~1% 柠檬酸清洗，有机污染用 0.1%~0.5% NaOH 清洗；

膜组件保护：短期停机（≤7 天）保持膜组件满水状态，投加 5~10mg/L 非氧化性杀菌剂；长期停机（≥7 天）加注专用膜保护液，密封膜壳。

（二）行业差异化维护要求

电子行业：重点控制 TOC 与颗粒物，每月更换活性炭滤芯（椰壳炭），每 3 个月对 RO 管路与中间水箱进行一次化学清洗，去除 TOC 残留；定期校准 TOC 在线监测仪，确保监测精度；

制药行业：重点保障无菌化与 GMP 合规，每月对 RO 单元进行一次在线臭氧 / 热水消毒（80~85℃热水循环 30 分钟），每季度对所有设备、管路进行一次 CIP 清洗，每年度进行一次 IQ/OQ/PQ 再验证；所有维护操作均需记录，纳入 GMP 追溯体系。

六、总结

反渗透设备是电子 / 制药超纯水制备的核心脱盐与深度净化单元，其工艺设计与选型的核心是按行业定制化—— 电子行业聚焦高脱盐率、低 TOC、防二次污染，采用强化预处理 + 双级 RO的极致化工艺，配件选型聚焦高脱盐、低 TOC、工业级稳定；制药行业聚焦GMP 合规、无菌化、可追溯，采用标准化预处理 + 单级 / 双级 RO的合规化工艺，配件选型聚焦卫生级、无菌、易清洗。

两大行业的反渗透设备工艺设计与选型均需遵循水质导向、合规性、稳定性、无二次污染、可追溯五大核心原则，同时结合后续深度纯化单元（EDI、精混床、蒸馏、超滤）进行工艺衔接，实现从市政自来水到超纯水的逐级提纯，最终满足行业极致的水质要求。随着膜材料技术的升级（高脱盐率、低 TOC、抗污染膜）与智能化技术的发展（AI 智能调控、远程运维），反渗透设备将进一步提升运行稳定性与水质精度，为电子 / 制药行业的高质量生产提供更坚实的超纯水保障。