Меню Рубрики

Установка получения воды очищенной методом обратного осмоса

Водоподготовка в фармацевтике и медицине

Методы очистки воды

1. Дистилляция

Дистилляция может использоваться как для получения воды очищенной, так и для получения воды для инъекций. В последнем случае используют специальное оборудование — апирогенные аквадистилляторы (маркировка А).

Суть метода заключается в перегонке питьевой (или обессоленной) воды в аквадистилляторах различного типа и производительности.

В аквадистилляторе любой модели можно выделить 3 узла: испаритель, конденсатор и сборник. Кроме того, все дистилляторы оснащаются датчиками уровня.

Испаритель с исходной водой нагревают до температуры кипения. Пары воды поступают в конденсатор, где они скапливаются. Накопленный жидкий дистиллят поступает в сборник. Все нелетучие загрязнители, имеющиеся в исходной воде, остаются в аквадистилляторе.

По виду нагрева различают аквадистилляторы:

  • газовые (ДГ, АГ),
  • огневые с топкой (ДТ, АТ),
  • электрические (ДЭ, АЭ).

По конструкционным особенностям различают аквадистилляторы периодического и непрерывного действия; с одно- и двухступенчатым испарителем; с водоподготовителем (ДЭВ, АЭВ и др.); с брызгоулавливающим устройством (ДЭ-25; АЭВС и др.) [1].

В соответствии с ГОСТ 20887-75 производительность аквадистилляторов отечественного производства 4 и 25 л/час. Апирогенные аквадистилляторы, подготавливающие воду для инъекций, могут иметь производительность 4 , 10, 25 и 60 л/час.

С точки зрения экономической целесообразности дистилляция является дорогим методом получения очищенной воды. Из 11 литров исходной питьевой воды получают 1 литр очищенной. Поэтому на сегодняшний день актуальны более перспективные и экономичные методы приготовления воды для фармацевтических целей.

2. Ионообменный способ

Ионообменные смолы — сетчатые полимеры различной структуры и степени сшивки, в которых имеются ковалентные связи с ионогенными группами. При диссоциации ионогенных групп в воде или растворе образуется ионная пара. Один ион этой пары фиксирован на полимере, а противоион подвижен в растворе и способен обмениваться на ионы одноименного заряда из раствора.

Ионный обмен происходит на ионообменных установках— конструктивно это колонки, заполненные ионообменными смолами.

Ионообменные смолы разделяются на катиониты и аниониты. Ионообменные катиониты способны обменивать свой водородный ион на катионы Мg²⁺, Ca²⁺ и другие. Ионообменные аниониты обменивают свой гидроксил-ион на анионы SO₄²⁻ , Cl⁻ и другие. Качество воды контролируется электропроводностью. Как только ионообменная смола выработает свой ресурс, электропроводность раствора возрастает.

Колоночные аппараты для ионного обмена могут быть как с раздельными, так и со смешанными слоями катионов и анионов.

Аппараты с раздельными слоями представляют собой две последовательно расположенные колонки, одна из которых заполнена катионитами, а вторая — анионитами. Аппараты со смешанными слоями представляют собой одну колонку, наполненную смесью ионообменных смол.

Исходная вода подается через колонки снизу вверх, просачивается сначала через слой катионита, затем анионита. Частицы ионообменных смол, попавшие в воду, отфильтровываются.

По форме ионообменные смолы могут быть в виде гранул, волокон, губчатых образований, жгутов или лент. В процессе использования ионообменные смолы перемещаются в сорбционную ванну, в промывочную ванну, в бак регенерации и на отмывку.

Ионообменная технология является классическим и достаточно экономичным методом обессоливания воды. Один килограмм смолы способен очистить не менее 1000 литров воды.

Недостатки метода ионного обмена:

  • многие ионообменные смолы гидрофобны, что затрудняет процессы сорбции и десорбции;
  • гранулированные ионообменные смолы в процессе использования в колонках слеживаются и требуют разрыхления, а от механического воздействия разрушается их структура;
  • периодическая регенерация ионообменных смол — раствором хлористоводородной кислоты (для катионитов) или раствором гидроксида натрия (для анионитов), с последующей промывкой смол;
  • длительно используемые ионообменные смолы могут стать питательным субстратом для размножения микроорганизмов, поэтому им требуется периодическая дезинфекция.

3. Метод обратного осмоса

Мембранные технологии очистки воды в последние годы приобретают все более широкое применение.

Явление осмоса — это переход через полупроницаемую мембрану растворителя из раствора с низкой концентрацией примесей в раствор с более высокой концентрацией. Растворитель словно бы стремится уравнять концентрации солей в обоих растворах.

Обратный осмос идет в направлении, противоположном прямому осмосу. Под действием повышенного давления растворитель переходит через полупроницаемую мембрану из раствора с солями в ту область, где находится чистый растворитель. Движущей силой обратного осмоса является разность давлений.

Метод обратного осмоса первоначально использовался для опреснения соленой морской воды. Как оказалось впоследствии, этим методом можно получать воду высокой степени очистки — обессоленную, очищенную от механических примесей и микробов.

Состав стандартной установки обратного осмоса:

  • насос высокого давления;
  • один или несколько пермиаторов;
  • блок регулирования рабочего режима.

Центральная часть любой обратноосмотической установки – мембрана обратного осмоса. Как правило, мембрана представляет собой спирально свернутые слои из водоподающего слоя, полупроницаемой мембраны и водосборного слоя. Вода под давлением подается с торца цилиндрически свернутой мембраны. Очищенная вода (пермеат) просачивается через полимерную пленку, достигает водосборного слоя, откуда подается в центральную водосборную трубку. Концентрат после очистки скапливается на другой стороне мембраны и отводится в дренаж [2].

Материалом для обратноосмотической мембраны могут служить эфиры целлюлозы — ацетаты или полиэфиры — найлон.

Мембрана с диаметром пор 0,01 мкм полностью освобождает воду от растворимых солей, органических веществ, коллоидов и микробов.

Плюсы метода получения воды очищенной методом обратного осмоса:

  • относительная простота метода;
  • производительность метода не зависит от начального солесодержания исходной воды;
  • широкий ассортимент полупроницаемых мембран для получения воды заданного качества;
  • экономичность метода: из 10 литров исходной воды получают 7,5 литров воды очищенной;
  • энергоэффективность: затраты энергии идут только на работу насоса, что в 10-16 раз меньше, чем при очистке воды дистилляцией.

Недостатки метода обратного осмоса:

  • выбор обратноосмотической мембаны на основе характеристик исходной воды (солесодержания, pH, концентрации Cl);
  • закупорка пор мембраны в процессе водоподготовки;
  • необходимость периодического включения циклов обратной фильтрации для очистки пор.

4. Электродиализный метод

При этом методе растворимые соли удаляются из воды под действием электрического поля и с помощью частично проницаемых мембран.

Селективные ионообменные мембраны подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты проницаемы для катионов и имеют отрицательный заряд. Аниониты проницаемы для анионов, их заряд — положительный.

Очищаемая вода помещается в ёмкость, разделенную на три части селективными мембранами. Под действием постоянного электрического тока ионы из раствора начинают притягиваться к мембране, имеющей противоположный заряд.

Ионообменные селективные мембраны не сорбируют ионы, а селективно пропускают их сквозь себя. Извлеченные из воды ионы концентрируются в соседних камерах, а в камере обессоливания остается очищенная вода. Остаточное содержание солей при этом методе водоподготовки составляет 5-20 мг/л.

источник

Обратный осмос что это

Проблемы низкого качества и нестабильного состава воды, которая течет из крана, актуальны для многих городов России. По мнению экспертов в сфере водоснабжения, главные причины такого явления кроются в отсутствии контроля санитарных зон вокруг водозаборов, недостаточной оснащенности распределительных узлов и изношенности водопроводных сетей. Эффективным способом решения этой проблемы на уровне дома или собственной квартиры считается установка мембранного фильтра, который действует по принципу обратного осмоса (ОО). Ниже мы рассмотрим базовые элементы технологии, оборудование для систем бытовой и промышленной водоподготовки.

Обратный осмос: что это такое

Обратный осмос — это метод очистки воды, при котором раствор проходит под давлением через специальную синтетическую мембрану, где задерживаются до 98% минеральных солей и примесей. Впервые о процессе обратного осмоса заговорили еще в 50-х годах 20 века. Сегодня обратный осмос считается наиболее эффективным способом в области водоподготовки. Пользуется спросом, как у промышленных предприятий, так и в частных домах. Пермеат обратного осмоса это очищенная вода, которая подается на технические и питьевые нужды.

Что такое осмос и обратный осмос: в чем различия

Явление осмоса (прямой осмос) лежит в основе обменных процессов всех живых организмов на клеточном уровне. Благодаря ему «работают» водно-солевой обмен, получение питательных веществ, вывод продуктов жизнедеятельности. Для протекания процесса нужны раствор, растворитель и разделяющая их полупроницаемая мембрана, которая является барьером для растворенного вещества.

Читайте также:  Установка информационных табличек смета

Прямой осмос — это баромембранный массообменный процесс. Его можно описать следующим образом: со стороны растворителя возникает осмотическое давление, которое заставляет его молекулы переходить на сторону раствора и разбавлять его. Увеличение объема раствора сопровождается ростом гидростатического давления. Процесс прекращается, когда статическое и осмотическое давления приходят в равновесие.

Важно! В растительных и животных организмах роль полупроницаемой перегородки играет стенка клетки. Искусственные мембраны изготавливаются из органической синтетики.

Если приложить давление со стороны раствора, процесс пойдет в другую сторону. Это и есть обратный осмос. В процессе обратного осмоса по одну сторону мембраны повышается концентрация раствора, а по другую — увеличивается объем растворителя.

Что такое мембрана обратного осмоса

Для фильтров обратного осмоса используют полупроницаемые мембраны. Мембрана обратного осмоса состоит из:

  • селективного слоя, который является барьером для примесей;
  • армирующего слоя, задающего прочностные показатели мембраны.

В картридже фильтра обратного осмоса мембрана свернута в рулон. Такая конструкция позволяет получить большую площадь активной поверхности и поместить ее в компактный корпус стандартного типоразмера.

Мембрана для обратного осмоса — это главный элемент в системе очистки. Для изготовления мембран подходят следующие материалы:

  1. Ацетат целлюлозы. Недорогие и простые в изготовлении мембраны из этого материала появились в 1950-х годах. Они отлично справляются с очисткой воды от солей с большой молекулярной массой, но «пропускают» ряд низкомолекулярных соединений. Кроме того, они работают в ограниченном диапазоне pH и подвержены биоразложению. В настоящее время ацетат целлюлозы вытеснен более совершенными материалами.
  2. Армированный полиамид. Материал работает в широком диапазоне pH и не является питательной средой для микроорганизмов. Прочные полиамидные мембраны выдерживают высокие рабочие давления, имеют хорошую селективность к NaCl и органике. Главный недостаток — низкая устойчивость к окислителям. Вода с повышенным содержанием хлора быстро выводит из строя полиамидные мембраны.
  3. Тонкопленочные композиты. Мембраны из этого материала — самые совершенные на сегодняшний день. Пленки из композита имеют высокую селективность ко всем известным примесям.

Для чего нужны фильтры с системой обратного осмоса

Системы обратного осмоса — это установки, которые хорошо справляются с удалением растворенных минеральных солей. Очистка воды обратным осмосом — это удаление неорганических соединений из воды от 90 до 98 %.

Мембраны хорошо отфильтровывают органические вещества, молекулы которых значительно крупнее, чем у минеральных солей. Соединения с молекулярной массой выше 150 Da удаляются из воды на 100 %. Вероятность проникновения бактерий и вирусов через фильтр практически нулевая. Исключение составляют картриджи с механическими повреждениями мембраны. Очищенная вода, полученная на нормально работающей установке, не требует кипячения и дозирования дезинфицирующих веществ.

Но что очищает обратный осмос? Все ли вещества задерживаются на мембранах? Обратноосмотические мембраны свободно пропускают растворенные двухатомные газы: кислород, азот, водород.

Очистке на ОО можно подвергать воду с общей минерализацией 3 — 20 г/л с мутностью до 5 ЕМФ и перманганатной окисляемостью до 3 мгО2/л. Среди требований большинства производителей мембран к исходной воде можно выделить также отсутствие сильных окислителей (свободного хлора, озона) и двухвалентного железа.

В чем суть обратного осмоса

Обратный осмос воды — это процесс, который дает на выходе чистую питьевую и техническую воду. Установки обратного осмоса применяются на следующих объектах:

  • ГЭС, ТЭЦ, АЭС и других предприятиях энергетики;
  • ЖКХ, для водоснабжения объектов первой категории;
  • научные и исследовательские лаборатории, в том числе оборонного комплекса;
  • индивидуальное водоснабжение.

Для чего нужна установка обратного осмоса

Основные направления использования установок обратного осмоса — очистка воды с целью снижения общей минерализации, опреснение солоноватых вод. Фильтр обратного осмоса — это одна из стадий предподготовки при получении ультра очищенной воды для электронной промышленности, медицины, теплоэнергетики.

Еще одно направление использования обратного осмоса — получение концентратов — широко используется в пищевой промышленности. Сгущенное молоко и концентрированные соки получают путем обратного осмоса.

Промышленный обратный осмос: что это такое

Коммерческие и промышленные установки обратного осмоса представляют собой высокопроизводительные системы очистки воды с полуавтоматическим или полностью автоматизированным управлением. В их состав входит несколько модулей, отвечающих за предварительную подготовку и мембранную очистку.

Типовая установка промышленного обратного осмоса для получения технической воды состоит из следующих элементов:

  1. Фильтр грубой очистки. Сетка с определенным размером ячейки задерживает нерастворимые частицы.
  2. Колонна обезжелезивания. В ней двухвалентное железо окисляется до трехвалентного и удаляется в виде нерастворимого осадка.
  3. Сорбционный фильтр. Активный сорбент поглощает свободный хлор.
  4. Мембрана обратного осмоса. Удаляет растворенные соли и другие загрязнения. Одно из преимуществ промышленных установок обратного осмоса — масштабируемость. Для увеличения производительности в нее можно добавлять необходимое количество фильтрующих элементов.

Обратный осмос: как это устроено

Для протекания обратного осмоса нужно высокое рабочее давление, которое создается высоконапорным насосом. Системы комплектуются датчиками, манометрами, автоматическими сбросными клапанами, трубной обвязкой. Для контроля качества очищенной воды устанавливают TDS-метр.

Работа установки состоит из двух стадий:

Управление выполняется микроконтроллером. Поскольку исходная вода различается по составу, комплектация и наладка системы выполняется индивидуально. Могут потребоваться дополнительные стадии предподготовки.

Важно! При хорошем качестве исходной воды удается отказаться от некоторых стадий предварительной фильтрации, упростить и удешевить установку.

Бытовой обратный осмос для воды: для чего он нужен

На рынке оборудования представлен широкий выбор модульных систем обратного осмоса для частных домов и коттеджей, которые обычно размещают в отдельном помещении. Также есть моноблочные модели для квартир с централизованным водоснабжением. От промышленных обратноосмотических систем их отличает два параметра: производительность и расход воды. Но что такое обратный осмос в бытовых фильтрах?

Бытовая система с обратным осмосом — это компактное устройство, которое работает при сравнительно низких давлениях (до 3 атмосфер). Чаще всего в них нет повысительного насоса, а фильтрация происходит за счет напора в водопроводе. Такие установки производят несколько литров очищенной воды в сутки, что вполне достаточно для частного потребителя. Из-за низкого рабочего давления бытовая мембрана требует промывки чаще, чем промышленная.

В бытовых установках после обратного осмоса устанавливают минерализатор — устройство постобработки, которое обогащает воду полезными для человека минералами в нужных концентрациях. Такая вода предназначена исключительно для питья. На приготовление пищи или горячих напитков минерализация не влияет вообще (или влияет отрицательно).

Важно! Ресурс работы бытовых и промышленных мембран обратного осмоса большинства производителей составляет 1 год. Картриджи предварительной очистки меняют раз в полгода.

Почему обратноосмотические фильтры пользуются спросом

  • Высокое качество воды при низких энергозатратах.
  • Неограниченная производительность и сравнительно небольшие габариты.
  • Невысокие эксплуатационные расходы.
  • Концентрат не требует утилизации и сбрасывается в канализацию.

Компания Diasel занимается продажей промышленных и бытовых систем обратного осмоса. Наши специалисты предложат готовую модификацию или поберут комплект оборудования для частных заказчиков и предприятий. Мы найдем решение по результатам анализа исходной воды и требуемой производительности. Оформить заявку можно через «Обратную связь» или по телефону 8-499-391-39-59.

источник

Методы получения воды очищенной

Подготовку к работе и порядок работы на них осуществляют в соответствии с указаниями, изложенными в паспорте, и инструкцией по эксплуатации. При получении воды с помощью аквадистиллятора ежедневно перед началом работы необходимо в течении 10-15 минут проводить пропаривание при закрытых вентилях подачи воды в аквадистилятор и холодильник. Первые порции полученной воды в течении 15- 20 минут сливают. После этого времени начинают сбор воды.

Читайте также:  Установка плагин для фотошоп

Полученную воду собирают в чистые простерилизованные или обработанные паром сборники промышленного производства. Сборники должны иметь четкую надпись: «Вода очищенная». Если одновременно используют несколько сборников, их нумеруют. На этикетке емкостей для сбора и хранения воды для инъекций должно быть обозначено, что содержимое не пастеризовано. Стеклянные сборники плотно закрывают пробками с двумя отверстиями: одно для трубки, по которой поступает вода, другое для стеклянной трубки, в которую вставляют тампон из стерильной ваты (меняют ежедневно). Сборники устанавливают на болоноопрокидыватели и соединяют с аквадистилятором с помощью стеклянных трубок. Шлангов из силиконовой резины или другого индифферентного к воде очищенной материала, разрешенного к применению в медицине и выдерживающего обработку паром.

Подачу воды на рабочие места осуществляют по трубопроводам или в баллонах. Трубопроводы должны быть изготовлены из материалов, разрешенных к применению в медицине и не изменяющие свойства воды. При значительной длине трубопровода для удобства мойки, дезинфекции и отбора проб воды очищенной на микробиологический анализ через каждые 5-7м следует предусматривать тройники с внешним выводом и краном. Мытье и дезинфекцию трубопровода производят перед сборкой, в процессе эксплуатации не реже 1 раза в 14 дней, а также при неудовлетворительных результатах микробиологических анализов. Для обеззараживания трубопроводов из термостойких материалов через них пропускают острый пар из парогенератора или автоклава. Отсчет времени обработки ведут с момента выхода пара с концевого участка трубопровода. Обработку проводят в течении 30 минут. Трубопроводы из полимерных материалов и стекла можно стерилизовать 6% раствором перекиси водорода в течении 6 часов с последующим тщательным промыванием водой очищенной. После этого осуществляют проверку на отсутствие восстанавливающих веществ. Регистрацию обработки трубопровода ведут в специальном журнале.

Для очистки от пирогенных веществ стеклянные трубочки и сосуды обрабатывают подкисленным раствором перманганата калия в течении 25-30 минут. Для приготовления раствора к 10 частям 1% раствора калия перманганата добавляют 6 частей 1,5% раствор серной кислоты. После обработки сосуды и трубки тщательно промывают свежеприготовленной водой для инъекций.

В настоящее время основными методами получения воды очищенной являются дистилляция, ионный обмен и обратный осмос.

Метод дистилляции позволяет получать воду с высокой степенью очистки, с помощью этого метода имеется возможность получения горячей воды очищенной и пара для обработки сборников и трубопроводов. Недостатком этого метода является довольно высокая себестоимость получения воды очищенной.

Сущность метода дистилляции заключается в том, что вода подвергается перегонке в специальных аппаратах — дистилляторах. Дистиллятор состоит их трех основных частей: испарителя, конденсатора и сборника.

Вода поступает в испаритель, в котором доводится до кипения и переходит в газообразное состояние — пар. Пар поступает в холодильник, где он конденсируется, и затем полученная вода очищенная поступает в сборник. Все нелетучие примеси, находящиеся в исходной воде, остаются в аквадистилляторе. Эта схема получения воды дистиллированной характерна для наиболее простых, одноступенчатых аквадистилляторов. Двухступенчатые, термокомпрессорные и вакуумные аквадистилляторы имеют более сложное устройство.

На качество получаемой воды очищенной влияет исходный состав питьевой воды, конструктивные особенности дистиллятора, условия сбора и хранения воды. Для получения воды очищенной в городах обычно используют водопроводную воду, качество которой соответствует ГОСТ Р 51232-98. Если вода, используемая для получения воды очищенной, не соответствует требованиям к питьевой воде, то перед использованием этой воды необходимо провести водоподготовку. Как правило, в предварительной очистке нуждается вода, используемая в сельской местности, поскольку она может содержать органические вещества, повышенное количество аммиака, обладать повышенной жесткостью. Применение такой воды может привести к значительному ухудшению качества получаемой воды очищенной, а также быстрому износу дистилляционного оборудования.

Существуют различные способы водоподготовки. Механические примеси обычно отделяют путем отстаивания с последующим сливанием воды с осадка или способом фильтрования. Для фильтрования используют фильтры, выполненные в виде емкости цилиндрической формы. Фильтры заполняют антрацитом или кварцевым песком, фильтры могут быть однослойными (только слой антрацита) или двухслойными (антрацит и кварцевый песок).

Обработку воды перед дистилляцией необходимо проводить в отдельных емкостях во избежание загрязнения авкадистиллятора.

Процесс дистилляции воды осуществляется в специальных аппаратах — аквадистилляторах. Аквадистилляторы отличаются друг от друга по способу нагрева, производительности и конструктивным особенностям. По способу нагрева дистилляторы разделяют на аппараты с электрическим, газовым и огневым нагревом. Наибольшее распространение в условиях аптеки получили аквадистилляторы с электрическим нагревом.

Аквадистилляторы по конструкции бывают периодического действия и циркуляционные. В аквадистилляторах периодического действия воду дистиллированную получают отдельными порциями. Для наполнения испарителя исходной водой процесс дистилляции прерывают. Циркуляционные аквадистилляторы автоматически наполняются во время перегонки нагретой водопроводной водой из конденсатора. В аптеках обычно используют аквадистилляторы непрерывного действия.

Аквадистилляторы непрерывного действия могут быть:

  • 1. одноступенчатые (наиболее широко применяемые в аптеках — ДЭ-1, ДЭ-4-3, ДЭ-25)
  • 2. двухступенчатые (АВЭС-25, АВЭС-60)
  • 3. термокомпрессорные
  • 4. вакуумные.

Последние два вида аквадистилляторов редко применяют в российских аптеках, они имеются на оснащении зарубежных аптек.

К примеру подробнее разберем — Электрический одноступенчатый дистиллятор ДЭ-4 предназначен для производства очищенной воды — в аптеках, в больницах и др.

Устройство и принцип работы дистиллятора ДЭ-4:

Каждый аквадистиллятор состоит из собственно аквадистиллятора и холодильника.

Аквадистиллятор предназначен для производства пара из исходной воды путем ее нагрева с дальнейшей конденсацией пара и получением очищенной воды с темпреатурой в пределах от 70 до 80С.

Холодильник представляет собой емкость, которая внутри состоит из трубок, выполняющих роль змеевика

Аквадистиллятор работает следующим образом:

Кран 9 слива воды из аквадистиллятора должен быть закрыт. Из открытого вентиля подачи, исходная вода поступает к водяной рубашке 12 аквадистиллятора, с выхода которой подается в уравниватель 5 и далее поступает в камеру испарения 2, заполняя ее до рабочего уровня, после чего уровень поддерживается автоматически за счет перелива воды в сливную трубу 6. На аквадистиллятор заполненный водой подается напряжение питания переводом ручки вводного аппарата, установленного в положении ВКЛ. Загорается лампа СЕТЬ.

Включается тумблер электроблока. Напряжение питания подается к элеткронагревателям. Загорается лампа НАГРЕВ.

Вода в камере испарения 2 нагревается и закипает, превращаясь в пар.

Пар, проходя через сепаратор 8, освобождается от капель неперегнанной воды и поступает в паровую камеру 10, на выходе которой дополнительно очищается с помощью отбойника 13 и далее поступает в камеру конденсации 1, где конденсируется под действием теплопередачи с водяной рубашкой 12.

При конденсации пара происходит его дегазация с выходом газов через отверстия в камере конденсации 1, при этом сбрасывается небольшое количество водяного пара, которое не влияет на работу дистиллятора.

Сконденсированная очищенная вода с температурой от 60 до 85С поступает из камеры конденсации 1 в холодильник 18, пройдя через который подается к потребителю.

Принципы многофазной дистилляции.

Если существует потребность в стерилизованной, свободной от пирогенов воде, то воду необходимо дистиллировать, т.е. дать ей испариться и затем конденсировать ее. В этом заключается классический дистилляционный процесс, и этим способом можно получить воду высокого качества. Но такая вода стоит очень дорого из-за высокой температуры испарения воды. Чтобы понизить потребление энергии и охлаждающей воды, выработаны различные многофазные методы дистилляции. Эти методы основаны на принципе, по которому пар, выработанный в одной фазе, конденсируется в следующей, и латентное тепло при этом предается воде, испаряющейся в этой, последующей фазе при более низком давлении.

Чистота дистиллированной воды зависит от чистоты пара. Чтобы избежать привлечения капелек загрязненной воды, надо работать с малой скоростью потока пара. Но в результате больших количеств пара, установки стали очень громоздкими. На практике, более крупногабаритные установки не могут иметь более трех фаз действия вследствие объема и веса этих устройств. Кроме того большой объем воды в испарительных камерах влечет за собой необходимость долгого периода действия.

Читайте также:  Установка воздушного приточного клапана

Ионный обмен — один из важнейших этапов очистки, используемый в большинстве систем получения воды для фармацевтических целей. Ионный обмен основан на использовании ионитов — сетчатых полимеров разной степени сшивки гелевой или микропористой структуры ковалентно связанных с ионогенными группами.

Сущность метода заключается в том, что вода, проходя через ионообменные смолы (катиониты и аниониты), освобождается от солей. Ионообменная технология обеспечивает классическое обессоливание воды и является экономичной системой при получении воды для фармацевтических целей. Данная технология позволяет получать воду с очень низким показателем удельной электропроводности.

При конструировании ионообменного аппарата важнейшим критерием является состав исходной воды. Необходимое количество воды и качество воды являются двумя характерными величинами. Они прямо влияют на необходимое количество средств регенерации и размеры резервуаров. Резервуары должны быть сконструированы таким образом, чтобы максимальная высота слоя не вызывала никакой экстремальной потери давления.

Существует два типа колоночных ионообменных аппаратов:

  • — с раздельным слоем катионита и анионита,
  • — со смешанным слоем.

Аппараты первого типа состоят из двух последовательно расположенных колонок, первая из которых по ходу обрабатываемой воды заполнена катионитом, а вторая — анионитом.

Аппараты второго типа состоят из одной колонки, заполненной смесью этих ионообменных смол. Питьевая вода подается в колонки снизу вверх. Смешанные ионообменные установки имеют более долгий срок службы вследствие незначительной «солевой нагрузки». Такие системы могут эксплуатироваться без регенерации в течение нескольких недель, что может стать причиной микробиологического загрязнения установки. В связи с этим конструкция ионообменной установки должна обеспечить постоянный и непрерывный поток воды через колонку.

К достоинствам этого метода следует отнести большую производительность метода и его дешевизну, к недостаткам — возможность микробного загрязнения, необходимость частой регенерации ионообменных смол, небольшой срок их использования, невозможность получения горячей воды очищенной и пара. Несмотря на все положительные стороны, метод ионного обмена не может давать микробиологически чистую воду, в связи с чем необходимо проводить постоянный контроль за качеством воды.

Производительность деминерализатора, используемого в аптеках, в среднем 200 л/ч. При рециркуляции воды удается освободиться от 99%неорганических веществ.

Прямой осмос — самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемые мембраны в раствор. В этом случае осмотическое давление больше давления солевого раствора.

Обратный осмос — переход растворителя (воды) из раствора через полупроницаемую мембрану под действием внешнего давления. Избыточное рабочее давление солевого раствора в этом случае намного больше осмотического. Движущей силой обратного осмоса является разность давлений по обе стороны мембраны. Для получения воды методом обратного осмоса, нужно создавая избыточное давление, превышающее осмотическое, «заставить» молекулы диффундировать через полупроницаемую мембрану в направлении, противоположном прямому осмосу, т.е. со стороны высокоминерализованной воды в отсек чистой воды, увеличивая ее объем.

Обратный осмос — самый тонкий уровень фильтрации. Обратноосмотическая мембрана действует как барьер для всех растворимых солей, неорганических молекул, органических молекул с молекулярной массой более 100, а также для микроорганизмов и пирогенных веществ.

Для разделения применяют мембраны двух типов:

  • 1. Пористые — с размером пор 10-103 мкм. Селективная проницаемость основана на адсорбции молекул воды поверхностью мембраны и ее порами. Адсорбированные молекулы перемещаются от одного центра адсорбции к другому, не пропуская соли.
  • 2. Непористые диффузионные мембраны образуют водородные связи с молекулами воды на поверхности контакта. Под действием избыточного внешнего давления эти связи разрываются, молекулы воды диффундируют в противоположную сторону мембраны, а на образовавшиеся вакансии проникают следующие.

Обратноосмотические мембраны, используемые в фармацевтической промышленности, изготовляют из ацетата целлюлозы, полиамида, а также в виде композитных мембран, где активный слой может быть выполнен из полиамидов, полиэфиров, полисульфона.

Установка обратного осмоса состоит из насоса высокого давления, пермеатора и блока регулирования, поддерживающего оптимальный рабочий режим. Важным показателем работы установки обратного осмоса является коэффициент оборота, т.е. доля полученного пермеата и концентрата. На оптимальных установках выход пермеата составляет около 75% от исходной воды, образующийся концентрат составляет 25%.

Среди преимуществ обратного осмоса следует отметить простоту и независимость от солесодержания исходной воды, низкие энергетические затраты и значительно невысокие затраты на сервис и технический уход. Система достаточно легко подвергается мойке, дезинфекции и очистке, не требует использование сильных химических реагентов и необходимости их нейтрализации.

Обратный осмос обычно используется в системах получения воды для фармацевтических целей в нескольких случаях:

  • — перед установками ионного обмена для снижения расхода кислоты и щелочи, необходимой для регенерации;
  • — для получения воды очищенной и как подготовительный шаг перед дистилляцией в целях получения воды для инъекций;
  • — как конечный этап в целях получения воды для инъекций.

Для получения воды для фармацевтических целей в последнее время применяют двухступенчатую систему обратного осмоса минимум с двумя мембранами, причем концентрат второй мембранной ступени качественно выше, чем исходная вода первой ступени и поэтому приток первой ступени возвращают. Требования к качеству воды, тем не менее, не достигаются и в связи с этим проводят дальнейшую обработку волы. Предварительно вода поступает вначале на первую ступень обратного осмоса. Образующийся при этом концентрат сбрасывается. Пермеат подается на вторую ступень обратного осмоса и еще раз подвергается очистке. Так как концентрат от второй ступени обратного осмоса содержит меньше соли, чем питающая обратноосмотическую установку вода, его можно смешать с подаваемой водой и тем самым вернуть в систему.

У этого метода есть свои недостатки:

  • — обратный осмос не способен полностью удалять все примеси из воды и обладает низкой способностью к удалению растворенных органических веществ с очень малым молекулярным весом;
  • — по сравнению с системами ионного обмена обратный осмос не позволяет значительно снизить удельную электропроводность, в частности из-за высокого содержания углекислого газа в воде;
  • — материал мембран является достаточно хрупким, возможно нарушение его целостности, и, вследствие этого, нарушение работы обратноосмотической установки. Поэтому чрезвычайно важен выбор соответствующего материала мембран;
  • — обратноосмотические мембраны не устойчивы к воздействию высоких температур. Поэтому необходимо обеспечить охлаждение воды, где возможен ее нагрев;
  • — ультрафильтрационные мембраны могут накапливать грязь. Поэтому их следует эксплуатировать в перекрестном потоке, т.е. вдоль поверхности мембраны всегда должен идти поток, который уносит отделенный материал, в связи с чем, наряду с фильтратом, образуется концентрат;
  • — некоторые вещества, такие как сульфаты бария, стронций, карбонат кальция, кремниевая кислота и др. могут забивать поры мембран. В связи с этим, прежде чем эксплуатировать систему обратного осмоса, необходимо определить коллоидный индекс. Блокирование мембран можно предотвратить добавлением средств, препятствующих образованию отложений или использования стадий предварительной очистки;
  • — железо также может стать причиной ухудшения работы системы обратного осмоса. При высоком содержании железа в питающей воде необходимо проводить осаждение железа с последующей фильтрацией;
  • — необходимо менять мембраны 3-4 раза в год или чаще, что является не очень удобным;
  • — увеличивает возможность микробной контаминации, так как вода, получаемая этим методом холодная.

Контроль систем обратного осмоса осуществляется испытанием на целостность, уровень микробной контаминации и содержание общего органического углерода.

Использование обратного осмоса в комплексе с ионообменными колонками со смешанным слоем позволяет получить качественную очищенную воду, свободную от пирогенных веществ. На этом принципе работают отечественные промышленные и лабораторные установки «роса» . УГ- 1 и зарубежные установки «Эльга», англия производительностью от 0,1- 10 м.куб/сут.

источник

Добавить комментарий