способ получения сверхчистой воды

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХЧИСТОЙ ВОДЫ, включающий ее предварительную очистку, разделение на мембранах под действием разности давлений с отводом пермеата и концентрата, обеззараживание пермеата посредством ультрафиолетового облучения и последующую дезинфекцию пермеатотводящего канала ионами серебра, отличающийся тем, что разделение на мембранах проводят в две стадии, при этом пермеат первой стадии обрабатывают активированным углем и подают на вторую стадию, концентрат второй стадии разделения возвращают на первую стадию, а дезинфекцию ведут посредством диффузии ионов серебра из полости, содержащей раствор нитрата серебра и отделенной полупроницаемой мембраной от пермеатотводящего канала второй стадии и/или из слоя металлического серебра, нанесенного на внутреннюю поверхность пермеатотводящего канала второй стадии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полупроницаемой мембраны используют гидрофильную мембрану со средним размером пор 10 50 .

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дезинфекцию пермеатотводящего канала ведут посредством нанесения слоя металлического серебра на 30 90% его внутренней поверхности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам получения сверхчистой воды методом обратного осмоса и может быть использовано в медицинской, фармацевтической и других отраслях промышленности, где требуется вода без микроорганизмов.

Сверхчистая вода используется в медицине, так называемая апирогенная вода, в которой регламентировано содержание пирогенов полилипосахаридов или других органических соединений, попадающих в воду при деградации грамм-отрицательных бактерий.

Апирогенная вода должна удовлетворять требованиям фармакопейных статей. Такие дополнительные требования к сверхчистой воде приводят к необходимости специальных мер по обеззараживанию получаемой воды на пути до точки отбора потребителем.

Известен способ получения сверхчистой воды путем концентрирования обратным осмосом с обеззараживанием системы пропусканием паров формальдегида.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ получения сверхчистой воды, включающий предварительную очистку, разделение на мембране под действием разности давлений с отводом пермеата и концентрата, обеззараживание ультрафиолетовым облучением и последующую дезинфекцию.

Обеззараживание мембранного модуля и системы трубопроводов проводят промыванием непрерывным потоком раствора солей меди или серебра (в частности, раствора нитрата серебра).

После обеззараживания установку промывают сверхчистой водой в течение 180 мин. Недостатком известного способа является необходимость работы с большим количеством раствора нитрата серебра, его утилизации и значительное количество сверхчистой воды, затрачиваемой на промывку системы. Кроме того, и процесс обеззараживания, и промывка ведутся с использованием насосного оборудования установки, т.е. с дополнительными затратами энергии.

Целью предлагаемого изобретения является повышение степени использования исходной воды и улучшение качества получаемой воды.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем предварительную очистку, разделение на мембране под действием разности давлений с отводом пермеата и концентрата, обеззараживние пермеата посредством ультрафиолетового облучения и последующую дезинфекцию ионами серебра, разделение на мембранах проводят в две стадии, при этом пермеат первой стадии обрабатывают активированным углем и подают на вторую стадию, концентрат второй стадии разделения возвращают на первую стадию, а дезинфекцию ведут посредством диффузии ионов серебра из полости, содержащей раствор нитрата серебра и отделенной полупроницаемой мембраной от пермеатотводящего канала второй стадии и/или из слоя металлического серебра, нанесенного на внутреннюю поверхность пермеатотводящего канала второй стадии. Причем в качестве полупроницаемой мембраны используют гидрофильную мембрану со средним размером пор 10-50 , а дезинфекцию пермеатотводящего канала ведут посредством нанесения слоя металлического серебра на 30-90% его внутренней поверхности.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного. Таким образом, способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаков, отличающих заявляемое решение от прототипа.

Проведение разделения на мембране в две стадии позволяет, во-первых, вывести основную часть примесей из системы уже после первой стадии с концентратом первой стадии, во-вторых, использовать активированный уголь для удаления низкомолекулярных примесей из пермеата первой стадии.

Кроме того, концентрат, получаемый после второй стадии может быть полностью возвращен на первую стадию, что увеличивает степень использования исходной водопроводной воды.

В отличие от известного способа, где дезинфекцию проводят путем активной промывки практически всей системы специально приготовленным раствором, содержащим ионы серебра, в предлагаемом способе указанный раствор вводят в полость, отделяемую от пермеата второй стадии полупроницаемой мембраной. Указанная мембрана обеспечивает постепенное поступление ионов серебра в пермеат с определенной скоростью, зависящей как от концентрации ионов во вводимом в полость растворе, так и от характеристик полупроницаемой мембраны. Кроме того, полупроницаемая мембрана предотвращает попадание посторонних примесей в пермеат из дезинфицирующего раствора, например, микробов, вирусов и пирогенов, попавших в него при приготовлении, хранении или транспортировке. Основными характеристиками мембраны являются ее селективность и проницаемость, зависящие прежде всего от среднего размера пор в мембране. С уменьшением среднего размера пор повышается способность мембраны задерживать посторонние примеси, но снижается ее проницаемость для воды и ионов серебра, что увеличивает время достижения в пермеате второй стадии концентрации ионов серебра, достаточной для обеззараживания. С увеличением среднего размера пор в мембране проницаемость ее увеличивается, но увеличивается и размер частиц, которые могут проникнуть через мембрану в пермеат. Экспериментально определено, что в качестве полупроницаемой мембраны, разделяющей полость с раствором нитрата серебра от пермеата, отводимого после второй стадии концентрирования, следует использовать гидрофильную мембрану со средним размером пор 10-50 .

Вариантом предлагаемого способа предусматривается введение ионов серебра в пермеат второй стадии разделения путем их диффузии из слоя серебра, нанесенного на внутреннюю поверхность пермеатотводящего канала. В этом случае диффузия ионов идет непрерывно в течение всего времени нахождения пермеата в пермеатотводящем канале независимо от того, находится ли пермеат в состоянии покоя при отсутствии отбора или полного прекращения работы системы получения сверхчистой воды или пермеат движется вдоль стенок с покрытием из серебра. Концентрация ионов серебра, которая создается в пермеате, определяется прежде всего величиной поверхности канала, контактирующей с пермеатом.

При увеличении поверхности контакта количество ионов серебра, которое может быть введено в пермеат при прочих равных условиях (отношение площади внутренней поверхности пермеатотводящего канала к его объему, расход пермеата, проходящего по этому каналу) увеличивается, а при уменьшении соответственно уменьшается. При конкретных величинах максимальной концентрации ионов серебра достаточной для дезинфекции, и минимальной допустимой для воды, квалифицируемой как сверхчистая, установлено, что поверхность пермеатотводящего канала, покрытия слоем серебра, должна составлять 30-90% от всей внутренней поверхности этого канала.

На фиг. 1 показана схема получения сверхчистой воды по первому варианту дезинфекции ионами серебра (за счет диффузии через полупроницаемую мембрану); на фиг.2 то же, по второму варианту (за счет диффузии серебра, нанесенного на внутреннюю поверхность пермеатотводящего канала).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

П р и м е р 1. Для получения сверхчистой воды использовали низконапорную обратноосмотическую установку производительностью по пермеату 20 л/ч, схема которой показана на фиг.1.

Исходную водопроводную воду, соответствующую ГОСТу 2874-82 "Вода питьевая". Гигиеническая требования и контроль за качеством" и при необходимости подогретую до температуры 20-25^оС, подают на фильтр предварительной очистки 1 для удаления частиц размером более 5 мкм. Фильтр снабжен волоконным фильтрующим элементом ФВК-ПТ-0,25-5, имеющим пропускную способность 0,25 м³/ч при перепаде давления 0,2 МПа. Насосом 2 создают давление, необходимое для разделения на обратноосмотических мембранах первой и второй стадии позиции 3 и 5, включающих соответственно пять и два рулонных элемента ЭРО-Б, оснащенных мембранами ОФАМ-К с селективностью не менее 95% при давлении на входе 1,5 МПа (см. таблицу).

Пермеат после первой стадии поступает на вторую стадию разделения через патрон 4 с активированным углем марки БАУ по ГОСТу 6217-74, импрегнированным соединениями серебра, что придает ему бактерицидные свойства и препятствует биообрастанию. Угольный фильтр обеспечивает эффективное поглощение низкомолекулярных органических соединений (с молекулярной массой < 300). Концентрат после первой стадии отводят в канализацию. На второй стадии разделения получают пермеат, направляемый потребителю после дополнительного обеззараживания ультрафиолетовым облучением УФ-лампой 6 мощностью 15 Вт (облучатель ДБ-15 по ТУ 16-535273-75 с лампой длиной 400 мм), и концентрат, содержащий 10% первоначального количества солей и направляемый на первую стадию разделения для повторного использования. Это позволяет продлить срок службы мембранных элементов и повысить эффективность использования воды.

При перерывах в работе установки возникает опасность развития микроорганизмов в пермеатотводящем канале второй стадии разделения, так как облучатель 6 также отключается. Обеззараживание пермеатотводящего канала обеспечивают ионами серебра, диффундирующими в пермеат, оставшийся в канале из раствора нитрата серебра, который заливают в полость (капсулу), размещенную непосредственно в пермеатотводящем канале. Боковая поверхность капсулы ограничена мембраной марки ОПАМ-К со средним размером пор 30 . На время остановки работы в капсулу заливают 25 см³ раствора нитрата серебра с концентрацией 10 мл/л. Через 120 мин в объеме пермеата, оставшегося в канале, достигается концентрация ионов серебра, равная 0,05 мг/л, достаточная для обеззараживания. После окончания дезинфекции оставшийся раствор нитрата серебра из капсулы сливают.

П р и м е р 2. Для получения сверхчистой воды использовали низконапорную обратноосмотическую установку, схема которой показана на фиг.2. В отличие от предыдущего примера дезинфекция осуществляется ионами серебра, диффундирующими из слоя серебра, нанесенного на внутреннюю поверхность пермеатотводящего канала второй стадии. При покрытии 60% поверхности канала слоем серебра через сутки после остановки потока пермеата в нем достигается концентрация ионов серебра 0,1 мг/л, что достаточно для дезинфекции. При работающей установке эта концентрация составляет С 0,005 мг/л, что не превышает значения ПДК.

Как вариант предлагаемого способа дезинфекция ионами может быть осуществлена путем их одновременной диффузии в пермеат второй ступени через полупроницаемую мембрану и с поверхности слоя серебра, нанесенного на стенки пермеатотводящего канала.