Вода очищенная способы получения

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

Технологии очистки воды

Технология очистки воды — это комплексные физико-химические и биологические методы очистки воды, которые применяют при водоочистке и водоподготовке водных растворов перед использованием. Опасно употреблять питьевую воду повышенной жесткости, загрязненную солями тяжелых металлов. Регулярное питье вредной жидкости, имеющей недопустимые параметры (не соответствующие ГОСТ, ТУ, СанПиН), провоцирует возникновение острых и хронических заболеваний, вызывает отравление организма. Загрязненную воду нельзя использовать в технических процессах — она быстро выведет из строя дорогое оборудование за счет отложения толстых слоев накипи.

Вода и технологии очистки

Что такое технология очистки воды — это процесс удаления из водного состава всех нежелательных примесей, присутствующих в коллоидном, растворенном, взвешенном виде.

Вода может быть загрязнена:

• Сульфатами — солями серной кислоты.
• Хлоридами — соединениями соляной (хлороводородной) кислоты.
• Нитратами — солями азотной кислоты, которые в большом количестве проникают в почву из азотных удобрений.
• Фторидами — твердыми соединениями фтористоводородной кислоты.
• Железистыми примесями, вместе с которыми часто присутствует нежелательный марганец.
• И многими другими элементами, наличие которых допустимо лишь в небольших дозах мг/л.

Примеси делятся на несколько групп:

1. Минеральные — частицы почвы, шлаков, глины, песка. В воде присутствуют минеральные соединения солей, кислот, оснований.
2. Органические природного происхождения — останки растений и животных, продукты их распада и физиологических выделений.
3. Биологические — микроскопические водоросли, частички ила, грибы. Это водная микрофлора. Микрофауну представляют микроорганизмы (планктон): рачки, черви, инфузории.
4. Органические искусственного происхождения — примеси, которые попадают в воду в результате деятельности промышленных предприятий.

По состоянию примеси могут быть: растворенными (невидимыми), жидкими (эмульгированными), твердыми (видимые частицы), газообразными (в воде обычно присутствует азот, углекислый газ, кислород).

Точный состав водного раствора можно определить, заказав экспертизу в сертифицированной лаборатории, где есть необходимое оборудование, инструменты, реактивы для исследований. При анализе проб определяется: общая жесткость, кислотность и щелочность (pH), числовые величины присутствия разных компонентов: кальция, натрия, стронция.

На каких методах базируются технологии для очистки воды

Процесс водоподготовки включает разные методы:

1. Физические — удаление крупных частиц, которые улавливаются фильтрами грубой очистки.
2. Химические — устранение примесей и газов с помощью химически-активных веществ-реагентов.
3. Физико-химические — комплексные методы, в которых предусмотрена грубая и тонкая фильтрация.
4. Биологические (санитарные, бактериологические) — удаление живых микроорганизмов при помощи обеззараживания.

Технологические процессы при очистке воды разрабатывают с учетом исходного состава водных растворов, их назначения, особенностей применения.

Какие существуют технологии по очистке воды

Все современные технологии по очистке воды по типу методов, на которых они базируются, можно разделить на 4 группы:

Физические способы — механическая очистка вода

Это первичная технология водоподготовки, которую используют на первоначальном этапе для очистки от крупно-фракционных веществ:

1. Процеживание — «домашний» или народный способ, при котором вода под действием своего веса сцеживается через слои ткани, мелкоячеистые сетки или решетки. Весь нерастворимый мусор остается на поверхности «цедилок», чистая жидкость поступает в подготовленную емкость, над которой размещен мусоросборочный материал. Так можно очистить дождевую или родниковую воду, в которую нападал сор.
2. Фильтрация — более усовершенствованный процесс водоподготовки воды, при котором применяются специально разработанные пористые фильтры с ячейками определенного размера, позволяющие задерживать разные примеси. Молекулы H2O проходят сквозь поры, отложения смываются с механических фильтров многократного использования.
3. Отстаивание — когда вода находится в спокойном состоянии, взвешенные частицы под тяжестью собственного веса оседают вниз, образуя осадок. Воду аккуратно сливают, отложения удаляют. При таком способе очистки используют большие резервуары — отстойники, в которых отстаивается вода, и емкости, куда поступает очищенный раствор.

Используя простые «народные» способы, легко убрать крупные соринки, но невозможно удалить растворенные примеси и микроорганизмы — они остаются в воде. В промышленности и народном хозяйстве эти методы используют на первичных или на промежуточных этапах очистки, на них базируются основные процессы при масштабной водоподготовке. Особенно широко в быту и на производстве применяется фильтрование с помощью различных механических фильтров.

Новые химические технологии очистки воды

Хлорирование, которое долгое время использовалось для обеззараживания воды, вытесняется озонированием и более производительными способами, включая эффективные современные методы:

1. Обезжелезивание и аэрация — это технология удаления железистых примесей под воздействием воздуха. Растворенные соли железа превращаются в видимый осадок, задерживаются фильтрами и выводятся за пределы системы.
2. Сорбционная очистка воды фильтрами — процесс протекает с использованием впитывающих сорбционных веществ (алюмосиликатов, древесного угля). С их помощью производится удаление органических примесей.
3. Умягчение на ионообменных фильтрах — понижение жесткости на установках ионного обмена. Многие производственные предприятия используют эту технологию очистки подземных вод, покупая в нашей компании промышленные ионообменные модульные блоки.
4. Электродиализ и электродеионизация — под действием электротока свободные ионы солей, полностью растворенные в воде, захватываются ионообменной смолой. Они легко замещаются анионами гидроксильных групп и катионами водорода. Гидроксилы выпадают в осадок и легко удаляются.
5. Коагуляция (обработка реагентами) — технология очистки воды из поверхностных источников с задействованием специальных коагулянтов, с помощью которых частицы примесей укрупняются, улавливаются фильтрами. Использование экологически чистых смол позволяет применять новые, абсолютно безопасные технологии в водоочистке.

В основе перечисленных способов лежат химические реакции окисления, нейтрализации, восстановления.

Усовершенствованные комплексные физико-химические методы

В разных странах мира, включая Россию, непрерывно происходит совершенствование технологии водоподготовки. Разрабатываются новые методы, которые дают качественные результаты на промежуточных и на конечных этапах очистки:

1. Система обратного осмоса — использование пористых мембран и последовательной многоступенчатой очистки. Технология, применяемая в обратноосмотических установках, позволяет удалять до 99 % примесей, выдавая на выходе абсолютно чистую, деминерализованную воду.
2. Нанофильтрация — баромембранные технологические процессы в очистке воды, при которых жидкость мембраной перегородкой делится на два потока, наподобие обратного осмоса. Мембрана задерживает микроскопические организмы и взвешенные примеси. Очищенный поток подается для использования; концентрат, содержащий осадок, смывается в дренаж. Состав солей не изменяется, уменьшается цветность и мутность.
3. Дистилляция — промышленные мембранные фильтры для очистки воды по технологии дистилляции и деионизации позволяют получить чистый дистиллят высокого качества. Этот метод используют для удаления примесей из воды, предназначенной для биотехнологий, лабораторий, электроники, для питания устройств, особо чувствительных к солям жесткости.
4. Ультрафильтрация — принцип основан на перепаде давлений при проходе воды через половолоконные мембраны. После фильтрования очищенная жидкость поступает в накопительную емкость. Чтобы мембраны меньше загрязнялись и не так быстро выходили из строя, на линии подачи водного раствора встраивают фильтры для механической очистки от мусора.
5. Флотация — инновационные технологии в водоочистке разработаны специально для стоков. При флотации вода очищается от нефти, масел, эмульгированных жидких примесей, радиоактивных растворенных веществ. Под действием воздуха и других инертных газов, которые пропускаются сквозь толщу воды, образующиеся пузырьки выталкивают на поверхность примеси, которые удаляются механическими способами. Техника, заложенная в основу метода, может использоваться как технология очистки оборотной воды.

Санитарно-биологические способы

Разработаны процессы, которые направлены на уничтожение микробов, бактерий и прочих микроорганизмов. Это новые технологии в водоподготовке:

1. Обеззараживание — физический метод, при котором производится воздействие с помощью приборов: стерилизаторов и ламп с УФ-излучением. При бесконтактном способе лишь уничтожается патогенная среда, но не изменяется органолептика воды — цвет, запах, вкус, прозрачность. Эффект обеззараживания дают все мембранные фильтры: обратный осмос, нано- и ультрафильтрация.
2. Озонирование — кратковременное воздействие. На основе расчетов исходного состава и выбора эффективных способов очистки подбирается точная доза озона, которая не изменяет запах жидкости на выходе из установки. Метод используется для водоочистки питьевой воды на жилищно-коммунальных объектах, для биоочистки растворов, использующихся для сельскохозяйственных и промышленных нужд. Процесс экологичен и малозатратен.

Биотехнологические процессы очистки воды применяются на конечных этапах перед подачей в систему для питьевого использования.

Выбор технологии и оборудования для водоочистки

Самостоятельно сложно определить, какая технология водоподготовки больше подходит, какое понадобится оборудование.

Для разных отраслей промышленности требуются различные способы очистки воды.

Промышленность	Какие примеси удаляются	Оборудование
Медицина, фармацевтика	Очистка от всех примесей, получение дистиллированной воды на выходе.	Линии получения сверхчистой воды; дистилляторы; обратноосмотические установки (ООУ).
Жилой сектор ЖКХ	Удаление железа, солей жесткости.	Линии обезжелезивания, ионообменные установки.
Частное домостроение	Умягчение, снижение жесткости	Установки для очистки воды из скважин и колодцев
Нефтегазовая отрасль	Удаление всех сторонних примесей	ООУ, обезжелезивание.
Котельные, ТЭЦ	Удаление солей, коррозиоактивных веществ, дегазация.	Модули химподготовки для котельных, ООУ, ионообменные линии.
Металлургия	Обессоливание.	ООУ.
Микроэлектроника	Обезжелезивание, обессоливание.	Установки для получения сверхчистой воды
Пищевая промышленность	Умягчение, обеззараживание.	Ионообменные фильтры, УФ-обеззараживатели.
Лаборатории	Обеспечение электропроводимости	Установки деионизации

В современных бытовых и промышленных системах используются комплексные блочные модули со сложной системой различных фильтров. На основе исходного состава воды подбираются технологии очистки.

Пример, как комплексно применяются основные процессы очистки воды: бытовая обратноосмотическая линия содержит предфильтры для удаления крупных частиц, ионообменные или сорбционные фильтры для обезжелезивания, мембраны для тонкой очистки. Предварительное удаление крупных фракций и солей железа продлит срок службы мембран — наиболее дорогих элементов установки.

В автоматических промышленных линиях компонуется ещё более сложный комплекс рабочих элементов и системы управления.

Покупка оборудования в Diasel Engineering

При покупке оборудования инженеры компании окажут всестороннюю помощь:

• Посоветуют лучшие технологии по очистке воды.
• Подберут производительное оборудование нужной мощности, которое не будет простаивать и быстро окупится.
• Помогут сэкономить при оптовой закупке расходных материалов.

При самостоятельной покупке можно сильно переплатить или приобрести оборудование, которое не окупится при применении в быту. Мы подберем недорогие установки для дома/дачи, для коммерческих компаний, для промышленности, для мест общего пользования.

Источник