СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ ИЗ ВОД ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ ИЗ ВОД ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ


RU (11) 2258045 (13) C1

(51) 7 C02F9/08, C02F9/08, C02F1:28, C02F1:42, C02F1:44, C02F1/58, C02F103:04 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2005.08.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2003137818/15 
(22) Дата подачи заявки: 2003.12.17 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2003.12.17 
(45) Опубликовано: 2005.08.10 
(56) Аналоги изобретения: SU 395332 A1, 28.08.1973. RU 2094393 C1, 27.10.1997. RU 2006490 C1, 30.01.1994. GB 2145709 А, 03.04.1985. FR 2740129 A1, 25.04.1997. US 4342651 А, 03.08.1982. 
(72) Имя изобретателя: Макушенко Е.В. (RU); Раевский К.К. (RU); Умаров С.З. (RU); Мирошниченко Ю.В. (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Макушенко Евгений Всеволодович (RU); Раевский Константин Константинович (RU); Умаров Сергей Закирджанович (RU); Мирошниченко Юрий Владимирович (RU) 
(98) Адрес для переписки: 191025, Санкт-Петербург, ул. Стремянная, 13, кв.24, Ю.В. Мирошниченко 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДЫ ДЛЯ ИНЪЕКЦИЙ ИЗ ВОД ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение может быть использовано в военной медицине, медицине катастроф, а также в экстремальных ситуациях для обеспечения пострадавших водой. Группа изобретений направлена на разработку способа и устройства для получения воды для инъекций в полевых условиях из вод природных источников, обеспечивающих высокую производительность, а также единство конструктивных и технологических особенностей используемых методов очистки исходной воды. Результат достигается комплексным использованием фильтрационных, ультрафильтрационных, обратноосмотических, сорбционных, ионообменных, а также стерилизующих процессов в определенной последовательности. При этом контроль качества воды осуществляют в непрерывном режиме по величине удельного электрического сопротивления. Установка для реализации способа содержит фильтр грубой очистки, фильтр предварительной очистки, нагнетающий насос, подводящую магистраль, ультрафильтр, насос высокого давления, обратноосмотический фильтр, измерители удельного электрического сопротивления, угольный фильтр, сорбционный фильтр, фильтр катионитный, фильтр анионитный, фильтр-патрон для стерилизации. Обратноосмотический фильтр дополнительно подключен к магистрали сброса, фильтр анионитный имеет дополнительный выход к сборнику очищенной воды, а фильтр-патрон для стерилизации - к сборнику воды для инъекций. В установке предусмотрена возможность рециркуляции очищаемой воды. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Группа изобретений относится к устройствам и способам получения воды для инъекций в полевых условиях из вод поверхностных природных источников и может быть использована как в военной медицине и медицине катастроф, так и в экстремальных ситуациях для обеспечения пострадавшего населения питьевой водой гарантированного качества. 

Вода природных источников, как исходный продукт для получения очищенной воды и воды для инъекций в полевых условиях, содержит в большем или меньшем количестве примеси, существенно различающиеся по своей природе и физико-химическим свойствам.

Очевидно, что невозможно провести очистку воды от этих примесей с помощью какого-то одного метода. В этой связи необходимо комплексное применение нескольких методов очистки. Немаловажным обстоятельством является технологическое и конструктивное единство применяемых методов очистки, их совместимость в замкнутом цикле.

Известен способ очистки поверхностных вод от взвешенных частиц путем их отложения на фильтрующем материале, отличающийся тем, что для повышения эффективности процесса осветления и уменьшения затрат обработка воды осуществляется без реагентов в несколько этапов, включающих предварительное осветление воды в инфильтрационном водозаборе, последующую ее обработку сначала в напорном сетчатом самопромывающем фильтре, а затем в скором пористом полимербетонном фильтре. При этом обеззараживание воды происходит ультрафиолетовым обеззараживателем или гипохлоритом натрия, получаемым в электролизере, либо таблетками диоксида хлора [Заявка на патент РФ №2000105596, опубл. 2002.01.20]. Данный способ не позволяет получить воду, отвечающую требованиям ФС 42-2620-97 "Вода для инъекций". 

Известны способ очистки воды и мембранная установка для его осуществления [Патент РФ №2112747, опубл. 1998.06.10]. Они используются для мембранного разделения растворов и суспензий, например, для предварительной подготовки воды перед глубокой ее очисткой.

Известны полевые аптечные стерилизационно-дистилляционные подвижные установки типа СДП-2, СДП-3, смонтированные на одноосном автоприцепе и состоящие из огневого котла типа РИ-1ЛУ, кипятильников глухого и острого нагрева, дистиллятора, двух стерилизаторов, водяных баков системы трубопроводов и контрольно-измерительных приборов [Стерилизационно-дистилляционная установка СДП-2, СДП-3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. - Пенза, 1989]. 

Известна стерилизационно-дистилляционная установка (СДУ) полевой фармацевтической лаборатории (ПФЛ), смонтированная на двухостном автоприцепе СМ-3-8326 и предназначенная для стерилизации флаконов с лекарственными растворами, чистых флаконов, укупорочного материала, изделий медицинского назначения, а также для получения очищенной (дистиллированной), непирогенной воды для инъекций и горячей воды для технических нужд [Лаборатория фармацевтическая полевая ПФЛ. Техническое описание и инструкция по эксплуатации тЦ3.549.017ТО. Паспорт тЦ3.549.017ПС. - Пенза, 1981].

К основным недостаткам известных СДП-2, СДП-3 и СДУ ПФЛ относятся их значительная массивность, так масса СДП - 1850 кг и СДУ - 4150 кг соответственно, очень низкая производительность очищенной, дистиллированной воды (20-25 л/ч) и апирогенной воды для инъекций (8-10 л/ч), большая трудность обслуживания (подача топлива и воды в котел ручными насосами, розжиг котла дровами, ручное регулирование количества жидкого топлива, воздуха и пара в процессе работы), опасность эксплуатации СДУ (работа под большим давлением, при высокой температуре и открытом пламени котла).

Известны способ многостадийной обработки воды и установка для его осуществления. Изобретение относится к области фармацевтической техники и может быть использовано для получения воды, очищенной от пирогенных веществ, и одновременного получения особо чистой воды различного лечебно-гигиенического назначения. Однако обработке при этом подвергают питьевую и/или дистиллированную воду [Патент РФ №2094393, опубл. 1997.10.27].

Близким по технической сущности является техническое решение, защищенное патентом РФ №2155165 «Установка для очистки воды из открытых водоемов». Однако оно позволяет получать не воду для инъекций, а только питьевую воду гарантированного качества для обеспечения водой пострадавшего населения и формирований по ликвидации последствий аварий и катастроф, полевых бригад, вахт и других организаций, работающих в отдаленной местности, летних лагерей, туристических баз, дачных поселков.

Установка содержит нагнетающий насос, подводящую магистраль, фильтры предварительной очистки воды, последовательно соединенные стерилизующее устройство и сорбционные фильтры и магистраль сброса. Фильтры предварительной очистки воды и стерилизующее устройство реализованы, соответственно, в виде двух ультрафильтрационных аппаратов с мембранными керамическими элементами и озонатора с эжектором и смесительной камерой. Подводящая магистраль соединена через первый и второй вентили соответственно с входами первого и второго ультрафильтрационных аппаратов с мембранными керамическими элементами, выходы пермеата двух ультрафильтрационных аппаратов с мембранными керамическими элементами объединены и соединены через третий вентиль с входом озонатора с эжектором и смесительной камерой, а выходы ретанта двух ультрафильтрационных аппаратов с мембранными керамическими элементами подключены соответственно через первый и второй вентили установки исходного давления к магистрали сброса, причем подводящая магистраль и магистраль сброса соединены через предохранительный клапан. Сорбционные фильтры выполнены в виде набора двух секций из минералов цеолита и шунгита.

Очистку воды осуществляют следующим способом. 

Исходную жидкость подают по трубопроводу нагнетающим насосом 1 под давлением 4-5 атм, которое контролируется манометром 4, через вентиль 13 на первый ультрафильтрационный с мембранными керамическими элементами аппарат 2. Здесь осуществляется разделение высокомолекулярных соединений и низкомолекулярных компонентов (жидких смесей) под действием давления. Селективная проницаемость ультрафильтрационного аппарата с мембранными элементами позволяет разделять вещества без химического превращения, т.е. задерживать молекулы, диаметр которых больше определенной критической величины, и свободно пропускать молекулы меньших размеров. Часть потока, очищенную от задержанной примеси на выходе с фильтра (пермеат), подают через вентиль 15 в озонатор 8. Далее пермеат направляют через секции фильтров цеолита 11 и шунгита 12 на выход к потребителю, а вторую часть жидкости (ретант) сбрасывают через первый вентиль установки исходного давления в канализационную сеть. На вход сорбционного фильтра на природных минералах цеолите и шунгите подают растворенный озон в концентрации 5-6 мг/см3 , и за 1 мин. контактного разложения (время реакции) концентрация озона понижается до такого уровня, при котором химический способ обнаружения озона уже невозможен.

Указанная установка и реализуемый на ней процесс позволяют получить питьевую воду гарантированного качества из природных источников в автономном режиме [Патент РФ №2155165, опубл. 2000.08.27].

Однако этот способ, как и все приведенные выше способы и устройства, не позволяет получать отвечающую требованиям ФС 42-2620-97 "Воду для инъекций" в полевых условиях из вод природных источников.

Известно, что вода природных источников представляет собой сложную, непрерывно изменяющуюся систему, содержащую минеральные и органические вещества, находящиеся во взвешенном, коллоидном и истинно растворенном состоянии, а также газы. Во взвешенном состоянии в природных водах содержатся глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы, в коллоидном - различные вещества органического происхождения, кремневая кислота, железа гидроксид и другие, в истинно растворенном состоянии находятся, в основном, минеральные соли, в виде растворенных газов - азот, кислород, диоксид углерода, сероводород, метан и др.

Водные объекты, пригодные в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, согласно ГОСТ 2761-84 делят на три класса в зависимости от качества исходной воды и требуемой степени обработки для доведения ее показателей качества до лимитов ГОСТ 2874-82 [Вода питьевая. Методы анализа // Сборник ГОСТов / Гос. стандарты Союза ССР. - М.: Б.и., 1984; ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора. - М.: Изд-во стандартов, б.г.]. Класс поверхностных водоисточников определяется следующим образом: 1-й класс - для доведения исходной воды до лимитов ГОСТ 2874-82 необходимо коагулирование с последующим фильтрованием и обеззараживание или только фильтрование и обеззараживание; 2-й класс - для получения воды, отвечающей требованиям ГОСТ 2874-82, необходимо коагулирование, отстаивание (или обработка в слое взвешенного осадка), фильтрование, обеззараживание, а при наличии планктона - еще и предварительное микрофильтрование; 3-й класс - доведение качества воды до показателей ГОСТ 2874-82 основано на использовании технологии с применением дополнительной ступени осветления или окислительных и сорбционных методов.

Наиболее близким по технической сущности и назначению является решение, защищенное авторским свидетельством СССР «Способ получения воды для инъекций». Задача решается путем удаления из воды, отобранной, например, из естественных источников, механических загрязнений, фильтрации ее через бактериальный фильтр и деминерализации с помощью ионитов, отличающийся тем, что, с целью предотвращения загрязнения ионитов микроорганизмами и пирогенными веществами, освобожденную от механических загрязнений воду пропускают через бактериальный фильтр, а затем подвергают деминерализации с использованием свежерегенерированных ионитов [Барабанов В.И. Способ получения воды для инъекций. А.с. №395332 СССР, М. Кл. С 02 B 1/16, В 01 J 1/06. Опубл. 1973.08.28. Бюлл. №35]. Устройство и его производительность не ясны.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка технологии получения воды, полностью соответствующей требованиям ФС 42-2620-97 "Вода для инъекций", в полевых условиях из вод природных источников, обеспечивающей высокую производительность, единство конструктивных и технологических особенностей используемых методов очистки исходной воды. Расширение арсенала имеющихся средств.

Решение задачи достигается тем, что способ получения воды для инъекций из вод природных источников, включающий грубую очистку на фильтре и стерилизацию, отличается тем, что воду из открытых водоемов вначале подвергают очистке на фильтре предварительной очистки, после очистки на фильтре грубой очистки проводят ультрафильтрацию, дополнительную обработку до качества питьевой осуществляют посредством обратного осмоса, а после сорбции на угольных материалах питьевую воду последовательно подвергают катионо- и анионообмену, после чего стерилизуют, при этом контроль качества воды осуществляют в непрерывном режиме по величине удельного электрического сопротивления.

В основу предлагаемой технологии положено комплексное использование фильтрационных, обратноосмотических, сорбционных и ионообменных процессов.

Решение задачи достигается также тем, что в результате собственных исследований разработана принципиальная схема установки для реализации способа.

Установка для реализации способа получения воды для инъекций в полевых условиях из вод природных источников, содержащая фильтр грубой очистки и стерилизующее устройство, отличается тем, что она дополнительно включает в себя фильтр предварительной очистки, нагнетающий насос, подводящую магистраль, ультрафильтр, насос высокого давления, обратноосмотический фильтр, измерители удельного электрического сопротивления, угольный фильтр, сорбционный фильтр, фильтр катионитный, фильтр анионитный, фильтр-патрон для стерилизации, причем обратноосмотический фильтр дополнительно подключен к магистрали сброса, фильтр анионитный имеет дополнительный выход к сборнику очищенной воды, а фильтр-патрон для стерилизации - к сборнику воды для инъекций, в установке предусмотрена возможность рециркуляции очищаемой воды (при отсутствии необходимости в ее немедленном использовании).

Фильтр грубой очистки выбран из фильтров, на которых достигается освобождение воды от крупных частиц и коллоидов размерами более 50 мкм; ультрафильтр реализован на пористых волокнах, при помощи которых достигается очистка от высокомолекулярных органических соединений и суспендированных коллоидных частиц (например, в патронах ВКУ) с размерами пор 0,01 мкм; для обратноосмотического фильтра предпочтительны пористые обратноосмотические волокна с размером пор не более 0,005 мкм, на которых достигается очистка воды от низкомолекулярных примесей органического и неорганического происхождения; фильтр угольный заполнен комбинированной шихтой, состоящей, например, из активированного угля марки УГСВ-1 и активированного угольного полотна марки ДСТ-9, причем активированный уголь поглощает основную массу органических веществ, а затем вода доочищается на угольном полотне; на стадиях ионного обмена - выбраны фильтры, заполненные сильнокислотным катионитом КУ-2-8 чС и сильноосновным анионитом АВ-17-8 чС, прошедшими предварительную обработку для повышения селективности и сорбционной емкости для достижения дополнительной очистки воды от примесей неорганического происхождения и доведения их содержания менее чем до 2,5 мг/л; фильтр-патрон для стерилизации фильтрованием, например ПФ-2-02, имеет размеры пор 0,2 мкм.

Установка представляет собой как самостоятельный предмет оснащения аптек полевых медицинских учреждений, так и может входить отдельным элементом в более сложные образцы подвижных технических средств медицинской службы.

На чертеже представлена схема установки для осуществления предложенного способа.

В соответствии с предложенной технологией получения очищенной воды и воды для инъекций из вод природных источников в установке конструктивно выделены блоки: I - предварительной очистки; II - тонкой очистки; III - финишной очистки.

В каждом из указанных блоков обрабатываемая вода проходит, как правило, несколько стадий очистки. Конструкция установки предусматривает, что после стадии обратного осмоса качество воды по основным показателям должно быть близко к требованиям ГОСТ 2874-82, а после обработки в блоках тонкой и финишной очистки - должно отвечать требованиям ФС 42-2619-97 и ФС 42-2620-97.

Анализ и обобщение опыта отечественных и зарубежных производителей, а также результаты собственных исследований позволили выделить основные материалы, необходимые для изготовления различных узлов установки получения очищенной и воды для инъекций сорбционно-фильтрационными, ионообменными и баромембранными методами.

На стадии обратного осмоса, ввиду необходимости работы соответствующих узлов при относительно высоких давлениях от 2 до 5 МПа, допускается использование технологических элементов из металлических сплавов (нержавеющие стали, титановые сплавы и др.). Вместе с тем вынужденное использование металлических сплавов для конструктивного оформления соответствующих технологических элементов на этой стадии приводит к выделению ионов металлов в очищаемую воду. Альтернативным вариантом материала может служить стеклопластик, конструкции из которого способны выдерживать давление до 25 МПа.

На остальных стадиях очистки воды эксплуатация узлов установок происходит при давлениях, не превышающих 0,5 МПа. Это позволило использовать для оформления соответствующих технологических элементов полимерные конструкционные материалы. К их числу относятся: полипропилен, полиамид, фторопласт, поливинилхлорид, полиэтилен, винипласт. Причем применение полипропилена и фторопласта является наиболее оптимальным ввиду их химической инертности.

Кроме того, при выборе того или иного конструкционного материала для оформления соответствующих узлов и элементов установки руководствовались показателями его стоимости и технологичности. 

Предлагаемый способ осуществляют последовательным проведением в режиме единой установки операций, обозначенных в примерах.

Пример 1

Для исследования механизмов задержания частиц размером более 500 мкм, содержащихся в воде природных поверхностных источников, были испытаны сита и сетчатые фильтры из металлических и полимерных материалов: сито из стали марки 12?18 Н9Т с просветом 1,5 мм; сито из стали марки 12?18 Н9Т с просветом 0,75 мм; сито из капроновых волокон с просветом 0,5 мм; сито из никеля с просветом 0,2 мм.

В качестве исходной использовалась вода р. Нева, забранная в районе Пироговской набережной г. С.-Петербурга. 

Сита вырезают в виде дисков и помещают в держатели. На установленные вертикально держатели с помощью насоса БНШ подают исходную воду. Расход профильтрованной через сито воды определяют на основании показаний расходомера. Подсчет частиц в фильтрате и определение их эффективных размеров проводят методом световой микроскопии.

Анализ данных показывает, что наиболее оптимальные результаты получают при использовании капроновых сит. Использование более мелкопористых сит представляется нецелесообразным из-за их постепенного заиливания и зарастания микрофлорой.

Пример 2

Исследование механизмов удаления тонких взвесей, высокомолекулярных органических соединений, суспендированных коллоидных частиц, макромолекул перечисленных из предварительно профильтрованной воды было проведено на выпускаемых отечественной промышленностью ультрафильтрационных мембранах и материалах на основе капиллярных волокон с полупроницаемыми стенками с селективностью по органическим примесям: мембранах на основе полиамида на подложке марки УПМ-П (селективность 50%); мембранах на основе полисульфона марки УФПС (селективность 40%); мембранах на основе сополимеров винилпирролидона с метилметакрилатом марки "Халипор-1" (селективность 30%); мембранах на основе полиокситиазола марки УФПОД (селективность 35%); ультрафильтрационных волоконных патронах марки ВКУ-15 (селективлюсть 60%).

Проведение испытаний мембран и волокон проводят по соответствующим гидравлическим схемам. Мембраны диаметром 150 мм устанавливают в фильтр. Контроль за качеством мембран и правильностью сборки установки осуществляют методом "точка пузырька" [Брок Т. Мембранная фильтрация. - М.: Мир, 1987; Государственная Фармакопея СССР: Вып. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье / МЗ СССР. - 11-е изд., доп. - М.: Медицина, 1989]. Волоконные патроны устанавливают в держатель, причем очищаемая вода направляется внутрь волокон.

Воду подают с помощью мембранного насоса с тангенциальной скоростью 0,2 м/с, соотношение фильтрата и сбросовой воды поддерживают как 3:1.

Анализ результатов проведенных испытаний показывает, что для использования в технических средствах очистки воды наиболее оптимальным является применение материалов на основе капиллярных волокон с полупроницаемыми стенками, имеющих несколько меньшую, по сравнению с мембранами проницаемость, но отвечающих современным технологическим требованиям. 

Пример 3

Для исследования эффективности очистки воды обратным осмосом от низкомолекулярных соединений и ионов был испытан ряд плоских мембран, а также мембран, выполненных в виде рулонных и волоконных патронов.

Проведение испытаний мембран и волокон проводилось по соответствующим гидравлическим схемам. Мембраны диаметром 150 мм устанавливают в фильтр. Контроль за качеством мембран и правильностью сборки установки осуществляют методом "точка пузырька". Степень очистки обрабатываемой воды от низкомолекулярных соединений и ионов определяют путем измерения удельного электрического сопротивления [ОСТ 11.029.003-80. "ИЭТ. Вода, применяемая в производстве. Марки, технические требования, методы очистки и контроля". - Б.м., Б.и., Б.г.]. Волоконные патроны устанавливают в держатель.

Очищаемую воду с помощью трехплунжерного насоса подают между корпусом держателя и патроном с линейной скоростью до 0,5 м/с, соотношение фильтрата и сбросовой воды поддерживают как 1:1.

Результаты испытаний, характеризующие среднюю проницаемость и селективность обратноосмотических мембран и волокон, представлены в табл.1.

Таблица 1

Показатели средней проницаемости и селективности испытанных обратноосмотических мембран и волоконных материалов 
№ п/п Наименование и марка Средняя проницаемость при Р=10 МПа, 

м3/м2·ч Селективность,

% Удельное электрическое сопротивление фильтрата, МОм·см 
1 Мембрана обратноосмотическая на основе полисульфона ПС-К 5·10 -3 97 0,33 
2 Мембрана обратноосмотическая на основе полиоксидиазола ПОД-К 1·10 -2 98 0,48 
3 Патрон рулонный обратноосмотический ЭРО-ЭГ-3,0/400 (на основе мембран МГА-100) 6·10-3 * 95 0,25 
4 Патрон волоконный обратноосмотический АРО-205 0,1* 75 0,10 
Примечание: * - проницаемость на один патрон 


Анализ данных показывает, что при очистке достаточно больших количеств воды методом обратного осмоса наиболее целесообразно использовать пористые обратноосмотические волокна (типа АРО-205). Сравнительно малая их селективность с успехом может быть компенсирована соответствующим сочетанием обратноосмотических патронов в гидравлических схемах очистки воды с другими методами очистки - сорбционными и ионообменными.

Пример 4

Для оценки эффективности тонкой очистки воды от органических примесей были испытаны: активированные углеродные материалы; ионообменные органоемкие смолы; алюмосиликатные материалы.

Исследования проводились в стеклянной колонке, заполненной испытуемым сорбентом, слой которого составлял 3 см в длину при поперечной сечении 5 см2.

В колонку с сорбентом подают воду, соответствующую по качеству питьевой, со скоростью 200 мл/ч. Количество органических примесей в исходной и обработанной воде определяют по их перманганатной окисляемости [Руководство по химическому и технологическому анализу воды. - М.: Стройиздат, 1973].

Анализ результатов показывает, что наилучшей сорбционной способностью обладают активированные углеродные материалы: угли марок УГСВ-1, СКН-П2 и СКН-П1; волоконные материалы (угольные полотна) марок ДСТ-9, ДСГ-9 и АА-УТ.

Указанные активированные угли по своей сорбционной способности практически не уступают углю фирмы "Millipore", а угольные полотна даже превосходят ее.

Использование комбинированных слоев активированных углеродных материалов для обработки предварительно очищенной баромембранными методами воды более эффективно, чем индивидуальных.

Пример 5

Эксплуатационные и некоторые другие характеристики ионитов определяются, в основном, совокупностью таких физико-химических свойств как полная обменная емкость (ПОЕ), химическая стойкость, фракционный состав, механическая прочность, насыпная масса, плотность, набухаемость, растворимость, пористость и др.

Определение полной СОЕ (статической - Пm ) проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 20255.1-89 [ГОСТ 20255.1-89. Иониты. Методы определения статической обменной емкости, - М.: Изд-во стандартов, б.г.].

Пробы ионитов массой (2,0±0,2) г помещают в сухую коническую колбу вместимостью 250 см3 и заливают рабочим раствором для их насыщения.

Результаты проведенных испытаний, характеризующие полную СОЕ перечисленных выше катионитов и анионитов, представлены в табл. 2.

Таблица 2

Величина полной статической обменной емкости ионитов (мг-экв/г) 
Марка ионита СОЕ ионитов проб Среднее значение СОЕ 
1 2 3 4 5 6 
КУ-2 5,09 5,01 4,85 4,80 5,05 5,06 4,98±0,10 
КУ-2-8 5,20 5,15 5,01 4,99 4,99 5,21 5,09±0,10 
КУ-2-8 чС 5,02 5,20 5.17 4,98 5,00 5,22 5,10±0,10 
КБ-2 10,20 10,08 9,70 9,62 10,10 10,07 9,96±0,20 
КБ-4 10,10 10,20 10,50 10,80 10,60 10,80 10,50±0,23 
КБ-4-10 п 10,20 10,50 10,25 10,70 10,80 10,65 10,52±0,20 
АВ-17-8 4,17 3,93 4,00 4,05 3,97 3,98 4,02±0,06 
АВ-17-8 чС 4,15 3,95 4,03 4,00 4,02 4,03 4,03±0,04 


Определение полной ДОЕ ионитов (динамической - D) проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 20255.2-89 [ГОСТ 20255.2-89. Иониты. Методы определения динамической обменной емкости. - М.: Изд-во стандартов, б.г].

Результаты проведенных испытаний представлены в табл. 3.

Таблица 3

Величина полной динамической обменной емкости ионитов (мг-экв/ч) 
КУ-2 КУ-2-8 КУ-2-8 чС КБ-2 КБ-4 КБ-4-10 п АВ-17-8 АВ-17-8 чС 
4,92 5,09 5,01 9,81 10,20 10,40 4,10 4,15 


Анализ данных, представленных в табл. 2 и 3, показывает, что оптимальным, с точки зрения практического использования, сочетанием ионообменной способности и эксплуатационных показателей обладают катионит КУ-2-8 чС; анионит АВ-17-8 чС.

Пример 6

Для стерилизации фильтрованием различных жидких сред и, в том числе, воды, отечественной промышленностью выпускаются мембраны с размерами пор не более 0,2 мкм (например, марок МФА-А №1, МФА-МА №2 (ПО "ТАСМА"), МУСА-6-П (НПО "ПОЛИМЕРСИНТЕЗ") и уже собранные фильтр-патроны с ними. Для использования в технических средствах очистки воды оптимальным является применение фильтр-патронов, обеспечивающих, с одной стороны технологичность процесса стерилизации, а с другой - простоту эксплуатации технических средств.

Как показали проведенные испытания и экспериментальные исследования для достижения оптимальных эксплуатационных параметров установки при получении воды очищенной и воды для инъекций из вод природных поверхностных источников наиболее целесообразно использовать следующие фильтрующие, обратноосмотические, сорбционные, ионообменные и стерилизующие материалы:

- на стадии фильтрации (грубой фильтрации) - глубинные (механические) фильтры, на которых достигается освобождение воды от крупных частиц и коллоидов размерами более 50 мкм;

- на стадии ультрафильтрации - пористые волокна, при помощи которых достигается очистка от высокомолекулярных органических соединений и суспендированных коллоидных частиц. Наилучшие результаты достигаются на патронах ВКУ-15 (ПО "ХИМВОЛОКНО") с размерами пор 0,01 мкм;

- на стадии обратного осмоса - пористые обратноосмотические волокна с размером пор не более 0,005 мкм, на которых достигается очистка воды от низкомолекулярных примесей органического и неорганического происхождения;

- на стадии сорбции на углеродных сорбентах - фильтры, заполненные комбинированной шихтой, состоящей, например, из активированного угля марки УГСВ-1 и активированного угольного полотна марки ДСТ-9 (ПО "НЕОРГАНИКА"). Активированный уголь поглощает основную массу органических веществ, а затем вода доочищается на угольном полотне, обладающем уникальными сорбционными характеристиками; 

- на стадиях ионного обмена - фильтры, заполненные сильнокислотным катионитом КУ-2-8 чС и сильноосновным анионитом АВ-17-8 чС, прошедшими предварительную обработку для повышения селективности и сорбционной емкости. На этой стадии достигается дополнительная очистка воды от примесей неорганического происхождения и доведение их содержания менее чем до 2,5 мг/л;

на стадии стерилизации фильтрованием - фильтр-патроны для стерилизации фильтрованием, например ПФ-2-02 (ПО "ТАСМА"), с размерами пор 0,2 мкм.

Контроль за давлением очищаемой в соответствующих блоках воды осуществляют с помощью манометров. В установке предусмотрена возможность рециркуляции очищаемой воды (при отсутствии необходимости в ее немедленном использовании).

Методики качественного и количественного контроля соответствующих примесей, регламентируемые ФС 42-2619-97 и ФС 42-2620-97, не позволяют осуществлять текущий контроль качества воды в процессе ее получения (очистки).

В настоящее время для текущего контроля качества воды, используемой в производстве изделий электронной техники, применяется один из комплексных показателей ее качества - удельное электрическое сопротивление. Основная причина этого состоит в относительной простоте устройств для измерения или индикации этого показателя, а также возможность их использования в режиме on-line. Кроме того, удельное электрическое сопротивление рассматривается как универсальный показатель качества воды, позволяющий судить о содержании в ней примесей.

Учитывая требования к допустимому пределу примесей, содержащихся в обрабатываемой воде, нами предлагается в качестве критериев ее химического качества принять следующие показатели удельного электрического сопротивления: 

после обработки воды на стадии обратного осмоса - показатель удельного электрического сопротивления, равный не менее 0,1 МОм·см (при температуре (20,0±1,0)°С);

после обработки воды на стадиях ионного обмена - показатель удельного электрического сопротивления в пределах от 0,5 до 2,5 МОм·м (при температуре (20,0±1,0)°С).

Нижним пределом критерия химического качества воды после ее обработки в блоке тонкой очистки предлагается принять показатель удельного электрического сопротивления, равный не менее 0,5 МОм·см (при температуре (20,0±1,0)°С). 

Устройство работает следующим образом.

Через фильтр предварительной очистки 1 с помощью нагнетающего насоса 2 воду из открытого источника подают в блок предварительной очистки I (стадия грубой очистки - фильтр 3 и ультрафильтрация - фильтр 4), далее с помощью насоса высокого давления 5 воду последовательно направляют в обратноосмотический узел 6, на угольные сорбенты 8, иониты 9, 10 и фильтр-патрон 11 для стерилизации.

Перед запуском установки кран-переключатель "РЕЦИКЛ-РАЗБОР" переводят в положение "РЕЦИКЛ".

Запуск установки производят путем нажатия кнопки "СЕТЬ" (загорается светодиод "РАЗБОР ЗАПРЕЩЕН").

После соответствующей обработки воды в блоке тонкой очистки II и достижения необходимой степени химической чистоты, контролируемой с помощью измерителя удельного электрического сопротивления 7 (не менее 0,5 МОм·см), загорается светодиод "РАЗБОР РАЗРЕШЕН". После чего воду с помощью трехходового крана подают либо в сборник очищенной воды, либо в блок финишной очистки III и затем - в сборник воды для инъекций.

Время выхода установки на рабочий режим составляет не более 30 минут.

При перерыве в эксплуатации установки более 3 суток для предотвращения зарастания микрофлорой отдельных узлов их необходимо демонтировать и подвергнуть консервации: фильтры, заполненные комбинированной углеродной шихтой, и фильтр-патроны для стерилизации фильтрованием просушивают в течение 1 часа при температуре 90-100°С, а фильтры с ионитами просушивают при комнатной температуре и помещают в емкость, смоченную изнутри 3-4% раствором формалина.

При последующем запуске устанавливают снятые элементы, с помощью насосов заполняют установку 3-6% раствором перекиси водорода и в течение 30 минут ведут ее обработку (режим "РЕЦИКЛ"). Далее раствор сливают, а установку промывают очищенной водой. После указанной обработки установка готова к эксплуатации.

Установка работает от сети переменного тока с напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Допускаемое отклонение питающего напряжения и частоты от номинальных значений составляет ±10%. Потребляемая электрическая мощность составляет не более 150 В·А. Установка нуждается в заземлении (сопротивление между заземляющим болтом и корпусом установки должно быть не более 0,1 Ом). Масса установки около 35 кг.

Полевые испытания установки поводились в несколько этапов как в весенне-летний, так и в осенне-зимний период в климатических условиях Северо-Западного региона России, с периодической сменой источников водоснабжения. 

В качестве исходной воды при проведении полевых испытаний использовалась вода естественных и искусственных поверхностных источников (р. Черная, оз. Красавица и др.) без проведения предварительной водоподготовки. Исследования качества воды указанных источников выполнялись по 5 раз для каждого водоисточника в соответствии с требованиями ГОСТ 2761-84, ГОСТ 27384-87 и СанПиН 2.1.4.554-96. Анализ данных свидетельствует о том, что некоторые показатели качества воды указанных источников превышают установленные ГОСТ 2761-84 пределы для поверхностных источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения 3 класса. Кроме того, концентрации некоторых химических веществ приближаются к предельно допустимым (ПДК) для вод хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. 

Химический и микробиологический контроль качества получаемой воды проводился после обработки каждых 150 л, а биологический (пирогенности) - каждых 400 л. Текущий контроль качества обрабатываемой воды осуществлялся путем измерения удельного электрического сопротивления в блоке тонкой очистки: после стадии обратного осмоса - выносным измерителем в пределах не менее 0,1 МОм·см, настроенным на указанный диапазон; после стадий ионного обмена - в пределах от 0,5 до 2,5 МОм·см - штатным измерителем (за критерий химического качества воды после обработки в блоке тонкой очистки был принят показатель удельного электрического сопротивления равный не менее 0,5 МОм·см).

Всего за период полевых испытаний было обработано около 5000 л воды природных источников, в том числе из р. Черной - около 1150 л; оз. Красавица - около 1500 л; водоем, р-н Ржевка, С.-Петербург - около 1220 л; водоем, Красное Село - около 1100 л.

При этом получено более 4500 л воды, соответствующей требованиям ФС 42-2620-97.

Сравнительная оценка основных параметров качества воды, полученной с помощью предлагаемой установки из воды природных источников (после обработки примерно 1150 л исходной воды) и установки СДП-3 из воды, соответствующей требованиям ГОСТ 2874-82, показывает, что вода, получаемая с помощью предлагаемой установки, полностью соответствует требованиям ФС 42-2620-97. Вместе с тем, вода, полученная на установке СДП-3 по целому ряду показателей не соответствует требованиям ФС 42-2619-97 и ФС 42-2620-97. Кроме того, отмечается более высокая производительность установки при значительно меньших трудозатратах по ее эксплуатации и обслуживанию по сравнению с установкой СДП-3.

Таким образом, впервые разработана технология получения воды для инъекций в полевых условиях из вод природных источников, основанная на комплексном использовании фильтрационных, обратноосмотических, сорбционных и ионообменных процессов. Ее применение обеспечивает возможность получения воды для инъекций требуемого качества в одной фазе с высокой технологичностью, экономичностью и экологичностью.

Экспериментально обоснован выбор соответствующих фильтрующих материалов, сорбентов и ионообменных смол для очистки воды на различных стадиях. Определены наиболее оптимальные конструкционные материалы для оформления различных технологических узлов и элементов установки получения воды для инъекций в полевых условиях. Предложено осуществлять текущий контроль качества воды по показателю ее удельного электрического сопротивления.

Впервые разработан и изготовлен опытный образец установки получения воды для инъекций в полевых условиях.

Установка позволяет получать из воды природных источников воду, полностью соответствующую требованиям ФС 42-2620-97 "Вода для инъекций". Сравнительная оценка основных параметров качества воды, полученной с помощью предлагаемой установки и установки СДП-3, свидетельствует, что вода, полученная на установке СДП-3 по целому ряду показателей не соответствует требованиям ФС 42-2619-97 "Вода очищенная" и ФС 42-2620-97 "Вода для инъекций".

Производительность установки в условиях Северо-Западного региона составляет в весенне-летний период от 30 до 35 л/ч; осенне-зимний - от 25 до 30 л/ч.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ получения воды для инъекций из вод природных источников, включающий грубую очистку на фильтре и стерилизацию, отличающийся тем, что воду из открытых водоемов вначале подвергают очистке на фильтре предварительной очистки, после очистки на фильтре грубой очистки проводят ультрафильтрацию, дополнительную обработку до качества питьевой осуществляют посредством обратного осмоса, а после сорбции на угольных материалах питьевую воду последовательно подвергают катионо- и анионообмену, после чего стерилизуют, при этом контроль качества воды осуществляют в непрерывном режиме по величине удельного электрического сопротивления.

2. Установка для реализации способа получения воды для инъекций в полевых условиях из вод природных источников, содержащая фильтр грубой очистки и стерилизующее устройство, отличающееся тем, что она дополнительно включает в себя фильтр предварительной очистки, нагнетающий насос, подводящую магистраль, ультрафильтр, насос высокого давления, обратноосмотический фильтр, измерители удельного электрического сопротивления, угольный фильтр, сорбционный фильтр, фильтр катионитный, фильтр анионитный, фильтр-патрон для стерилизации, причем обратноосмотический фильтр дополнительно подключен к магистрали сброса, фильтр анионитный имеет дополнительный выход к сборнику очищенной воды, а фильтр-патрон для стерилизации - к сборнику воды для инъекций, в установке предусмотрена возможность рециркуляции очищаемой воды.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что фильтр грубой очистки выбран из фильтров, на которых достигается освобождение воды от крупных частиц и коллоидов размерами более 50 мкм, ультрафильтр реализован на пористых волокнах, при помощи которых достигается очистка от высокомолекулярных органических соединений и суспендированных коллоидных частиц, например, в патронах ВКУ с размерами пор 0,01 мкм, для обратноосмотического фильтра предпочтительны пористые обратноосмотические волокна с размером пор не более 0,005 мкм, на которых достигается очистка воды от низкомолекулярных примесей органического и неорганического происхождения, фильтр угольный заполнен комбинированной шихтой, состоящей, например, из активированного угля марки УГСВ-1 и активированного угольного полотна марки ДСТ-9, причем активированный уголь поглощает основную массу органических веществ, а затем вода доочищается на угольном полотне, на стадиях ионного обмена выбраны фильтры, заполненные сильнокислотным катионитом КУ-2-8 чС и сильноосновным анионитом АВ-17-8 чС, прошедшими предварительную обработку для повышения селективности и сорбционной емкости для достижения дополнительной очистки воды от примесей неорганического происхождения и доведения их содержания менее чем до 2,5 мг/л, фильтр-патрон для стерилизации фильтрованием, например, ПФ-2-02 имеет размеры пор 0,2 мкм.

4. Установка по любому из пп.2 и 3, отличающаяся тем, что представляет собой как самостоятельный предмет оснащения аптек, так и входит отдельным элементом в сложные образцы подвижных технических средств медицинской службы.








ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Воздухо- и водоочистка. Опреснительные установки






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "и" означает, что будут найдены только те страницы, где встречается каждое из ключевых слов. Например, при запросе "очистка воды" будет найдено словосочетание "очистка воды". При использовании режима "или" результатом поиска будут все страницы, где встречается хотя бы одно ключевое слово ("очистка" или "воды").

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+очистка -воды".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "сток" будут найдены слова "стоков", "стоки" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу "сток!".


Устройства и способы водоочистки | Опреснительные установки. Дистилляторы | Устройства и способы воздухоочистки


Рейтинг@Mail.ru