RU2663172C2

RU2663172C2 - System of production of pure and ultrapure water

Info

Publication number: RU2663172C2
Application number: RU2016152745A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Краснов; Александр Юрьевич Горбунов; Максим Николаевич Краснов; Алексей Викторович Шевелев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа"); Общество с ограниченной ответственностью "Грант Инструмент" (ООО "Грант Инструмент")
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2018-08-01
Also published as: RU2016152745A; RU2016152745A3

Abstract

FIELD: water and air purification technology.SUBSTANCE: invention relates to water treatment. System for obtaining pure and ultrapure water includes a module for preliminary water preparation, module for obtaining water of type 3, module for obtaining water of type 2 and module for obtaining water of type 1. Water pretreatment module comprises a cartridge with prefilter 2, a cartridge with combined three-layer filter 3 consisting of activated carbon (I), a filtering filler KDF 55 (II) and a catalytic granular activated carbon (III), cartridge 4 with granular activated carbon from coconut shell (IV), low pressure sensors 6 and tap water quality 8, valves and connecting tubes. Type 3 water receiving module includes liquid pump 7, expansion vessel 10 with an upper level sensor and check valve 11, four cartridges with highly selective membrane filters of reverse osmosis 12, 13, 16, 17, water quality sensor 3 of type 20, valves, water outlet 3 of type 22, connecting tubes. Type 2 water receiving module includes storage tank 25 with integrated level sensors 29, 30, sterilizing capsule (31), which is a fluoroplastic membrane with pores of 0.2 mcm, filter 32 filled with soda lime, liquid pump 33, combined cartridge 34 consisting of a filter cake KDF 55 (II), catalytic granular activated carbon (III) and granular activated carbon from coconut shell (IV), a combined cartridge 35 filled with an ion-exchange resin of mixed type, an electromagnetic valve 36 with a water outlet 2 of type 37. Type 1 water receiving module includes UV sterilizer 38, type 1 water quality sensor, electromagnetic valves, microfiltration capsule 51, water output 1 of type 52, the connecting tubes, the combination cartridge 44 consisting of the catalytic granular activated carbon (III), the ultrafine metal-affinity sorbent (VI) based on the metal oxides and the ion-exchange resin (V) of the mixed type, combined cartridge 45 consisting of an ultradisperse metal-affinity sorbent based on metal oxides (VI) and an ion-exchange resin of mixed type (V), ultrafiltration membrane 48, a feedback channel.EFFECT: invention makes it possible to create a system for obtaining pure and ultrapure water from tap water without first preparing it and changes in individual components of the system to expand the list of substances removed from water and increase the cleaning efficiency without additional energy inputs.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области водоподготовки воды для решения аналитических и технологических задач. Системы получения чистой и сверхчистой воды предназначены для производства воды 3-х типов, различающихся областями применения и степенью чистоты.The invention relates to the field of water water treatment for solving analytical and technological problems. Systems for the production of pure and ultrapure water are intended for the production of 3 types of water, differing in application areas and degree of purity.

Вода 3 типа: чистая вода, соответствующая по качеству дистилляту с проводимостью не более 5 мкСм/см в соответствии ASTM, CLSI, ISO 3696, САР, ФС.2.2.0020.15, ГОСТ 6709-97. Применяется в лабораториях как альтернатива дистилляту, получаемому методом выпаривания для мытья и ополаскивания лабораторной посуды, подачи на моечные машины, питание автоклавов и стерилизаторов, в аптеках и химико-фармацевтических производствах, производствах для изготовления нестерильных лекарственных средств.Water of type 3: pure water, corresponding in quality to a distillate with a conductivity of not more than 5 μS / cm in accordance with ASTM, CLSI, ISO 3696, CAP, FS.2.2.0020.15, GOST 6709-97. It is used in laboratories as an alternative to the distillate obtained by evaporation for washing and rinsing laboratory glassware, feeding washing machines, feeding autoclaves and sterilizers, in pharmacies and chemical-pharmaceutical industries, and for manufacturing non-sterile medicines.

Вода 2 типа: деионизованная вода с удельной проводимостью не более 1 мкСм/см в соответствии ASTM, CLSI, ISO 3696, САР, ФС.2.2.0020.15, ГОСТ Р 52501-2005.Water of type 2: deionized water with a specific conductivity of not more than 1 μS / cm in accordance with ASTM, CLSI, ISO 3696, CAP, FS.2.2.0020.15, GOST R 52501-2005.

Типичные области применения: приготовление микробиологических сред, реагентов, растворов для химического анализа и синтеза, буферных растворов, гистологический, иммуноферментный, радиоиммунологический анализы, питание лабораторных приборов.Typical applications: preparation of microbiological media, reagents, solutions for chemical analysis and synthesis, buffer solutions, histological, enzyme immunoassay, radioimmunological analyzes, nutrition of laboratory devices.

Сверхчистая вода 1 типа по ASTM, NCCLS, ISO 3696, CAP применяется в микроэлектронике, подготовке реагентов, ионной хроматографии, плазменной масс-спектрометрии, атомно-абсорбционной спектрофотометрии, плазменной спектрофотометрии, высокоэффективной жидкостной хроматографии, газовой хроматографии, масс-спектрометрии биополимеров, аналитических системах на микрочиповой платформе и других высокоточных методов исследования при решении научно-исследовательских задач в физике твердого тела, аналитической химии, экологии, медицинской биохимии и в других областях науки. Известно устройство [С.Т. Nachtman, С.Е. Chomka, J.R. Edwards. Patent US N 5.868.924 Feb.9.1999. Barnsted/Termolyne Corporation, US. Water purifier], предназначенное для получения ультрачистой воды 1 типа, состоящее из четырех последовательно соединенных картриджей, заполненных в зависимости от качества входной воды гранулированным активированным углем, полученным из скорлупы кокосового ореха, битумным активированным углем, ионообменной смолой, а также вспомогательными устройствами и датчиками: регулятор давления, жидкостный насос, обратный клапан, дозатор, выходной финишный стерилизующий фильтр, датчик качества воды. Вся система имеет линию рециркуляции по потоку излишков воды от дозатора к регулятору давления на входе в жидкостный насос, задающего давление в системе. Между третьим и четвертым картриджами расположено оригинальное устройство для стерилизации ультрафиолетовым излучением органических соединений и биологических загрязнений воды. По структуре устройства входная вода должна быть предварительно очищена до как минимум воды 3 типа, что не позволяет говорить об устройстве как о самостоятельной системе очистки воды до 1 типа. Устройство стерилизации представляет собой коаксиальную конструкцию, в которой во внешний металлический корпус вставлена УФ-лампа, обмотанная проволокой покрытой диоксидом титана. Это покрытие рассматривается как катализатор распада при воздействии ультрафиолетового излучения на химические соединения и биологические загрязнения, прошедшие через первые три картриджа. Такое решение увеличения эффективности воздействия ультрафиолетового излучения на примеси в воде неоднозначно. Увеличение скорости распада химических соединений и биологических загрязнений возможно только в начале использования устройства стерилизации. Так как в воде кроме биологических загрязнений присутствуют бактерии, микрочастицы (судя по техническим параметрам выходной очищенной воды), то на проволоке эти частицы начнут осаживаться и закрывать и нейтрализовывать катализатор. Кроме того, намотанная на УФ-лампу проволока будет эффективно препятствовать распространению ультрафиолетового излучения в стерилизуемой воде, которое и так характеризуется быстрым рассеянием в средах. Нанесенный на проволоку диоксид титана, образующий неидеально гладкую поверхность, и витки проволоки создают благоприятные условия для образования пленок, которые существенно снижают эффективность ультрафиолетового излучения для стерилизации воды. В реализованной схеме последовательного соединения картриджей и вспомогательных устройств не предусмотрен слив из картриджей воды, получаемой при их промывке после первой установки и технологическом обслуживании.Type 1 ultrapure water according to ASTM, NCCLS, ISO 3696, CAP is used in microelectronics, reagent preparation, ion chromatography, plasma mass spectrometry, atomic absorption spectrophotometry, plasma spectrophotometry, high performance liquid chromatography, gas chromatography, biopolymer mass spectrometry, analytical systems on a microchip platform and other high-precision research methods in solving scientific research problems in solid state physics, analytical chemistry, ecology, medical biochemistry, etc. other areas of science. A device is known [S.T. Nachtman, S.E. Chomka, J.R. Edwards. Patent US N 5.868.924 Feb.9.1999. Barnsted / Termolyne Corporation, US. Water purifier], designed to produce ultrapure water of type 1, consisting of four serially connected cartridges, filled depending on the quality of the input water with granular activated carbon obtained from a coconut shell, bituminous activated carbon, ion-exchange resin, as well as auxiliary devices and sensors: pressure regulator, liquid pump, non-return valve, dispenser, sterilization outlet filter, water quality sensor. The whole system has a recirculation line for the flow of excess water from the dispenser to the pressure regulator at the inlet to the liquid pump, which sets the pressure in the system. Between the third and fourth cartridges is an original device for sterilization by ultraviolet radiation of organic compounds and biological pollution of water. According to the structure of the device, inlet water must be pre-treated to at least 3 types of water, which does not allow us to talk about the device as an independent system of water purification up to 1 type. The sterilization device is a coaxial design in which a UV lamp is inserted into an external metal casing wrapped in a wire coated with titanium dioxide. This coating is considered as a decay catalyst under the influence of ultraviolet radiation on chemical compounds and biological contaminants that have passed through the first three cartridges. Such a decision to increase the effectiveness of ultraviolet radiation on impurities in water is ambiguous. An increase in the decay rate of chemical compounds and biological contaminants is possible only at the beginning of using the sterilization device. Since in addition to biological contaminants in the water, bacteria and microparticles are present (judging by the technical parameters of the treated purified water output), these particles will begin to settle on the wire and close and neutralize the catalyst. In addition, a wire wound around a UV lamp will effectively prevent the spread of ultraviolet radiation in sterilized water, which is already characterized by rapid scattering in media. Titanium dioxide deposited on the wire, forming an imperfectly smooth surface, and the coils of the wire create favorable conditions for the formation of films, which significantly reduce the effectiveness of ultraviolet radiation for sterilizing water. In the implemented scheme for the serial connection of cartridges and auxiliary devices, there is no drainage from the cartridges of water obtained during their washing after the first installation and technological maintenance.

Устройство [(URL) www.Sartogosm.ru] предназначено для получения воды 2 и 1 типов. Устройство рассчитано на работу с предварительно очищенной от механических примесей входящей водой, поступающей извне. В состав устройства входят ячейка электропроводности входной воды, картридж со сферическим, каталитически активным активированным углем с нанесенным катализатором, два независимых модуля, содержащих высокоэффективные обратноосмотические мембраны. Модули в системе работают параллельно как на вход потока воды, так и на выход фильтрата и слив концентрата, за модулями последовательно расположены ячейка электропроводности фильтрата - пермеат, картридж умягчения воды и модуль электродеионизации имеющий два выхода: один для подачи деионизованной воды после ячейки электропроводности воды 2 типа в систему хранения с встроенным вентиляционным фильтром с обратным клапаном, что надежно защищает от повторного загрязнения СО₂ - накопительный резервуар, а другой для слива концентрата. Таким образом, в накопительный резервуар поступает вода 2 типа, которая при помощи второго жидкостного насоса подается в устройство ультрафиолетового окисления примесей в воде, а затем в картридж с активированным углем в сочетании с ионообменной смолой. Далее к выходу картриджа присоединены ячейка электропроводности ультрачистой воды с последующим ее поступлением либо в мембранный капсульный фильтр, удаляющий все частицы и микроорганизмы, на последнем этапе очистки воды для стерильного разбора воды с зашитой от попадания частиц, либо по линии рециркуляции вода поступает вместе с водой из накопительного резервуара 2 типа на вход второго жидкостного насоса. Для осуществления режима промывки последнего картриджа вода, до ячейки электропроводности, также может поступать в слив. Рассматриваемое устройство получения ультрачистой воды 1 типа не является самодостаточной системой, так как для его функционирования необходима предварительная подготовка водопроводной воды - очистка от механических примесей с размером более 5 мкм. Накопительный резервуар не оснащен встроенными датчиками уровня, что затрудняет контроль состояния накопительного резервуара в автоматическом режиме, а жидкостные насосы не оснащены реле низкого давления для защиты жидкостных насосов по сухому ходу. На входе второго жидкостного насоса нет сбалансированной подачи воды из линии рециркуляции и из накопительного резервуара с водой 2 типа. Сбалансированность подачи воды обычно осуществляется регулятором давления установленным непосредственно на входе жидкостного насоса. На один из входов регулятора давления подсоединяют обратный клапан в линии рециркуляции, а к другому входу линию подачи основного потока воды, в рассматриваемом случае, линия подачи воды из накопительного резервуара. При эксплуатации модуля электродеионизации непрерывный поток воды из модулей обратного осмоса делится в соотношении 40/60 (пермеат/концентрат). Такое соотношение необходимо для поддержания работоспособности мембран в электрическом поле, на которые высаживаются соли. Например, используемые для этих целей засыпные картриджи с ионообменными смолами промываются в зависимости от качества выходной воды, которое определяется ячейкой электропроводности. При электродеионизации образуются кислород и хлор, которые стараются отвести с концентратом в слив, так как их даже небольшой избыток приводит к деструкции мембран используемых в модуле.The device [(URL) www.Sartogosm.ru] is intended for receiving water of types 2 and 1. The device is designed to work with pre-cleaned from mechanical impurities incoming water coming from outside. The device includes an input water conductivity cell, a cartridge with spherical, catalytically active activated carbon with a supported catalyst, two independent modules containing highly efficient reverse osmosis membranes. The modules in the system work in parallel to both the inlet of the water flow and the outlet of the filtrate and drain the concentrate; the modules are arranged in series with the filtrate’s electrical conductivity cell - permeate, water softener cartridge and electrodeionization module with two outputs: one for supplying deionized water after the water conductivity cell 2 type in the storage system with a built-in ventilation filter with a non-return valve, which reliably protects against re-contamination of CO ₂ - storage tank, and the other for the discharge of concentrate. Thus, type 2 water enters the storage tank, which is supplied by a second liquid pump to an ultraviolet oxidation device of impurities in water, and then to an activated carbon cartridge in combination with an ion-exchange resin. Next, an ultrapure water conductivity cell is attached to the cartridge exit with its subsequent entry either into a membrane capsule filter that removes all particles and microorganisms, at the last stage of water purification for sterile analysis of water with protection from particles, or water enters along with water from the recirculation line type 2 storage tank at the inlet of the second liquid pump. To implement the washing regime of the last cartridge, water, up to the conductivity cell, can also enter the drain. The considered device for producing ultrapure water of type 1 is not a self-sufficient system, since for its functioning preliminary preparation of tap water is required - purification from mechanical impurities with a size of more than 5 microns. The storage tank is not equipped with built-in level sensors, which makes it difficult to monitor the status of the storage tank in automatic mode, and liquid pumps are not equipped with a low pressure switch to protect liquid pumps on dry run. At the inlet of the second liquid pump there is no balanced water supply from the recirculation line and from the storage tank with type 2 water. Water supply balancing is usually done by a pressure regulator installed directly at the inlet of the liquid pump. A check valve is connected to one of the inputs of the pressure regulator in the recirculation line, and to the other input is the main water supply line, in this case, the water supply line from the storage tank. During operation of the electrodeionization module, a continuous stream of water from reverse osmosis modules is divided in a ratio of 40/60 (permeate / concentrate). This ratio is necessary to maintain the operability of membranes in an electric field, on which salts are deposited. For example, filling cartridges with ion exchange resins used for these purposes are washed depending on the quality of the outlet water, which is determined by the conductivity cell. During electrodeionization, oxygen and chlorine are formed, which they try to divert with the concentrate to the drain, since even a small excess of them leads to the destruction of the membranes used in the module.

Основными параметрами регулирования ионных трансмембранных потоков являются: величина электрического потенциала, скорость потоков и их соотношение в каналах модуля, определяющее солесодержание концентрата. Высокое солесодержание создает опасность образования кристаллических осадков на поверхности мембран, а при низком солесодержании возрастает расход электроэнергии. Эффективность работы модуля определяется скоростью переноса ионов в поперечном сечении слоя мембраны и скоростью непрерывной электрорегенерации ионита. Смещение от оптимума этих процессов приводит к снижению качества очищенной воды. К основными технологическими параметрами, от которых зависит эффективность работы модуля и качество воды на выходе относятся сила тока, температура и солесодержание исходной и очищенной воды, рабочее давление, недопущение осадкообразования в канале концентрата. При работе модуля происходит нагревание воды, а следовательно и улучшение условий для размножения микроорганизмов в системе, начиная от накопительного резервуара до устройство ультрафиолетового окисления органических соединений и стерилизации биологического загрязнения воды. Модуль электродеионизации воды является многопараметрическим устройством критически зависимым от условий эксплуатации и, как любое многопараметрическое устройство, легко выходит из режима оптимальной работы, а это приводит к получению некачественной воды, по сравнению с заявленной. Применение электродеионизационного модуля в составе лабораторной системы получения чистой воды со скоростью отбора воды 2 типа порядка нескольких литров в минуту при его работе в неоптимальном режиме проблематично, но при отборе воды со скоростью в десятки литров это не так критично, так как может быть проведена автоматическая корректировка режима электродеионизации и в общем объеме выходящей воды, в таком случае отклонения по качеству в текущий момент не скажутся на качестве всего объема, тем более в системах с промежуточными накопительными резервуарами. Такие проблемы не наблюдаются в случае использования модулей деионизации засыпного типа с ионообменными смолами, в этом случае при ухудшении качества выходной воды до нижнего порога, определяемого при использовании ячейки электропроводности, обычно автоматически закрывается выходной клапан и начинается автоматическая промывка модуля. Кроме того, использование модуля элекродеионизации накладывает требования по электробезопасности на систему в целом не ниже III группы, а кислород и хлор, образующиеся в результате электродных процессов и отводимые в дренаж, вызывают деструкцию канализационной системы.The main parameters for regulating ionic transmembrane flows are: the magnitude of the electric potential, the velocity of the flows and their ratio in the channels of the module, which determines the salt content of the concentrate. High salt content creates the risk of the formation of crystalline deposits on the surface of the membranes, and at low salt content increases the energy consumption. The efficiency of the module is determined by the rate of ion transfer in the cross section of the membrane layer and the rate of continuous electrical regeneration of the ion exchanger. A shift from the optimum of these processes leads to a decrease in the quality of purified water. The main technological parameters that determine the efficiency of the module and the quality of the outlet water include current strength, temperature and salt content of the source and purified water, working pressure, and prevention of sedimentation in the concentrate channel. During operation of the module, water is heated and, consequently, the conditions for the propagation of microorganisms in the system are improved, from the storage tank to the device for ultraviolet oxidation of organic compounds and sterilization of biological pollution of water. The water electrodeionization module is a multi-parameter device critically dependent on operating conditions and, like any multi-parameter device, easily leaves the optimal operation mode, and this leads to poor-quality water compared to the declared one. The use of an electrodeionization module as a part of a laboratory system for producing pure water with a water withdrawal rate of type 2 of the order of several liters per minute is problematic when operating in suboptimal mode, but this is not so critical when taking water at a speed of tens of liters, as automatic correction can be carried out mode of electrodeionization and in the total volume of outgoing water, in this case, quality deviations at the moment will not affect the quality of the entire volume, especially in systems with intermediate accumulate flax tanks. Such problems are not observed in the case of using deionization modules of the charge type with ion-exchange resins; in this case, when the quality of the outlet water deteriorates to the lower threshold determined by using a conductivity cell, the outlet valve usually closes automatically and automatic washing of the module begins. In addition, the use of the elecrodeionization module imposes electrical safety requirements on the system as a whole not lower than group III, and oxygen and chlorine generated as a result of electrode processes and drained into the drainage cause destruction of the sewer system.

Система производства сверхчистой воды лабораторного класса [С.Т. Nachtman, С.Е. Chornka, J.R. Edwards Patent US N 6579445 B2, Jun. 17.2003. Sartorius AG, US. System for the production of laboratory grade ultrapure water] имеет в своем составе устройство входа воды, подключенное к регулятору давления, из которого вода поступает в жидкостный насос и затем в блок очистки воды, состоящий из последовательно соединенных засыпных многослойных и однослойных картриджей. На выходе второго картриджа установлено стерилизующее устройство со встроенной УФ-лампой, предотвращающее микробиологическое обрастание и снижающее общее содержание органического углерода, за этим устройством располагаются два последовательно соединенных засыпных картриджа. В картриджи засыпаются: фильтрующая засыпка KDF55, битумный активированный уголь, гранулированный активированный уголь из скорлупы кокосового ореха, ионообменная смола смешанного типа, каталитически гранулированный уголь с пероксидным числом не менее 14. Последовательность этих засыпок может меняться в зависимости от исполнения системы и исходной воды. После второй пары картриджей последовательно установлен трехходовой кран, который при установке новых картриджей или их промывке переключается в состояние сброса водяного потока, а в рабочем состоянии соединяет выход последнего (четвертого) картриджа с фильтром, содержащим ультрафильтрационную мембрану, предназначенную для удаления грамотрицательных бактерий и других органических молекул. Из фильтра поступают два потока воды: чистая вода, поступающая в ячейку электропроводности, и концентрат, поступающий в дополнительный фильтр для доочистки и слива. Вода после доочистки по линии рециркуляции через обратный клапан поступает в регулятор давления. Вода после ячейки электропроводности поступает в устройство деления потока выходной воды, в котором через один выход ультрачистая вода поступает в микрофильтрационную капсулу и на выход воды, а через второй выход устройство деления потока подключено к другой линии рециркуляции со своим обратным клапаном. На этой линии рециркуляции расположен датчик общего органического углерода. Система не самодостаточна и предназначена для работы на питательной воде, которая получается вне устройства при дополнительной обработке, с использованием обратного осмоса, электродеионизации или обычной деионизации питьевой воды. Отсутствие накопительного резервуара выходной воды не позволяет получать очищенную воду в непрерывном режиме, в случае когда производится замена или промывка первых четырех картриджей системы.Laboratory class ultrapure water production system [S.T. Nachtman, S.E. Chornka, J.R. Edwards Patent US N 6579445 B2, Jun. 17.2003. Sartorius AG, US. System for the production of laboratory grade ultrapure water] incorporates a water inlet device connected to a pressure regulator, from which water enters the liquid pump and then to the water purification unit, which consists of series-connected filling multilayer and single-layer cartridges. At the output of the second cartridge, a sterilizing device with a built-in UV lamp is installed that prevents microbiological fouling and reduces the total content of organic carbon, behind this device there are two series-connected filling cartridges. The cartridges are filled with: KDF55 filter bed, bituminous activated carbon, granular activated carbon from coconut shells, mixed-type ion-exchange resin, catalytically granulated carbon with a peroxide number of at least 14. The sequence of these fillings can vary depending on the system and source water. After the second pair of cartridges, a three-way valve is installed in series, which, when installing new cartridges or flushing them, switches to the reset state of the water flow, and when in operation, connects the output of the last (fourth) cartridge with a filter containing an ultrafiltration membrane designed to remove gram-negative bacteria and other organic molecules. Two streams of water come from the filter: pure water entering the conductivity cell, and concentrate entering the additional filter for after-treatment and discharge. Water after purification through the recirculation line through the check valve enters the pressure regulator. Water after the conductivity cell enters the outlet water flow splitting device, in which ultrapure water enters the microfiltration capsule and the water outlet through one outlet, and the flow splitting device is connected to the other recirculation line with its non-return valve through the second outlet. This recirculation line has a total organic carbon sensor. The system is not self-sufficient and is designed to work on feed water, which is obtained outside the device during additional processing, using reverse osmosis, electrodeionization, or conventional deionization of drinking water. The absence of an accumulating reservoir of outlet water does not allow obtaining purified water in a continuous mode when the first four cartridges of the system are replaced or washed.

Ближайшей из известных, выбранной в качестве прототипа является лабораторная система получения чистой и сверхчистой воды [(URL) http://wvm.aristoscientific.kz/catalog/for-laboratory/hvper-aqua 1201.html].The closest known, selected as a prototype is a laboratory system for producing pure and ultrapure water [(URL) http://wvm.aristoscientific.kz/catalog/for-laboratory/hvper-aqua 1201.html].

Лабораторная система получения чистой и сверхчистой воды представляет собой единое устройство, состоящее из: модуля предварительной подготовки воды, включающего в себя входной шаровой ручной клапан, картридж с фильтром предварительный механической очистки, картридж с гранулированным активированным углем из скорлупы кокосового ореха, датчик низкого давления, датчик качества водопроводной воды, электромагнитный клапан, соединительные трубки; модуль получения воды 3 типа, включающий в себя жидкостный насос, 4 картриджа с высокоселективными мембранными фильтрами обратного осмоса, два клапана, ограничитель потока, датчик качества воды 3 типа, трехходовой электромагнитный клапан, выход воды 3 типа, соединительные трубки; модуль получения воды 1 типа, включающий в себя стерилизующую капсулу, жидкостный насос, картридж с ионообменной смолой, УФ-стерилизатор, датчик качества воды 1 типа, электромагнитные клапаны, микрофильтрационную капсулу, выход воды 1 типа, соединительные трубки.The laboratory system for producing pure and ultrapure water is a single device consisting of: a module for preliminary water treatment, which includes an inlet manual ball valve, a cartridge with a preliminary mechanical cleaning filter, a cartridge with granular activated carbon from a coconut shell, a low pressure sensor, a sensor quality of tap water, solenoid valve, connecting tubes; type 3 water production module, including a liquid pump, 4 cartridges with highly selective reverse osmosis membrane filters, two valves, flow restrictor, type 3 water quality sensor, three-way solenoid valve, type 3 water outlet, connecting tubes; type 1 water production module, which includes a sterilizing capsule, a liquid pump, an ion exchange resin cartridge, a UV sterilizer, type 1 water quality sensor, solenoid valves, microfiltration capsule, type 1 water outlet, connecting tubes.

Отсутствие расширительной емкости в модуле получения воды 3 типа перед картриджами с высокоселективными мембранными фильтрами обратного осмоса, оборудованной датчиком верхнего уровня и обратным клапаном, не позволяет проводить гидравлическую и химическую промывки мембран обратного осмоса водой 3 типа для восстановления работоспособности картриджей.The absence of expansion capacity in the type 3 water production module in front of cartridges with highly selective reverse osmosis membrane filters equipped with a top level sensor and a check valve does not allow hydraulic and chemical flushing of reverse osmosis membranes with type 3 water to restore the performance of the cartridges.

На накопительном резервуаре отсутствует фильтр, заполненный натронной известью для удаления углекислого газа из воздуха, поступающего в резервуар через стерилизующую капсулу для уравнивания давления.There is no filter on the storage tank filled with soda lime to remove carbon dioxide from the air entering the tank through a sterilizing capsule to equalize the pressure.

В структуре системы получения чистой и сверхчистой воды отсутствуют: ультрафильтрационная мембрана для удаления грамотрицательных бактерий и других органических молекул, картридж с ультрадисперсным металл-аффинным сорбентом на основе оксидов металлов для фильтрации фосфорорганических соединений, организованный выход воды 2 типа.The structure of the system for producing pure and ultrapure water is absent: an ultrafiltration membrane for removing gram-negative bacteria and other organic molecules, a cartridge with an ultrafine metal-affinity sorbent based on metal oxides for filtering organophosphorus compounds, and an organized yield of water of type 2.

Задачей изобретения является реализация устройства системы получения чистой и сверхчистой воды из водопроводной воды без предварительной ее подготовки и изменение отдельных узлов системы для расширения списка веществ, устраняемых из воды и увеличения эффективности очистки без дополнительных энергозатрат.The objective of the invention is the implementation of the device system for producing pure and ultrapure water from tap water without prior preparation and changing individual components of the system to expand the list of substances eliminated from the water and increase the cleaning efficiency without additional energy costs.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве системы получения чистой и сверхчистой воды, содержащем: модуль предварительной подготовки воды, включающий в себя входной шаровой ручной клапан, к которому при помощи соединительных трубок подключены последовательно картридж с фильтром предварительный механической очистки, картридж с комбинированном трехслойным фильтром из активированного угля, фильтрующей засыпки KDF 55 и каталитического гранулированного активированного угля, картридж с гранулированным активированным углем из скорлупы кокосового ореха, далее последовательно установлены выходной нормально закрытый электромагнитный клапан, датчик низкого давления и датчик качества водопроводной воды после предварительной подготовки, присоединенный к жидкостному насосу, и параллельно датчику присоединен входной нормально закрытый электромагнитный клапан, установленный на расширительной емкости, которые вместе с жидкостным насосом относятся к модулю получения воды 3 типа. Расширительная емкость снабжена съемной крышкой, датчиком верхнего уровня и обратным клапаном, с выходом присоединенным к жидкостному насосу, из которого вода поступает в параллельно подключенные 2 картриджа с высокоселективными мембранными фильтрами обратного осмоса. Выходы концентрата из этих картриджей присоединены к ограничителю потока, к которому параллельно присоединен нормально замкнутый электромагнитный клапан. Выходы фильтрата из этих картриджей присоединены к входу третьего картриджа, за которым последовательно присоединен четвертый картридж с высокоселективными мембранными фильтрами обратного осмоса. Выход концентрата из четвертого картриджа через ограничитель потока соединен с первым ограничителем потока для слива концентрата в дренаж. Параллельно второму ограничителю потока установлен нормально замкнутый электромагнитный клапан. Выход фильтрата из третьего картриджа вместе с фильтратом из четвертого картриджа последовательно соединены с последовательно расположенными датчиком качества воды, нормально замкнутым электромагнитным клапаном с выходом воды 3 типа и трехходовым электромагнитным клапаном, один выход которого присоединен к линии рециркуляции в расширительную емкость через крышку, а второй к обратному клапану, в свою очередь подключенному к накопительному резервуару, входящему в состав модуля получения воды 2 типа. Накопительный резервуар снабжен встроенными датчиками верхнего и нижнего уровня, стерилизующей капсулой представляющей собой мембрану из фторопласта с порами 0,2 мкм и фильтром с натронной известью, к выходу накопительного резервуара подключен жидкостный, соединенный с комбинированным картриджем, состоящим из фильтрующей засыпки KDF 55, каталитического гранулированного активированного угля и гранулированного активированного угля из скорлупы кокосового ореха и подключенного к следующему комбинированному картриджу, заполненному ионообменной смолой смешанного типа, к выходу второго картриджа модуля получения воды 2 типа подсоединены электромагнитный нормально замкнутый клапан для выхода воды 2 типа и модуль получения воды 1 типа, включающий в себя УФ-стерилизатор представляющий собой коаксиальное устройство, по оси которого в кварцевой трубке расположена ультрафиолетовая лампа с длинами волн 185/254 нм, а вокруг кварцевой трубки цилиндрическое УФ-зеркало с высокоотражательным металлическим внутренним покрытием и защитным слоем SiO₂, при этом расстояние от поверхности ультрафиолетовой лампы до внутренней поверхности цилиндрического УФ-зеркала составляет не более 1 см, ось входного штуцера в УФ-стерилизатор образует тупой угол к продольной оси стерилизатора по течению воды и расположена по касательной к внутренней стенке металлического корпуса, за ультрафиолетовым стерилизатором последовательно расположены комбинированный картридж, состоящий из каталитического гранулированного активированного угля, ультрадисперсного металл-аффинного сорбента на основе оксидов металлов, ионообменной смолы смешанного типа, и комбинированный картридж, состоящий из ультрадисперсного металл-аффинного сорбента на основе оксидов металлов и ионообменной смолы смешанного типа. За вторым картриджем модуля получения воды 1 типа последовательно расположены трехходовой электромагнитный клапан с выходом в дренаж, ультрафильтрационная мембрана, датчик качества воды и параллельно между собой два нормально замкнутых электромагнитных клапана в канале рециркуляции ко второму входу накопительного резервуара модуля получения воды 2 типа и канале выхода воды 1 типа с фильтрацией через микрофильтрационную капсулу.The problem is solved due to the fact that in the known device of a system for producing pure and ultrapure water, comprising: a module for preliminary water treatment, including an input ball manual valve, to which, using connecting tubes, a cartridge with a preliminary mechanical cleaning filter, a cartridge with combined three-layer filter of activated carbon, filter bed KDF 55 and catalytic granular activated carbon, cartridge with granular activated carbon with charcoal from a coconut shell, then a normally closed output solenoid valve, a low pressure sensor and a tap water quality sensor after preliminary preparation are connected to the liquid pump, and a normally closed input solenoid valve mounted on the expansion tank is connected in parallel, together with a liquid pump belong to the type 3 water production module. The expansion tank is equipped with a removable cover, a high-level sensor and a check valve, with an outlet connected to a liquid pump, from which water enters 2 parallel cartridges with highly selective reverse osmosis membrane filters. Concentrate outlets from these cartridges are connected to a flow restrictor to which a normally closed solenoid valve is connected in parallel. The filtrate exits from these cartridges are connected to the inlet of the third cartridge, after which the fourth cartridge with highly selective reverse osmosis membrane filters is connected in series. The output of the concentrate from the fourth cartridge through the flow restrictor is connected to the first flow restrictor to drain the concentrate into the drain. A normally closed solenoid valve is installed in parallel with the second flow restrictor. The filtrate outlet from the third cartridge, together with the filtrate from the fourth cartridge, are connected in series with a sequentially located water quality sensor, a normally closed solenoid valve with type 3 water outlet and a three-way solenoid valve, one outlet of which is connected to the recirculation line to the expansion tank through the cover, and the second to check valve, which in turn is connected to a storage tank, which is part of the type 2 water production module. The storage tank is equipped with built-in upper and lower level sensors, the sterilizing capsule is a fluoroplastic membrane with pores of 0.2 μm and a soda lime filter, a liquid is connected to the output of the storage tank, connected to a combination cartridge consisting of a filter bed KDF 55, catalytic granular activated carbon and granular activated carbon from coconut shell and connected to the next combination cartridge filled with iono mixed-type exchange resin, to the output of the second cartridge of the type 2 water production module, a normally-closed electromagnetic valve for type 2 water output and a type 1 water production module, including a UV sterilizer, which is a coaxial device with an ultraviolet axis along its axis a lamp with wavelengths of 185/254 nm, and around the quartz tube there is a cylindrical UV mirror with a highly reflective metal inner coating and a protective layer of SiO ₂ , while the distance from the surface is the ultraviolet lamp to the inner surface of the cylindrical UV mirror is not more than 1 cm, the axis of the inlet fitting into the UV sterilizer forms an obtuse angle to the longitudinal axis of the sterilizer with the flow of water and is located tangentially to the inner wall of the metal case, a combined cartridge is located sequentially behind the ultraviolet sterilizer, consisting of catalytic granular activated carbon, an ultrafine metal-affinity sorbent based on metal oxides, an ion-exchange resin of a mixture -type, and the combined cartridge consisting of ultrafine metal affinity sorbent based on metal oxide and ion exchange resins of the mixed type. Behind the second cartridge of the type 1 water production module, a three-way solenoid valve with drainage outlet, an ultrafiltration membrane, a water quality sensor and parallel to each other two normally closed solenoid valves in the recirculation channel to the second input of the storage tank of the type 2 water supply module and the water outlet channel are arranged in series Type 1 with filtration through a microfiltration capsule.

Управление и контроль состояния устройства системы получения чистой и сверхчистой воды из водопроводной воды осуществляется электронным модулем с графическим жидкокристаллическим дисплеем. На дисплей выводится информация о качестве исходной и производимой воды, о статусе работы системы, об оставшемся времени работы фильтров предварительной очистки и УФ-лампы, сигналы тревоги при превышении заданных параметров (на схеме не показан).Management and control of the state of the device system for obtaining pure and ultrapure water from tap water is carried out by an electronic module with a graphic liquid crystal display. The display shows information about the quality of the source and produced water, the status of the system, the remaining time of the pre-filters and the UV lamp, alarms when the specified parameters are exceeded (not shown in the diagram).

На фигуре 1 представлена схема реализации устройства системы получения чистой и сверхчистой воды. Предлагаемое устройство содержит модуль предварительной подготовки воды, в который через входной шаровой ручной клапан (1) подается водопроводная вода при помощи соединительных трубок поступающая в последовательно соединенные картридж с фильтром предварительный механической очистки (2) из вспененного полипропилена, удаляющего механические частицы размером более 5 мкм, картридж с комбинированным трехслойным фильтром (3), состоящим из промытого кислотой битумного активированного угля (I), предназначенного для удаления органических соединений с большим молекулярным весом и предотвращения органического загрязнения фильтрующей засыпки KDF 55 (II), представляющей собой сплав цинка и меди, принцип действия которой основан на реакциях окисления-восстановления, позволяющей удалить из воды более 99% хлора, железа, тяжелых металлов, сероводорода и других загрязняющих примесей, а также предотвратить биологическое загрязнение расположенных ниже по течению воды фильтрующих материалов. Применение KDF 55 значительно уменьшает нагрузку на гранулированный активированный уголь (III) за счет удаления хлора, что позволят использовать большую часть сорбционной емкости угля для удаления органических загрязнений. Каталитический гранулированный активированный уголь (III) с пероксидным числом не менее 14 предназначен для удаления перекиси, образующейся при взаимодействии воды с KDF 55 (II), далее вода поступает в картридж (4) с гранулированным активированным углем из скорлупы кокосового ореха (IV), позволяющего удалить органические соединения. Предварительно очищенная вода через электромагнитный клапан (5) подается на реле низкого давления (6), выполняющего функцию защиты жидкостного насоса (7) от сухого хода, на датчик качества предварительно очищенной воды (8), измеряющий значение общего солесодержания предварительно очищенной воды и повышающий давление жидкостного насос (7). Параллельно датчику (8) присоединен входной нормально закрытый электромагнитный клапан (9), расположенный на корпусе расширительной емкости (10), относящейся к модулю получения воды 3 типа. Между входом в жидкостной насос (7) и расширительной емкостью (10) установлен обратный клапан (11), используемый при гидравлической и химической промывках мембран обратного осмоса.The figure 1 presents a diagram of an implementation of a device for producing pure and ultrapure water. The proposed device contains a module for preliminary water treatment, into which tap water is supplied through an inlet ball valve (1) using connecting tubes to a mechanical pretreatment cartridge (2) from a foamed polypropylene that removes mechanical particles larger than 5 microns, cartridge with a combined three-layer filter (3), consisting of acid-washed bituminous activated carbon (I), designed to remove organic compounds solutions with high molecular weight and preventing organic pollution of the filter bed KDF 55 (II), which is an alloy of zinc and copper, the principle of which is based on oxidation-reduction reactions, which removes more than 99% of chlorine, iron, heavy metals, hydrogen sulfide and other contaminants, and also to prevent biological pollution of filter materials located downstream of the water. The use of KDF 55 significantly reduces the load on granular activated carbon (III) due to the removal of chlorine, which will allow the use of most of the sorption capacity of coal to remove organic contaminants. Catalytic granular activated carbon (III) with a peroxide number of at least 14 is designed to remove peroxide formed during the interaction of water with KDF 55 (II), then water enters the cartridge (4) with granular activated carbon from coconut shell (IV), allowing remove organic compounds. Pre-treated water through an electromagnetic valve (5) is fed to a low pressure switch (6) that performs the function of protecting the liquid pump (7) from dry running, to a pre-treated water quality sensor (8), which measures the total salinity of the pre-treated water and increases the pressure liquid pump (7). Parallel to the sensor (8), a normally open inlet solenoid valve (9) is connected, located on the housing of the expansion tank (10), which belongs to the type 3 water production module. Between the inlet to the liquid pump (7) and the expansion tank (10) there is a non-return valve (11) used for hydraulic and chemical washing of reverse osmosis membranes.

В случае превышения установленного значение общего солесодержания подготовленной воды (ppm) происходит автоматическое закрытие входного электромагнитного клапана (5), срабатывает реле низкого давления (6) и отключается жидкостной насос (7). Таким образом, предотвращается выход из строя мембран обратного осмоса, расположенных в модуле получения воды 3 типа.If the set value of the total salinity of the prepared water (ppm) is exceeded, the input solenoid valve (5) automatically closes, the low pressure switch (6) is activated, and the liquid pump (7) is turned off. Thus, failure of reverse osmosis membranes located in the type 3 water production module is prevented.

Предварительно очищенная на фильтрах (2-4) вода под давлением, создаваемым жидкостным насосом (7), поступает на вход мембран обратного осмоса (12, 13), где происходит разделение потока исходной воды на фильтрат - обессоленную воду, прошедшую через мембраны, и концентрат - воду, обогащенную растворенными солями, механическими и коллоидными примесями. Концентрат сливается в дренаж (канализацию) через ограничитель потока (14), который создает оптимальное рабочее давление на мембранах (12, 13), электромагнитный клапан (15) при этом закрыт. При открытии электромагнитного клапана (15) происходит сбрасывание давления на линии концентрата. При этом происходит гидравлическая промывка мембран за счет интенсивного сброса концентрата с большим расходом и удаление значительной доли накопленных загрязнений. Фильтрат, полученный после прохождения воды через мембраны (12, 13), поступает на мембрану обратного осмоса (16), где происходит повторное обессоливание воды. Концентрат, полученный после прохождения воды через мембрану (16) содержит незначительное количество примесей, которые удаляются на мембране обратного осмоса (17). Ограничитель потока (18) служит для создания рабочего давления на мембране (17). Функции электромагнитного клапана (19) аналогичны клапану (15).The water pre-purified on filters (2-4) under pressure created by a liquid pump (7) enters the inlet of reverse osmosis membranes (12, 13), where the source water is separated into the filtrate — demineralized water passing through the membranes and concentrate - water enriched with dissolved salts, mechanical and colloidal impurities. The concentrate is drained into the drainage (sewerage) through a flow restrictor (14), which creates optimal working pressure on the membranes (12, 13), while the electromagnetic valve (15) is closed. When the solenoid valve (15) is opened, pressure is released on the concentrate line. In this case, hydraulic washing of the membranes occurs due to the intensive discharge of the concentrate at a high flow rate and the removal of a significant proportion of accumulated contaminants. The filtrate obtained after the passage of water through the membranes (12, 13) enters the reverse osmosis membrane (16), where water is again desalted. The concentrate obtained after the passage of water through the membrane (16) contains a small amount of impurities that are removed on the reverse osmosis membrane (17). The flow restrictor (18) serves to create a working pressure on the membrane (17). The functions of the solenoid valve (19) are similar to the valve (15).

Применение данной схемы подключения мембран обратного осмоса позволяет получить глубоко обессоленную воду с электропроводностью не более 5 мкСм/см (вода 3 типа). Фильтрат, полученный на мембранах обратного осмоса (16, 17) направляется на датчик качества воды (20), где происходит измерение общего солесодержания обратноосмотической воды (вода 3 типа). При открытии электромагнитного клапана (21) происходит отбор воды 3 типа через выход (22). Трехходовой электромагнитный клапан (23) направляет поток воды 3 типа либо через обратный клапан (24) в накопительный резервуар (25), либо в расширительную емкость (10) по линии рециркуляции (26) для повторного прохождения через мембраны обратного осмоса (12, 13, 16, 17), в случае если измеренное значение общего солесодержания обратноосмотической воды не соответствует заданному значению.The use of this scheme for connecting reverse osmosis membranes allows you to get deeply desalted water with an electrical conductivity of not more than 5 μS / cm (type 3 water). The filtrate obtained on reverse osmosis membranes (16, 17) is sent to a water quality sensor (20), where the total salinity of reverse osmosis water is measured (type 3 water). When the solenoid valve (21) is opened, type 3 water is drawn through the outlet (22). A three-way solenoid valve (23) directs the flow of type 3 water either through a non-return valve (24) to a storage tank (25) or to an expansion tank (10) along a recirculation line (26) for re-passage through reverse osmosis membranes (12, 13, 16, 17), if the measured value of the total salinity of reverse osmosis water does not correspond to the set value.

Для химической очистки мембран обратного осмоса и проведения их стерилизации в расширительную емкость (10) через горловину закрываемую съемной крышкой (27) заливается раствор, содержащий необходимые реагенты. Кислотные реагенты используются для удаления неорганических осадков, таких как карбонаты и сульфаты кальция и магния, гидроокиси железа и алюминия. Щелочные реагенты предназначены для удаления органических загрязнений и стерилизации. На время химической промывки выход фильтрата с мембран обратного осмоса помещается в расширительную емкость (10). Цикл обработки моющим составом состоит из нескольких операций, включающих: циркуляционную промывку раствором реагента в течение 20-30 мин, выдержку мембранных элементов в моющем растворе в течение от 20 мин до нескольких часов, его дополнительную рециркуляцию в течение 15-20 мин и отмывку установки от остатков раствора очищенной водой. Во время очистки мембран электромагнитные клапаны (5, 9) находятся в закрытом положении. Для контроля уровня промывного раствора расширительная емкость оборудована датчиком уровня (28). Электромагнитный клапан (9) служит для промывки от химических реагентов расширительной емкости предварительно подготовленной водой после химической очистки мембран обратного осмоса и проведения их стерилизации.For chemical cleaning of reverse osmosis membranes and their sterilization, a solution containing the necessary reagents is poured into the expansion tank (10) through the mouth and closed with a removable cover (27). Acidic reagents are used to remove inorganic deposits, such as carbonates and sulfates of calcium and magnesium, iron hydroxide and aluminum. Alkaline reagents are designed to remove organic contaminants and sterilize. At the time of chemical washing, the filtrate outlet from reverse osmosis membranes is placed in an expansion tank (10). The cycle of treatment with the detergent composition consists of several operations, including: circulating washing with the reagent solution for 20-30 minutes, holding the membrane elements in the washing solution for 20 minutes to several hours, its additional recirculation for 15-20 minutes and washing the unit from the remainder of the solution with purified water. During membrane cleaning, the solenoid valves (5, 9) are in the closed position. To control the level of the washing solution, the expansion tank is equipped with a level sensor (28). The electromagnetic valve (9) is used to flush the expansion tank with chemicals from previously prepared water after chemical cleaning of reverse osmosis membranes and their sterilization.

При соответствующем качестве воды 3 типа она поступает в накопительный резервуар (25) модуля получения воды 2 типа, оборудованный датчиками верхнего и нижнего уровня (29, 30), стерилизующей капсулой (31), представляющей собой мембрану из фторопласта (PTFE) с рейтингом пор 0,2 мкм и предназначенной для тонкой и стерилизующей очистки воздуха, поступающего в резервуар. Для поглощения из воздуха, поступающего в емкость углекислого газа, применяется заполненный натронной известью фильтр (32).With the appropriate quality of type 3 water, it enters the storage tank (25) of type 2 water production module, equipped with upper and lower level sensors (29, 30), a sterilizing capsule (31), which is a PTFE membrane with a pore rating of 0 , 2 microns and designed for thin and sterilizing cleaning of air entering the tank. To absorb carbon dioxide from the air entering the tank, a filter filled with soda lime is used (32).

При достижении уровня воды в резервуаре нижнего датчика (30) запускается жидкостной насос (33), который направляет воду в комбинированный картридж (34), состоящий из фильтрующей засыпки KDF 55 (II), каталитического гранулированного активированного угля с пероксидным числом не менее 14 (III) и гранулированного активированного угля из скорлупы кокосового ореха (IV). Примененная комбинация фильтрующих материалов позволяет эффективно удалить остатки свободного хлора, тяжелых металлов, предотвратить биологическое загрязнение и удалить большинство органических соединений с молекулярной массой менее 200 дальтон, которые не задерживаются на мембранах обратного осмоса. Далее вода поступает в картридж (35), заполненный смесью гелевого катионита в водородной (Н) форме и гелевого анионита в гидроксильной (ОН) форме (V). Применение данного типа смол позволяет достигнуть высокого значения сопротивления воды и низкого содержания общего органического углерода. Вода, полученная таким способом, соответствует 2 типу и отбирается через электромагнитный клапан (36) и выход воды 2 типа (37) либо поступает в модуль получения воды 1 типа, включающий в себя УФ-стерилизатор (38) в виде коаксиального устройства, по оси которого в кварцевой трубке (39) расположена ультрафиолетовая лампа (40) с длинами волн 185/254 нм, а вокруг кварцевой трубки цилиндрическое УФ-зеркало (41) с высокоотражательным металлическим внутренним покрытием и защитным слоем S1O2, при этом расстояние от поверхности ультрафиолетовой лампы до внутренней поверхности цилиндрического УФ-зеркала составляет не более 1 см, ось входного штуцера (42) в УФ-стерилизатор образует тупой угол к продольной оси стерилизатора (43) по течению воды, и расположена по касательной к внутренней стенке металлического корпуса. УФ-излучение на длине 185 нм действует на окисление органических соединений за счет повышенного образования свободных гидроксильных радикалов. Механизм разрушения органических соединений в воде происходит при превращении кислорода растворенного в воде, под воздействием ультрафиолетового излучения в озон и/или перекись водорода. Озон и перекись водорода реагируют с водой с образованием гидроксильных радикалов (ОН'). Гидроксильные радикалы вступают в реакцию с органическими соединениями, в результате реакции образуются углекислый газ и вода (СН₃ОН+6ОН'→СО₂+5H₂O). Ультрафиолетовое излучение также может расщеплять молекулы воды до гидроксильных радикалов и водорода (2H₂O+185nm UV→Н₂+2OH'). Применение УФ-зеркала повышает плотность УФ-излучения в коаксиальном зазоре стерилизатора в 1,9 раза [www.photooptic-filters.com/UV mirrors], что увеличивает эффективность разрушения органических соединений в воде без увеличения мощности УФ-лампы. Кроме того, организация винтового движения воды в коаксиальном зазоре вокруг кварцевой трубки (39) за счет ориентации входного штуцера (42) в УФ-стерилизаторе (38) позволяет увеличить время присутствия обрабатываемой воды в 1,5 раза исходя из соотношения пути воды по винтовой траектории (2-3 оборота до перехода к ламинарному течению с учетом средней длинны окружности коаксиального зазора) к длине потока воды в УФ-стерилизаторе, при постоянном ламинарном течении, в коаксиальном зазоре. Таким образом, увеличение времени присутствия под воздействием УФ-излучения происходит без увеличения длинны стерилизатора и УФ-лампы, без разрыва потока воды, без увеличения мощности УФ-излучения и без изменения давления в системе. Это приводит к увеличению эффективности разрушения органических соединений в воде в 1,5 раза, следовательно, с учетом всех эффектов в таком УФ-стерилизаторе эффективность воздействия УФ-излучения возрастает в 2,5-2,8 раза. Обработанная УФ-излучением вода поступает в комбинированный картридж (44), содержащий каталитический гранулированный активированный уголь с пероксидным числом не менее 14 (III), для удаления побочных продуктов образующихся после прохождения воды через УФ-лампу, ультрадисперсный металл-аффинный сорбент на основе оксидов металлов (VI) представляющий собой регулярные мультимолекулярные структуры на основе пленок Ленгмюра-Блоджетт [В.Д. Гладилович, Селютин А.А., Н.Г. Суходолов, Е.П. Подольская, Заявка на изобретение №2012117536/05 от 18.04.2012. «Регулярные мультимолекулярные сорбенты для металл-афинной хроматографии, содержащие лабильную ковалентную связь». Дата публикации 27.02.2015 г., Е.А. Рожкова, И.А. Краснов, Н.Г. Суходолов, Н.С. Иванов, А.И. Янклович, Е.П. Подольская, Н.В. Краснов. Исследование поверхностных свойств наноструктур (пленок Лэнгмюра-Блоджетт), содержащих ионы железа, и определение их состава с привлечением методов масс-спектрометрии // Научное приборостроение, 2008, Т. 18, №4, с. 54-60], содержащих лабильную ковалентную связь, предназначенный для специфичного связывания фосфорорганических соединений и смесь ионообменных смол (V). Далее вода поступает в комбинированный картридж (45), содержащий ультрадисперсный металл-аффинный сорбент на основе оксидов металлов (VI) для снижения уровня общего органического углерода ниже 2 мкг/л и смесь ионообменных смол (V). За вторым картриджем модуля получения воды 1 типа последовательно расположен трехходовой электромагнитный клапан (46) предназначенный для первоначальной промывки картриджей (34, 35, 44, 45) с выходом в дренаж (47) при первоначальном пуске системы, а также при замене картриджей. Полученная вода подается на ультрафильтрационную мембрану (48), где происходит удаление грамотрицательных бактерий и других органических молекул.When the water level in the reservoir of the lower sensor (30) is reached, a liquid pump (33) is started, which directs water to the combination cartridge (34), which consists of a filter bed KDF 55 (II), catalytic granular activated carbon with a peroxide number of at least 14 (III) ) and granular activated carbon from coconut shell (IV). The applied combination of filter materials allows you to effectively remove residual free chlorine, heavy metals, prevent biological contamination and remove most organic compounds with a molecular weight of less than 200 daltons that do not linger on reverse osmosis membranes. Next, water enters the cartridge (35), filled with a mixture of gel cation exchanger in hydrogen (H) form and gel anion exchanger in hydroxyl (OH) form (V). The use of this type of resin allows to achieve a high value of water resistance and a low content of total organic carbon. The water obtained in this way corresponds to type 2 and is withdrawn through an electromagnetic valve (36) and type 2 water outlet (37) or either enters the type 1 water production module, which includes a UV sterilizer (38) in the form of a coaxial device, along the axis which in the quartz tube (39) is an ultraviolet lamp (40) with wavelengths of 185/254 nm, and around the quartz tube is a cylindrical UV mirror (41) with a highly reflective metal inner coating and a protective layer S1O2, while the distance from the surface of the ultraviolet lamp to internal the surface of a cylindrical UV mirror is not more than 1 cm, the axis of the inlet fitting (42) into the UV sterilizer forms an obtuse angle to the longitudinal axis of the sterilizer (43) with the flow of water, and is located tangential to the inner wall of the metal case. UV radiation at a length of 185 nm acts on the oxidation of organic compounds due to the increased formation of free hydroxyl radicals. The mechanism of destruction of organic compounds in water occurs when oxygen dissolved in water is converted under the influence of ultraviolet radiation into ozone and / or hydrogen peroxide. Ozone and hydrogen peroxide react with water to form hydroxyl radicals (OH '). Hydroxyl radicals react with organic compounds; as a result of the reaction, carbon dioxide and water are formed (CH ₃ OH + 6OH '→ CO ₂ + 5H ₂ O). Ultraviolet radiation can also break down water molecules to hydroxyl radicals and hydrogen (2H ₂ O + 185nm UV → H ₂ + 2OH '). The use of UV mirrors increases the UV radiation density in the coaxial gap of the sterilizer by 1.9 times [www.photooptic-filters.com/UV mirrors], which increases the efficiency of destruction of organic compounds in water without increasing the power of the UV lamp. In addition, the organization of the helical movement of water in the coaxial gap around the quartz tube (39) due to the orientation of the inlet fitting (42) in the UV sterilizer (38) allows to increase the time of presence of the treated water by 1.5 times based on the ratio of the water path along the helical path (2-3 turns before moving to the laminar flow, taking into account the average circumference of the coaxial gap) to the length of the water flow in the UV sterilizer, with a constant laminar flow, in the coaxial gap. Thus, an increase in the time of presence under the influence of UV radiation occurs without increasing the length of the sterilizer and UV lamp, without interrupting the flow of water, without increasing the power of UV radiation and without changing the pressure in the system. This leads to an increase in the destruction efficiency of organic compounds in water by 1.5 times, therefore, taking into account all the effects in such a UV sterilizer, the effectiveness of UV radiation increases by 2.5-2.8 times. Water treated with UV radiation enters a combination cartridge (44) containing catalytic granular activated carbon with a peroxide number of at least 14 (III) to remove by-products formed after water passes through a UV lamp, an ultrafine metal-affinity sorbent based on metal oxides (VI) representing regular multimolecular structures based on Langmuir-Blodgett films [V.D. Gladilovich, Selyutin A.A., N.G. Sukhodolov, E.P. Podolskaya, Application for invention No. 2012117536/05 of 04/18/2012. "Regular multimolecular sorbents for metal affinity chromatography containing a labile covalent bond." Date of publication 02.27.2015, E.A. Rozhkova I.A. Krasnov, N.G. Sukhodolov, N.S. Ivanov, A.I. Yanklovich, E.P. Podolskaya, N.V. Krasnov. Investigation of the surface properties of nanostructures (Langmuir-Blodgett films) containing iron ions and determination of their composition using mass spectrometry methods // Scientific Instrumentation, 2008, V. 18, No. 4, p. 54-60], containing a labile covalent bond, designed for specific binding of organophosphorus compounds and a mixture of ion-exchange resins (V). Next, the water enters the combination cartridge (45) containing an ultrafine metal-affinity sorbent based on metal oxides (VI) to lower the level of total organic carbon below 2 μg / L and a mixture of ion-exchange resins (V). Behind the second cartridge of the type 1 water production module, a three-way solenoid valve (46) is arranged in series for the initial washing of the cartridges (34, 35, 44, 45) with access to the drain (47) during the initial start-up of the system, as well as when replacing the cartridges. The resulting water is fed to an ultrafiltration membrane (48), where gram-negative bacteria and other organic molecules are removed.

Получаемая вода контролируется встроенным датчиком (49) качества воды 1 типа по удельному сопротивлению. Поток воды направляется либо снова в накопительный резервуар (25) (режим рециркуляции), если качество воды на выходе ниже необходимого значения, при этом электромагнитный клапан (53) находится в открытом положении, либо при закрытом клапане (53) происходит отбор воды 1 типа через электромагнитный клапан (50) с микрофильтрационной капсулой (51) и выход воды (52), если получена вода высокого качества с необходимым удельным сопротивлением. Когда вода в накопительном резервуаре (25) достигает верхнего датчика уровня (29), происходит автоматическое отключение жидкостного насоса (7), повышающего давление, и закрытие электромагнитного клапана (23), рециркуляция очищенной воды при этом продолжается.The resulting water is monitored by a built-in sensor (49) of type 1 water quality by specific resistance. The water flow is either directed again to the storage tank (25) (recirculation mode) if the water quality at the outlet is lower than the required value, while the solenoid valve (53) is in the open position, or when the valve (53) is closed, type 1 water is taken through an electromagnetic valve (50) with a microfiltration capsule (51) and a water outlet (52) if high quality water with the required specific resistance is obtained. When the water in the storage tank (25) reaches the upper level sensor (29), the liquid pump (7) increases the pressure, and the electromagnetic valve (23) closes automatically, recirculation of the purified water continues.

В качестве микрофильтрационной капсулы (51) применяется мембрана из полиамида Nylon₆₊₆₆ с Z-потенциалом с микронным рейтингом 0,45/0,2 мкм. Эта особенность обеспечивает эффективное удаление за счет сорбции отрицательно заряженных загрязнений, включая бактерии, эндотоксины, вирусы.As a microfiltration capsule (51), a Nylon _{6 + 66} polyamide membrane with a Z potential with a micron rating of 0.45 / 0.2 μm is used. This feature provides effective removal due to sorption of negatively charged contaminants, including bacteria, endotoxins, viruses.

Claims

The system for producing pure and ultrapure water, which is a single device consisting of: a module for preliminary water treatment, including an input ball manual valve, a cartridge with a preliminary mechanical filter, a cartridge with granular activated carbon from a coconut shell, low pressure sensor, sensor quality of tap water, solenoid valve, connecting tubes; type 3 water production module, which includes a liquid pump, four cartridges with highly selective reverse osmosis membrane filters, two valves, a flow restrictor, type 3 water quality sensor, a three-way solenoid valve, type 3 water outlet, connecting tubes; type 1 water production module, including a sterilizing capsule, liquid pump, ion-exchange resin cartridge, UV sterilizer, type 1 water quality sensor, solenoid valves, microfiltration capsule, type 1 water outlet, connecting tubes, characterized in that in the module pretreatment of water between the cartridge with a filter of pretreatment of water and a cartridge with granular activated carbon from a coconut shell is a cartridge with a combined three-layer filter, consisting of a -activated carbon, KDF filter backfill 55 and catalytic granular activated carbon; in the type 3 water production module, in front of the cartridges with highly selective reverse osmosis membrane filters, there is an expansion tank with a top level sensor and a check valve, after the last cartridge there is an additional solenoid valve with a flow limiter, type 3 water solenoid valve, a check valve, a three-way solenoid valve connected by one connecting pipe to the expansion tank; a type 2 water receiving module is connected to the outlet check valve of the type 3 water receiving module, which includes a storage tank with built-in level sensors, a sterilizing capsule, which is a fluoroplastic membrane with pores of 0.2 μm and a filter filled with soda lime, to the output of the storage a liquid pump connected to a combination cartridge consisting of a filter bed KDF 55, catalytic granular activated carbon and granular activated carbon from a coconut shell and connected to the next combined cartridge filled with a mixed type ion exchange resin, to the output of which there is a solenoid valve with a type 2 water outlet and a type 1 water production module including an ultraviolet sterilizer, which is a coaxial device along the axis of which in the quartz tube there is an ultraviolet lamp with wavelengths of 185/254 nm, and around the quartz tube there is a cylindrical UV mirror with a highly reflective metal internal zero overlap and a protective layer of SiO _2, the distance from the surface of the ultraviolet lamps to the inner surface of the cylindrical UV mirror is not more than 1 cm, the inlet socket axis in the UV sterilizer forms an obtuse angle to the longitudinal sterilizer axis of the flow of water and is tangent to the inner on the wall of the metal housing, behind the ultraviolet sterilizer, a combined cartridge is consistently arranged, consisting of catalytic granular activated carbon, an ultrafine metal-affinity sorbent based on metal oxides and mixed-type ion-exchange resin, and a combined cartridge consisting of ultrafine metal-affinity mixed-type metal-affinity sorbent, then a three-way solenoid valve, ultrafiltration membrane, electromagnetic valve in the feedback channel are connected in series, connected to the second input of the storage tank of the type 2 water production module.