RU2759283C2

RU2759283C2 - Ultrapure water production system

Info

Publication number: RU2759283C2
Application number: RU2020112184A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Горбунов; Алексей Викторович Шевелев; Сергей Игоревич Вашунин; Евгений Сергеевич Жильцов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ГИДРУРУС"
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2021-11-11
Also published as: RU2020112184A3; RU2020112184A

Abstract

FIELD: water treatment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of water treatment. The ultrapure water production system includes: pressure regulators (1, 16), a water pretreatment module (2) consisting of a mechanical cleaning filter, a combined filter with granular activated carbon and a KDF filter medium, a filter with a compressed carbon block; electromagnetic valves (3, 9, 18, 19, 30, 31), membrane pumps (4, 21), electrical conductivity sensors (5, 7), a membrane block (6), check valves (8, 17, 20), a storage tank (10), a filter for connecting the storage tank with the environment (11), a strain gauge platform (12), a temperature sensor (13), a pressure sensor (14), combined cartridges (22, 26) filled with activated carbon and ion-exchange resins of mixed type, a photocatalytic reactor (23), a membrane sterilizing finishing cleaning cartridge (27), a conductometric sensor (28), a flow sensor (29), a sampling point (34) of ultrapure water with a thread for fixing standard bottles (32), a sterilizing capsule (33) made of 0.2 mcm fluorine plastic to connect the bottle capacity with the environment.

EFFECT: obtaining ultrapure water with a reduced total organic carbon content of less than 0.5 mcg/l, preventing secondary contamination of water during its selection.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области водоподготовки 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 treatment for solving analytical and technological problems. Systems for obtaining pure and ultrapure water are designed for the production of 3 types of water, differing in areas of application and degree of purity.

Вода 3-го 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 Р 58144-2018 «Вода дистиллированная. Технические условия». 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 the 3rd type: 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 R 58144-2018 “Distilled water. Technical conditions ". It is used in laboratories as an alternative to the distillate obtained by the evaporation method for washing and rinsing laboratory glassware, feeding it to washing machines, feeding autoclaves and sterilizers, in pharmacies and chemical-pharmaceutical industries, in industries for the manufacture of non-sterile medicines.

Вода 2-го типа: деионизованная вода с удельной проводимостью не более 1 мкСм/см в соответствии ASTM, CLSI, САР, ФС.2.2.0020.15, «ГОСТ Р 52501-2005 Вода для лабораторного анализа. Технические условия», «ISO 3696:1987 Water for analytical laboratory use - specification and test methods». Типичные области применения: приготовление микробиологических сред, реагентов, растворов для химического анализа и синтеза, буферных растворов, гистологический, иммуноферментный, радиоиммунологический анализы, питание лабораторных приборов.Type 2 water: deionized water with a specific conductivity of not more than 1 μS / cm in accordance with ASTM, CLSI, CAP, FS.2.2.0020.15, “GOST R 52501-2005 Water for laboratory analysis. Specification "," ISO 3696: 1987 Water for analytical laboratory use - specification and test methods ". Typical applications: preparation of microbiological media, reagents, solutions for chemical analysis and synthesis, buffer solutions, histological, enzyme immunoassay, radioimmunological analyzes, power supply of laboratory devices.

Сверхчистая вода 1-го типа по ASTM, NCCLS, CAP, «ISO 3696:1987 Water for analytical laboratory use - specification and test methods». 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.Ultrapure water type 1 according to ASTM, NCCLS, CAP, "ISO 3696: 1987 Water for analytical laboratory use - specification and test methods". It is used in microelectronics, preparation of reagents, ion chromatography, plasma mass spectrometry, atomic absorption spectrophotometry, plasma spectrophotometry, high performance liquid chromatography, gas chromatography, mass spectrometry of biopolymers, analytical systems on a microchip platform and other high-precision research methods when solving research problems in solid state physics, analytical chemistry, ecology, medical biochemistry and in other fields of science.

Появление высокоэффективных и высокочувствительных инструментальных методов анализа создает потребность в сверхчистой воде высокого качества. Получаемая сверхчистая вода может быть использована в химико-аналитических лабораториях, фармацевтике, микроэлектроники. Основными областями применения получаемой воды являются: высокоэффективная жидкостная хроматография, газовая хроматография, масс-спектрометрия, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, ионообменная хроматография, анализ общего органического углерода, электрофорез, анализ эндотоксинов, иммуноцитохимия, приготовление питательных сред для культур клеток, производство монокланальных антител.The advent of highly efficient and highly sensitive instrumental analysis methods creates a demand for high quality ultrapure water. The resulting ultrapure water can be used in chemical analytical laboratories, pharmaceuticals, microelectronics. The main areas of application of the obtained water are: high performance liquid chromatography, gas chromatography, mass spectrometry, inductively coupled plasma mass spectrometry, ion exchange chromatography, total organic carbon analysis, electrophoresis, endotoxin analysis, immunocytochemistry, preparation of culture media for cell cultures, production monoclonal antibodies.

Известно устройство для производства сверхчистой воды лабораторного класса [Nachtman et al. Patent US 6,579,445 B2, Jun. 17.2003. Sartorius AG, Goettingen (DE). System for the production of laboratory grade ultrapure water]. Система, позволяет получить воду лабораторного качества, имеющую удельное сопротивление 18,2 мОм при 25°С с содержанием ООУ менее 5 мкг/л.Known device for the production of laboratory grade ultrapure water [Nachtman et al. Patent US 6,579,445 B2, Jun. 17.2003. Sartorius AG, Goettingen (DE). System for the production of laboratory grade ultrapure water]. The system makes it possible to obtain laboratory quality water having a specific resistance of 18.2 mOhm at 25 ° C with a TOC content of less than 5 μg / l.

Вода, прошедшая предварительную очистку, например, на мембранах обратного осмоса, поступает в накопительный бак далее через регулятор давления на мембранный насос и затем в блок очистки воды, состоящий из последовательно соединенных сдвоенных комбинированных картриджей. На выходе первого сдвоенного картриджа установлен УФ-реактор изготовленный из нержавеющей стали 316L содержащий ультрафиолетовою лампу низкого давления, излучающую в диапазоне длин волн 185-300 нм для снижения содержания ООУ в воде и обеззараживания. После УФ-реактора вода поступает на второй сдвоенный картридж. Картриджи состоят из фильтрующей засыпки KDF55, битумного активированного угля, гранулированного активированного угля из скорлупы кокосового ореха, ионообменных смол смешанного типа, каталитического гранулированного угля с пероксидным числом не менее 14. Последовательность этих фильтрующих сред может меняться в зависимости от исполнения системы и качества исходной воды. После второго сдвоенного картриджа последовательно установлен трехходовой кран, который при замене отработанных картриджей или их промывке переключается в состояние сброса водяного потока, а в рабочем состоянии подает воду на ультрафильтрационную мембрану, предназначенную для удаления грамотрицательных бактерий и других органических молекул. Вода после ячейки электропроводности поступает на микрофильтрационную капсулу 0,2 мкм и на выход сверхчистой воды.The water that has undergone preliminary treatment, for example, on reverse osmosis membranes, enters the storage tank, then through the pressure regulator to the membrane pump and then to the water purification unit, consisting of series-connected double combined cartridges. At the outlet of the first dual cartridge, a UV reactor made of 316L stainless steel is installed containing a low-pressure ultraviolet lamp emitting in the wavelength range of 185-300 nm to reduce the TOC content in water and disinfect it. After the UV reactor, water enters the second twin cartridge. The cartridges consist of KDF55 filter bed, bitumen activated carbon, granular activated carbon from coconut shells, mixed ion exchange resins, catalytic granular carbon with a peroxide number of at least 14. The sequence of these filter media may vary depending on the system design and the quality of the source water. After the second double cartridge, a three-way valve is sequentially installed, which, when replacing spent cartridges or rinsing them, switches to the state of dumping the water flow, and in working condition supplies water to an ultrafiltration membrane designed to remove gram-negative bacteria and other organic molecules. After the conductivity cell, water enters the 0.2 micron microfiltration capsule and the ultrapure water outlet.

Система не самодостаточна и предназначена для работы на питательной воде, которая получается вне устройства при дополнительной обработке, с использованием обратного осмоса и электродеионизации. УФ-реактор содержит в своем составе ртутную лампу низкого давления при этом только 7% УФ излучения приходятся на длину волны 185 нм, что недостаточно для получения воды с максимально низким содержанием ООУ. Учитывая стандартную скорость потока для лабораторных систем очистки, которая составляет 2 л/мин, можно заключить, что эффективность подобных реакторов не велика, что прежде всего связано с небольшим временем воздействия УФ излучения на воду и недостаточной генерацией гидроксильных радикалов. Отбор сверхчистой воды осуществляется через мембранный фильтр 0,2 мкм, расположенный на выходе из системы и не участвующей в периодической рециркуляции воды, что приводит к постепенному формированию биопленки и биологическому загрязнению получаемой воды. При отборе получаемой воды возможно ее вторичное загрязнение при контакте с атмосферным воздухом.The system is not self-sufficient and is designed to operate on feed water that is obtained outside the device during additional processing using reverse osmosis and electrodeionization. The UV reactor contains a low-pressure mercury lamp, while only 7% of UV radiation falls on a wavelength of 185 nm, which is insufficient to obtain water with the lowest possible TOC content. Considering the standard flow rate for laboratory purification systems, which is 2 L / min, it can be concluded that the efficiency of such reactors is not high, which is primarily due to the short time of exposure to UV radiation on water and insufficient generation of hydroxyl radicals. Ultrapure water is taken through a 0.2 micron membrane filter located at the outlet of the system and is not involved in periodic water recirculation, which leads to the gradual formation of biofilm and biological contamination of the resulting water. When taking the resulting water, its secondary pollution is possible when it comes into contact with atmospheric air.

Известно устройство [Nachtman et al. Patent 5,868,924 Feb.9.1999. Barnsted/Termolyne Corporation, US. Water purifier], предназначенное для получения ультрачистой воды 1 типа с содержанием ООУ порядка 1 мкг/л, состоящее из четырех последовательно соединенных картриджей, заполненных в зависимости от качества входной воды гранулированным активированным углем, полученным из скорлупы кокосового ореха, битумным активированным углем, ионообменными смолами, а также вспомогательными устройствами и датчиками: регулятор давления, мембранный насос, обратный клапан, дозатор, выходной финишный стерилизующий фильтр, датчик качества воды. Система также имеет линию рециркуляции. Между третьим и четвертым картриджами расположен УФ-реактор для окисления органических соединений ультрафиолетовым излучением. 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. УФ реактор представляет собой коаксиальную конструкцию, в которой во внешний металлический корпус вставлена УФ лампа, обмотанная проволокой покрытой диоксидом титана. Покрытие диоксида титана получают, подвергая титановые детали воздействию высокой температуры, 800°С, в присутствии кислорода в течение 15-30 минут. Также предполагается, что образование оксидного покрытия будет происходить в результате непрерывного воздействия на титан кислорода и ультрафиолетового излучения при нормальной работе системы. Это покрытие рассматривается как фотокатализатор при воздействии ультрафиолетового излучения на органические соединения. При этом площадь поверхности получаемого таким способом покрытия диоксида титана относительно невелика и ее эффективность ограничена. В связи с тем, что глубина проникновения УФ света в частицы диоксида титана ограничена ~100 нм, то активной является только внешняя поверхность. Также получаемые таким способом покрытия имеют достаточно низкую адгезию к поверхности и могут постепенно отслаиваться. Термическая обработка при 800°С приводит к образованию рутильной фазы диоксида титана, которая обладает невысокой фотокаталитической активностью. Отбор сверхчистой воды осуществляется через мембранный фильтр 0,2 мкм, расположенный на выходе из системы, не участвующей в периодической рециркуляции воды, что приводит к постепенному формированию биопленки и биологическому загрязнению получаемой воды. При отборе получаемой воды возможно ее вторичное загрязнение при контакте с атмосферным воздухом.The known device [Nachtman et al. Patent 5,868,924 Feb. 9.1999. Barnsted / Termolyne Corporation, US. Water purifier], designed to produce ultrapure type 1 water with a TOC content of about 1 μg / l, consisting of four cartridges connected in series, filled, depending on the quality of the input water, with granular activated carbon obtained from coconut shells, bitumen activated carbon, ion-exchange resins , as well as auxiliary devices and sensors: pressure regulator, diaphragm pump, check valve, dispenser, final sterilizing outlet filter, water quality sensor. The system also has a recirculation line. A UV reactor for oxidizing organic compounds with ultraviolet radiation is located between the third and fourth cartridges. According to the structure of the device, the input water must be pre-purified to at least type 3 water, which does not allow speaking of the device as an independent water purification system up to type 1. The UV reactor is a coaxial structure in which a UV lamp wrapped in a titanium dioxide coated wire is inserted into an outer metal case. A titanium dioxide coating is obtained by subjecting titanium parts to high temperatures, 800 ° C, in the presence of oxygen for 15-30 minutes. It is also assumed that the formation of an oxide coating will occur as a result of continuous exposure of titanium to oxygen and ultraviolet radiation during normal operation of the system. This coating is considered a photocatalyst when organic compounds are exposed to ultraviolet radiation. Moreover, the surface area of the titanium dioxide coating obtained in this way is relatively small and its effectiveness is limited. Due to the fact that the penetration depth of UV light into titanium dioxide particles is limited to ~ 100 nm, only the outer surface is active. Also, the coatings obtained in this way have a rather low adhesion to the surface and can gradually peel off. Heat treatment at 800 ° C leads to the formation of a rutile titanium dioxide phase, which has a low photocatalytic activity. Ultrapure water is taken through a 0.2 micron membrane filter located at the outlet of the system, which is not involved in periodic water recirculation, which leads to the gradual formation of biofilm and biological contamination of the resulting water. When taking the resulting water, its secondary pollution is possible when it comes into contact with atmospheric air.

Ближайшей из известных, выбранной в качестве прототипа, является лабораторная система получения чистой и сверхчистой воды, описанная в патенте RU №2663172 «Система получения чистой и сверхчистой воды» [см. патент Российской Федерации RU №2663172 «Система получения чистой и сверхчистой воды»; заявка 2016152745 от 29.12.2016 г.; МПК C02F 9/12, C02F 1/28, C02F 1/32, C02F 1/42, C02F 103/04, C02F 1/44; авторы Краснов Н.В. (RU), Горбунов А.Ю. (RU), Краснов М.Н. (RU), Шевелев А.В. (RU); патентообладатели: Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа") (RU), Общество с ограниченной ответственностью "Грант Инструмент" (ООО "Грант Инструмент") (RU)]. Система состоит из модуля 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 closest known one, selected as a prototype, is a laboratory system for producing pure and ultrapure water, described in patent RU No. 2663172 "A system for producing pure and ultrapure water" [see. patent of the Russian Federation RU No. 2663172 "System for producing pure and ultrapure water"; application 2016152745 dated December 29, 2016; IPC C02F 9/12, C02F 1/28, C02F 1/32, C02F 1/42, C02F 103/04, C02F 1/44; authors Krasnov N.V. (RU), Gorbunov A.Yu. (RU), Krasnov M.N. (RU), A.V. Shevelev (RU); Patent holders: Limited Liability Company "Alpha" (LLC "Alpha") (RU), Limited Liability Company "Grant Instrument" (LLC "Grant Instrument") (RU)]. The system consists of a water pretreatment module, which includes a manual inlet ball valve, to which a cartridge with a mechanical preliminary filter, a cartridge with a combined three-layer activated carbon filter, filtering bedding KDF 55 and catalytic granular activated carbon are connected in series with the help of connecting pipes, a cartridge with granular activated carbon from a coconut shell, then an output normally closed solenoid valve, a low pressure sensor and a tap water quality sensor after preliminary preparation connected to a liquid pump are installed in series, and an input normally closed solenoid valve installed on the expansion tank is connected in parallel to the sensor , which together with the liquid pump belong to the type 3 water production module. The expansion tank is equipped with a removable cover, an upper level sensor and a check valve, with an outlet connected to a liquid pump, from which water flows into 2 parallel-connected cartridges with highly selective reverse osmosis membrane filters. The concentrate outlets from these cartridges are connected to a flow restrictor to which a normally closed solenoid valve is connected in parallel. The filtrate outlets 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 concentrate outlet from the fourth cartridge through the flow restrictor is connected to the first flow restrictor for draining the concentrate to 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 water quality sensor in series, a normally closed solenoid valve with a 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 lid, and the second to a non-return valve, in turn, connected to the storage tank, which is part of the type 2 water production module. The storage tank is equipped with built-in sensors of the upper and lower level, a sterilizing capsule, which is a PTFE membrane with pores of 0.2 μm and a soda lime filter, a liquid one is connected to the outlet of the storage tank, connected to a combined cartridge consisting of a filter bed KDF 55, catalytic granular activated carbon and granular activated carbon from coconut shells and connected to the next combined cartridge filled with mixed-type ion-exchange resin, to the outlet of the second cartridge of the type 2 water production unit are connected an electromagnetic normally closed valve for water outlet type 2 and a type 1 water production unit, including into a UV sterilizer, which is a coaxial device, along the axis of which an ultraviolet lamp with wavelengths of 185/254 nm is located in a quartz tube, and around the quartz tube is a cylindrical UV mirror with a highly reflective metal m with an inner coating and a protective layer of SiO ₂ , while the distance from the surface of the ultraviolet lamp to the inner surface of the cylindrical UV mirror is no more than 1 cm, the axis of the inlet to the UV sterilizer forms an obtuse angle to the longitudinal axis of the sterilizer along the flow of water and is located tangentially to the inner wall of the metal body, behind the ultraviolet sterilizer, a combined cartridge consisting of catalytic granular activated carbon, an ultrafine metal-affinity sorbent based on metal oxides, a mixed-type ion-exchange resin, and a combined cartridge consisting of an ultrafine metal-affinity sorbent based on oxides are located in series metals and mixed ion exchange resin. A three-way solenoid valve with an outlet to the drain, an ultrafiltration membrane, a water quality sensor and, in parallel with each other, two normally closed solenoid valves in the recirculation channel to the second input of the storage tank of the type 2 water production module and the water outlet channel are located behind the second cartridge of the type 1 water production module. Type 1 with microfiltration capsule filtration.

Контроль уровня воды накопительной емкости данной системы осуществляется с помощью поплавковых датчиков уровня, что делает невозможным определение точного уровня воды в емкости. Для установки датчиков уровня в емкость в ней необходимо делать отверстия при этом в местах монтажа датчиков со временем может возникнуть течь. Поверхность датчиков уровня является благоприятным местом для формирования биопленки.The control of the water level of the storage tank of this system is carried out using float level sensors, which makes it impossible to determine the exact level of water in the tank. To install level sensors in a container, it is necessary to make holes in it; at the same time, a leak may occur in the places where the sensors are installed. The surface of the level sensors is a favorable place for biofilm formation.

В системе также не предусмотрено устройство для предотвращения повторного загрязнения воды при ее отборе.The system also does not provide a device to prevent re-contamination of the water during its withdrawal.

За счет наличия цилиндрического УФ-зеркала с высокоотражательным металлическим внутренним покрытием и защитным слоем SiO₂, УФ-реактор системы имеет сложную конструкцию, при этом не исключено повреждение УФ зеркала во время обслуживания УФ реактора. На поверхность SiO₂ используемого в качестве защитного покрытия могут сорбироваться органические загрязнения, что будет постепенно приводить к снижению отражающей способности УФ-зеркала и может вызвать вторичное загрязнение воды.Due to the presence of a cylindrical UV mirror with a highly reflective metal inner coating and a protective layer of SiO ₂ , the UV reactor of the system has a complex design, and damage to the UV mirror during maintenance of the UV reactor is not excluded. Organic impurities can be sorbed on the surface of SiO ₂ used as a protective coating, which will gradually lead to a decrease in the reflectivity of the UV mirror and can cause secondary water pollution.

Недостатками использованных в системе ртутных ламп являются: узкополосный спектр излучения; наличие риска загрязнения окружающей среды парами ртути в процессах производства и эксплуатации, необходимость демеркуризации использованных ламп [демеркуризация - удаление ртути и ее соединений физико-химическими или механическими способами с целью исключения отравления людей и животных; металлическая ртуть высокотоксична и имеет высокое давление паров при комнатной температуре, поэтому при случайном проливе (а также в случае повреждения ртутных термометров, ламп, манометров и других содержащих ртуть приборов) подлежит удалению из помещений].The disadvantages of the mercury lamps used in the system are: narrow-band radiation spectrum; the presence of a risk of environmental pollution by mercury vapors in the production and operation processes, the need for demercurization of used lamps [demercurization - removal of mercury and its compounds by physicochemical or mechanical methods in order to prevent poisoning of people and animals; metallic mercury is highly toxic and has a high vapor pressure at room temperature, therefore, in case of accidental spillage (as well as in case of damage to mercury thermometers, lamps, manometers and other devices containing mercury) it must be removed from the premises].

Задачей изобретения является реализация устройства системы получения сверхчистой воды из водопроводной воды. Система должна позволить получать сверхчистую воду с пониженным содержанием общего органического углерода (менее 0,5 мкг/л). Также должно быть предусмотрено устройство, предотвращающее вторичное загрязнение воды при ее отборе.The objective of the invention is to implement a device for a system for producing ultrapure water from tap water. The system should be capable of producing ultrapure water with a reduced TOC (less than 0.5 μg / L). A device must also be provided to prevent secondary pollution of water during its withdrawal.

В результате решения поставленной задачи достигается технический результат, заключающийся в создании системы для получения сверхчистой воды с пониженным содержанием общего органического углерода (ООУ) (менее 0,5 мкг/л), по своему качеству превышающую требования стандартов для воды 1-го типа ASTM, NCCLS, ISO 3696, CAP.As a result of solving the problem, a technical result is achieved, which consists in creating a system for obtaining ultrapure water with a reduced content of total organic carbon (TOC) (less than 0.5 μg / l), which in terms of its quality exceeds the requirements of ASTM type 1 water standards, NCCLS, ISO 3696, CAP.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном устройстве системы получения чистой и сверхчистой воды, представляющем собой единое целое, содержащем модуль предварительной подготовки воды, включающий в себя входной клапан, фильтр-картридж механической очистки, комбинированный фильтр-картридж с гранулированным активированным углем и фильтрующей средой KDF, фильтр-картридж со спрессованным угольным блоком, соединительные трубки; модуль получения воды 3-го типа, включающий в себя жидкостной насос, блок с мембранами обратного осмоса, датчик качества воды 3-го типа, выход воды 3-готипа, электромагнитные клапаны, соединительные трубки, датчики давления и температуры, регуляторы давления; модуль получения воды 1-го типа, включающий в себя жидкостной насос, комбинированный фильтр, стерилизующую капсулу, фотокаталитический реактор, датчик качества воды 1-го типа, электромагнитный клапан, выход воды 1-го типа, соединительные трубки, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, модуль получения воды 3-го типа содержит последовательно соединенные между собой электромагнитный клапан, подключенный к выходу модуля предварительной подготовки воды, мембранный насос для создания рабочего давления системе, датчик электропроводности питающей воды, мембранный блок обратного осмоса очистки воды, датчик электропроводности очищенной воды, обратный клапан, электромагнитный клапан для подачи очищенной воды соответствующего качества в накопительный бак, причем мембранный блок обратного осмоса содержит датчики контроля температуры и давления входной воды и концентрата с возможностью дальнейшего управления мембранным насосом, при этом мембранный блок содержит дополнительный обратный клапан, присоединенный к выходной трубке первого обратного клапана, и присоединенный к дополнительному обратному клапану электромагнитный клапан, к которому присоединены соответственно электромагнитный клапан системы гидравлической промывки мембран за счет интенсивного сброса концентрированной воды с большим расходом и удаления значительной доли накопленных загрязнений, регулятор дренажа для создания оптимального рабочего давления на мембранах обратного осмоса, регулятор давления для оптимизации потока концентрата, сливаемого в дренаж, и с возможностью осуществить частичную рециркуляцию концентрата, сливаемого в дренаж, путем его частичного возврата через обратный клапан на повторную очистку; при этом накопительный бак снабжен комбинированным фильтром для связи емкости накопительного бака с окружающей средой, состоящим из мембранного фильтра из фторопласта с микронным рейтингом 0,2 мкм, активированного угля и абсорбента углекислого газа - натронной извести, и тензометрической платформой для непрерывного измерения уровня очищенной воды в накопительном баке; при этом модуль получения воды 1-го типа содержит последовательно соединенные между собой мембранный насос для подачи очищенной воды из накопительного бака, комбинированный фильтр-картридж, заполненный промытым кислотой активированным углем (60%), окислительно-восстановительной средой KDF 55 (10%) и высокоэффективной ионообменной смолой высокой чистоты смешанного типа (30%), фотокаталитический реактор на основе нанотрубок диоксида титана (TiO₂) для окисления органических соединений и предотвращения биологического загрязнения воды, причем фотокаталитический реактор состоит из корпуса прямоугольного сечения, выполненного из нержавеющей стали, по оси которого в кварцевом чехле расположена эксимерная УФ лампа 172 нм, а внутри корпуса УФ-реактора расположены титановые пластины с нанотрубчатым покрытием TiO₂, комбинированный фильтр-картридж, заполненный промытым кислотой каталитическим активированным углем с пероксидным числом 14 (15%) и высокоэффективной ионообменной смолой высокой чистоты смешанного типа (75%), стерилизующий картридж, состоящий из полиамидной мембраны Nylon6+66 с Z-потенциалом, микронным рейтингом 0.2 и 0.45 мкм и площадью фильтрации 0,07 м², кондуктометрический датчик для контроля электропроводности получаемой воды, датчик расхода получаемой воды, электромагнитный клапан для осуществления реализации периодической рециркуляции для предотвращения биологического загрязнения, выходной электромагнитный клапан и точку отбора сверхчистой воды со стерилизующей капсулой из фторопласта 0,2 мкм и резьбой для крепления бутылей.The specified technical result is achieved due to the fact that in the known device of the system for the production of pure and ultrapure water, which is a single whole, containing a module for preliminary water treatment, including an inlet valve, a filter cartridge for mechanical cleaning, a combined filter cartridge with granular activated carbon and KDF filter media, carbon block filter cartridge, connecting pipes; a module for obtaining water of the 3rd type, which includes a liquid pump, a block with reverse osmosis membranes, a water quality sensor of the 3rd type, a water outlet of the 3rd type, solenoid valves, connecting pipes, pressure and temperature sensors, pressure regulators; a module for obtaining water of the 1st type, including a liquid pump, a combined filter, a sterilizing capsule, a photocatalytic reactor, a sensor of water quality of the 1st type, a solenoid valve, a water outlet of the 1st type, connecting pipes, ACCORDING TO THE INVENTION, a module for obtaining water Type 3 contains a series-connected solenoid valve connected to the outlet of the water pretreatment module, a membrane pump to create operating pressure for the system, a feed water conductivity sensor, a reverse osmosis membrane unit for water purification, a purified water conductivity sensor, a check valve, an electromagnetic valve for supplying purified water of appropriate quality to the storage tank, and the reverse osmosis membrane unit contains sensors for controlling the temperature and pressure of the inlet water and concentrate with the possibility of further control of the membrane pump, while the membrane unit contains an additional check valve connected to the outlet th pipe of the first check valve, and a solenoid valve connected to an additional check valve, to which a corresponding solenoid valve of the membrane hydraulic flushing system is connected due to intensive discharge of concentrated water with a high flow rate and removal of a significant proportion of accumulated impurities, a drainage regulator for creating optimal working pressure on the membranes reverse osmosis, a pressure regulator to optimize the flow of the concentrate discharged to the drain, and with the ability to partially recirculate the concentrate discharged to the drain, by partially returning it through the check valve for re-cleaning; at the same time, the storage tank is equipped with a combined filter for connecting the storage tank capacity with the environment, consisting of a membrane filter made of fluoroplastic with a micron rating of 0.2 microns, activated carbon and an absorbent of carbon dioxide - soda lime, and a tensometric platform for continuous measurement of the purified water level in storage tank; at the same time, the module for obtaining water of the 1st type contains a diaphragm pump connected in series for supplying purified water from a storage tank, a combined filter cartridge filled with acid-washed activated carbon (60%), a redox medium KDF 55 (10%) and high performance ion exchange resin, high-purity mixed type (30%), photocatalytic reactor titanium dioxide nanotubes (TiO ₂₎ for the oxidation of organic compounds and to prevent biological contamination of water and the photocatalytic reactor consists of a body of rectangular cross section made of stainless steel, on whose axis in a quartz sheath disposed excimer UV lamp is 172 nm, and within the housing UV reactor disposed titanium plate with a nanotube-coated TiO _2, a combined filter cartridge, filled with acid-washed catalytic activated carbon with a peroxide number of 14 (15%) and high performance ion-exchange resin highly purified mixed-type waste (75%), sterilizing cartridge consisting of a polyamide membrane Nylon6 + 66 with Z-potential, micron rating 0.2 and 0.45 microns and a filtration area of 0.07 m ² , conductometric sensor for monitoring the conductivity of the received water, flow sensor of the received water , a solenoid valve for realizing the implementation of periodic recirculation to prevent biological contamination, an outlet solenoid valve and an ultrapure water take-off point with a sterilizing capsule made of fluoroplastic 0.2 μm and a thread for attaching bottles.

На фиг. 1 представлена гидравлическая схема реализации устройства системы получения сверхчистой воды.FIG. 1 shows a hydraulic diagram of the implementation of the device for the ultrapure water production system.

Водопроводная вода подается через регулятор давления 1, позволяющий отрегулировать давление питающей воды до 2 бар в модуль предварительной очистки 2, состоящий из фильтра-картриджа механической очистки (5 мкм), комбинированного фильтра-картриджа с гранулированным активированным углем и фильтрующей средой KDF, фильтра-картриджа со спрессованным угольным блоком.Tap water is supplied through a pressure regulator 1, which allows you to adjust the feed water pressure to 2 bar into the pre-treatment module 2, consisting of a mechanical filter cartridge (5 μm), a combined filter cartridge with granular activated carbon and KDF filter medium, and a filter cartridge with a compressed carbon block.

Подготовленная вода поступает через входной электромагнитный клапан 3 на мембранный насос 4, позволяющий создать оптимальное рабочее давления на мембранном блоке 6 (мембрана обратного осмоса). Для предотвращения поступления на мембрану обратного осмоса воды несоответствующего качества предусмотрен датчик электропроводности 5, измеряющий электропроводность питающей воды (RO Feed).The treated water flows through the inlet solenoid valve 3 to the diaphragm pump 4, which makes it possible to create the optimal working pressure on the membrane unit 6 (reverse osmosis membrane). To prevent water of inappropriate quality from entering the reverse osmosis membrane, a conductivity sensor 5 is provided, which measures the conductivity of the feed water (RO Feed).

Предварительно очищенная вода под давлением, создаваемым насосом 4, проходит через мембранный блок 6, который в зависимости от модификации системы может состоять из одной или двух мембран обратного осмоса.The pre-purified water under pressure generated by the pump 4 passes through the membrane block 6, which, depending on the modification of the system, can consist of one or two reverse osmosis membranes.

Обратный осмос - процесс, в котором, при определенном давлении, растворитель проходит через полупроницаемую мембрану из более концентрированного в менее концентрированный раствор, то есть в обратном для осмоса направлении. При этом мембрана пропускает растворитель, но не пропускает некоторые растворенные в нем вещества. Обратный осмос - процесс мембранного разделения жидких смесей путем преимущественного проникновения через полупроницаемую мембрану растворителя под действием приложенного к раствору давления, превышающего его осмотическое давление. В основе данного процесса лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор.Reverse osmosis is a process in which, at a certain pressure, a solvent passes through a semipermeable membrane from a more concentrated solution to a less concentrated solution, that is, in the opposite direction for osmosis. In this case, the membrane allows the solvent to pass through, but does not allow some substances dissolved in it. Reverse osmosis is a process of membrane separation of liquid mixtures by preferential penetration of a solvent through a semipermeable membrane under the action of a pressure applied to the solution that exceeds its osmotic pressure. This process is based on the phenomenon of osmosis - a spontaneous transition of a solvent through a semi-permeable partition into a solution.

В мембранном блоке 6 происходит разделение потока исходной воды: на пермеат - обессоленную очищенную воду, прошедшую через мембраны; и концентрат - воду, обогащенную растворенными солями, механическими и коллоидными примесями.In the membrane block 6, the stream of source water is divided: into permeate - desalinated purified water that has passed through the membranes; and concentrate - water enriched with dissolved salts, mechanical and colloidal impurities.

Отфильтрованная вода (пермеат) направляется на датчик электропроводности 7, измеряющий электропроводность пермиата (RO Permeate). На основании данных полученных с датчиков электропроводности 5 и 7 может быть рассчитана эффективность работы мембран обратного осмоса (солезадержание). Солезадержание - это процентное отношение количества, растворенных солей, задержанных мембраной к количеству солей в исходной воде {[RO Feed - RO Permeate] + RO Feed} * 100.Filtered water (permeate) is directed to the conductivity sensor 7, which measures the conductivity of the permeate (RO Permeate). Based on the data obtained from the conductivity sensors 5 and 7, the efficiency of the reverse osmosis membranes (salt retention) can be calculated. Salt retention is the percentage of the amount of dissolved salts retained by the membrane to the amount of salts in the feed water {[RO Feed - RO Permeate] + RO Feed} * 100.

После датчика электропроводности 7 через обратный клапан 8 отфильтрованная вода (пермеат) поступает на электромагнитный клапан 9. Электромагнитный клапан 9 является нормально открытым, что позволят сливать отфильтрованную воду (пермеат) в дренаж через нормально открытый электромагнитный клапан 19, перед которым установлен обратный клапан 20 при несоответствии его качества (электропроводность ниже 10 мкСм/см), а также при следующих режимах работы программного обеспечения: «гидравлическая промывка», «промывка мембран», «химическая промывка». Электромагнитный клапан 9 открывается при достижении соответствующего качества отфильтрованной воды (пермеата) в режиме «заполнение бака».After the conductivity sensor 7 through the check valve 8, the filtered water (permeate) enters the solenoid valve 9. The solenoid valve 9 is normally open, which will allow the filtered water (permeate) to be drained into the drain through the normally open solenoid valve 19, in front of which the check valve 20 is installed at inconsistency of its quality (electrical conductivity below 10 μS / cm), as well as under the following software operating modes: "hydraulic flushing", "membrane flushing", "chemical flushing". Solenoid valve 9 opens when the appropriate quality of the filtered water (permeate) is reached in the "fill the tank" mode.

Скорость потока отфильтрованной воды (пермеата) в основном определятся двумя факторами:The flow rate of the filtered water (permeate) is mainly determined by two factors:

- при увеличении давления поток пермеата линейно возрастает или линейно уменьшается при снижении давления;- with increasing pressure, the permeate flow increases linearly or decreases linearly with decreasing pressure;

- при увеличении температуры воды на 1°С скорость потока пермеата увеличивается на 2% и соответственно уменьшается на 2% при снижении температуры на 1°С.- with an increase in water temperature by 1 ° С, the permeate flow rate increases by 2% and, accordingly, decreases by 2% with a decrease in temperature by 1 ° С.

Концентрированная вода (концентрат) с мембраны обратного осмоса последовательно поступает на датчики контроля температуры 13 и давления 14. Данные датчики позволяют контролировать температуру и давления входной воды и концентрированной воды (концентрата), т.к. эти значения практически совпадают. При низком давлении питающей воды система выдает аварийный сигнал и не позволяет запустить мембранный насос.Concentrated water (concentrate) from the reverse osmosis membrane sequentially enters the temperature control sensors 13 and pressure 14. These sensors allow you to control the temperature and pressure of the inlet water and concentrated water (concentrate), because these values are practically the same. If the supply water pressure is low, the system issues an alarm and does not allow the diaphragm pump to start.

При открытии электромагнитного клапана 18 система переходит в режим «гидравлическая промывка». При этом происходит гидравлическая промывка мембран за счет интенсивного сброса концентрированной воды (концентрата) с большим расходом и удаление значительной доли накопленных загрязнений.When the solenoid valve 18 is opened, the system goes into the "hydraulic flush" mode. In this case, the membranes are hydraulically flushed due to the intensive discharge of concentrated water (concentrate) at a high flow rate and the removal of a significant proportion of accumulated contaminants.

При закрытии электромагнитного клапана 18 концентрированная вода (концентрат) поступает на регулятор дренажа 15, что позволят создать оптимальное рабочее давление на мембранах обратного осмоса.When the solenoid valve 18 is closed, concentrated water (concentrate) enters the drainage regulator 15, which will create an optimal working pressure on the reverse osmosis membranes.

Регулятор давления 16 предназначен для оптимизации потока концентрированной воды (концентрата), сливаемого в дренаж. С помощью регулятора давления 16 возможно осуществить частичную рециркуляцию концентрированной воды (концентрата), сливаемого в дренаж путем его частичного возврата через обратный клапан 17 на повторную очистку.The pressure regulator 16 is designed to optimize the flow of concentrated water (concentrate) discharged into the drain. With the help of the pressure regulator 16, it is possible to partially recirculate the concentrated water (concentrate) discharged into the drainage by partially returning it through the check valve 17 for re-cleaning.

Отфильтрованная вода (пермеат) соответствующего качества через электромагнитный клапан 9 поступает в накопительный бак 10. Для предотвращения вторичного загрязнения воды накопительный бак 10 оборудован комбинированным фильтром 11 для связи емкости накопительного бака 10 с окружающей средой (с атмосферой для «дыхания»), состоящим из мембранного фильтра из фторопласта с микронным рейтингом 0,2 мкм активированным углем и абсорбента углекислого газа - натронной извести.Filtered water (permeate) of appropriate quality through the solenoid valve 9 enters the storage tank 10. To prevent secondary water pollution, the storage tank 10 is equipped with a combined filter 11 for connecting the storage tank 10 capacity with the environment (with the atmosphere for "breathing"), consisting of a membrane a filter made of fluoroplastic with a micron rating of 0.2 microns activated carbon and an absorbent of carbon dioxide - soda lime.

Для непрерывного измерения уровня воды в накопительном баке 10 предусмотрена тензометрическая платформа 12, на которой расположен накопительный бак 10.For continuous measurement of the water level in the storage tank 10, a strain gauge platform 12 is provided, on which the storage tank 10 is located.

Тензометрическая платформа 12 состоит из четырех тензометрических датчиков веса. Основу тензодатчика составляет тензорезистор, оснащенный специальными контактами, закрепленными на передней части измерительной панели. В процессе измерения чувствительные контакты панели соприкасаются с объектом. Происходит их деформация, которая измеряется и преобразуется в электрический сигнал, передаваемый на элементы обработки и отображения измеряемой величины тензометрического датчика. На основании полученных данных может быть определен уровень воды в накопительном баке с высокой точностью в онлайн режиме. На основании полученных данных об объеме воды, поступающих на контроллер системы, происходит автоматическое пополнение накопительного бака при снижении уровня ниже заданного и соответственно при заполнении накопительного бака система автоматически прекращает заполнение накопительного бака и переходит в режим ожидания. Определение точного уровня воды в накопительном баке имеет важное значение при эксплуатации системы.Strain gauge platform 12 consists of four strain gauge weight cells. The base of the strain gauge is a strain gage equipped with special contacts fixed on the front of the measuring panel. During the measurement, the sensitive contacts of the panel come into contact with the object. Their deformation occurs, which is measured and converted into an electrical signal, which is transmitted to the processing and display elements of the measured value of the strain gauge. Based on the data obtained, the water level in the storage tank can be determined with high accuracy online. Based on the received data on the volume of water supplied to the system controller, the storage tank is automatically replenished when the level falls below the set level and, accordingly, when the storage tank is filled, the system automatically stops filling the storage tank and goes into standby mode. Determining the exact water level in the storage tank is essential when operating the system.

При достижении уровня воды в накопительном баке 10 заданного уровня (например, 10%) система позволяет запустить мембранный насос 21, который предназначен для подачи воды из накопительного бака 10 на комбинированный фильтр 22, заполненный промытым кислотой активированным углем (60%), окислительно-восстановительной средой KDF 55 (10%) и высокоэффективной ионообменной смолой высокой чистоты смешанного типа (30%).When the water level in the storage tank 10 reaches a predetermined level (for example, 10%), the system allows you to start the membrane pump 21, which is designed to supply water from the storage tank 10 to the combined filter 22 filled with acid-washed activated carbon (60%), redox medium KDF 55 (10%) and high-performance, high-purity mixed-type ion exchange resin (30%).

Для окисления органических соединений и предотвращения биологического загрязнения воды предусмотрен фотокаталитический реактор 23 на основе нанотрубок диоксида титана (TiO₂). Реактор состоит из корпуса прямоугольного сечения, выполненного из нержавеющей стали, по оси которого в кварцевом чехле расположена лампа 25 эксимерная УФ 172 нм.To oxidize organic compounds and prevent biological pollution of water, a photocatalytic reactor 23 based on titanium dioxide (TiO ₂ ) nanotubes is provided. The reactor consists of a rectangular case made of stainless steel, along the axis of which a 25 excimer UV 172 nm lamp is located in a quartz cover.

Важным преимуществом подобных источников УФ излучения является: большая энергия фотона (3,5-10 эВ), узкая полоса излучения, относительно высокая удельная мощность излучения, возможность масштабирования и выбора произвольной геометрии излучающей поверхности и отсутствие ртути в эксилампах. Это обеспечивает им преимущество относительно широко распространенных, но экологически небезопасных ртутьсодержащих ламп [http://www.ushio.co.jp/].An important advantage of such UV radiation sources is: high photon energy (3.5-10 eV), narrow radiation band, relatively high specific radiation power, the ability to scale and choose an arbitrary geometry of the emitting surface and the absence of mercury in excilamps. This gives them the advantage of relatively widespread but environmentally unsafe mercury-containing lamps [http://www.ushio.co.jp/].

Внутри корпуса УФ-реактора 23 расположены титановые пластины 24 с нанотрубчатым покрытием TiO₂. Для получения нанотрубчатых покрытий TiO₂ был использован метод анодного окисления титана во фторидсодержащем электролите, что позволило получить наноструктурированные покрытия, состоящие из нанотрубок TiO₂, параметрами которых можно управлять, варьируя условия окисления [Fu and Mo Nanoscale Research Letters (2018) 13:187 https://doi.org/10.1186/s11671-018-2597-z].Inside the body of the UV reactor 23 there are titanium plates 24 with a nanotubular TiO ₂ coating. For nanotube coating TiO ₂ was used the method of anodic oxidation of titanium in fluoride-containing electrolyte, thus yielding nanostructured coating consisting of nanotubes TiO _2, parameters which can be controlled by varying oxidation conditions [Fu and Mo Nanoscale Research Letters (2018) 13: 187 https : //doi.org/10.1186/s11671-018-2597-z].

Суть фотокаталитического процесса окисления органических соединений состоит в следующем: под действием световой энергии в частицах TiO₂ образуются электрон-дырочные пары. Дырки, при выходе на поверхность частицы, вступают во взаимодействие с донором электронов в растворе или с гидроксил ионами с образованием сильных окислителей таких, как гидроксильные или супероксидные радикалы. В свою очередь, электроны проводимости, выходя на поверхность TiO₂, взаимодействуют с кислородом, что приводит к образованию супероксид-анион-радикала О₂, электрон может взаимодействовать с органическими веществ, которые могут выступать как акцепторы электронов. Образование такого рода частиц делает поверхность TiO₂ очень сильным окислителем, что позволяет проводить минерализацию вредных веществ путем их фотокаталитического окисления до Н₂О и СО₂ [Артемьев Ю.М., Рябчук В.К. Введение в гетерогенный фотокатализ. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1999. 303 с.].The essence of the photocatalytic oxidation process of organic compounds is as follows: under the action of light energy in the TiO ₂ particles are formed electron-hole pairs. Holes, upon reaching the particle surface, interact with an electron donor in solution or with hydroxyl ions to form strong oxidants such as hydroxyl or superoxide radicals. In turn, the conduction electrons, leaving the surface of TiO ₂ , interact with oxygen, which leads to the formation of superoxide anion radical O ₂ , the electron can interact with organic substances, which can act as electron acceptors. The formation of this kind of particles makes the surface of TiO _{2 a} very strong oxidizing agent, which allows the mineralization of harmful substances by their photocatalytic oxidation to H ₂ O and CO ₂ [Artemiev Yu.M., Ryabchuk V.K. Introduction to Heterogeneous Photocatalysis. SPb .: Publishing house of SPbSU, 1999. 303 p.].

Пластины с нанотрубчатым покрытием TiO₂ (24) также выполняют функцию смесительных перегородок и приводят к тому что вода течет перпендикулярно этим пластинам. При этом расстояние между пластинами постепенно уменьшается, что способствует увеличению времени контакта органических соединений с УФ излучением и образующимися радикалами. Вода после фотокаталитического реактора поступает на второй комбинированный картридж 26, состоящий из промытого кислотой каталитического активированного угля с пероксидным числом 14 (15%) и высокоэффективной ионообменной смолой высокой чистоты смешанного типа (75%), далее вода проходит через стерилизующий картридж 27 состоящий из полиамидной мембраны Nylon6+66 с Z-потенциалом, микронным рейтингом 0.2 и 0.45 мкм и площадью фильтрации 0,07 м². Дополнительно система может быть оборудована ультрафильтрационной мембраной.Plates with nanotube TiO ₂ coating (24) also function as mixing baffles and cause water to flow perpendicular to these plates. In this case, the distance between the plates gradually decreases, which contributes to an increase in the contact time of organic compounds with UV radiation and the resulting radicals. Water after the photocatalytic reactor enters the second combined cartridge 26, consisting of an acid-washed catalytic activated carbon with a peroxide number of 14 (15%) and a highly efficient mixed-type high-purity ion-exchange resin (75%), then the water passes through a sterilizing cartridge 27 consisting of a polyamide membrane Nylon6 + 66 Z-potential, and 0.2 micron rating of 0.45 microns and filtration area of 0.07 m ^2. Additionally, the system can be equipped with an ultrafiltration membrane.

Для контроля электропроводности получаемой воды предусмотрен кондуктометрический датчик 28. Измерение расхода воды осуществляется датчиком расхода 29, полученные данные могут быть использованы для обеспечения дозирования заданных объемов воды. Для предотвращения биологического загрязнения в системе реализована периодическая рециркуляция, которая осуществляется при открытии электромагнитного клапана 31. Принципиально, что стерилизующий картридж 27 также участвует в рециркуляции, что предотвращает образование на нем биопленки.A conductometric sensor 28 is provided to control the electrical conductivity of the water obtained. The water flow rate is measured by the flow sensor 29, the data obtained can be used to ensure dosing of specified volumes of water. To prevent biological contamination, the system implements periodic recirculation, which is carried out when the solenoid valve 31 is opened. In principle, the sterilizing cartridge 27 also participates in recirculation, which prevents the formation of biofilm on it.

Отбор свежеприготовленной сверхчистой воды осуществляется через электромагнитный клапан 30 и точку отбора 34. Для предотвращения повторного загрязнения сверхчистой воды при ее отборе предусмотрена точка отбора 34, в которой имеется резьба для крепления стандартных бутылей 32 используемых в лабораторной практике. Так как все производители лабораторных бутылей используют одинаковую резьбу, то точка отбора является универсальной. Для связи емкости лабораторной бутыли с окружающей средой (с атмосферой для «дыхания») при отборе сверхчистой воды предусмотрена стерилизующая капсула 33 из фторопласта 0,2 мкм.Freshly prepared ultrapure water is withdrawn through a solenoid valve 30 and a withdrawal point 34. To prevent re-contamination of ultrapure water during withdrawal, a withdrawal point 34 is provided, in which there is a thread for attaching standard bottles 32 used in laboratory practice. Since all laboratory bottle manufacturers use the same thread, the sampling point is universal. To connect the capacity of the laboratory bottle with the environment (with the atmosphere for "breathing") when taking ultrapure water, a sterilizing capsule 33 made of fluoroplastic 0.2 microns is provided.

Claims

Система получения сверхчистой воды, состоящая из модуля предварительной подготовки воды, включающего в себя фильтр-картридж предварительной механической очистки, комбинированный фильтр-картридж с гранулированным активированным углем и фильтрующей средой KDF 55; модуля получения воды 3-го типа, включающего в себя насос, мембранный блок обратного осмоса, датчик качества воды 3-го типа, электромагнитные клапаны, соединительные трубки, датчики давления и температуры, датчик регулятора давления; модуля получения воды 1-го типа, включающего в себя насос, фотокаталитический реактор, комбинированный фильтр, датчик качества воды 1-го типа, электромагнитный клапан, выход воды 1-го типа, соединительные трубки, отличающаяся тем, что модуль предварительной подготовки воды дополнительно включает регулятор давления и фильтр-картридж со спрессованным угольным блоком, а модуль получения воды 3-го типа содержит в качестве насоса мембранный насос для создания рабочего давления системы, а в качестве датчика качества воды 3-го типа - датчик электропроводности, при этом указанный модуль подключен к выходу модуля предварительной подготовки воды посредством входного электромагнитного клапана, с которым сообщен мембранный насос и далее последовательно - датчик электропроводности питающей воды, мембранный блок обратного осмоса, датчик электропроводности воды 3-го типа, обратный клапан, электромагнитный клапан для подачи воды 3-го типа в накопительный бак, причем указанный модуль также содержит датчики контроля температуры и давления концентрированной воды с возможностью управления мембранным насосом, дополнительный обратный клапан, вход которого сообщен с выходной трубкой обратного клапана, а выход – с электромагнитным клапаном, сообщенным, в свою очередь, с электромагнитным клапаном системы гидравлической промывки мембран и с регулятором давления, сообщенными между собой посредством регулятора дренажа и с возможностью частичной рециркуляции концентрата на повторную очистку, при этом накопительный бак снабжен комбинированным фильтром, состоящим из мембранного фильтра из фторопласта с микронным рейтингом 0,2, активированного угля и абсорбента углекислого газа – натронной извести, а также тензометрической платформой для непрерывного измерения уровня воды в накопительном баке; при этом модуль получения воды 1-го типа содержит в качестве насоса мембранный насос для подачи воды 3-го типа из накопительного бака в комбинированный фильтр, заполненный активированным углем, фильтрующей средой KDF 55 и ионообменной смолой смешанного типа, а в качестве датчика качества воды 1-го типа – кондуктометрический датчик, кроме того, модуль получения воды 1-го типа дополнительно включает второй комбинированный фильтр, заполненный каталитическим активированным углем с пероксидным числом 14 и ионообменной смолой смешанного типа; причем выход второго комбинированного фильтра сообщен со стерилизующим картриджем, который состоит из полиамидной мембраны Nylon6+66 c Z-потенциалом, микронным рейтингом 0,2 и 0,45 и площадью фильтрации 0,07 м², причем мембранный насос и комбинированный фильтр последовательно соединены между собой и с фотокаталитическим реактором, состоящим из корпуса прямоугольного сечения, выполненного из нержавеющей стали, по оси которого в кварцевом чехле расположена эксимерная УФ-лампа с длиной волны 172 нм, а внутри корпуса расположены титановые пластины с покрытием из нанотрубок TiO₂, кроме того, модуль получения воды 1-го типа содержит кондуктометрический датчик, электромагнитный клапан для периодической рециркуляции получаемой воды, выходной электромагнитный клапан и точку отбора воды 1-го типа, снабженную стерилизующей капсулой из фторопласта и резьбой для крепления бутылей.Ultrapure water production system, consisting of a pretreatment module, which includes a mechanical pre-cleaning filter cartridge, a combined filter cartridge with granular activated carbon and KDF 55 filtering medium; a module for obtaining water of the 3rd type, which includes a pump, a reverse osmosis membrane unit, a water quality sensor of the 3rd type, solenoid valves, connecting pipes, pressure and temperature sensors, a pressure regulator sensor; a type 1 water production module, which includes a pump, a photocatalytic reactor, a combined filter, a type 1 water quality sensor, a solenoid valve, a type 1 water outlet, connecting pipes, characterized in that the water pretreatment module additionally includes a pressure regulator and a filter cartridge with a compressed carbon block, and the type 3 water production module contains a membrane pump as a pump to create the operating pressure of the system, and a conductivity sensor as a type 3 water quality sensor , while the specified module is connected to the output of the water pretreatment module by means of an inlet solenoid valve, with which the membrane pump is connected, and then in series - a feed water conductivity sensor, a reverse osmosis membrane unit, a type 3 water conductivity sensor, a check valve, a solenoid valve for water supply of the 3rd type to the storage tank, and the specified module also contains sensors for monitoring the temperature and pressure of concentrated water with the ability to control a membrane pump, an additional check valve, the inlet of which is in communication with the outlet pipe of the check valve, and the outlet with a solenoid valve , communicated, in turn, with the electromagnetic valve of the hydraulic membrane flushing system and with a pressure regulator communicated with each other by means of a drainage regulator and with the possibility of partial recirculation of the concentrate for repeated cleaning, while the storage tank is equipped with a combined filter consisting of a membrane filter made of fluoroplastic with micron rating 0.2, activated carbon and absorbent of carbon dioxide - soda lime, as well as a strain gauge platform for continuous measurement of the water level in the storage tank; in this case, the module for obtaining water of the 1st type contains a membrane pump as a pump for supplying water of the 3rd type from the storage tank to a combined filter filled with activated carbon, a filtering medium KDF 55 and an ion-exchange resin of a mixed type, and as a water quality sensor 1 -th type - conductometric sensor, in addition, the module for obtaining water of the 1st type additionally includes a second combined filter filled with catalytic activated carbon with a peroxide number of 14 and a mixed-type ion-exchange resin; moreover, the outlet of the second combined filter is in communication with a sterilizing cartridge, which consists of a polyamide membrane Nylon6 + 66 with a Z-potential, micron rating of 0.2 and 0.45 and a filtration area of 0.07 m², moreover, the membrane pump and the combined filter are connected in series with each other and with a photocatalytic reactor consisting of a rectangular case made of stainless steel, along the axis of which an excimer UV lamp with a wavelength of 172 nm is located in a quartz case, and titanium plates are located inside the case coated with TiO nanotubes₂In addition, the module for obtaining water of the 1st type contains a conductometric sensor, a solenoid valve for periodic recirculation of the produced water, an outlet solenoid valve and a water sampling point of the 1st type, equipped with a sterilizing capsule made of fluoroplastic and a thread for attaching bottles.