УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ СВЕРХЧИСТОЙ ВОДЫ Российский патент 2014 года по МПК C02F1/44 B01D61/12 B01D65/08 

Изобретение относится к устройству для очистки по принципу обратного осмоса. Устройства такого типа, установки обратного осмоса или RO-установки, используются, прежде всего, в связи с приборами для гемодиализа, чтобы из водопроводной воды добывать высокочистую, стерильную воду для диализирующей жидкости.

Принцип действия установок обратного осмоса заключается, как известно, в том, что очищаемая вода пропускается в фильтрующем модуле при высоком давлении вдоль поверхности полупроницаемой мембраны, причем часть воды, так называемый пермеат, проходит через мембрану и на другой стороне мембраны собирается и подводится к местам потребления. Не прошедшая через мембрану, обогащенная задержанными веществами часть сырой воды, так называемый концентрат, вытекает на конце участка протекания первичной камеры из мембранного модуля.

Показанная на фиг.1 схема наглядно показывает в качестве типичного примера взаимодействие существенных функциональных элементов установки обратного осмоса согласно уровню техники. Подлежащая очистке сырая вода течет из подводящего трубопровода 1 и через клапан 4 в буферный сосуд 5 с встроенным регулятором уровня заполнения. Из этого сосуда 5 вода по трубопроводу 17 через насос 6 поступает в фильтр 7 обратного осмоса, первичная камера 9 которого полупроницаемой мембраной 10 отделена от вторичной камеры 8. Из вторичной камеры 8 пермеат течет в кольцевой трубопровод 15/16, от которого ответвляются трубопроводы потребителей. Излишне выработанный пермеат на конце кольцевого трубопровода через встроенный клапан 14 для поддержания постоянного давления течет назад в сосуд 5, причем установка этого клапана определяет присутствующее в кольцевом трубопроводе 15/16 давление.

Необходимое для фильтрования давление в первичной камере фильтра 9 обратного осмоса создается насосом 6 вместе со встроенным в трубопровод 18 концентрата вниз по течению от фильтра сопротивлением 11 потоку, например в форме дросселя или напорного клапана. Для работы фильтра 7 обратного осмоса важное значение имеет разность концентрации удерживаемых веществ между входом и выходом первичной камеры 9. При высокой концентрации, прежде всего кальция и магния, существует повышенный риск, что эти компоненты превысят критическую границу. Тогда из-за образования отложений уменьшается проницаемость мембраны 10 и тем самым поток пермеата, что соответствует преждевременной непригодности фильтра обратного осмоса.

По причине этого положения дел до сих пор с учетом качества сырой воды, прежде всего, соли кальция и магния заменялись на натрий посредством предварительно подключенных катионообменных колонок 2. Ионообменники требуют больших затрат на обслуживание и имеют высокую стоимость.

Для надежной работы катионообменника требуются хлорид натрия и промывная вода. Кроме того, регулярно должна добавляться вручную соль. Дополнительно содержащая соль промывная вода загрязняет сточные воды.

Обратный осмос используется также, прежде всего, для получения стерильной воды.

Не прошедшая через мембрану 10 обогащенная задержанными химическими компонентами воды и бактериями часть подведенной водопроводной воды образует на внутренних поверхностях проводящих жидкость систем биопленку. Выделения биопленки могут как пирогены и эндотоксины проходить через не идеальную мембрану 10 и загрязняют высокочистый контур пермеата 15/16.

Поэтому до сих пор является обычным через регулярные промежутки времени проводить на обратном осмосе термическую или химическую дезинфекцию. Для этого работа прекращается и к установке подводится термическая энергия или химические дезинфицирующие средства.

Из-за повышенных опасностей, которые связаны, прежде всего, с химической дезинфекцией, все рабочие операции при этом должны контролироваться вручную. Это обычно означает повышенные трудозатраты.

Предлагаемое в изобретении устройство для выработки сверхчистой воды по принципу обратного осмоса содержит фильтр обратного осмоса, который мембраной обратного осмоса разделен на первичную камеру и вторичную камеру. Кроме того, предлагаемое в изобретении устройство содержит первичный контур, через который к первичной камере подводится сырая вода и из нее отводится концентрат, а также вторичный контур для подвода пермеата по меньшей мере к одному потребителю, предпочтительно аппарату для диализа. При этом в трубопровод первичного контура встроен насос, а в трубопровод концентрата первичного контура встроен клапан со сливом.

Задача, положенная в основу изобретения, заключается в снижении затрат на эксплуатацию устройства для выработки сверхчистой воды за счет отказа от периодической, осуществляемой через заданные промежутки времени очистки мембраны, чтобы устройство автоматически определяло, когда необходимы химическая и/или термическая дезинфекция или очистка первичного контура и/или вторичного контура или их трубопроводов и компонентов.

Для решения этой задачи в или на первичном контуре и/или вторичном контуре расположено устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений, соединенное с устройством обработки данных, а во вторичный контур встроен эластичный, способный расширяться буферный сосуд, приспособленный для выполнения обратной промывки мембраны пермеатом, причем устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений выполнено с возможностью запуска обратной промывки при соответствующей степени загрязнения.

Таким образом, предлагаемое в изобретении устройство для выработки сверхчистой воды содержит устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений, соединенное с устройством обработки данных, а во вторичный контур встроен эластичный, способный расширяться буферный сосуд, приспособленный для выполнения обратной промывки мембраны пермеатом. Если устройством для регистрации органических и/или неорганических отложений установлено наличие соответствующей степени загрязнения, сенсорная техника (датчик) этого устройства запускает процесс обратной промывки, для чего вышеупомянутый насос выключается, а вышеупомянутый клапан открывается па слив. При этом находящийся в буферном сосуде объем жидкости, поддавливаемый эластичной стенкой буферного сосуда, проходит через мембрану на слив с обеспечением очистки мембраны. Таким образом, очистка проводится по контролируемому датчиком состоянию, что позволяет избежать проведения ненужных промывок.

Варианты осуществления изобретения представлены на прилагаемых чертежах, на которых показано:

на фиг.1 - схематическое изображение известного из уровня техники устройства для выработки сверхчистой воды,

на фиг.2 - схематическое изображение первого варианта осуществления устройства,

на фиг.3 - схематическое изображение второго варианта осуществления устройства,

на фиг.4 - схематическое изображение третьего варианта осуществления устройства.

Как указано выше, изобретение предусматривает, что в или на первичном контуре и/или вторичном контуре расположено устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений, которое соединено с устройством обработки данных. Устройство регистрирует отложения в соответствующем трубопроводе жидкости, предпочтительно на его внутренней стенке, или на компоненте первичного контура или вторичного контура, например внутри фильтра, и передает зарегистрированные измеряемые значения устройству обработки данных, которое может быть встроено в устройство управления установки обратного осмоса или подключенного аппарата для диализа. Предпочтительно, устройство обработки данных оснащено устройством индикации полученных измеряемых значений указывающего на загрязнение слоя отложений.

Устройство для выработки сверхчистой воды содержит процессор, который управляет всеми шагами устройства. Регистрационное устройство (19) соединено с процессором. Устройство обработки данных 20 является частью процессора.

На фиг.2 показан вариант осуществления, в котором регистрационное устройство расположено в первичном контуре (1, 4, 5, 9, 17, 18). Фиг.3 и фиг.4 показывают другие варианты осуществления, в которых регистрационное устройство расположено в различных местах во вторичном контуре (18, 15, 16). Эти варианты осуществления названы только в качестве примера, и для специалиста очевидны другие варианты осуществления, которые находятся в рамках изобретения.

При этом преимущественно предусмотрено, что для установленных измеряемых значений предварительно задано граничное значение, при достижении которого (или превышении) вырабатывается предупреждающий сигнал, который указывает на то, что должна быть проведена химическая и/или термическая дезинфекция устройства.

Таким образом, эти процессы очистки не проводятся, как это было до сих пор обычным, в жестко заданные моменты времени, а тогда, когда зарегистрированные отложения указывают на то, что подобный процесс очистки теперь необходим. Тем самым можно, с одной стороны, предотвратить слишком частые процессы очистки, а с другой стороны, гарантируется, что в случае непредвиденного сильного загрязнения, для которого принимаются в рассмотрение различные причины, будет проведен необходимый процесс очистки.

С большим преимуществом предусмотрено, что устройство для регистрации отложений имеет сенсорное устройство, которое имеет передатчик для отправки оптических сигналов, и приемник для сигнала.

При этом может быть также предусмотрено, что посланные передатчиком оптические сигналы могут быть отражены расположенным напротив зеркальным устройством к оптическому приемнику.

Количество сигнала приемника является прямой функцией степени загрязнений или толщины отложений.

Для того чтобы определить биологические загрязняющие слои, может быть также предусмотрено, что эти отложения благодаря облучению, например, ультрафиолетовым светом отражает соответствующий толщине слоя флуоресцирующий измеримый ответный сигнал.

Направляющий жидкость трубопровод, который оснащен сенсорным устройством, может быть выполнен из прозрачного или просвечивающего материала, благодаря чему передатчик, приемник и, при известных условиях, зеркальное устройство могут быть расположены друг напротив друга вне трубопровода.

Загрязнение, прежде всего известковыми отложениями, может быть также определено другим образом, чем посредством сенсорного устройства. В подвергающихся горячей очистке установках с известным объемом загрязнение, прежде всего известковые отложения на поверхности нагрева, может быть определено таким образом, что внесение энергии оценивается как мера загрязнения, так как при загрязненной или покрытой отложениями нагревательной поверхности внесение тепла или энергии в жидкость продолжается дольше.

Преимущественно, сенсорная техника встроена в измерительную камеру, в которой рядом с измерительной поверхностью находится инертная к загрязнению поверхность, которая в качестве калибровочной и сравнительной поверхности устанавливает относительное загрязнение.

Изобретение делает возможным путем задания подлежащих определению в исследованиях граничных значений отложений на направляющих пермеат или концентрат трубопроводах или компонентах определять момент времени, в который требуется химический или физический процесс очистки системы трубопроводов установки обратного осмоса. Это повышает надежность устройства и предотвращает ненужные эксплуатационные затраты.

При этом особенно эффективной формой очистки мембраны является реверсирование направления фильтрации на полупроницаемой мембране 10 посредством отрицательного трансмембранного давления. Для выработки отрицательного трансмембранного давления в трубопровод 15 пермеата встраивается буферный сосуд с эластичным, расширяющимся объемом.

При соответствующем загрязнении сенсорная техника включает обратную промывку тем, что насос останавливается, клапан 12 открывается для слива. Предпочтительно, при этом сопротивление 11 потока открывается или перемыкается посредством байпасного клапана. Предварительно находящийся под давлением объем жидкости в буферном сосуде при этом течет через мембрану 10 к сливу и одновременно снабжает потребителей.

После кратковременной обратной промывки путем включения насоса 6 снова начинается нормальная работа.

Изобретение относится к устройству для очистки воды по принципу обратного осмоса. Устройство для выработки сверхчистой воды по принципу обратного осмоса содержит фильтр обратного осмоса, который мембраной обратного осмоса разделен на первичную камеру и вторичную камеру, первичный контур, через который к первичной камере подводится сырая вода и из нее отводится концентрат, а также вторичный контур для подвода пермеата по меньшей мере к одному потребителю, предпочтительно аппарату для диализа. В трубопровод первичного контура встроен насос, а в трубопровод концентрата первичного контура встроен клапан со сливом. В или на первичном контуре и/или вторичном контуре расположено устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений, соединенное с устройством обработки данных, а во вторичный контур встроен эластичный, способный расширяться буферный сосуд, приспособленный для выполнения обратной промывки мембраны пермеатом. Устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений выполнено с возможностью запуска обратной промывки при соответствующей степени загрязнения. Изобретение позволяет снизить затраты на эксплуатацию устройства за счет отказа от периодической очистки мембраны и автоматического определения необходимости дезинфекции трубопроводов. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для выработки сверхчистой воды по принципу обратного осмоса, содержащее фильтр (7) обратного осмоса, который мембраной (10) обратного осмоса разделен на первичную камеру (9) и вторичную камеру (8), первичный контур (17, 18), через который к первичной камере (9) подводится сырая вода и из нее отводится концентрат, а также вторичный контур (15, 16) для подвода пермеата по меньшей мере к одному потребителю, предпочтительно аппарату для диализа, причем в трубопровод (17) первичного контура (17, 18) встроен насос (6), а в трубопровод (18) концентрата первичного контура (17, 18) встроен клапан (12) со сливом, отличающееся тем, что в или на первичном контуре (17, 18) и/или вторичном контуре (15, 16) расположено устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений, соединенное с устройством обработки данных, а во вторичный контур (15, 16) встроен эластичный, способный расширяться буферный сосуд, приспособленный для выполнения обратной промывки мембраны пермеатом, причем устройство для регистрации органических и/или неорганических отложений выполнено с возможностью запуска обратной промывки при соответствующей степени загрязнения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство обработки данных соединено с устройством индикации измеряемых значений.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство обработки данных при достижении или превышении предварительно заданного граничного измеряемого значения выдает предупредительный сигнал.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что устройство для регистрации отложений имеет сенсорную технику с передатчиком для отправки оптических сигналов и приемником для приходящих сигналов.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что напротив передатчика оптических сигналов находится отражающее сигналы зеркальное устройство в качестве измерительной поверхности, которое отражает сигналы к приемнику.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что рядом с измерительной поверхностью находится инертная к отложениям поверхность в качестве сравнительной или калибровочной поверхности.

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что содержащий сенсорную технику участок направляющего жидкость трубопровода или находящегося в контакте с жидкостью компонента полностью или частично состоит из прозрачного или просвечивающего материала.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что сенсорная техника встроена в измерительную камеру.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что для регистрации биологических отложений излучается ультрафиолетовый свет.

10. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что устройство обработки данных определяет толщину биологического и/или неорганического отложения.