Как готовят воду очищенную

Водоподготовка в фармацевтике и медицине

Методы очистки воды

1. Дистилляция

Дистилляция может использоваться как для получения воды очищенной, так и для получения воды для инъекций. В последнем случае используют специальное оборудование — апирогенные аквадистилляторы (маркировка А).

Суть метода заключается в перегонке питьевой (или обессоленной) воды в аквадистилляторах различного типа и производительности.

В аквадистилляторе любой модели можно выделить 3 узла: испаритель, конденсатор и сборник. Кроме того, все дистилляторы оснащаются датчиками уровня.

Испаритель с исходной водой нагревают до температуры кипения. Пары воды поступают в конденсатор, где они скапливаются. Накопленный жидкий дистиллят поступает в сборник. Все нелетучие загрязнители, имеющиеся в исходной воде, остаются в аквадистилляторе.

По виду нагрева различают аквадистилляторы:

• газовые (ДГ, АГ),
• огневые с топкой (ДТ, АТ),
• электрические (ДЭ, АЭ).

По конструкционным особенностям различают аквадистилляторы периодического и непрерывного действия; с одно- и двухступенчатым испарителем; с водоподготовителем (ДЭВ, АЭВ и др.); с брызгоулавливающим устройством (ДЭ-25; АЭВС и др.) [1].

В соответствии с ГОСТ 20887-75 производительность аквадистилляторов отечественного производства 4 и 25 л/час. Апирогенные аквадистилляторы, подготавливающие воду для инъекций, могут иметь производительность 4 , 10, 25 и 60 л/час.

С точки зрения экономической целесообразности дистилляция является дорогим методом получения очищенной воды. Из 11 литров исходной питьевой воды получают 1 литр очищенной. Поэтому на сегодняшний день актуальны более перспективные и экономичные методы приготовления воды для фармацевтических целей.

2. Ионообменный способ

Ионообменные смолы — сетчатые полимеры различной структуры и степени сшивки, в которых имеются ковалентные связи с ионогенными группами. При диссоциации ионогенных групп в воде или растворе образуется ионная пара. Один ион этой пары фиксирован на полимере, а противоион подвижен в растворе и способен обмениваться на ионы одноименного заряда из раствора.

Ионный обмен происходит на ионообменных установках— конструктивно это колонки, заполненные ионообменными смолами.

Ионообменные смолы разделяются на катиониты и аниониты. Ионообменные катиониты способны обменивать свой водородный ион на катионы Мg²⁺, Ca²⁺ и другие. Ионообменные аниониты обменивают свой гидроксил-ион на анионы SO₄²⁻ , Cl⁻ и другие. Качество воды контролируется электропроводностью. Как только ионообменная смола выработает свой ресурс, электропроводность раствора возрастает.

Колоночные аппараты для ионного обмена могут быть как с раздельными, так и со смешанными слоями катионов и анионов.

Аппараты с раздельными слоями представляют собой две последовательно расположенные колонки, одна из которых заполнена катионитами, а вторая — анионитами. Аппараты со смешанными слоями представляют собой одну колонку, наполненную смесью ионообменных смол.

Исходная вода подается через колонки снизу вверх, просачивается сначала через слой катионита, затем анионита. Частицы ионообменных смол, попавшие в воду, отфильтровываются.

По форме ионообменные смолы могут быть в виде гранул, волокон, губчатых образований, жгутов или лент. В процессе использования ионообменные смолы перемещаются в сорбционную ванну, в промывочную ванну, в бак регенерации и на отмывку.

Ионообменная технология является классическим и достаточно экономичным методом обессоливания воды. Один килограмм смолы способен очистить не менее 1000 литров воды.

Недостатки метода ионного обмена:

• многие ионообменные смолы гидрофобны, что затрудняет процессы сорбции и десорбции;
• гранулированные ионообменные смолы в процессе использования в колонках слеживаются и требуют разрыхления, а от механического воздействия разрушается их структура;
• периодическая регенерация ионообменных смол — раствором хлористоводородной кислоты (для катионитов) или раствором гидроксида натрия (для анионитов), с последующей промывкой смол;
• длительно используемые ионообменные смолы могут стать питательным субстратом для размножения микроорганизмов, поэтому им требуется периодическая дезинфекция.

3. Метод обратного осмоса

Мембранные технологии очистки воды в последние годы приобретают все более широкое применение.

Явление осмоса — это переход через полупроницаемую мембрану растворителя из раствора с низкой концентрацией примесей в раствор с более высокой концентрацией. Растворитель словно бы стремится уравнять концентрации солей в обоих растворах.

Обратный осмос идет в направлении, противоположном прямому осмосу. Под действием повышенного давления растворитель переходит через полупроницаемую мембрану из раствора с солями в ту область, где находится чистый растворитель. Движущей силой обратного осмоса является разность давлений.

Метод обратного осмоса первоначально использовался для опреснения соленой морской воды. Как оказалось впоследствии, этим методом можно получать воду высокой степени очистки — обессоленную, очищенную от механических примесей и микробов.

Состав стандартной установки обратного осмоса:

• насос высокого давления;
• один или несколько пермиаторов;
• блок регулирования рабочего режима.

Центральная часть любой обратноосмотической установки – мембрана обратного осмоса. Как правило, мембрана представляет собой спирально свернутые слои из водоподающего слоя, полупроницаемой мембраны и водосборного слоя. Вода под давлением подается с торца цилиндрически свернутой мембраны. Очищенная вода (пермеат) просачивается через полимерную пленку, достигает водосборного слоя, откуда подается в центральную водосборную трубку. Концентрат после очистки скапливается на другой стороне мембраны и отводится в дренаж [2].

Материалом для обратноосмотической мембраны могут служить эфиры целлюлозы — ацетаты или полиэфиры — найлон.

Мембрана с диаметром пор 0,01 мкм полностью освобождает воду от растворимых солей, органических веществ, коллоидов и микробов.

Плюсы метода получения воды очищенной методом обратного осмоса:

• относительная простота метода;
• производительность метода не зависит от начального солесодержания исходной воды;
• широкий ассортимент полупроницаемых мембран для получения воды заданного качества;
• экономичность метода: из 10 литров исходной воды получают 7,5 литров воды очищенной;
• энергоэффективность: затраты энергии идут только на работу насоса, что в 10-16 раз меньше, чем при очистке воды дистилляцией.

Недостатки метода обратного осмоса:

• выбор обратноосмотической мембаны на основе характеристик исходной воды (солесодержания, pH, концентрации Cl);
• закупорка пор мембраны в процессе водоподготовки;
• необходимость периодического включения циклов обратной фильтрации для очистки пор.

4. Электродиализный метод

При этом методе растворимые соли удаляются из воды под действием электрического поля и с помощью частично проницаемых мембран.

Селективные ионообменные мембраны подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты проницаемы для катионов и имеют отрицательный заряд. Аниониты проницаемы для анионов, их заряд — положительный.

Очищаемая вода помещается в ёмкость, разделенную на три части селективными мембранами. Под действием постоянного электрического тока ионы из раствора начинают притягиваться к мембране, имеющей противоположный заряд.

Ионообменные селективные мембраны не сорбируют ионы, а селективно пропускают их сквозь себя. Извлеченные из воды ионы концентрируются в соседних камерах, а в камере обессоливания остается очищенная вода. Остаточное содержание солей при этом методе водоподготовки составляет 5-20 мг/л.

Источник

Водоподготовка в фармацевтике и медицине

Вода очищенная

Вода очищенная служит для изготовления перечня жидких лекарственных препаратов и является основой, из которой приготовляют воду для инъекций.

Фармакопеи разных стран содержат незначительно отличающиеся требования к качеству воды очищенной. Для проверки качества воды очищенной проводят лабораторные исследования на содержание восстанавливающих веществ, диоксида углерода, хлоридов, сульфатов, аммиака, кальция, нитритов и нитратов, тяжелых металлов; определяют сухой остаток, рН воды и микробные показатели.

Требования к качеству воды очищенной

Основные показатели качества:

• pH от 5,0 до 7,0.
• Содержание хлоридов, сульфатов, нитратов, восстанавливающих веществ, кальция, диоксида углерода, тяжелых металлов — отсутствие.
• Содержание аммиака — 0,00002% (в препарате) или не более 0,05 мг/л.
• Микробиологическая чистота — не более 100 микроорганизмов в 1 мл.
• Бесцветность, прозрачность, без вкуса и запаха.

Вода очищенная может быть получена из питьевой воды методами дистилляции (дистиллированная вода), ионного обмена, обратного осмоса или электродиализа. Предпочтительными и наиболее экономичными методами получения воды очищенной эксперты считают ионный обмен или обратный осмос [2].

Вода очищенная должна приготовляться в специальном помещении, в котором запрещены другие виды работ. В помещении должны быть созданы асептические условия («чистое помещение»). Воздух помещения периодически стерилизуют бактерицидными ультрафиолетовыми лампами.

Итоговое качество полученного продукта (воды очищенной) складывается из следующих условий:

• химического состава исходной воды;
• совершенства технологического оборудования и соблюдения условий его эксплуатации;
• условий подготовки, сбора и хранения воды очищенной и соблюдения санитарной инструкции.

Зачастую для получения воды очищенной природная или водопроводная вода должна пройти одну или несколько стадий предварительной водоподготовки. Это связано с нестабильностью качества водопроводной или другой исходной воды (колодезной, артезианской, речной).

Метод предварительной очистки воды зависит от характера и содержания загрязняющих примесей:

1. Отстаивание, кипячение — для отделения летучих веществ.
2. Отстаивание, фильтрование — удаление механических примесей и взвешенных веществ.
3. Реагентное удаление аммиака.
4. Кипячение или обработка раствором гидроксида кальция — для снижения временной (карбонатной) жесткости воды.
5. Удаление органических веществ обработкой раствором перманганата калия.

Предварительная очистка жесткой водопроводной воды, помимо всего прочего, предупреждает образование накипи на элементах дистиллятора, а освобождение водопроводной воды от взвешенных коллоидов препятствует закупорке обратноосмотических мембран.

Стандартная технологическая схема получения воды очищенной включает следующие стадии [1]:

• Предварительная очистка водопроводной воды;
• Основной метод очистки;
• Финишный метод очистки;
• Хранение готового продукта.

Предварительная очистка

На этой стадии применяют угольные фильтры или фильтры с кварцевым песком, хлорируют воду для разрушения микробной биопленки. Взвешенные вещества удаляют отстаиванием воды с последующим отводом осадка.

Органические примеси удаляют добавлением окислителя — 1% раствора перманганата калия. Период окисления примесей длится 6-8 часов. Затем примеси отфильтровывают.

Для связывания аммиака используют реагентный метод — добавление растворенных алюмокалиевых квасцов или сульфата алюминия. Если после добавления квасцов очищенная от аммиака вода реагирует с нитратом серебра, то перед дистилляцией дополнительно добавляют в воду гидрофосфат натрия.

Многие комплексные системы очистки воды оснащаются элементами водоподготовки.

Для получения дистиллированной воды очищенной можно использовать электромагнитную обработку. В корпусе устройства создаются условия для возникновения магнитного поля. В воде, проходящей через электромагнитный водоподготовитель, изменяется физическая форма содержащихся кристаллических солей: образуется взвешенный шлам, который легко удаляется при промывке дистиллятора.

Другие методы предварительной водоподготовки — электродиализный (с использованием полупроницаемых мембран) и ионообменный (с применением гранулированных ионитов и ионообменного волокна целлюлозы) [1].

Финишная очистка воды

В зависимости от основного метода, используемого для водоподготовки, финишная очистка может включать в себя стадии ионного обмена или ультрафильтрации. Многие комплексные системы очистки воды включают в себя одну или несколько стадий доочистки.

Хранение воды очищенной

Вода очищенная может храниться в асептических условиях не более трех суток. Емкости для хранения воды должны быть плотно закрыты, чтобы исключить загрязнение примесями и микроорганизмами.

Вода очищенная ежедневно контролируется из каждого баллона или трубопровода по показателям pH, содержанию хлорид- и сульфат-ионов, ионов Ca 2+ .

Источник

Как самому произвести очистку воды от примесей в домашних условиях?

Качество воды, используемой в пищевых целях, напрямую влияет на здоровье человека. Один из вариантов очистки – это применение специальных фильтров.

Но при желании в домашних условиях можно воспользоваться и другими, менее затратными по финансам, но не менее эффективными способами. У каждого из них есть свои плюсы и минусы.

Основные способы очищения без использования фильтра дома

Выбор способа очистки зависит от состава самой воды и имеющихся возможностей.

Водопроводная вода, поступающая в квартиры, отличается разной долей вредных компонентов.

Поэтому возникает необходимость выбора оптимального метода доочистки, с помощью которого можно эффективно уменьшить количество вредных веществ.

В некоторых случаях человеку приходится использовать воду из природных источников. В этом случае на первый план выходит задача обеззараживания.

Для того, чтобы объективно сделать выбор в пользу того или иного метода очистки, необходимо иметь представление о его достоинствах, недостатках и алгоритме применения.

Основными методами домашней очистки воды без фильтра являются:

• Отстаивание;
• Кипячение;
• Заморозка;
• Метод дистилляции;
• Адсорбция углем;
• Очищение серебром;
• Йодирование;
• Шунгирование;
• Обработка кремнием;
• Применение турмалина;
• Очищение травами.

Отстаивание

Это самый легкодоступный и необременительный по деньгам способ доочистки.

Результатом данного процесса является улетучивание газообразного хлора и оседание солей тяжелых металлов.

Отстаивание считается простым, но малоэффективным приемом. От хлора освобождается лишь верхняя треть объема воды. Нижние слои содержат повышенное количество загрязняющих веществ.

По правилам вода должна находиться в открытой емкости не менее 24 часов. После этого ее аккуратно сливают меньше чем наполовину объема.

Кипячение

Простой, удобный, дешевый и относительно эффективный способ. Главная цель кипячения – это уничтожение патогенных микроорганизмов, хлора и низкотемпературных газов (радона, аммиака).

При этом у метода есть и свои минусы:

1. Высокая температура разрывает водородные связи между молекулами H2O. Это влечет за собой разрушение структуры воды. В итоге получается так называемая «мертвая» (деструктурированная) вода, которая хуже выполняет роль растворителя в организме человека.
2. После кипячения в результате выпаривания повышается концентрация солей. Часть из них выпадает в осадок и остается на стенках емкости.
3. В кипяченой жидкости остается определенная доля хлора и под действием высокой температуры превращается в опасный канцероген хлороформ.
4. Кипяченая вода обеднена растворенным кислородом — он улетучивается вместе с паром в процессе нагревания.

Чтобы нивелировать негативные последствия, рекомендуется использовать для кипячения уже отстоянную жидкость и ограничивать время бурления 15 минутами. При этом емкость с водой должна быть открыта.

Большинство болезнетворных бактерий (стафилококк, тифозная палочка, шигеллы, палочка Коха и другие) погибают при кипячении уже через несколько секунд. Однако существуют и более устойчивые микроорганизмы.

Примером может быть вирус гепатита А, который погибает в кипятке лишь через 5 минут. Еще большую выносливость проявляют споры сибирской язвы, которые выдерживают кипячение.

Заморозка

Метод основан на физико-химическом явлении, согласно которого в первую очередь в лед превращается кристально чистая вода.

Субстанция с примесями замерзает в последнюю очередь. Инструкция применения вымораживания несложная.

Воду наливают в открытую емкость и помещают в морозильную камеру. Когда половина жидкости замерзнет, лед достают, а остаток сливают. Размороженный лед готов к употреблению без какой-либо дополнительной обработки.

Метод дистилляции

Получение чистой, лишенной солей воды основано на дистилляции. Технологический процесс в быту требует наличия специального оборудования – дистиллятора. Он представляет собой систему из емкости, в которой нагревается вода, трубки, по которой движется пар и емкости, в которой собирается очищенная жидкость.

У метода есть два неоспоримых плюса:

1. Происходит практически полное освобождение от солей.
2. При нагревании погибают микроорганизмы.

Однако имеются и минусы:

1. Легкая хлорорганика переносится вместе с паром.
2. Вода теряет биологически необходимые микроэлементы.

Адсорбция углем

Благодаря пористой структуре вещество активно поглощает минеральные и органические примеси.

Вариант очистки прост и удобен, но имеет и минусы. Сорбционная емкость угля ограничена.

Домашняя инструкция по применению активированного угля проста. Несколько таблеток помещают в марлевый мешочек и кладут в сосуд с водой.

Дозировка сорбента составляет 1 таблетка на 1 литр жидкости. Функциональными аналогами угля является измельченная скорлупа кокоса или перетертые косточки фруктовых деревьев.

Серебром

Серебро – это металл, обладающий выраженными бактерицидными свойствами. На этом основано его применение в биологической очистке жидкостей.

По уровню действия серебро приравнивают к хлорке. Этот металл даже используют в бассейнах для обеззараживания. Известно, что вода, поступающая на международные космические станции, консервируется именно серебром.

Для биоочисткив домашних условиях достаточно положить в емкость с водой серебряный предмет.

Но при таком способе доля металла, переходящего в воду, будет невысока.

Чтобы получить более выраженный эффект, необходимо использовать раствор, где серебро находится в ионной форме.

Йодирование

Йод широко применяется в медицине в качестве обеззараживающего средства. Это свойство находит применение и в бытовых целях. Достоинством йода является высокая бактерицидная способность.

Однако наряду с этим плюсом у метода есть существенные недостатки.

1. Во-первых, происходит только биологическая очистка.
2. Во-вторых, вода приобретает характерный йодный запах.

Это в значительной степени ограничивает применение йодирования. Аналогом данного метода может быть бромирование. Но использование брома дорого, поэтому широкого применения в домашних условиях не имеет.

Шунгирование

Шунгит – ископаемый минерал с уникальными физическими и химическими свойствами.

Это отличный сорбент, впитывающий в себя:

Шунгит обладает бактерицидными свойствами. В составе минерала имеется большое количество микроэлементов, благодаря этому вода минерализуется при настаивании.

Обработка кремнием

Кремний делает воду структурированной и параллельно избавляет ее от патогенных микроорганизмов. Чтобы получить активированную и обеззараженную воду, достаточно поместить в 3 литра воды 50 г кремниевых камушек.

Настаивание проводят в темном месте в течение 3-4 дней. Если необходима кремниевая вода с лечебным эффектом, настаивание продолжают до 7 дней.

Далее жидкость сливают, но не до конца. В нижних слоях накапливаются минеральные и органические примеси, а также патогенные бактерии и простейшие. Кремний можно использовать в паре с шунгитом.

Применение турмалина

Турмалиновые биокерамические шары обладают фильтрующими свойствами.

Они эффективно устраняют хлор, переводя его безвредную соль – хлорид натрия.

Второй положительный момент – это антисептическое действие.

Третье достоинство заключается в том, что подобно шунгиту и кремнию турмалин структурирует молекулы воды.

Жидкость после обработки турмалином приобретает щелочную реакцию, насыщается микроэлементами, теряет неприятный запах и вкус, освобождается от тяжелых металлов. В турмалиновой воде полезно вымачивать субпродукты, готовить блюда и напитки.

Как очистить травами?

В качестве природного очистителя используют лекарственные травы с выраженным бактерицидным действием.

Биологически активный комплекс растений включает алкалоиды, фитонциды, танины и другие биологически активные вещества, которые обуславливают обеззараживающий эффект.

В список трав, которые можно использовать в домашних условиях, входят:

• Рябина красная (плоды);
• Ромашка аптечная (цветы);
• Можжевельник (хвоя);
• Пихта (хвоя);
• Сосна (хвоя);
• Береза повислая (лист);
• Дуб черешчатый (кора);
• Зверобой продырявленный (трава);
• Чистотел большой (трава).

В целях биологической очистки в литр воды помещают 15-20 г хвои, коры, травы или плодов. Настой выдерживают 10-12 часов, после чего воду фильтруют. Использовать травы лучше всего в походных условиях, когда другие методы недоступны.

Общие советы

В ряде случаев одного способа бывает недостаточно, необходима многоступенчатая очистка. Особенно это касается обеззараживания с помощью:

После уничтожения патогенной микрофлоры, очищаемая субстанция нуждается в дополнительной обработке. Из нее необходимо удалить продукты распада микробов и ионы. Целесообразно для этой цели использовать фильтр из активированного угля.

Чтобы найти подходящий метод очищения воды, необходимо знать, какие загрязнители присутствует в ней в наибольшем количестве.

Прежде чем приступать к бытовой доочистке водопроводной или природной воды, стоит собрать информацию о ее составе.

Идеальный вариант – это лабораторный анализ или бытовые тесты. Такие данные помогут сориентироваться в выборе нужного метода очистки воды.

Заключение

Качество воды, поступающей в квартиры и дома, регламентируется санитарно-гигиеническими нормами. Несмотря на государственный контроль вода, поступающая к потребителю, не всегда соответствует нормативам. С возникающей проблемой помогают справиться бытовые способы доочистки.

Представленный обзор дает возможность объективно оценить весь спектр методов и выбрать наиболее подходящий в конкретных условиях. Очистка в домашних условиях позволяет сэкономить на дорогостоящих современных фильтрах.

При грамотном выполнении и сочетании методов на выходе можно получить воду с хорошими органолептическими и химическими показателями.

Источник