Условия хранения очищенной воды. I часть Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

2005 ноябрь РЕМШииМ

Вячеслав ЯЛОВЕГА,

Московское представительство компании MiШpore

Условия хранения

ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ

В результате проведенных в научно-исследовательских лабораториях компании МИИроге исследований было установлено, что при соответствующем выборе конструкционных материалов и вспомогательного оборудования можно значительно сократить загрязнение воды из воздуха и предотвратить образование биопленки на внутренних поверхностях резервуаров.

ВЛИЯНИЕ МАТЕРИАЛА РЕЗЕРВУАРОВ НА КАЧЕСТВО ЗАПАСЕННОЙ ВОДЫ I

. I ЧАСТЬ1

ПРАКТИКУМ ПО GMP

В природной и водопроводной воде содержится значительное количество различных примесей. Для ее очистки применяются технологии обратного осмоса, ионного обмена и дистилляции. При хранении очищенной воды происходит повторное ее загрязнение ионами, органическими примесями, микроорганизмами и др. Загрязнение может происходить как из атмосферы, так и может быть связано с самой конструкцией резервуара [1].

Для анализа содержания органических примесей на следовом уровне часто использовалась высокоэффективная жидкостная хроматография [2]. Было обнаружено превышение содержания органических примесей в сверхчистой воде после одного часа хранения ее в пластиковых сосудах. Аналогичный результат был получен и для стеклянной посуды. Предложенные разработчиками методы позволили сократить повторное загрязнение запасенной воды для широкого ряда аналитических задач [3]. Посторонние примеси, содержащиеся в конструкции резервуара, снижали качество запасенной воды и вызывали изменение потенциала поверхности [4].

На производстве и в лабораториях ежедневно потребляется большое количество очищенной и сверхчис-

той воды. Инженеры прилагают значительные усилия по снижению повторной контаминации запасенной воды, например, при помощи ультрафиолетовой обработки и установки стерилизующих фильтров в петле рециркуляции, азотной технологии, подбора вентиляционных фильтров и размещения в резервуарах души-рующих устройств.

Перед научно-исследовательским отделом компании Millipore была поставлена задача систематизировать известные технологии, выработать оптимальные условия хранения очищенной воды и на этой основе разработать резервуары и дополнительное оборудование для производственных и лабораторных целей. Качество воды анализировалось в лабораториях Франции, Японии и США2 при различных условиях хранения очищенной воды. Было исследовано влияние всех материалов, контактирующих с водой, на качество запасенной воды и воздействие ультрафиолетового облучения на рост бактерий в резервуарах [5].

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ

Применяемые в резервуарах пластиковые материалы обычно содержат различные добавки, такие как антиоксиданты, стабилизаторы, пластификаторы, лубриканты, красители и модификаторы, которые вносят повторные загрязнения в очищенную

The article describes the influence of constructive materials and accessory equipment on the quality of purified water being stored.

Vyacheslav YALOVEGA, Moscow office of Millipore company. The purified water storage conditions.

воду [6,7]. В компании Millipore были проведены исследования по изучению экстрагирующей способности наиболее широко применяемых пластиков. Для экспериментов были выбраны три типа полиэтилена высокой плотности, полимер Halar и композиционный материал из полиамида, армированный стеклянными волокнами.

Форма образцов и температура инкубации их в сверхчистой воде были подобраны таким образом, чтобы ускорить насыщение воды примесями и увеличить их концентрацию до значений, удобных для измерения. Все материалы были подготовлены в виде таблеток весом по 5 г. Образцы промывались в течение 10 мин. в сверхчистой воде с удельным сопротивлением 18,2 Мом.см и с общим содержанием органического углерода менее 10 мкг/л (из системы Milli-Q) в сосуде из перфторированного алкокси сополимера. Затем образцы замачивались в 50 мл сверхчистой воды при температуре 37°С в течение 24 час. После этого вода фильтровалась через 0,45 мкм мембранный фильтр. Содержание ионов измерялось на ионном хроматографе Yokogawa IC-7000, а общее содержание органического углерода определялось на ТОС анализаторе Shimadzu 5000. Все эксперименты были выполнены в течение трех дней.

В таблице 1 приведены измеренные значения ионов в отфильтрованной воде для полимера Halar и полиамидного композита, армированного стеклянными волокнами. Предел обнаружения анионов соста-

1 Продолжение статьи читайте в одном из следующих номеров «Ремедиума».

2 Daniel Darbouret, Research & Development, Laboratory Water Division, Millipore S.A.; Saint-Quentin-en-Yvelines, France; Inchiro Kano, Research & Development, Laboratory Water Division, Nihon Millipore Ltd.; Tokyo, Japan; Byron Stewart, Laboratory Water Division, Millipore Corporation, Bedford, MA, USA.

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

63

ТАБЛИЦА 1 Выделение ионов из полимера Halar и полиамидного 1

композиционного материала, армированного стеклянными волокнами

Материал Полиамид и стекловолокно Halar

Ион\день День 1 (мкг/л) День 2 (мкг/л) День 3 (мкг/л) День 1 (мкг/л) День 2 (мкг/л) День 3 (мкг/л)

Фторид 36,4 20,5 14,8 73,3 30,8 26,5

Хлорид 274,3 46,2 22,2 4,1 0,6 0,5

Нитрит 15,7 2,3 0,3 0,4 0,4 нет

Фосфат нет нет нет нет нет нет

Бромид 1,8 1,8 1,8 нет нет нет

Нитрат 645,4 258 138 4,8 0,3 нет

Сульфат 432,4 168 94,8 2,9 0,5 нет

Кальций 645,9 309 198 119 <1 <1

Магний 51,9 26,4 20,6 2,8 <1 <1

Калий 2630 3795 2018 0,8 <1 <1

Натрий 71 173 101 3,9 1 <1

Алюминий 24,2 3,2 3 <1 нет нет

Хром нет нет нет нет нет нет

Железо нет нет нет нет нет нет

Медь 81,9 113 95,4 нет нет нет

Цинк 0,8 нет нет 0,5 нет нет

Свинец нет нет нет нет нет нет

Никель нет нет нет нет нет нет

РШШіШМ ноябрь 2005

вил 0,1 ppb (мкг/л), кроме аниона PO43, для которого этот параметр равнялся 1 ppb. А предел обнаружения катионов лежал в интервале не менее 0,1 и не более 1 ppb. Для аниона Mg2+ предел равнялся 0,1 ppb. Из таблицы видно, что измеренные значения оставались ниже соответствующих пределов обнаружения ионов. Полное отсутствие ионов (пики выделены не были) отмечено как «нет». Несмотря на то, что в материале Halar была обнаружена высокая концентрация фторидов, полимер являлся достаточно чистым материалом, и его можно было использовать для изготовления мелких деталей резервуаров.

Аналогичные результаты приведены для материалов, обычно использующихся для изготовления корпусов резервуаров (табл. 2). И здесь значения оставались ниже пределов обнаружения. Однако после третьего дня замачивания полипропиленовых образцов концентрации ионов Cl-, NO3-, SO32— и Mg2+ превысили соответствующие значения полиэтиленовых образцов всех трех ти-

таблица г| Выделение ионов из полиэтилена высокой плотности трех типов и полипропилена

Материал HDPE1 HDPE2 HDPE3 Полипропилен

Ион\день День 1 (мкг/л) День 2 (мкг/л) День 3 (мкг/л) День 1 (мкг/л) День 2 (мкг/л) День 3 (мкг/л) День 1 (мкг/л) День 2 (мкг/л) День 3 (мкг/л) День 1 (мкг/л) День 2 (мкг/л) День 3 (мкг/л)

Фторид нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет

Хлорид 11,7 0,9 0,5 0,7 1,4 0,4 1,6 0,7 0,3 6,0 3,8 2,2

Нитрит 2,2 0,5 <0,1 нет нет нет 0,4 нет нет 0,3 нет нет

Фосфат нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет

Бромид нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет нет

Нитрат 1,4 0,3 <0,1 нет 0,4 <0,1 0,5 0,3 <0,1 1,3 1 0,7

Сульфат 6,2 0,4 0,1 0,7 0,3 <0,1 1,7 0,4 0,2 1,1 1,1 1

Кальций 9 2 1 7,8 2,1 1 12 3,3 1 5,0 1 1

Магний 1,7 0,3 <0,1 0,2 0,1 <0,1 0,3 0,1 <0,1 0,4 0,3 0,3

Калий 2 <1 <1 1,8 <1 <1 1,1 <1 <1 3 <1 <1

Натрий 8 <1 <1 2 <1 <1 1,5 <1 <1 4 <1 <1

Алюминий <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

Хром <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

Железо <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

Медь <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

Цинк <1 <1 <1 <1 <1 <1 1 <1 <1 1 <1 <1

Свинец <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

Никель <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1 <1

64

УСЛОВИЯ ХРАНЕНИЯ ОЧИЩЕННОЙ ВОДЫ

РИСУНОК 1

Выделение органических примесей в сверхчистой воде полимерными материалами при температуре 37°С

1000 ^ 800 I 600

-О

Л 400

О

^ 200

I

□ - День 1

□ — День 2

□ — День 3

! i h і ик

-к I L I и

ТОС — общее содержание органического углерода (ppb или мкг/л),

1 — композиционный материал: матрица из полиамида, наполнитель из стекловолокна; 2 — полимерный материал Halar; 3 — смола К; 4 — полиэтилен высокой плотности, первый образец (производитель компания 1); 5 — полиэтилен высокой плотности, второй образец (производитель компания 2); 6 — полиэтилен высокой плотности, третий образец (производитель компания 3); 7 - полипропилен.

РИСУНОК 2

Выделение ионных и органических примесей полимерными трубками

>1000

100

10

□ — Фтор

□ — Хлор

□ — ТОС

FEP

PFA1 PFA2 PFA3

PFA4

PE

PTFE

РА

PU

FEP — перфторированный этилен-полипропиленовый сополимер; PFAl/2/3/4 — перфторирован-ный алкокси сополимер, образцы 1, 2, 3 и 4 от четырёх компаний; РЕ — полиэтилен; PTFE — политетрафторэтилен; РА — полиамид; Ри — полиуритан

0

0

2005 ноябрь РЕМШииМ

пов. Выделение ионов из полиэтилена высокой плотности №2 было ниже, чем в полиэтиленовых образцах других типов.

Органические примеси оценивались по общему содержанию органического углерода (ТОС) в размерности ppb (мкг/л). Наибольший уровень органических загрязнений показали полиамид и Halar, а наименьший — полиэтилен (рис.1). Полиэтиленовые образцы №2 и №3 экстрагировали наименьшее количество примесей и быстрее отмывались на этапе промывки.

Аналогичные испытания были проведены со всеми деталями системы очистки воды, контактирующими с водой. На рисунке 2 представлены результаты испытаний пластиковых трубок разных типов после замачивания их в сверхчистой воде при температуре 37°С в течение 7 дней. Из рисунка видно, что наименьшее количество примесей выделяли полиэтиленовые трубки.

Корпусы резервуаров, выпускаемые на заводах компании Millipore, отливаются из полиэтилена высокой плотности. Почти все детали систем очистки воды, контактирующие с водой, выполнены из полиэтилена, за некоторыми исключениями, где применение этих материалов невозможно из-за их невысокой механической прочности.

КОНСТРУКЦИЯ РЕЗЕРВУАРА

Главными параметрами, по которым можно оценить качество резервуара, являются его геометрия и структура поверхности. С течением времени на внутренней поверхности резервуара образуется биопленка, ускоряющая процесс размножения бактерий в запасенной воде [8]. Очевидно, чем выше класс чистоты поверхности, тем меньше скорость образования биопленки. Как показали исследования резервуаров из полиэтилена и полипропилена, выполненные на сканирующем электронном микроскопе, поверхность из полипропилена более грубая и покрыта большим числом трещин, чем поверхность из полиэтилена.

Экспериментальные данные, полученные при помощи интерферометра Zygo NewView 100 для полиэтиленовых резервуаров, изготовленных по технологиям ротационной и воздушной формовок, показали, что для резервуара, изготовленного по технологии ротационной формовки, вариация неоднородностей составила 24 мкм, а для технологии воздушной формовки — 14 мкм. Резервуары, изготовленные методом ротационной формовки, имели более грубые поверхности. В то время

как технология воздушной формовки позволяла получать изделия с гладкими поверхностями, однородные по структуре, легкие и тонкостенные. Таким образом, полученные результаты показали преимущество полиэтиленовых резервуаров, отлитых методом воздушной формовки.

<$>

Список использованной литературы Вы можете запросить в редакции.