Инновационная водоподготовка для фармацевтических, пищевых и косметических производств

Н. С. Нужненко, генеральный директор ООО «КоролёвФармТех»

Вода – самое распространённое соединение на планете. Вода – суть жизни. Существование всех форм жизни на планете связано с потреблением воды.

– «Ценность воды мы познаем, когда пересыхают колодцы», – говорил Бенджамин Франклин, политический деятель, дипломат, блестящий учёный и изобретатель, известный журналист, издатель, один из лидеров революционной войны (1775 – 1783) за независимость колониальных штатов. Франклин стал иностранным членом Российской академии наук – первым среди американцев. Слова, произнесённые более 250 лет назад, когда никто в развитых странах не задумывался о недостатке пресной воды в реках и озёрах, становятся очень актуальными сегодня. Пресной воды не хватает в промышленности, особенно в крупных промышленных центрах.

И хотя мы живем на голубой планете, две трети которой покрыты водой, сейчас человечество столкнулось не просто с проблемой получения воды, а с проблемой получения воды, безопасной для здоровья. Проблема стоит не в общем количестве имеющихся водных ресурсов – воды во всём мире почти столько же, сколько было и 250 и 1 000 000 лет назад. Проблема в том, что более 97% мировых запасов – это солёная вода, вода морей и океанов, а также вода, содержащаяся в атмосфере. А оставшиеся 3% пресной воды, это: 2% – вода, которая находится в виде льда, 1% – интенсивно эксплуатируемая человеком вода, растворяющая загрязнения, которые он производит. Чистой воды, пригодной для использования, как в быту, так и в промышленности, становится всё меньше. Это стало международной проблемой. Тенденция к дефициту питьевой воды не просто сохраняется, она катастрофически усиливается с каждым годом. Многие аналитики полагают, что к 2025 году около двух миллиардов человек будут жить в регионах, испытывающих острую нехватку воды.

Основная причина – антропогенное вмешательство в планетарном масштабе в природу и в различные экосистемы. Во всех регионах планеты наблюдается увеличение водопотребления в долинах рек и озёр, которое сопровождается не только безвозвратным изъятием воды и нарушением гидрологического баланса, но и внесением в окружающую среду огромного количества разного рода химических веществ.

Вода является важнейшим и наиболее широко используемым соединением почти во всех технологических процессах, связанных с жизнедеятельностью человека, в том числе в энергетике, химической промышленности, в агропромышленной индустрии. Косвенное потребление воды, необходимое для производственного цикла, превышает в разы, в десятки, а часто и сотни раз вес готового продукта. Во многих лекарственных формах и косметических средствах вода составляет от 80 до 97% рецептуры. Учитывая темпы развития рынка, потребление воды растёт не по дням, а по часам, и вода становится всё более дорогим компонентом рецептур.

Чтобы соответствовать стандартам и требованиям, которые предъявляются к выпуску лекарственных средств, косметической и пищевой продукции, многие производители стремятся организовать свое производство очищенной воды из имеющихся источников: скважина или существующий водопровод. Это комплексы систем подготовки воды, имеющих следующие опции:

  • автоматизированные фильтры механической очистки;
  • фильтры умягчения воды;
  • фильтры дехлорирования воды;
  • фильтры для удаления марганца;
  • фильтры для удаления железа;
  • установки обратного осмоса (одно- и двухступенчатые);
  • установки электродеионизации воды.

Как правило, все системы имеют определённый, достаточно ограниченный ресурс. Необходимо производить постоянную процедуру регенерации фильтров, а это противоток солевого раствора, равный объёму воды, который вы пропустили через фильтры и направили в технологическую цепь. Уточняем! Если система произвела 30 тонн воды в сутки для технологических и производственных нужд, то необходимо 30 тонн воды для солевого раствора, которым будут промыты фильтры, а затем этот раствор будет сброшен в канализацию. Технология далеко не сберегающая водные ресурсы. Необходимо также производить регулярно перезаправку угольных фильтров и колонн с ионообменными смолами и т.п.

Все эти мероприятия требуют временного, финансового и человеческого ресурсов, которые в совокупности занимают немалый объём в расчёте себестоимости продукции. А ведь мы помним, что эти мероприятия направлены только на один компонент рецептуры – воду. Нужно не забывать и о том, что компании применяют для приготовления эмульсионных форм в большинстве случаев реакторы с водяными рубашками, в которых крайне желательно использование воды очищенной. Для промывки оборудования также используется вода очищенная. И для парогенерации, если в технологическом цикле предусмотрен острый пар, лучше использовать воду подготовленную.

Естественно и то, что вся система водоподготовки при использовании воды с высокой степенью минерализации очень быстро исчерпывает свой ресурс. Это означает, что при значительном водоразборе, необходимо увеличивать мощности оборудования, а это опять деньги. И понятно всем, что если использовать слабоминерализованную воду, то есть в которой минимальное количество примеси, то мощность оборудования водоподготовки снижается в разы, и регенерацию фильтров потребуется производить значительно реже. Это тоже деньги, но уже сэкономленные и оставшиеся в компании.

И как всегда, возникает вопрос: «Что же делать?» Ответ подкупает своей простотой и очевидностью – использовать чистую воду, то есть с минимальным содержанием примесей. Итак, ответ есть, но он не решает проблему, так как за ним возникает вопрос следующий: «Где взять эту чистую воду?». Ведь водоподготовка и предназначена для получения чистой воды. Соединять вход и выход бессмысленное занятие. Perpetuum Mobile таким способом не изготовить, даже если очень хочется.

Так откуда взять чистую воду? Из…. воздуха! Да, да, из атмосферного воздуха. Пятый океан имеет огромные запасы воды. Он окружает нас всюду, а значит, и получить воду можно всюду, имея даже небольшой по мощности источник электроэнергии.

Для этих целей создана мобильная многомодульная установка для получения воды из атмосферного воздуха.

Вот некоторые технические характеристики одного модуля:

  • Стандартные габаритные размеры 220х120х120 см.
  • Потребляемая мощность – 2,5 КВт/час от постоянного источника. Работа установки возможна и от аккумулятора напряжением 8 – 12 В.
  • Производительность – 60 – 70 л/час.
  • Вес установки – 25 – 35 кг, в зависимости от применения материалов по согласованному техническому заданию.

Производительность установки наращивается за счёт увеличения количества модулей, установленных последовательно или параллельно.

Учитывая тариф на электроэнергию, дифференцированный по зонам суток, можно сказать, что стоимость 1 КВт электроэнергии составляет 4 – 5 руб. Соответственно, себестоимость 1 литра очищенной! воды составляет 0,16 – 0,20 руб.

Установка проходила производственные испытания на контрактном производстве ООО «КоролёвФарм». Поскольку для использования в производстве биологически активных добавок к пище и косметической продукции очень важны физико-химические показатели, постоянно проводился мониторинг используемой воды. Результаты измерения одного из показателей (электрической проводимости) приведены в сравнительной таблице:

Таблица 1.

Вода очищенная, деминерализованная. Источник: мобильная многомодульная установка по производству воды

Вода питьевая. Источник: городской водопровод

Вода, полученная из скважины. Глубина залегания водоносного слоя 150 м.

30 – 33 мкСм (µS)

300 мкСм (µS)

600 – 700 мкСм (µS)

См – Сименс – единица измерения электрической проводимости в Международной системе единиц (СИ).

Электрическая проводимость воды свидетельствует о растворенных в ней минералах, и чем больше проводимость, тем больше примесей содержится в воде. Электропроводимость воды дистиллированной, как правило, составляет менее 5 мкСм/см. В случае необходимости применения высоко очищенной воды используют деионизированную воду, удельная электропроводность которой может быть менее 0,05 мкСм/см. Дальнейшее всё очевидно, см таблицу №1.

Подача в водоподготовку очищенной воды низкой степени «минерализации» в десятки раз увеличивает ресурс всех систем водоподготовки.

Необходимо сказать, что вода, полученная на мобильной многомодульной установке, исключает установку каскада фильтров: грубых и тонких фильтров для механической очистки, фильтров дехлорирования и умягчения воды, удаления марганца и обезжелезивания.

Технологические решения по установке комплекса систем водоподготовки каждое предприятие определяет в зависимости от стоящих перед ним производственных задач: производство косметики, жидких форм БАД или фармацевтических субстанций, и исходя из проведённых испытаний имеющегося источника воды.

Мобильная многомодульная установка по производству воды из атмосферного воздуха обладает множеством производственных, экономических синергетических эффектов.

Так, при подключении производства к водопроводной сети необходимо провести процедуру приобретения, согласования и установки счётчика воды. С постоянной периодичностью возникающие ремонтные работы в водопроводной сети ведут к гидроударам, резко повышающим количество взвешенных частиц в потребляемом потоке воды, а это, в свою очередь, очень скоро приводит к выходу из рабочего состояния фильтров и необходимости проведения процедуры их регенерации

При подключении производства к автономному источнику, то есть при обеспечении предприятия водой из скважины, необходимо получить лицензию на скважину, разрешение бурения и разрешение на эксплуатацию скважины, а уж потом провести бурение, установку оборудования и прокладку водопровода.

И в том, и в другом случае использование таких источников воды, как уже отмечалось, это использование высокоминерализованной воды, особенно воды из скважины, что в дальнейшем ведёт к применению комплексов систем водоподготовки, дорогих в приобретении и эксплуатации.

Естественно, что установка для получения воды из атмосферного воздуха избавляет производителя от общения со всякого рода разрешительными и контролирующими эти процессы органами, а это время и, как известно, – деньги. Модульная установка позволяет также исключить применение дорогих мощных комплексов систем водоподготовки и увеличить ресурс имеющихся комплексов.

Далее, место расположения установки – любое. Но мы говорим о синергизме, значит, установка должна давать дополнительный экономический и производственный эффект.

Все предприятия, в том или ином виде, имеют воздухоподготовку. В чистых помещениях класса D (это самый низкий класс чистоты) относительная влажность должна поддерживаться на уровне 20–35%. Среднегодовой уровень влажности воздуха средней полосы России составляет 76%. При условии эксплуатации чистых помещений площадью 1000м² и при высоте потолков 3м необходимо обеспечить подачу 35 000 – 45000м³ воздуха в час при 10–15 кратном обмене. Воздух необходимо предварительно осушить до требуемой для данного класса чистоты влажности.

Установив мобильную модульную установку по производству воды из атмосферного воздуха на входе в систему воздухоподготовки, мы осушаем воздух, подаваемый в производственные помещения, и одновременно получаем очищенную воду и, таким образом, существенно снижаем стоимость осушительного модуля для воздухоподготовки.

Интересно, что на контрактном производстве ООО «КоролёвФарм» установка применялась даже в производстве мягких желатиновых капсул. При сушке капсул в сушильных камерах необходимо постоянно выдерживать следующие показатели: влажность воздуха – 24%, температура воздуха постоянного ламинарного потока – 20 °С, что технически довольно сложно осуществимо из-за необходимости установки осушителей воздуха. В соответствии с технологией применяется силикогельная система осушения воздуха, что требует постоянных мероприятий для обслуживания системы и регенерации компонента и перезасыпки барабанов. После подключения установки для получения воды из атмосферного воздуха мероприятия по обслуживанию системы осушения воздуха проводились в значительно сокращённом графике.

В эпоху бурного развития научно-технического прогресса, которое сопровождается активным антропогенным воздействием на природу, рациональное и бережное использование всех природных ресурсов и охрана окружающей среды являются самыми важными проблемами современного технократического общества. Применение экологических принципов рационального использования природных ресурсов является одним из самых важных аспектов деятельности бизнеса в целом и каждого ответственного и добросовестного производителя в отдельности.

На фото – экологическая катастрофа Аральского моря, совсем рядом от нас, 2400 км. До 1960 года Аральское море – это четвертый по площади из внутриконтинентальных замкнутых водоемов планеты Земля.

Хищническая экстенсивная эксплуатация сельхозресурсов и бесконтрольный расход водных ресурсов повлекли за собой все более возрастающее и безвозвратное изъятие вод из водных артерий, питающих Аральское море. Антропогенный фактор изменил стоки рек и очертания самого моря. Особенно заметно это проявляется в сегодня. Даже несмотря на то, что сейчас происходит интенсивное повсеместное таяние ледников, уровень зеркала Аральского моря катастрофически уменьшается. Мощный природный фактор не оправдал возлагаемых надежд. Высыхание Аральского моря повлекло за собой целый ряд негативных последствий. Нарушилась экосистема, что привело к формированию огромных солончаковых пустынь, ставших генераторами различных солей и пылевой взвеси в атмосферу. Пастбища постоянно подвергаются процессу антропогенного опустынивания, что приводит к их всё возрастающей деградации и уничтожению ценного кормового растительного покрова, в результате чего очень быстро происходит процесс формирования перевиваемых песков. И это всего лишь 2400 км от Москвы. Представьте только на минуту реки Клязьму, Яузу, Москву без воды.

Отмечаются весьма заметные изменения климатических условий Приаралья и прилегающих регионов. Ранее Аральское море выступало в роли природного кондиционера, осенью и зимой смягчавшего холодные ветры, которые приходили из Сибири, а летом уменьшавшего силу жары. Сейчас климат стал более суровым: лето в Аральском регионе стало более засушливым и коротким, зима – более длинной и холодной. Вегетативный период сократился до 170 дней. Наполовину уменьшилась продуктивность пастбищ, а в результате массовой гибели пойменной растительности в 10 раз снизилась продуктивность самой поймы.

Сегодня Аральское море и прилегающие к нему территории стали всемирно известным символом антропогенной экологической катастрофы.

Может показаться странным, что в статье об оборудовании по получению воды мы затронули тему экологической катастрофы Арала. Но это только на первый взгляд. Среднее предприятие по производству БАД и косметики в сутки безвозвратно потребляет около 60 тонн воды, в год более 16.000 тонн (при этом предполагается, что 25% времени предприятие не потребляет воду). Много это или мало? Если одно предприятие, то, наверное, не очень много, всего лишь бассейн длинною 100 м, шириной 16 м и глубиной 10 метров. Но подобных предприятий десятки, а может и сотни тысяч! И это уже далеко не бассейн. Поэтому можно сказать, что от нас с вами зависит, оставим ли мы нашим внукам выжженную пустыню или цветущую планету, рачительно используя водные ресурсы. Выход есть всегда и он рядом – бережное отношение к использованию водных ресурсов и, пусть даже частичное, удовлетворение нужд предприятий при помощи инновационных мобильных многомодульных установок по получению воды из атмосферного воздуха.

Учитывая, что существуют нулевые и пиковые нагрузки на водоразбор, возможны технологические решения, связанные с оснащением мобильной многомодульной установки для получения воды из атмосферного воздуха емкостным накопительным оборудованием из нержавеющей стали соответствующих марок, разрешённых к применению в фармацевтическом, косметическом и пищевом производстве.

В настоящее время ненадёжная и устаревшая инфраструктура водоснабжения остаётся основной причиной огромных расходов и безвозвратных потерь для всех городов и регионов. Исследования, проведённые многими научными институтами, говорят о том, что в следующие десять лет глобальный рынок технологий по обработке и сбережению воды увеличится как минимум в четыре раза. Какова будет роль обсуждаемой технологии в решении общемировой проблемы нехватки пресной воды и какие появятся новые технологии, которые помогут улучшить имеющиеся инфраструктуры и воспроизводство водных ресурсов – покажет будущее. Но, как известно, будущее имеет одно свойство – неотвратимо наступать. Когда оно наступит, лучше быть к нему готовым.

Литература

Фомин Г. С. ВОДА. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. Энциклопедический справочник. – 4-е изд. перераб и доп. – М., Издательство «Протектор», 2010 – 1008 с., ил.

Источник: #Сп.2 (158) Тематический спецвыпуск 2014

Добавить комментарий