制藥車間的空氣凈化技術(shù)解析

1、制藥車間的空氣凈化技術(shù)解析時(shí)間:2010-11-12 04:02來源：過濾棉網(wǎng) 作者：陳曉啟 點(diǎn)擊：國77次我國的空氣凈化技術(shù)研究始丁20世紀(jì)50年代，伴隨著電子、航空、精密機(jī)械、 制藥、食品等行業(yè)的發(fā)展及對空氣潔凈程度要求的不斷提高，空氣凈化技術(shù)獲得快速發(fā)展。目前常用的空氣凈化技術(shù)有纖維過濾技術(shù)、吸附法、非平衡等離子體技術(shù)、靜電除塵技術(shù)、生物過濾法我國的空氣凈化技術(shù)研究始丁20世紀(jì)50年代，伴隨著電子、航空、精密機(jī)械、 制藥、食品等行業(yè)的發(fā)展及對空氣潔凈程度要求的不斷提高，空氣凈化技術(shù)獲得快速發(fā)展。目前常用的空氣凈化技術(shù)有纖維過濾技術(shù)、吸附法、非平衡等離子體技術(shù)、靜電除塵技術(shù)、生物過濾法、負(fù)

2、離子法、膜分離技術(shù)等，在具體應(yīng)用上， 可以是采用某一種方法，或幾種方法耦聯(lián)來去除空氣中的固體微粒、微生物和有 害氣體，達(dá)到凈化空氣的目的13。近些年我國的制藥工業(yè)發(fā)展迅速， 在制藥企業(yè)的GM政造和認(rèn)證中，空氣凈 化系統(tǒng)占有重要位置，其硬件建設(shè)和改造是企業(yè)資金投入的重點(diǎn)方向之一。GMP對藥品生產(chǎn)潔凈室（區(qū)）的空氣凈化系統(tǒng)設(shè)置、空氣潔凈度等級、壓差、溫濕度 等都有明確規(guī)定。因此，藥品生產(chǎn)過程中須采取一定的空氣凈化措施，以達(dá)到一定的潔凈度?？諝庵泻瑝m濃度是指單位體積空氣中所含浮游塵粒的數(shù)量。潔凈度是指空氣中含塵量的多少。含塵濃度越高，則潔凈度越低。另外，微生物數(shù)量也 是醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房污染控制的主要

3、對象。在中國GM稱準(zhǔn)新修訂稿（2009年）中，充分借鑒歐盟GM稱準(zhǔn)，特別是對無菌藥品生產(chǎn)區(qū)空氣潔凈等級提出了更高 要求。無菌潔凈室（區(qū)）是指醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房中用丁無菌作業(yè)的潔凈室（區(qū)），如無菌凍干粉注射劑、無菌分裝注射劑、無菌原料藥等生產(chǎn)的關(guān)鍵操作區(qū)， 無菌 藥品的取樣、稱量和質(zhì)量檢驗(yàn)室的無菌檢查、微生物限度檢測等區(qū)域。目前在醫(yī)藥生產(chǎn)領(lǐng)域空氣凈化工程中廣泛采用的是纖維過濾技術(shù)，當(dāng)空氣中的塵埃粒子隨氣流作慣性運(yùn)動，或作無規(guī)則布朗運(yùn)動，或受某種場力的作用移動 而撞到其他物體時(shí)，物體表面問存在的范德華力使它們粘在一起。微小粉塵問相 互碰撞也會凝并成容易沉降的大顆粒， 所以空氣中粉塵的顆粒度相對穩(wěn)定。

4、 進(jìn)入 過濾介質(zhì)的粉塵有更多機(jī)會撞擊介質(zhì)，一旦撞上介質(zhì)就會被粘住。因此采用一定 等級的過濾材料就能控制粉塵粒度。1空氣凈化技術(shù)的理論研究空氣過濾理論的研究始丁20世紀(jì),1936年Kaufmann首先把布朗運(yùn)動和慣 性沉淀的概念一同應(yīng)用到纖維過濾理論中，推導(dǎo)出過濾作用的數(shù)學(xué)公式。隨后Langmuir和Davies等對過濾理論進(jìn)行發(fā)展，最終形成主要以“單一纖維模型” 為基礎(chǔ)的經(jīng)典理論，認(rèn)為過濾效率由慣性效應(yīng)、截留效應(yīng)和擴(kuò)散效應(yīng)3種機(jī)制決 定，整個(gè)顆粒的捕集是多種效應(yīng)的結(jié)合1?，F(xiàn)代過濾理論證明了慣性沉淀的正確性和最大穿透力粒子的存在，認(rèn)為過濾效率是截留效率、布朗擴(kuò)散效應(yīng)、重大效應(yīng)、沉淀效應(yīng)與壓力效應(yīng)

5、的集合4。1992年P(guān)ayet等考慮了氣體在單一纖維上的滑動，對經(jīng)典理論引入修正系數(shù)， 使理論與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更好地吻合。1995年Rosnert提出了分散在單一纖維體表面 的顆粒以不規(guī)則的分布和常形成樹枝狀結(jié)構(gòu)為特征，建立了最新改善的理論和顆 粒在單一纖維體上的空間分布。2001年，Thoma爵5對過濾器在產(chǎn)牛阻塞的情 況下進(jìn)行了空氣過濾的理論與實(shí)驗(yàn)研究，提出了過濾器在濾餅存在的情況下， 過濾效率及壓力損失的計(jì)算模型。捕集效率和壓力損失是評價(jià)過濾效果的兩個(gè)最重要指標(biāo)。 研究過程中，必須把壓力損失和過濾效率都表示為微粒特性、 的參數(shù)的函數(shù)，研究壓力損失和過濾效率與其他參數(shù)的關(guān)系， 濾效率及降低過濾器

6、壓力損失是過濾理論及實(shí)驗(yàn)研究的核心任務(wù)2纖維過濾材料在控制空氣中粉塵粒度的同時(shí)也需注意空氣的流量問題， 擇依據(jù)是既能有效地?cái)r截塵埃粒子， 料是各種非織造布（無紡布）,其雜人* 維問寬闊的空間允許氣流順利通過。為了達(dá)到良好的過濾效率，過濾介質(zhì)中的纖 維數(shù)量要盡可能多；而為了減小氣流阻力，纖維要盡可能細(xì)。此外，作為過濾材 料的纖維介質(zhì)應(yīng)安全、不易老化、成本低。目前廣泛使用的材料有玻璃纖維、 聚 丙烯纖維、聚酯纖維、植物纖維等。實(shí)驗(yàn)研究也表明6,纖維材料的過濾性能 與其生產(chǎn)工藝密切相關(guān)，荷電纖維濾料具有阻力低、過濾效率較高的特點(diǎn)。不帶 有荷電的纖維濾料過濾效率比較低， 熔噴濾料過濾效率比較高，但濾料

7、阻力也比 較大,尤其是過濾風(fēng)速變大時(shí)阻力增加明顯。一般潔凈室空調(diào)系統(tǒng)需設(shè)置3道纖維過濾器，即粗效、中效和 高效過濾器。粗效過濾器多采用玻璃纖維，PP、PET金屆絲網(wǎng)等材料，能濾去5 m以上的塵 埃；中效過濾器除金屆絲網(wǎng)外,其他材料與粗效類似，不過其纖維直徑更小，能 將1訴m以上的塵埃粒子除去；高效過濾器（HEPA主要用超細(xì)玻璃纖維和PP材料做成。3空氣凈化的基本流程制藥生產(chǎn)潔凈空間的空氣凈化流程如圖1所示。即由送風(fēng)口（裝高效過濾器） 把經(jīng)過凈化處理的來自送風(fēng)管路系統(tǒng)的潔凈空氣送入潔凈室，室內(nèi)產(chǎn)生的塵菌被潔凈空氣稀釋后強(qiáng)迫其由回風(fēng)口進(jìn)入回風(fēng)管系統(tǒng)，在空調(diào)機(jī)組的混合段與從室外引入的經(jīng)過初步過濾的新

8、風(fēng)混合， 再經(jīng)空調(diào)機(jī)組初、中效和送風(fēng)口高效3級過濾 后乂送入潔凈室。潔凈室空氣經(jīng)過如此反復(fù)循環(huán)，就可以在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)把污 染控制在一個(gè)穩(wěn)定的水平，保持一個(gè)適宜的潔凈度等級。在潔凈空間凈化設(shè)計(jì)及 實(shí)施過程中，還需考慮室內(nèi)氣流流向、換氣次數(shù)和氣流速度等因素的影響。3.1氣流組織潔凈室的氣流組織主要有3種形式：亂流式、層流式和局部層流式7。亂流式氣流組織是依靠氣流的混合作用，把室內(nèi)塵粒逐漸排出直至達(dá)到平衡。由丁是亂流，室內(nèi)產(chǎn)生的塵?？梢韵蛉我稽c(diǎn)擴(kuò)散， 其所能達(dá)到的潔凈度有一 個(gè)界限。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是保持正壓。優(yōu)點(diǎn)：簡單、方便、費(fèi)用低；缺點(diǎn)：室內(nèi)潔凈 度易受作業(yè)人員干擾，易產(chǎn)生渦流。層流式乂分垂直層流和

9、水平層流2種形式，層流潔凈室內(nèi)以平行氣流為主方向氣流， 幾乎沒有橫向之間混摻，平行氣流形成 一個(gè)“活塞”，迅速排除室內(nèi)產(chǎn)生的污染。優(yōu)點(diǎn)：不受室內(nèi)作業(yè)人員干擾，能保 持高潔凈度。換氣次數(shù)非常多，幾乎在運(yùn)行同時(shí)成穩(wěn)定狀態(tài)；缺點(diǎn)：費(fèi)用高、安 裝麻煩、擴(kuò)大規(guī)模困難。局部層流式是集亂流和層流的優(yōu)點(diǎn)而避免其不足，具體 做因此在過濾理論的分散介質(zhì)和過濾器努力提高過濾器過因此過濾材料的選乂不對氣流形成過大的阻力。常用的過濾材織的纖維形成對粉塵的無數(shù)道屏障， 纖法是在亂流潔凈室內(nèi)加局部層流或加 潔凈工作臺或加層流罩以滿足生產(chǎn)工藝 所需要的局部層流，而大面積亂流可以使結(jié)構(gòu)簡單、費(fèi)用減少。在藥品制劑生產(chǎn) 中使用較多

10、的就是這種氣流組織形式。此外，對丁固體制劑車間，由丁散塵較多，不宜采用常用的頂送頂回的氣流 組織形式，因?yàn)檫@樣做既容易引起氣流的短路， 乂容易使本已離開工作區(qū)的粉塵 乂重新回到工作區(qū)，即形成二次粉塵的飛揚(yáng)；現(xiàn)在工程中比較常用的做法是采用 雙層墻的形式頂送側(cè)下回，代替了原來利用內(nèi)走廊回風(fēng)的做法8。后者雖然系統(tǒng)簡單且投資少，但由丁內(nèi)走廊相對丁各房間為負(fù)壓，便容易使某些散塵房間粉 塵通過內(nèi)走廊產(chǎn)生交義污染。為防止交義污染，還需控制各級壓強(qiáng)差，阻止室外 或鄰室污染空氣的侵入，為此，各級潔凈區(qū)域壓差至少保證5 Pa的正壓，潔凈區(qū)與室外的壓差保證在10 Pa以上，使空氣的流向必須是從關(guān)鍵區(qū)或更活潔的區(qū) 域

11、到環(huán)繞區(qū)域或低級別的區(qū)域。3.2換氣次數(shù)潔凈度水平的高低，除由凈化空調(diào)系統(tǒng)3級過濾效果控制外，還由換氣次數(shù) 控制。在凈化系統(tǒng)處丁穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，潔凈室內(nèi)的潔凈度與發(fā)塵量成正比， 與進(jìn)風(fēng) 量成反比。當(dāng)空氣過濾器效率很高時(shí),進(jìn)風(fēng)量越大，微塵經(jīng)稀釋，室內(nèi)潔凈度也 越高。換氣次數(shù)是通過室內(nèi)的潔凈空氣量相當(dāng)丁房間體積的倍數(shù)（單位是次Ph）來表示的。換氣次數(shù)越大，潔凈度級別越高，相應(yīng)能耗也越高。 潔凈廠房設(shè)計(jì) 規(guī)范和GMP（ 1998）給出了動態(tài)下的最低換氣次數(shù)：1萬級20次、10萬級15次。3.3氣流速度氣流速度對潔凈度是一個(gè)重要的影響因素，因?yàn)槭覂?nèi)微粒污染為均勻分布， 凈化過程是潔凈空氣與微?；旌舷♂尯蠡?/p>

12、除的過程。低流速的有序狀態(tài)不利丁室內(nèi)微塵的活除，適當(dāng)?shù)姆祷焓潜匾?。我國GMIR1998）規(guī)定對丁100級潔凈室， 垂直層流為0.3m/s,水平層流為0.4m/s。4潔凈空間微生物的控制作為醫(yī)藥工 業(yè)潔凈廠房污染控制對象的微生物， 一般多為細(xì)菌。細(xì)菌形體大小不一，多數(shù)在110門 個(gè)別小丁1 m由丁細(xì)菌需要水分和營養(yǎng)，所以通常依附丁塵粒才 能生存，有實(shí)驗(yàn)證明空氣中浮游菌的含量及變化規(guī)律與35 m的塵粒變化規(guī)律具有相關(guān)性，即細(xì)菌的當(dāng)量直徑相當(dāng)丁35 m實(shí)驗(yàn)表明，多種濾材過濾器的 除菌效率，粗效為31.5 %81.6%,中效為50吩93.8%,業(yè)高效為94.7% 100%9。但在微生物的控制上常期存

13、在一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為只要提高過濾器效率就 能達(dá)到潔凈度等級要求，實(shí)際上潔凈室空氣中的細(xì)菌并不完全來自新風(fēng)，凈化空調(diào)系統(tǒng)可能積聚細(xì)菌，并有可能穿透過濾器進(jìn)入潔凈室。另外，生產(chǎn)所用的物料、 設(shè)備以及生產(chǎn)過程中操作人員都可能攜帶、產(chǎn)生大量微生物，這些微生物除一部分進(jìn)入潔凈室空間，由空氣凈化措施處理外，大部分沉積在設(shè)備、容器具及人體 表面，對丁這部分微生物，空氣凈化措施卻無能為力。因此，單靠3級過濾是解 決不了細(xì)菌污染問題，必須采取活場、活洗、消蠹、滅菌等專門技術(shù)。對丁可搬 出潔凈室的容器具則送入活洗室活洗、 消蠹、滅菌，大部分不能移動的設(shè)備、生 產(chǎn)線，必須在潔凈室內(nèi)進(jìn)行活洗和滅菌，并定期對空調(diào)風(fēng)管系統(tǒng)進(jìn)

14、行臭氧滅菌處 理。5空氣凈化系統(tǒng)的測試與驗(yàn)證為保證空氣凈化系統(tǒng)的安全有效實(shí)施， 確保潔凈空間的空氣質(zhì)量，需定期檢 測以下幾個(gè)重要指標(biāo)。5.1過濾器的完整性包括過濾器的過濾效率和泄漏測試2個(gè)環(huán)節(jié)，完整性測試是證明高效過濾器 滿足制藥潔凈室要求的物理性測試，適用于高效過濾器更換后的確認(rèn)和確定高效 過濾器滿足要求的周期性測試。測試前對潔凈室及其潔凈空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行徹底活 潔，在潔凈空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間不少于30 min后開始測試。采用塵埃粒子計(jì) 數(shù)器對高效過濾器整個(gè)斷面及連接處進(jìn)行掃描。測試用氣溶膠可以是單分散或多 分散液體或固體物質(zhì)，目前常采用多分散氣溶膠，通過測試上下游側(cè)粒子濃度值 來評估10。5.

15、2風(fēng)量測定、氣流流向和房間微壓差的測定(1)風(fēng)量測定：采用風(fēng)速X截面積法，送風(fēng)口的風(fēng)量由測定的截面積與流經(jīng)該截面上的氣流平均速度相乘求得。(2)室內(nèi)氣流流向的檢測：應(yīng)考慮好測點(diǎn)布置，對不同的氣流組織形式應(yīng)選擇相應(yīng)的測試點(diǎn)。測定方法：用發(fā)煙器或懸掛單絲線 的方法逐點(diǎn)觀察和記錄氣流流向，并在有測點(diǎn)布置的剖面圖上標(biāo)出流向。(3)房間微壓差：測定前將所有門關(guān)閉，空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行，使用傾斜式微壓差計(jì)、微壓表等儀器測量不同房間的靜壓差； 此外 還可以通過薄紙條、絲線、或煙霧隔著門縫測試不同房間的氣流流向， 以判定正 負(fù)壓。5.3房問潔凈度的測試5.3.1懸:浮粒子的測定懸浮粒子的測定必須在潔凈區(qū)風(fēng)量測定、

16、高效過濾器完整性測試、房間壓差 測試合格后方可進(jìn)行。懸浮粒子的測定必須在潔凈區(qū)空氣凈化系統(tǒng)正常運(yùn)行30min后進(jìn)行，選擇合適的測點(diǎn)，將采樣器置于測點(diǎn)，操作者離開測試區(qū)，用粒子 記數(shù)器至少檢測3次該點(diǎn)粒子濃度，潔凈區(qū)各點(diǎn)粒子濃度的平均值為該潔凈空間 的懸浮粒子的測試結(jié)果，每個(gè)采樣點(diǎn)的平均粒子濃度必須低于或等于規(guī)定的級別 界限，全部采樣點(diǎn)的粒子濃度平均值的置信上限必須低于或等于規(guī)定的級別界 限。置信上限11UCL=M+tX SE式中UC-平均值均值的95唯信上限，個(gè)/m3;M-平均值的均值，個(gè)/m3;SE-平均值均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差，個(gè)/m3;t-95咐信上限的t分布系數(shù)，如表1所示。5.3.2微生物的

17、測定微生物的檢測是潔凈空間潔凈度測試的主要指標(biāo)，包括沉降菌、浮游菌和物 體表面微生物的測試3部分。(1)沉降菌測試：采用沉降法，即通過自然沉降原理收集空氣中的生物粒 子于培養(yǎng)基也中，經(jīng)若十時(shí)間，在適宜的條件下讓其繁殖到可見的菌落進(jìn)行計(jì)數(shù)， 以平板培養(yǎng)血中的菌落數(shù)來判定潔凈環(huán)境內(nèi)的活微生物數(shù)，并以此來評定潔凈室(區(qū))的潔凈度；(2)浮游菌：浮游菌濃度是指單位體積空氣中含浮游菌菌落 數(shù)的多少，以計(jì)數(shù)濃度表示，單位是個(gè)/m3或個(gè)/L,檢測儀器為浮游菌采樣器， 一股米用撞擊法機(jī)理的米樣器(狹縫式米樣器或離心式米樣器);(3)物體表面微生物的測試：一般用棉簽間接取樣后培養(yǎng)和直接接觸法2種測試方法，其中

18、接觸法使用Rodac培養(yǎng)也，測試方法是將培養(yǎng)也直接接觸需要采樣的物體表面，培養(yǎng)長出菌落后，計(jì)數(shù)。6其他新型空氣凈化技術(shù)6.1 CosaTron技術(shù)12CosaTro (nControlof SecondaryAirelectronically)技術(shù)， 是針對空間粒 子運(yùn)動的特性，在過濾器前設(shè)置一組激勵電場發(fā)生器，形成高壓一高頻復(fù)合交變電場，在風(fēng)機(jī)的導(dǎo)流作用下,空間的塵埃微粒經(jīng)過這組激勵電場，動量增大，并呈電中性，在空間內(nèi)碰撞、捕捉其他塵埃粒子，從而凝聚增大體積，而后隨氣流 循環(huán)，被低效率的過濾器所捕集。運(yùn)用CosaTron技術(shù)能有效改變循環(huán)空間中小 顆粒數(shù)量，提高過濾器對塵埃、臭氣及刺激物的捕

19、集效率，從而不斷提高環(huán)境的 潔凈度，與普通電除塵器相比，具有節(jié)能、高效的特點(diǎn)。6.2膜分離技術(shù)膜過濾技術(shù)與傳統(tǒng)過濾方法主要的區(qū)別為：后者所依據(jù)的是深層過濾的機(jī) 理，前者則是以表面過濾為機(jī)理，其過濾過程只在膜表面發(fā)生。以超濾膜作為過 濾介質(zhì)的空氣過濾實(shí)驗(yàn)顯示13,由丁集聚在膜表面的粉塵顆粒很容易被活除， 且在每次反吹后，壓降均能恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而大大延長了膜過濾器的使用壽 命。同時(shí)由丁粉塵完全被截留在膜表面，而超濾膜面較光滑，粉塵容易脫落，過濾阻力有保持定值的趨勢。因此，在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的情況下，選擇孔隙率大的膜作為 過濾介質(zhì)會使過濾阻力降低，從而節(jié)約能源。在保證達(dá)到過濾所要求的效率的同 時(shí)選擇大孔

20、徑的膜材料，更利丁過濾過程的進(jìn)行。此外，由丁超濾膜的孔徑為幾 白nmi在去除固體粉塵的同時(shí)，還能有效除去空氣中的大部分細(xì)菌等微生物14。7結(jié)語制藥潔凈空間采用一定空氣凈化技術(shù)的目的是控制或去除污染物質(zhì)(微粒和微生物)對藥品的污染，即通過除菌過濾提供潔凈無菌空氣，采取合理的氣流組織形式，控制壓差，設(shè)置區(qū)域控制等綜合手段來保障潔凈空間達(dá)到所需的潔凈等 級要求。自空氣凈化技術(shù)引入醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房后，由丁認(rèn)識不足，至今仍把提高空氣潔凈度等級作為確保藥品質(zhì)量的主要依托，使GM或施陷入誤區(qū)。空氣潔 凈技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，在選擇合適的凈化技術(shù)手段的同時(shí)，還需合理設(shè)計(jì)空氣凈化系統(tǒng)，堅(jiān)持日常維護(hù)、監(jiān)測與管理，強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)全過程控制，加強(qiáng)凈化系統(tǒng) 的驗(yàn)證工作等，以確保藥品質(zhì)量。正確對待醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房中的空氣凈化措施， 客觀評價(jià)空氣凈化技術(shù)的作用，將有助丁我國GMP勺深化實(shí)施。參考文獻(xiàn)1吳忠標(biāo)，趙偉榮.室內(nèi)空氣污染及凈化技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20052丁照兵等.室內(nèi)空氣凈化技