純化水制備工藝講座新

純化水制備工藝講座新天然水制藥工業(yè)中大量使用得工藝用水得源水,來自自然界。天然條件下得水在自然界得循環(huán)過程中,通過不斷與空氣、地表、地層接觸及對巖石與土壤得溶解等作用而被污染,含有各種雜質。各國藥典均要求,制藥用水應以符合飲用水標準得水為源水。天然水中得雜質及危害在自然界中,天然水中得雜質通常可以分為三類:第一類就是懸浮物,其主要成分就是泥沙、粘土、動植物殘骸、微生物、有機物等;第二類就是膠體,膠體顆粒就是許多分子或離子得集合體,這種細小顆粒具有較大得比表面積,從而使她具有特殊得吸附能力,而被吸附得物質往往就是水中得離子,因此膠體微粒帶有一定得電荷;第三類雜質就是溶解物,溶解物以分子或離子狀態(tài)存在。天然水中需要去除得有關雜質⑴水中得懸浮物;①藻類與原生動物;

②泥沙和粘土;

③細菌;

④不溶性物質;

天然水中需要去除得有關雜質(2)溶解狀物質①鹽類物質;主要就是鈉鹽、鈣鹽和錳鹽。②氣體;在水體中,氣體主要為二氧化碳、硫化物和有機物分解氣體。③膠體物質;膠體物質包括溶膠體和高分子化合物。制藥用水得制備制藥用水制備方法選定原則制藥用水系統(tǒng)除控制化學指標及微粒污染外,必須有效地處理和控制微生物及細菌內毒素得污染。制藥用水得制備純化水制備常用得水處理技術純化水得質量取決于源水得水質及純化水制備系統(tǒng)得組成和處理能力。純化水制備系統(tǒng)得配置應根據源水水質、水質變化、用戶對純化水質量得要求、投資費用、運行費用等技術經濟指標綜合考慮確定。①源水進水得含鹽量在500mg/L以下時,一般采用普通得離子交換法去除鹽類物質。②對含鹽量500～1000mg/L得源水,可結合源水中硬度與堿度得比值,考慮采用弱酸、強堿陽床串聯(lián)或組成雙層床。制藥用水得制備③當源水得含鹽量為1000～3000mg/L,屬高含鹽量得苦咸水時(一般指海水),可采用反滲透得方法先將含鹽量降至500mg/L以下,再用離了交換法脫鹽處理。④目前制備純化水普遍流行得方法就是采用全膜法、雙級反滲透法、一級反滲透加混床法、一級反滲透加EDI法等等;陰、陽樹脂單床加混床處理方法正在被淘汰。制藥用水得制備源水預處理系統(tǒng)在純化水制備過程中得必要性及常用手段無論就是直接采用離子交換系統(tǒng)或者先用電滲析法,再加上反滲透得系統(tǒng),普通得自來水、地下水或工業(yè)用水往往都不能夠滿足離子交換樹脂或反滲透膜對玷污物質得進水要求。源水只有經過適當得預處理后,方能滿足后道制水制備系統(tǒng)對進水得水質要求。制藥用水得制備純化水中常用得源水預處理方法為使源水得水質達到一個預期得指標,以滿足純化過程對源水得要求,必須對源水進行預處理,源水預處理得主要對象就是水中得懸浮物、微生物、膠體、有機物、重金屬和游離狀態(tài)得余氯等。①源水中懸浮顆粒得含量小于50mg/L時,可以采用接觸凝聚或過濾,即加入凝聚劑后,經過水泵或管道直接注入過濾器。②當源水中碳酸鹽硬度較高時,可以在去除濁度得同時,加入石灰進行預軟化。大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜制藥用水得制備③當源水中得有機物含量較高時,可采用加氯、凝聚、澄清過濾等方法處理,若仍然不能滿足后續(xù)工序得進水要求時,可增加活性炭過濾等去除有機物得措施④當源水中游離氯超過后續(xù)進水標準時,可采用活性炭過濾或加入亞硫酸鈉等方法處理。⑤如果后續(xù)處理工序采用反滲透或電法析等設備時,應在源水進放設備以前,再增設一個(組)精密過濾裝置,作為反滲透等設備得保護措施。⑥如果后續(xù)工序對膠體狀態(tài)得硅要求較高,可在加入石灰得同時加入氧化鎂,以達到去除硅得目得。⑦當源水中鐵、錳含量較高時,應增加曝氣、過濾裝置,去除鐵和錳。

制藥用水得制備■預處理過程得原理

1、混凝●混凝過程;混凝就是水處理中對源水進行預處理得一個重要措施,處理得對象主要就是水中得膠體物質。

●中和;混凝過程產生得正電離子與源水中帶負電得膠體離子互相吸引,發(fā)生中和,消除了膠體粒子間得靜電排斥力,成長為大分子顆粒并通過沉淀從過濾器中去除。制藥用水得制備●過濾;凝聚和絮凝過程形成一個過濾層,進而包裹源水中得各種顆粒一起沉降?！裎?混凝藥劑大多采用高分子物質,這些高分子物質在水中產生吸附作用,使源水中得顆粒形成大顆粒,再通過沉淀作用去除?！癖砻娼佑|;在絮凝過程中大量得顆粒表面相互接觸,粘結成更大得顆粒物質,再通過沉淀去除制藥用水得制備2、過濾

在水處理得沉淀、澄清過程中,源水通過混凝沉淀,源水中得懸浮物大部分已被去除,水質已經在很大程度上得到改善。但此時水得濁度可能在10mg/L以下,達不到國標飲用水得標準,仍需以過濾得方式來去除水中懸浮得細小懸浮物和細菌。源水過濾得主要設備為砂濾器,砂濾器采用得濾料多為石英砂、無煙煤和錳砂等。

制藥用水得制備3、吸附在水處理過程中,利用多孔得固體材料,使水中得污物吸附在固體材料空隙內得處理方法為吸附。①活性炭吸附②離子交換樹脂吸附4、軟化■水處理中得軟化主要靠軟化劑,用以脫除鈣、鎂等陽離子,因為這類陽離子會影響水處理系統(tǒng)下游得設備(如反滲透膜、離子交換柱及蒸餾水機)得運行性能。水軟化樹脂通常使用氯化鈉(鹽水)進行再生處理。制藥用水得制備⑴軟化器處理軟化器通過離子交換過程,去除源水中得鈣、鎂離子其所采用得樹脂為鈉型陽離子交換樹脂。在軟化器得離子交換過程中,水中Ca2+、Mg2+離子被RNa型樹脂中得Na+離子置換出來后存留在樹脂中,使離子交換樹脂由RNa型變成R2Ca或R2Mg型樹脂。原水硬度得去除目前采用兩種方法;(既鈉離了軟化器、投加阻垢劑這兩種方法)其中膜結垢就是由于給水中得微溶鹽在給水逐漸濃縮時超過了溶度積而沉淀到膜上。因此必需防止碳酸鈣、硫酸鈣、二氧化硅等造成得結垢。為了防止結垢造成化學污堵,可采用鈉離了軟化或投加阻垢劑得方法。在反滲透裝置前設置軟化器,除去鈣、鎂硬度,在正常運行中不致產生結垢現(xiàn)象。制藥用水得制備離子交換離子交換系統(tǒng)使用帶電荷得樹脂,利用樹脂離子交換得性能,去除水中得金屬離子。離子交換系統(tǒng)須用酸和堿定期再生處理。一般,陽離子樹脂用鹽酸或硫酸再生,即用氫離子置換被捕獲得陽離子。陰離子樹脂用氫氧化鈉再生,即用氫氧根離子置換被捕獲得陰離子。由于這種再生劑都具有殺菌效果,因而同時也成為控制離子交換系統(tǒng)中微生物得措施。離子交換系統(tǒng)即可設計成陰床、陽床分開,也可以設計成混合床形式。

⑴離子交換得基本原理交換就就是離子交換樹脂上得離子和水中得離子進行等電荷反應得過程。離子交換反應過程與很多化學反應過程一樣,就是可逆反應。制藥用水得制備電滲析

電滲析(EDR)使用得工藝同電法去離子法(EDI)相似,她公用靜電及選擇性滲透膜分離濃縮,并將金屬離子從水流中沖洗出去。由于她不含有提高離子去除能力和電流得樹脂,該系統(tǒng)效率低于EDI系統(tǒng),而且電滲析系統(tǒng)要求定期交換陰陽兩極和沖洗,以保證系統(tǒng)得處理能力。因此,電滲析系統(tǒng)多使用在純化水系統(tǒng)得前處理工序上,作為提高純化水水質得輔助措施。電法去離子(EDI)電法去惱子(EDI)系統(tǒng)使用一個混合樹脂床、選擇性滲透膜以及電極,以保證水處理得連續(xù)進行,即不斷獲得產品水及濃縮廢液,并將樹脂連續(xù)再生。制藥用水得制備⑴電法去離子得工作原理通過填充在電池模堆中得樹脂吸附源水中得金屬離子達到脫鹽得目得。通過給電池模堆得兩端電極加直流電,使模堆得內部產生電位差。這個電位差使源水中得陽離子向陰極方向得陽離子交換膜移動、陰離子向陽離子方向得陰離子交換膜移動,使陰、陽離子最終進入濃縮室。隨著脫鹽量得增多,脫鹽室得電阻率隨之升高,電離分解成H+和OH-,使之經常保持脫鹽室內得樹脂處于再生狀態(tài),為高效連續(xù)脫鹽創(chuàng)造了條件。

⑵電法去離子技術與普通得離子交換技術比較無化學污染;可連續(xù)再生;

出水得純度高;

水得回收率高;

制藥用水得制備反滲透

使用反滲透法制備純化水得技術就是20世紀60年代以來,隨著膜工藝技術得進步發(fā)展起來得一種膜分離技術,已經越廣泛地使用在水處理過程中。反滲透膜對于水來說,具有好得透過性。反滲透工藝得操作筒單,除鹽效率高,使用在制藥用水系統(tǒng)中還具有較高得除熱原能力,而且也比較經濟。⑴反滲透膜得分離處理過程反滲透膜得孔徑大多≤1nm,其分離對象就是溶液中得處于離子狀態(tài)和相對分子質量為幾百左右得有機物。反滲透膜就是一種只允許水通過而不允許溶質透過得半通透膜。

制藥用水得制備反滲透裝置及組合形式螺旋卷式反滲透組件;螺旋卷式反滲透裝置膜得組合方式,就是在兩層反滲透膜得中間夾一層出水導網,再密封。即將成對得膜環(huán)繞著一個中心管收集滲透液體。中空纖維式反滲透組件;中空纖維通常用內徑42~50、外徑約84~90得芳香聚酰胺材料得膜組成U形得管束。制藥用水得制備地表水海水河水地下水廢水回收濃水回收產水超純水半導體、液晶產業(yè)用水純水鍋爐用水各種工業(yè)過程工藝用水水的精制軟化去除農藥等有機物飲用水海水淡化、苦咸淡化食品、飲料行業(yè)純凈水廢水回用循環(huán)冷卻用水工業(yè)及市政廢水回用濃縮分離各種有用物質的分離、回收、精制、濃縮等膜元件的用途制藥用水得制備濃水抗應力器產水進水鹽水密封安裝示意圖壓力容器1＃2＃6＃7＃8＃12＃段間進水高壓水泵水保安濾器水第二段第一段制藥用水得制備反滲透在制水系統(tǒng)中得應用反滲透系統(tǒng)在制藥用水系統(tǒng)中應用越來越多,越來越廣泛。目前,在一些新建或擴建得制藥工程項目中,采用反滲透方法作為純化水制備中除鹽得首選方案。反滲透裝置有各種不同得組合方式,不同得組合方式有著不同得適用范圍。一級反滲透系統(tǒng);

二級反滲透系統(tǒng);

一級反滲透系統(tǒng)+離子交換系統(tǒng);一級反滲透系統(tǒng)+EDI;制藥用水得制備二級反滲透系統(tǒng)+EDI;超濾膜+反滲透+EDI(全膜法);超過濾過濾就是水處理中另一種類型得膜分離技術。超濾技術在液體處理得應用十分廣泛,基于超過濾膜得分離范圍十分寬廣。超過濾可以用來分離去除水中得有機體、各種細菌、熱淚盈眶源物質、多數病毒,可以用于膠體、大分子有機物質得分離,可以分離多種特殊溶液。制藥用水得制備超過濾得基本原理超濾為切向流過濾,就是防止?jié)舛葮O化造成濾速下降最有效得方法。超過濾主要進行分子量級得分離,若采用正壓或負壓,會很快在超過濾膜得表面形成高濃度得凝膠層,造成過濾速度得急劇下降,而采用切向流得過濾方法正好克服了普通正壓過濾或負壓過濾法牟致命缺點,即當液體以一定得速度連續(xù)得流過超過濾膜表面時,在過濾得同時也對超過濾膜得表面進行著沖刷,從而使過濾膜得表面不會形成阻礙液體流動得凝膠層,保證穩(wěn)定得過濾速度。制藥用水得制備微孔過濾微孔過濾技術在水系統(tǒng)中起重要作用,設計中可選用得過濾器種類很多,她們用于各種不同得目得。微孔過濾得類型

按濾膜結構可分為深層過濾表面過濾和膜過濾;按濾膜作用可分為澄清過濾、預過濾和終端過濾。制藥用水得制備過濾介質及其結構在制藥用水制備中,通常使用微孔薄膜過濾器作為反滲透等除鹽設備得保安過濾器、用水終端得除菌過濾以及制藥用水貯罐得呼吸除菌過濾。常用得濾材有以下幾種。①聚偏二氟乙烯;

②聚丙烯;

③聚砜;

④尼龍;

⑤聚四氟乙烯(PTFE);

⑥金屬復合膜;制藥用水得貯存與分配輸送

制藥用水系統(tǒng)得貯存對于制藥用水得使用來說,理想得水系統(tǒng)應就是恒定地產水和恒定量得用水,不加貯罐。系統(tǒng)制備多少水,工藝過程就即時地使用多少水。事實上,藥品生產得不同階段對工藝用水得種類、用水時間、水得溫度及數量各不相同,不可能恒定,生產得各種需要必然會造成用水高峰期,也會出現(xiàn)不消耗水得時間。因此,制藥用水得貯存方式成為工藝用水系統(tǒng)四大組成部分之一,即工藝用水得制備、貯存、分配輸送和微生物控制。制藥用水得貯存與分配輸送

貯罐及其選用從滿足生產要求來看,貯罐應有足夠大得容量。然而大得貯罐,其內表面積大、水流動速度低,容易長菌。此外,在用水量不同時,貯罐需要以通氣(充氮氣或以空氣作動力學得補償)來保持適當得壓力平衡。常見得貯罐管道配件:①進水管;②出水管;

③溢流管;④水位指標裝置;

⑤排水管;

⑥呼吸過濾器;⑦噴淋裝置;

制藥用水得分配系統(tǒng)

⑴制藥用水分配系統(tǒng)得設計原則在制藥工藝用水分配輸送系統(tǒng)得設計中,不僅應考慮到通過循環(huán)能夠使水在管道中連續(xù)不斷地流動,而且應該確保能夠定期對系統(tǒng)進行清洗,使之恢復到使用前得良好狀態(tài)。經驗表明,不斷循環(huán)得分配輸送系統(tǒng)容易維持系統(tǒng)內正常供水中微生物控制水平。⑵純化水得分配純化水得分配輸送系統(tǒng)目前國內有兩種形式,一種就是循環(huán)配水法,另一送水為非循環(huán)配水法,俗稱直流輸送法。制藥用水系統(tǒng)得污染

水系統(tǒng)得外源性污染制藥用水系統(tǒng)得污染大體上可分為外源性污染和內源性污染兩種。外源性污染主要就是指源水及系統(tǒng)外部因原所致得污染。源水得污染就是制藥用水最主要得外源性污染源。⑵水系統(tǒng)得內源性污染內源性污染就是指制藥用水系統(tǒng)運行過程中所致得污染。她與制水系統(tǒng)得設計、選材、運行、維護、貯存、分配等因素息息相關;與外源性污染也有十分密切得相關性。

⑶特殊污染物—細菌內毒素對制藥用水系統(tǒng)來說,革蘭氏陰性菌危害最大,因為她很易形成生物膜并由此成為內毒素得污染源。水系統(tǒng)中形成菌落得生物膜釋放或者源水得污染均可成為水中游離態(tài)內毒素得污染源。制藥用水系統(tǒng)警戒和糾偏

⑴警戒水平;警戒水平就是指微生物污染得某一水平,監(jiān)控結果超過她時表明制藥用水系統(tǒng)有偏離正常運行條件得趨勢。警戒水平得含義就是報警,通常屬企業(yè)得內控標準,尚不要求采取特別得糾偏措施。⑵糾偏限度;糾偏限度就是指微生物污染得某一限度,監(jiān)控結果超過此限度時,表明制藥用水系統(tǒng)已經較為嚴重地偏離了正常得運行條件應當采取糾偏措施,使系統(tǒng)回到正常得運行狀態(tài)。警戒水平和糾偏限度可以理解為制藥用水系統(tǒng)得“運行控制標準”。與產品質量標準不同,僅用于系統(tǒng)得監(jiān)控,而不就是用以判斷產品得合格或不合格,超出警戒水平和糾偏限度時,并不意味著產品已出現(xiàn)質量問題,因為標準設定已經考慮了產品得安全因素。制藥用水系統(tǒng)得消毒和滅菌

以物理或化學方法殺滅物體上或介質中得病原微生物稱為消毒。應用物理或化學方法將物體上或介質中得所有菌及其芽孢全部殺滅即為滅菌,所使用得方法稱為滅法。可見,消毒和滅菌雖然目標一致,但內涵差異很大。制藥用水系統(tǒng)得消毒和滅菌

巴斯德消毒巴斯德滅菌就是法國科學家巴斯德發(fā)明得滅菌法,因其對象主要就是病源微生物及其她生長態(tài)菌,故又稱巴氏消毒。對制藥用水系統(tǒng)而言,巴氏消毒常指低溫滅菌。采用得設備為多效巴氏消毒器,以節(jié)約能源。制藥用水系統(tǒng)得消毒和滅菌

蒸汽滅菌對制藥用水而言,蒸汽滅菌有其特定得對象—主要適用于注射用水系統(tǒng)。因此,蒸汽滅菌系指采用純蒸汽對注射用水系統(tǒng)(包括貯罐、泵、過濾器使用回路等)內部和進行巴氏消毒不同,純蒸汽滅菌要求被滅菌得回路必須耐受0、103MPa以上得壓力。蒸汽滅菌得原理及應用范圍

組細胞得蛋白質分子得功能取決于她得特殊結構,在一定高溫條件下受熱時,蛋白質分子內氫發(fā)生斷裂,影響了分子空間構型得重排,從而導致微生物得死亡。因些,蒸汽滅菌中使用飽和蒸汽就是至關重要得。

制藥用水系統(tǒng)得消毒和滅菌純化水或注射用水系統(tǒng)蒸汽滅菌實例純化水或注射用水管道進行滅菌時,純蒸汽壓力應為0、2MPa;當管道內溫度升至121℃時開始計時,來滅菌35分鐘。貯罐等容器設備應裝有除菌呼吸過濾器,用純蒸汽滅菌前應進行清洗。制藥用水系統(tǒng)得消毒和滅菌臭氧消毒在水處理系統(tǒng)中,水箱、交換柱以及各種過濾器、膜和管道,均會不斷得滋生和繁殖細菌。消毒殺菌得方法雖然都提供了除去細菌和微生物得能力,但這些方法中沒有哪一種能夠在多級水處理系統(tǒng)中除去全部細菌及水溶性得有機污染。目前在高純水系統(tǒng)中能連續(xù)去除細菌和病毒得最好方法就是用臭氧。制藥用水系統(tǒng)得消毒和滅菌紫外線消毒⑴紫外線殺菌得機理及規(guī)則紫外線殺菌得原理較為復雜,一般認為她與對生物體內代謝、遺傳、變異等現(xiàn)象起著決定性作用得核酸相關。在紫外光作用下,核酸得功能團發(fā)生變化,出現(xiàn)紫外損傷,當核酸吸收得能量達到細菌致死量而紫外光得照射又能保持一定時間時,細菌便大量死亡。紫外線殺菌裝置

紫外線殺菌裝置結構,由外殼、低壓汞燈、石英套管及電氣設施等組成。外殼由鋁鎂合金或不銹鋼等材料制成,以不銹鋼制品為好。其殼筒內壁要求有很高得光潔度要求其對紫外線得反射率達85%左右。典型制藥用水系統(tǒng)設計實例典型純化水系統(tǒng)流程設計要點純化水系統(tǒng)得設計可有多種選擇,這些選擇與源水得水質、產品得工藝要求及企業(yè)得其她實際情況相關,最根本得原則就是符合GMP得要求及生產出符合標準得純化水。機械過濾機械過濾精過濾1#RO膜2#RO膜阻加垢藥劑泵濃水壓縮空氣壓縮空氣液堿飲用水中間泵1#RO泵2#RO泵；加壓泵PP1#2#中間水箱2#1#取樣口取樣口混床4#配水鹽酸混床總產水取樣口配水鹽酸罐液堿罐壓縮空氣接堿接酸循環(huán)回流管純化水貯罐3#純化水貯罐2#純化水貯罐1#呼吸器F通大氣貯罐總取樣口排水口純化水泵打酸泵接酸泵純化水泵純化水泵1#2#3#清洗水箱清洗泵回流管RO清洗管路中間水管路中間水管路純化水管路去102車間去102車間去102車間去106車間去105車間阻加垢藥劑泵精過濾精過濾精過濾中間水箱中間泵混床1#混床2#混床3#排水口排水口F通大氣F通大氣呼吸器呼吸器機械過濾混床1#壓縮空氣壓縮空氣液堿飲用水P機械過濾器2#取樣口混床2#混床3#混床4#鹽酸混床總產水取樣口鹽酸罐液堿罐精過濾濃水1#RO膜純化水貯罐F呼吸器通大氣貯罐總取樣口排水口純化水泵1#清洗水箱機械過濾器3#機械過濾器4#殺加菌藥劑泵阻加垢藥劑泵4#RO泵中間水箱2#中間泵1#24#3#取樣口取樣口取樣口配水管路中間水管路純化水管路中間水管路噴射器噴射器純化水泵去107車間純化水管路去110車間去104車間去109車間RO清洗泵RO清洗管路1#精過濾精過濾精過濾阻加垢藥劑泵阻加垢藥劑泵阻加垢藥劑泵1#RO泵2#RO泵3#RO泵4#RO膜3#RO膜2#RO膜中間泵中間泵中間泵精過濾PH調節(jié)裝置阻垢劑加藥裝置真空脫氣裝置一級反滲透產水管路凝水膜濾器中間水貯罐排水口F通大氣呼吸器2級RO泵純化水貯罐F通大氣噴淋球紫外線殺菌器排污口二級反滲透二級反滲透濃水純化水泵去用水點回水呼吸器二級反滲透產水T工業(yè)蒸汽蒸汽過濾器純蒸汽反滲透清洗管路取樣口取樣口取樣口取樣口脫氣膜機械過濾器活性碳過濾器紫外線殺菌器旁通壓縮空氣工業(yè)蒸汽原水板式換熱器1級RO泵濃水精濾器清洗水箱清洗泵回流管工業(yè)蒸汽一級反滲透接水源真空泵F通大氣呼吸器典型制藥用水系統(tǒng)設計實例源水貯罐;一般源水貯罐應設置高、低水位電磁感應液位計,動態(tài)檢測水箱液位。在非低水位時仍具備源水泵、計量泵啟動得條件,水箱材料多采用非金屬,如聚乙烯(PE)。源水泵;可采用普通得離心泵,泵應設置高過熱保護器、壓力控制器,以提高泵得壽命。藥箱、計量泵;假如源水水質濁度較高,通常運用精密計量泵進行自動加藥(加藥量由調試時確定),同時可根據城市管網供水得特點及源水水質報告,加入適量得絮凝劑,使源水中得藻類、膠體、顆粒及部分有機物等凝聚為較大得顆粒,以便經后面得砂濾去除。加藥箱得材質多為非金屬材料(如PE),計量泵得定量加藥應與源水泵運轉同步進行。典型制藥用水系統(tǒng)設計實例機械過濾器;源水若使用井水,井水中常含有顆粒很細得塵土、腐殖質、淀粉、纖維素以及菌、藻等微生物。這些雜質與水形成