制藥工業(yè)純化水

制藥工業(yè)純化水1．1幾種純化水方法的簡介1．1．1樹脂離子交換法這是最早使用的至今依然被許多藥廠所采用的一種方法。采用陰、陽樹脂交換水中離子使水質(zhì)得到純化的方法，投資少、使用方便。但是，當樹脂交換飽和后需用大量酸堿去再生樹脂使其恢復活力，所排放出來的廢酸堿易污染環(huán)境。1．1．2蒸餾冷凝法這是藥廠過去常用的一種制備純化水的方法。其先把原水加熱蒸發(fā)，再冷凝除去水中離子，以制備純化水，由于這種方法耗能大逐漸不被采用。1．1．3電滲析法目前這種使用電滲析膜片制取純化水的方式仍有一些企業(yè)在使用，單純的電滲析法由于在制水過程中排放大量濃水，水源消耗多，從節(jié)能用水的角度，這種方法也越來越不被優(yōu)先采用。1．1．4反滲透法(R0)從20世紀80年代后半期開始逐漸在制藥工業(yè)中被推廣開來。其利用半透膜(反滲透膜)，并借助于外界施加的壓力為動力，強制原水中的水分子透過對水分子有選擇性透過的膜達到除鹽的目的，使水得到純化。這種方法操作方便，出水量大，無污染，近年來已被廣泛地使用。這種模塊化流程值得推廣應(yīng)用。選擇性透過使水中的溶質(zhì)與溶劑分開，水得到純化。1μg/L3～105～45℃表5一級(RO)裝置進水技術(shù)質(zhì)量指標使用EDI電去離子技術(shù)和裝備后，日常制水運行費用更低，產(chǎn)水量更多，無需使用化學試劑(酸、堿)對環(huán)境不產(chǎn)生污染，是既節(jié)能又環(huán)保的一種純化水制各流程。(6)EDI裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低，濃水排放量少，節(jié)約用水，不需任何化學藥品再生，不污染環(huán)境，可以深度除去水中各種微量離子，在近10年中被越來越多的制藥生產(chǎn)企業(yè)所采用。1．1幾種純化水方法的簡介2．5．2純化水制備輸送系統(tǒng)的消毒滅菌方法電場的作用下，透過交換膜被除去，同時水分子在電場的作用下又被分解為H+、OH一，這兩種離子又對交換樹脂進行就地再生，使離子交換樹脂始終保持良好的交換狀態(tài)，從而達到深度除鹽的目的。(2)貯存罐排氣口未安裝呼吸器，外界空氣進入貯罐引起的污染；2．2．1精密過濾器(4)使用系統(tǒng)中的積液點，水的倒流，工作室內(nèi)不合格的地漏帶來的污染；(2)一種既節(jié)水又節(jié)能，出水水質(zhì)優(yōu)良的制備純化水的工藝流程已被廣泛地應(yīng)用在各個制藥企業(yè)中，這就是反滲透法制備純化水(二級RO，二級R0+混床)或者(一級RO+EDI)的制水流程。作為原水的城市自來水雖然已經(jīng)達到飲用水標準，但仍殘留少量的懸浮顆粒、有機物和殘余氯、鈣、鎂離子，為了把這些雜質(zhì)除去需要對原水進行預處理。(1)流程I是目前眾多藥廠所采用的一種制各純化水的工藝流程。(4)使用系統(tǒng)中的積液點，水的倒流，工作室內(nèi)不合格的地漏帶來的污染；(2)流程II在有些企業(yè)里已經(jīng)采用。為本功能模塊裝置提供動力，提高水壓常采用立式多級高壓泵。在整個純化水制備流程中，后處理裝置也是不可缺少的部分。(6)EDI裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低，濃水排放量少，節(jié)約用水，不需任何化學藥品再生，不污染環(huán)境，可以深度除去水中各種微量離子，在近10年中被越來越多的制藥生產(chǎn)企業(yè)所采用。藥典對純化水的要求如表7所示。從上述純化水制備方法簡介和流程的比較可得到結(jié)論：在使用過程中若需對純化水加熱或冷卻時，宜采用雙管板換熱器，盡量安裝在靠近使用點處。2．3．1裝填普通陰、陽離子交換樹脂的混合床(混床)選擇性透過使水中的溶質(zhì)與溶劑分開，水得到純化。2．3．3EDI裝置1．1．1樹脂離子交換法這是最早使用的至今依然被許多藥廠所采用的一種方法。電場的作用下，透過交換膜被除去，同時水分子在電場的作用下又被分解為H+、OH一，這兩種離子又對交換樹脂進行就地再生，使離子交換樹脂始終保持良好的交換狀態(tài)，從而達到深度除鹽的目的。2．1預處理功能模塊裝置1．2純化水制備流程比較在表2中：在表3中：以t值的差異來檢驗純化水水質(zhì)的優(yōu)劣：t值的計算：查t值表，取α=0．5t計算>t臨界(29．92>1．980)，差異顯著。t臨界=1．980t臨界：(n1+n2-2，0.05)=(98，0.05)(n1+n2-2)=(50+50-2)=98從上述分析可知：采用(二級反滲透RO+混床)流程制備的純化水質(zhì)量優(yōu)良，完全可以作為藥廠工藝用水使用。反滲透法制備純化水工藝流程可以推廣應(yīng)用。1．2．4比較的結(jié)論從上述純化水制備方法簡介和流程的比較可得到結(jié)論：(1)這幾種純化水制備流程經(jīng)過多年使用和總結(jié)改進，已經(jīng)基本排除了用離子交換、單純電滲析與一次蒸餾冷凝法制備工藝用純化水。(2)一種既節(jié)水又節(jié)能，出水水質(zhì)優(yōu)良的制備純化水的工藝流程已被廣泛地應(yīng)用在各個制藥企業(yè)中，這就是反滲透法制備純化水(二級RO，二級R0+混床)或者(一級RO+EDI)的制水流程。2制藥工業(yè)純化水制備中的工序模塊化由5個功能模塊組成：(1)預處理(也稱前處理裝置)；(2)初級除鹽裝置：(3)深度除鹽裝置：(4)后處理裝置；(5)純化水(潔凈流體)輸送分配系統(tǒng)。2．1預處理功能模塊裝置作為原水的城市自來水雖然已經(jīng)達到飲用水標準，但仍殘留少量的懸浮顆粒、有機物和殘余氯、鈣、鎂離子，為了把這些雜質(zhì)除去需要對原水進行預處理。在這一組功能模塊里常規(guī)的配置，由原水泵、精砂過濾器、活性炭過濾器和軟化器組成。2．1．1原水泵是預處理模塊流體移動的動力源，將原水輸送到預處理系統(tǒng)中。2．1．2精砂過濾器過濾介質(zhì)為顆粒直徑不等的石英砂，裝填一定厚度依靠過濾方式除去水中的懸浮狀態(tài)的顆粒物質(zhì)，當濾材孔徑被堵塞后，可用反沖辦法進行清洗再生。2．1．3活性炭過濾器其是一組由多孔狀的顆粒活性炭為濾材裝填而成的過濾器，起吸附作用?；钚蕴课饺萘看螅缺砻娣e高，可達5002000m2／g，可把水中的有機物、游離的余氯、氣味、色澤都可以除去。2．1．4軟化裝置常用的為鈉離子軟化器，原水中的硬度主要是由Ca、Mg什組成。軟化器中的陽離子交換劑中的鈉離子與水中的ca十十、Mg什進行交換取代使水質(zhì)軟化。其交換原理如下：2RNa++Ca++→R2Ca+2Na+2RNa++Mg++→R2Mg+2Na+當軟化器中陽樹脂的Na+完全被取代就會失去交換能力，在樹脂失效后應(yīng)對其再生處理，以便恢復交換能力，再生劑可以選用NaC1(氯化鈉)，其來源廣泛，方便使用，價格便宜，效果良好。再生原理如下：R2Ca+2NaC1→2RNa+CaC12R2Mg+2NaC1→2RNa+MgC122．1．5加入試劑原水中的ca'+、Mg什離子容易形成水垢，使反滲透膜元件堵塞，影響水的通量。除了使用交換劑外，還可以用加入試劑把水中的Ca十十、M轉(zhuǎn)化為難容于水的化合物沉淀析出或過濾除去。2．1．6組合將上述幾個操作單元所使用的設(shè)備組合起來，即形成一個獨立體系成為制備純化水的第一步工序即預處理功能模塊裝置。l00％除去低分子有機化合物；2．3．3EDI裝置這種模塊化流程值得推廣應(yīng)用。這種方式是進行深度脫鹽，提高純化水品質(zhì)很好的一種辦法。這種在一定壓力驅(qū)動下，借助于半透膜對水分子有的過濾器，起吸附作用。2．4后處理模塊裝置(5)臭氧消毒的方式就是在純化水分配輸送系統(tǒng)里增設(shè)氣水混合器，把由臭氧(0)發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧經(jīng)混合器與純化水混合均勻，在分配系統(tǒng)中循環(huán)運行，依靠臭氧(0)對純化水進行消毒，同時溶于純化水中的微量臭氧(0)在循環(huán)運行中又對管路的內(nèi)壁、閥、管接件等進行消毒，有效地阻止系統(tǒng)內(nèi)部微生物的滋長。在整個純化水制備流程中，后處理裝置也是不可缺少的部分。2制藥工業(yè)純化水制備中的工序模塊化(2)流程II在有些企業(yè)里已經(jīng)采用。1μg/L3～105～45℃(1)流程I是目前眾多藥廠所采用的一種制各純化水的工藝流程。的過濾器，起吸附作用。(3)氣體消毒法：氯和氧，目前常用為臭氧(0)消毒法。2．2初級除鹽功能模塊裝置初級除鹽功能就是用一級RO方法除鹽，它是由精密過濾器(保安過濾器)、高壓泵、反滲透機殼、膜元件、操作控制箱組成。2．2．1精密過濾器為了防止石英砂過濾器、活性炭過濾器中的微小粒子流入反滲透膜而采取的一種精密過濾裝置，過濾介質(zhì)的孔徑為l～5m，可以有效地保證進水SDI值，從而保護膜元件不受損害。2．2．2高壓泵為本功能模塊裝置提供動力，提高水壓常采用立式多級高壓泵。2．2_3反滲透系統(tǒng)裝置(RO裝置)據(jù)報道，反滲透裝置采用一級RO處理原水能有效地除去水中的病原微生物，例如：各類細菌和病毒；l00％除去低分子有機化合物；95％~99％除去水中l(wèi)價離子，出水電導率可在30μs／cm左右。一級反滲透(RO)裝置進水技術(shù)質(zhì)量指標可以參照以下幾個項目，如表5所示。表5一級(RO)裝置進水技術(shù)質(zhì)量指標SDI余氯pH溫度≤5.0≤0.1μg/L3～105～45℃初級除菌系統(tǒng)主要元件由殼體、膜元件、管接件、閥、壓力表、流量計組成。這種在一定壓力驅(qū)動下，借助于半透膜對水分子有選擇性透過使水中的溶質(zhì)與溶劑分開，水得到純化。在一級RO后面配置的二級RO裝置的組成與一級RO相同，但經(jīng)二級RO處理后，純化水的電導率可達l～30μ

s／cm。2．3深度除鹽模塊裝置經(jīng)過初級除鹽處理后(在一級RO之后)純化水的電導率在30i~s／cm，經(jīng)二級RO處理后水質(zhì)可提高，電導率在l～5~s／cm。為了進一步除去水中殘余的微量離子，需進行深度除鹽處理。能獲得電導率在0．1～0．06LLs／cm標準范圍的純化水，目前采用的深度除鹽的方法有以下幾種：(1)在反滲透(R0)處理后增加混床(離子交換樹脂)的處理：(2)在反滲透(R0)后面增加EDI裝置：(3)在反滲透(R0)后面加拋光混床裝置。2．3．1裝填普通陰、陽離子交換樹脂的混合床(混床)混床是在制備純化水時經(jīng)常使用的一種安裝于制水系統(tǒng)終端用來提高水質(zhì)的方法?？梢栽谝患塕O后面加一組混床，也可以在二級RO后面加混床，純化水的電導率可提高到1txs／cm(即10Mfl·cm)以上2．3．2拋光混床把兩種密度非常相近的陰、陽樹脂混合起來裝填于一個交換柱內(nèi)，放在反滲透(R0)后面使用，可使純化水的電導率提高到0．06txs／cm(即18Mfl·cm)。這種方式是進行深度脫鹽，提高純化水品質(zhì)很好的一種辦法。由于兩種樹脂密度相近，難以分離，不能再生使用，失效后即棄之，調(diào)換新樹脂，這種方式常用于小容量的制水系統(tǒng)。2．3．3EDI裝置(1)EDI是一種電去離子技術(shù)，其基本原理是借助樹脂的離子交換作用，以及陰、陽離子交換膜對水中陰、陽離子選擇性通過的功能來完成深度除鹽。整個分離過程是在直流電場的直接作用下完成離子的定向遷移，從而除去水殘余的離子，提高純化水的電導率。查t值表，取α=0．5(3)氣體消毒法：氯和氧，目前常用為臭氧(0)消毒法。為本功能模塊裝置提供動力，提高水壓常采用立式多級高壓泵。(2)在整個貯存、輸送系統(tǒng)中所使用的泵、閥、管道、管接件均應(yīng)選擇衛(wèi)生型，連接方式也應(yīng)為卡式快開型。1．2．4比較的結(jié)論1．1．4反滲透法(R0)2．3．1裝填普通陰、陽離子交換樹脂的混合床(混床)系統(tǒng)中不應(yīng)存在死角、積水區(qū)，與純化水接觸的部件的內(nèi)表面平均粗糙度Ra~<0．4μm。由5個功能模塊組成：(1)預處理(也稱前處理裝置)；閥、壓力表、流量計組成。2．2_3反滲透系統(tǒng)裝置(RO裝置)將上述幾個操作單元所使用的設(shè)備組合起來，即形成一個獨立體系成為制備純化水的第一步工序即預處理功能模塊裝置。(5)臭氧消毒的方式就是在純化水分配輸送系統(tǒng)里增設(shè)氣水混合器，把由臭氧(0)發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧經(jīng)混合器與純化水混合均勻，在分配系統(tǒng)中循環(huán)運行，依靠臭氧(0)對純化水進行消毒，同時溶于純化水中的微量臭氧(0)在循環(huán)運行中又對管路的內(nèi)壁、閥、管接件等進行消毒，有效地阻止系統(tǒng)內(nèi)部微生物的滋長。(2)流程II在有些企業(yè)里已經(jīng)采用。選擇性透過使水中的溶質(zhì)與溶劑分開，水得到純化。(2)EDI技術(shù)把電滲析技術(shù)和離子交換技術(shù)有機的結(jié)合在一起，是一種新型式的膜分離技術(shù)。可以有效地除去水中微量的離子，使純化水的電阻率達到15Mfl·cm以上，在整個深度除鹽的過程中不需添加任何化學藥品，不發(fā)生對環(huán)境的污染，水的利用率高，可以連續(xù)制備純化水。(3)在EDI深度除鹽過程中，微量陰、陽離子在直流電場的作用下，透過交換膜被除去，同時水分子在電場的作用下又被分解為H+、OH一，這兩種離子又對交換樹脂進行就地再生，使離子交換樹脂始終保持良好的交換狀態(tài)，從而達到深度除鹽的目的。(4)EDI裝置用于純化水制備過程中的深度脫鹽，為了保證EDI裝置的正常工作，運行還應(yīng)該在系統(tǒng)中為E．DI配備循環(huán)沖洗裝置，又稱EDI再生裝置，以便保證E．DI運行功能的順利進行。(5)進入EDI裝置(單元)的水質(zhì)條件可參照的幾個項目，如表6所示。表6進入EDI裝置(單元)的水質(zhì)條件(6)EDI裝置的結(jié)構(gòu)緊湊、能耗低，濃水排放量少，節(jié)約用水，不需任何化學藥品再生，不污染環(huán)境，可以深度除去水中各種微量離子，在近10年中被越來越多的制藥生產(chǎn)企業(yè)所采用。(7)EDI裝置目前市場上有兩種型式：卷式和模片式(又稱模堆式)，可以依據(jù)產(chǎn)水量的多少進行組合。2．4后處理模塊裝置在整個純化水制備流程中，后處理裝置也是不可缺少的部分。常用的設(shè)備有純化水輸送泵、紫外滅菌裝置(UV)、臭氧發(fā)生器、微孔過濾器組合而成。純化水貯罐可依據(jù)產(chǎn)水量和用水系統(tǒng)使用量決定容積的大小，歸于后處理模塊。2．5．1純化水在使用輸送分配系統(tǒng)存在污染源的分析在貯存使用純化水過程中，產(chǎn)生污染源有二個部分，即外界帶入的與內(nèi)部滋生的。2．5．1．1外界污染分析(1)原水中的雜質(zhì)對純化水產(chǎn)生的污染，按我國生活用水標準原水中細菌總數(shù)≤100個／L，大腸桿菌總數(shù)<3個／L，若不除盡將會給整個系統(tǒng)帶來污染；(2)貯存罐排氣口未安裝呼吸器，外界空氣進入貯罐引起的污染；(3)制水過程中使用的壓縮氣體(空氣或N)未經(jīng)處理而帶入的污；(4)使用系統(tǒng)中的積液點，水的倒流，工作室內(nèi)不合格的地漏帶來的污染；(5)設(shè)備尤其是動態(tài)設(shè)備制水過程中，在運動時散發(fā)出來的微粒會產(chǎn)生污染。2．5．1．2內(nèi)部滋生分析貯罐、管道、管接件若使用的材料或焊接不規(guī)范產(chǎn)生局部腐蝕后，該處也易滋長微生物?；钚蕴?、樹脂、膜片、管道、閥、墊片的表面長期不清洗、不消毒菌，內(nèi)壁表面會形成低營養(yǎng)環(huán)境，逐漸形成生物膜，而這種生物膜會不斷地有微生物剝落下來，隨純化水的流動而污染整個系統(tǒng)。2．5．2純化水制備輸送系統(tǒng)的消毒滅菌方法(1)熱力消毒法：純蒸汽滅菌法、巴氏消毒法、過熱水消毒法；(2)紫外線消毒法、用波長為253．7LLm左右區(qū)段的紫外線對純化水消毒：(3)氣體消毒法：氯和氧，目前常用為臭氧(0)消毒法。2．5-3藥典對純化水的要求藥典對純化水的要求如表7所示。2．5．4純化水輸送分