论文部分内容阅读
摘要：本文对多条纯化水制备工艺进行分析，提出了符合制药企业实际的制备纯化水的工艺流程组合方案。认为反渗透法制备纯化水的制水流程非常适用于制药行业。
关键词：纯化水制备 制药 应用
Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2014.06.599
【中图分类号】R9 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2014）06-0369-02
1 纯化水制备方法
1.1 电渗析法（ED）。电渗析用静电及选择性渗透膜分离浓缩，并从水流中冲洗出去金属离子。因它不含使离子去除能力和电流提高的树脂，所以此系统的效率比EDI系统低，且要求电渗析系统定期交换阴阳两极和冲洗，保障系统的处理性能。所以，在纯化水系统的前处理工序上电渗析系统使用较多，能纯化水水质。
1.2 电法去离子（EDI）。EDI装置是新型式的一種膜分离技术，是把很成熟的两种水净化技术——离子交换和电渗析结合。能除去水中微量的离子，使纯化水的电阻率保持在15MΩ·cm以上，在除盐时不能添加任何化学药品，不污染环境，水利用率高，且EDI模块不需要化学再生，可连续对高质量的纯化水制备。
1.3 反渗透法。反渗透法制取纯水是将压力作为动力，使纯水透过反渗透膜，后将其收集而制得，在制水时不发生相变，且无酸碱废液处理。因此，反渗透膜法有节能、环保特点，是当前主要的制取医药纯化水方法。反渗透工艺操作筒单，除盐效率高，在制药用水系统中使用其除热原能力较好，且很经济。
（1）反渗透膜的分离处理过程。反渗透膜的孔径大多≤1mm，其分离对象是溶液中的处于离子状态和相对分子质量为几百左右的有机物。反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过的半通透膜。
（2）反渗透装置及组合形式。螺旋卷式反渗透组件；螺旋卷式反渗透装置膜的组合方式，是在两层反渗透膜的中间夹一层出水导网，再密封。即将成对的膜环绕着一个中心管收集渗透液体。中空纤维式反渗透组件；中空纤维通常用内径42～50、外径约84～90的芳香聚酰胺材料的膜组成U形的管束。
（3）反渗透在制水系统中的应用。当前，在一些新建或扩建的制药工程项目中，采用反渗透方法是纯化水制备中除盐的首选方案。
2 制药生产纯化水制备流程的组合方案
纯化水制备流程。
2.1 预处理包括原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、软化器等。
2.2 主处理（初级除盐装置、深度除盐装置）主要为高压泵、保安过滤器、RO壳体、RO元件、EDI装置或混床、纯化水箱。
2.3 后处理由纯水泵、紫外线灭菌器、气液混器、臭氧发生器、微孔过滤器组成。
2.4 纯化水输送分配系统一级RO+EDI或混床制水工艺流程：原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软化器→保安过滤器→一级RO→中间水箱→高压泵→EDI装置或混床→纯化水箱→纯水泵→臭氧发生器→紫外线灭菌器→微孔过滤器→纯化水输送分配系统→用水点。
3 制药生产纯化水制备流程的组合方案及分析
3.1 在多年使用和总结改进这几种制纯化水流程后，基本已经排除了用离子交换、单纯电渗析与一次蒸馏冷凝法制备工艺用纯化水。
3.2 一级RO+EDI工艺和二级RO+EDI工艺、二级RO流程的出水水质比其它的工艺流程好。且不需要化学试剂再生，是一种节能环保的纯化水制备流程。
3.3 在符合纯化水电阻率条件下，前端预处理流程完备系统更加稳定的运行，二级RO工艺、一级RO+EDI工艺和二级RO+EDI工艺在预处理流程中设置了全自动软水器将原水软化为软化水，这对降低原水中的硬度，防止反渗透膜表面结垢，提高反渗透膜的工作寿命和处理效果很有意义，这几种流程中间过程水质优于没有设置自动软水器的一级RO+离子交换工艺。
4 纯化水常用的预处理方法
4.1 预处理的对象：水中的悬浮物、微生物、胶体、有机物、重金属和游离态的余氯等。
4.2 预处理的方法有：
（1）凝聚过滤：凝聚过滤是一个重要的水处理中对原水进行预处理措施，处理的主要对象是悬浮物、微生物和胶体等。凝聚过滤的处理的时候，再原水中投入化学药剂，把化学药剂与水混合，使水中的悬浮物、微生物、胶体等物质产生凝聚或絮凝作用。一般在化学试剂加入水中后，水中产生电离或水解作用，从而形成胶体，胶体与水中其他类型的胶体颗粒产生吸附作用，使其絮凝成为大的胶体颗粒，在水中沉降。同时水中的微小的胶体可能会脱稳，产生吸附架桥作用，以絮状方式迅速下沉。下沉沉降物通过机械过滤器过滤除去。
（2）离子交换：一般原水的预处理中使用阳性的离子交换树脂。水中的钙、镁离子浓度较高时会对离子交换柱、电渗析膜、反渗透膜的运行性能产生影响，可采取软化剂处理，将钙、镁等阳离子除去。去除原水中的钙、镁离子的软化剂为钠型阳离子交换树脂，软化过程中的离子反应方程式：
Ca2++2RNa→R2Ca+2Na+
Mg2++2RNa→R2Mg+2Na+
离子交换树脂的再生：
逆洗：从交换柱底部通入水，从顶部排出废水，松动被压紧的树脂，洗去树脂碎粒及其他杂质，排除树脂层内的气泡，洗至水清澈。
加酸：从柱的顶部加入4～5%HCl水溶液，控制流速，约30～45分钟加完。
正洗：从柱顶部通将水入，废水从柱下端流出，控制流速为约2倍于加酸的流速，开始的15分钟可慢些。洗至PH3～4，此时用铬黑T检验应无阳离子。
再生过程中的Ca2+和Mg2+被Na+交换出来，重新生产RNa型，再生过程的反应方程式为：
R2Ca+2NaCl→CaCl2+2RNa
R2Mg+2NaCl→MgCl2+2RNa
（3）活性炭吸附：活性炭主要吸附原水中颗粒度在1×10-3～2×10-3um的无机胶体、有机胶体、微生物和溶解性有机高分子杂质及余氯，通过普通过滤器难以除去，需要用活性炭吸附。
4 结论
4.1 纯化水系统的设计选择与源水的水质、产品的工艺要求及企业的其他实际情况有直接关联，最根本的原则是满足GMP的要求及生产出符合标准的纯化水。
4.2 运用二级RO、二级RO+EDI、一级RO+EDI流程制备的纯化水质量优良，而且从投入成本、耗能及环保等方面评价，对于制药行业非常适用。反渗透法制备纯化水工艺流程在制药企业应用前景广泛。
关键词：纯化水制备 制药 应用
Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2014.06.599
【中图分类号】R9 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2014）06-0369-02
1 纯化水制备方法
1.1 电渗析法（ED）。电渗析用静电及选择性渗透膜分离浓缩，并从水流中冲洗出去金属离子。因它不含使离子去除能力和电流提高的树脂，所以此系统的效率比EDI系统低，且要求电渗析系统定期交换阴阳两极和冲洗，保障系统的处理性能。所以，在纯化水系统的前处理工序上电渗析系统使用较多，能纯化水水质。
1.2 电法去离子（EDI）。EDI装置是新型式的一種膜分离技术，是把很成熟的两种水净化技术——离子交换和电渗析结合。能除去水中微量的离子，使纯化水的电阻率保持在15MΩ·cm以上，在除盐时不能添加任何化学药品，不污染环境，水利用率高，且EDI模块不需要化学再生，可连续对高质量的纯化水制备。
1.3 反渗透法。反渗透法制取纯水是将压力作为动力，使纯水透过反渗透膜，后将其收集而制得，在制水时不发生相变，且无酸碱废液处理。因此，反渗透膜法有节能、环保特点，是当前主要的制取医药纯化水方法。反渗透工艺操作筒单，除盐效率高，在制药用水系统中使用其除热原能力较好，且很经济。
（1）反渗透膜的分离处理过程。反渗透膜的孔径大多≤1mm，其分离对象是溶液中的处于离子状态和相对分子质量为几百左右的有机物。反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过的半通透膜。
（2）反渗透装置及组合形式。螺旋卷式反渗透组件；螺旋卷式反渗透装置膜的组合方式，是在两层反渗透膜的中间夹一层出水导网，再密封。即将成对的膜环绕着一个中心管收集渗透液体。中空纤维式反渗透组件；中空纤维通常用内径42～50、外径约84～90的芳香聚酰胺材料的膜组成U形的管束。
（3）反渗透在制水系统中的应用。当前，在一些新建或扩建的制药工程项目中，采用反渗透方法是纯化水制备中除盐的首选方案。
2 制药生产纯化水制备流程的组合方案
纯化水制备流程。
2.1 预处理包括原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、软化器等。
2.2 主处理（初级除盐装置、深度除盐装置）主要为高压泵、保安过滤器、RO壳体、RO元件、EDI装置或混床、纯化水箱。
2.3 后处理由纯水泵、紫外线灭菌器、气液混器、臭氧发生器、微孔过滤器组成。
2.4 纯化水输送分配系统一级RO+EDI或混床制水工艺流程：原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软化器→保安过滤器→一级RO→中间水箱→高压泵→EDI装置或混床→纯化水箱→纯水泵→臭氧发生器→紫外线灭菌器→微孔过滤器→纯化水输送分配系统→用水点。
3 制药生产纯化水制备流程的组合方案及分析
3.1 在多年使用和总结改进这几种制纯化水流程后，基本已经排除了用离子交换、单纯电渗析与一次蒸馏冷凝法制备工艺用纯化水。
3.2 一级RO+EDI工艺和二级RO+EDI工艺、二级RO流程的出水水质比其它的工艺流程好。且不需要化学试剂再生，是一种节能环保的纯化水制备流程。
3.3 在符合纯化水电阻率条件下，前端预处理流程完备系统更加稳定的运行，二级RO工艺、一级RO+EDI工艺和二级RO+EDI工艺在预处理流程中设置了全自动软水器将原水软化为软化水，这对降低原水中的硬度，防止反渗透膜表面结垢，提高反渗透膜的工作寿命和处理效果很有意义，这几种流程中间过程水质优于没有设置自动软水器的一级RO+离子交换工艺。
4 纯化水常用的预处理方法
4.1 预处理的对象：水中的悬浮物、微生物、胶体、有机物、重金属和游离态的余氯等。
4.2 预处理的方法有：
（1）凝聚过滤：凝聚过滤是一个重要的水处理中对原水进行预处理措施，处理的主要对象是悬浮物、微生物和胶体等。凝聚过滤的处理的时候，再原水中投入化学药剂，把化学药剂与水混合，使水中的悬浮物、微生物、胶体等物质产生凝聚或絮凝作用。一般在化学试剂加入水中后，水中产生电离或水解作用，从而形成胶体，胶体与水中其他类型的胶体颗粒产生吸附作用，使其絮凝成为大的胶体颗粒，在水中沉降。同时水中的微小的胶体可能会脱稳，产生吸附架桥作用，以絮状方式迅速下沉。下沉沉降物通过机械过滤器过滤除去。
（2）离子交换：一般原水的预处理中使用阳性的离子交换树脂。水中的钙、镁离子浓度较高时会对离子交换柱、电渗析膜、反渗透膜的运行性能产生影响，可采取软化剂处理，将钙、镁等阳离子除去。去除原水中的钙、镁离子的软化剂为钠型阳离子交换树脂，软化过程中的离子反应方程式：
Ca2++2RNa→R2Ca+2Na+
Mg2++2RNa→R2Mg+2Na+
离子交换树脂的再生：
逆洗：从交换柱底部通入水，从顶部排出废水，松动被压紧的树脂，洗去树脂碎粒及其他杂质，排除树脂层内的气泡，洗至水清澈。
加酸：从柱的顶部加入4～5%HCl水溶液，控制流速，约30～45分钟加完。
正洗：从柱顶部通将水入，废水从柱下端流出，控制流速为约2倍于加酸的流速，开始的15分钟可慢些。洗至PH3～4，此时用铬黑T检验应无阳离子。
再生过程中的Ca2+和Mg2+被Na+交换出来，重新生产RNa型，再生过程的反应方程式为：
R2Ca+2NaCl→CaCl2+2RNa
R2Mg+2NaCl→MgCl2+2RNa
（3）活性炭吸附：活性炭主要吸附原水中颗粒度在1×10-3～2×10-3um的无机胶体、有机胶体、微生物和溶解性有机高分子杂质及余氯，通过普通过滤器难以除去，需要用活性炭吸附。
4 结论
4.1 纯化水系统的设计选择与源水的水质、产品的工艺要求及企业的其他实际情况有直接关联，最根本的原则是满足GMP的要求及生产出符合标准的纯化水。
4.2 运用二级RO、二级RO+EDI、一级RO+EDI流程制备的纯化水质量优良，而且从投入成本、耗能及环保等方面评价，对于制药行业非常适用。反渗透法制备纯化水工艺流程在制药企业应用前景广泛。