纯化水论文

纯化水论文（6篇）

1.纯化水论文 篇一

胜利油田纯化水厂设计介绍

何桂华 刘国华 杨肃民

前言

胜利油田纯化水厂地处黄河下游入海口的山东省东营市, 水源为黄河水。进入90年代以来,由于黄河中下游地区不断加快黄河水资源的开发利用步伐,水量明显减少,断流天数加长；黄河中、上游工业污水及生活污水污染日趋严重,原水水质中有机物、重金属离子等时有超标、水体异臭、异味的产生给水处理带来一定的难度。随着社会的发展、人民生活水平的不断提高,对供水水质的要求也越来越高, 要求新建纯化水厂出厂水质必须达到“城市供水行业2000年技术进步发展规划”对出水浊度小于1NTU的指标。该水厂投运至今出水浊度小于0.4NTU,完全达到了设计的技术指标及参数，是胜利油田目前自动化程度最高、出厂水质最好的现代化水厂。1.工程概况

纯化水厂始建于2000年3月,2001年6月竣工。纯化水厂的投产缓解了胜利油田东营西部地区供水紧张的局面，并使胜利油田黄河南岸的供水系统布局更趋合理。纯化水厂设计规模为10×104m3/d,采用微涡混合、小格网絮凝、平流沉淀池及V型滤池、自控系统及设备。本工程还包括10.53kM预应力钢筋混凝土输水管道及站外配套电力、通信系统，工程总投资9752万元。2.工艺流程

纯化水厂工艺流程及监测仪表安装位置见图1。

1流量计 2液位计 3pH计 4温度计 5浊度计 6余氯分析仪 7反冲洗流量计 8阻塞显示器 9 液位传感器

图1 工艺流程及监测仪表安装位置 3 工程设计 3.1 水源

纯化水厂水源取自纯化水库。纯化水库由引黄打渔张灌区的二干渠引水,二干渠由打渔张东沉砂池出口洛车李分水闸引出,设计流量80m3/s,最大通水能力95m3/s。纯化水库引水口距洛车李分水闸约1780m。水库总库容3341×104m3,水深10m。

黄河水经沉砂池沉砂后进入水库,水库出水浊度一般小于30度。在黄河断流缺水期，原水浊度约在100度左右。原水色度一般小于20度，7～8月份库底水色度达到26度。化学需氧量为3.62～40.2mg/L。CL-含量为115～586mg/L。总矿化度为590.18～1456.63mg/L。原水水温随季节变化为0 ～27°C。pH为8～8.6。春、夏季藻类含量较高时约为(6～70)×104 个/ml。以上数据显示原水有富营养化污染。原水微量重金属元素总汞、总镉时有超标，基本属于饮用水水源三级水水质标准。3.2 吸水井、原水泵房 3.2.1 吸水井(钢筋混凝土结构)

吸水井设计流量为Q计=14×104m3/d。设有1.5m×13.25m(B×H)格栅清污机二台,皮带运输机一台。进水段尺寸为3.6m×6.0m×11.0m，吸水井部分为半地下承压钢筋混凝土结构，尺寸为17.0m×4.5m×5.0m，吸水井至絮凝沉淀池超越管线上设DN1200电动调节阀1个。3.2.2 原水泵房

水库高、中水位时原水可自流进入平流沉淀池，当水库水位为中下、低水位时由泵提升至平流沉淀池。水泵扬程为1～6m。由于水泵扬程低、变幅较大，目前常规的水泵达不到要求。为此经与水泵厂协商，由厂方将泵转速降低(由n=985降至585、485rp /min)以达到设计要求。选用RDL600-540B型离心泵三台，Q=2020m3/h，N=55kW,D=585mm,当H=6.5m时η=82%；RDL500-510B离心泵一台，Q=1130m3/h，H=6.5m，N=45kW,D=502mm,η=83%；SZ-2真空泵二台，DX5-5.0-20(5t)电动单梁悬挂起重机一台。

泵房为砖混结构地上泵房，平面尺寸为24.0m×7.8m，H=6.3m。值班、控制、配电、变压器室为砖混结构，平面尺寸为15.9m×7.8m，H=4.5m。3.3混合、絮凝、沉淀 3.3.1混合 设立管式微涡混合装置二座，每座通过流量5.5×104m3/d,水头损失为0.7m。该装置由9组DN300×4200串联圆管混合器组成,混合时间为68秒。立管式微涡混合装置安装在3.2×2.85、H=5.0的钢筋混凝土水池中、即絮凝池进口端。3.3.2 絮凝

采用絮凝时间短、絮凝效果好、抗冲击力强的小孔眼格网絮凝池。设小孔眼格网絮凝池二座 每座Q规模=5.5×104m3/d, 可超负荷20%运行。每座平面尺寸为16.55m×10.945m,H=4.80m，平均有效水深3.8m。絮凝池中设有聚丙烯小孔眼格网，为变速流，絮凝停留时间707秒，絮凝池水头损失为0.3 m。过渡段采用网箱形式布设格网。每座絮凝池底部设穿孔排泥管、12个 DN150气动蝶阀，由PLC程序自动控制向池两侧自动排泥。设9.94m× 2.5m,H=3.70m 排泥阀组间二座。每座絮凝沉淀池来水管线上设DN900手动蝶阀一个。每座絮凝池进口设SONO3110(变送器SONO3000)型超声波流量变送器一台。3.3.3沉淀池

设平流沉淀池二座,每座Q规模=5.5×104m3/d，可超负荷20%运行。每座沉淀池平面尺寸为16.55m×64.675m,H=4.4m，停留时间为1.5小时。

每座沉淀池沉淀区设SX-I-16虹吸式自动吸泥机一台。每座沉淀池集水区上部设集水槽 8条, 集水槽上用螺栓固定不锈钢三角堰。沉淀池出水采用钢筋混凝土渠道输送至V型滤池，每座沉淀池出水渠设闸板控制。3.4 V型滤池 3.4.1 V型滤池

滤池为半地下钢筋混凝土水池，平面尺寸为25.59m×37.2m(包括管廊),内设六组滤池(双格),滤池高4.09m。采用法国得利满公司的V型滤池和自控系统及专用设备。

每组滤池设200mm×200mm、400mm×520mm气动交叉扫洗减流闸板阀各一台，DN400 气动反冲洗进水蝶阀、DN600气动反冲洗排水蝶阀、DN250气动气洗蝶阀、DN400气动滤后出水液位调节阀、DN150排空蝶阀、DN40气动排气阀各一台。每组滤池安装D20滤头4914 个。设CI90阻塞显示器、LT90液位探测器、A11FEB26GD低液位探测器各一台，滤池运行全自动控制。管廊仪表盘安装了pH计、浊度仪。操作间仪表盘安装了浊度仪、余氯分析仪，还安装了反冲洗流量计和总滤后水流量计二次仪表。滤池采用均质石英海砂滤料，滤料层厚度为1.15m,滤料有效粒径0.90～1.0mm,d10/ d60<1.35,垫层砾石平均粒径为4～8mm,厚0.05m。3.4.2 操作间

反冲洗泵房内安装三台ETAR200－250M1离心水泵，每台流量Q=680 m3/h, H=7m, N=22kW；设有三台50DLX-12×3投氯水用增压泵，每台流量Q=17 m3/h, H=33m, N=4kW。泵房平面尺寸为9.3m×7.3m, H=3.9m。鼓风机房内设有三台GM50L罗茨鼓风机，每台风量Q=2500 m/h, H=400 mbar, N=45kW；设有二套10T3NEL 15A无油式压缩机，每台流量Q=72.6 m3/h,最大压力 0.86MPa, N=7.5kW。机房平面尺寸为9.3m×11.24m, H=5.3 m。3.4.3 工艺设计主要参数：

每组滤池过滤面积为90.965 m(2×3.5m×12.995m),总过滤面积为545.79 m。恒速恒水位过滤，正常滤速7.79m3/m2·h,当一座滤池反冲洗时滤速为7.94 m3/m2·h,强制滤速9.5 m3/m2·h。气冲洗强度q气洗＝15.3I/m2·s，冲洗历时2～4min，水反冲洗强度q水洗＝4.0 I/m·s，气水混冲历时4～6min, 水漂洗4min，水表面扫洗强度q水表洗＝2.0 I/m2·s.冲洗全过程辅以表面扫洗。3.4.4 过滤及反冲洗控制:

V型滤池由一台公共反冲洗PLC及六个滤池单元PLC控制滤池正常运行。各单元V 型滤池的监控和自动化是通过各自PLC、专用仪表、气动阀等组成的自动控制系统来自动完成恒位、恒载运行。当滤池水位稍有变化时，滤池液位传感器发出信号给PLC,PLC接收信号后，与滤池设定的基准水位相比较。如果信号与基准水位偏差超过2cm时、PLC立即启动控制单元，开启电磁阀，打开气动阀来调节滤池出水蝶阀的开启度，使滤池水位基本维持恒定。

安装在滤板下的阻塞显示器，可将滤床阻塞程度的信号传送给滤池单元PLC,PLC接收信号后，与设定的水头损失值相比较、显示出来，用以决定滤池是否要冲洗(或设定冲洗周期)，并传送至公共PLC。

每一滤池均配有1台PLC,用作单元滤池恒位、恒载运行控制和测示滤池水头损失，确定传送信号；公共冲洗PLC负责冲洗水泵、鼓风机等设备的监控；各单元滤池PLC通过网络与公共冲洗PLC相连，公共冲洗PLC通过网络与计算机相连。计算机负责管理，即数据显示、打印、储存。公共冲洗PLC又与水厂中控室PLC和微机联网，故能在中控室内对滤池运行实施监控。当公共冲洗PLC失灵时，仍能维持正常运行。

当一个滤池进行冲洗时，如另一滤池也达到需要冲洗而发出信号时，则此信号被存入公共冲洗PLC存储器中，然后按存储先后，顺序进行冲洗。滤池运行反冲洗，由PLC系统自动运行，也可由现场控制。

本工程设置了滤池反冲洗废水回收系统，反冲洗水自流进入废水池，经泵提升至调储池后连续均匀的将水再回送至沉淀池进行处理。3.5 清水池

222

3清水池为半地下钢筋混凝土结构,有效容积10000 m3,平面尺寸为32.25m× 56.25m, H=3.3m分二格。有效水深3.0m。每格清水池设DN1200进水、出水阀、DN1200溢流管各一个，DN200通气管12个。3.6 清水泵房、吸水井 3.6.1 吸水井

吸水井为半地下钢筋混凝土结构,平面尺寸为4m×26m,H=5.4m。3.6.2清水泵房

清水泵房为半地下钢筋混凝土砖混结构,平面尺寸为9m×43.2m，地下部分H=2m，地上部分H=6.0m。配电室为地上砖混结构，平面尺寸为9.0m×23.0m, H=4.5m, 设6kV配电室和低压配电室、变压器室、控制室、值班室。

清水泵房内设离心水泵六台，其中RDL400-540B离心高压(6000v)水泵四台，Q=2020 m/h、H=55m、N=450kW、η=85%、D=475mm；Omega250-480A离心低压(380V)水泵二台，Q=1080 m3/h、H=55m、N=220kW、η=85%、D=438mm,最大时运行三大一小。设220kW 变频调速器二台，SZ-2真空泵二台。设DX3-6.5-20电动单梁悬挂起重机一台。设QSD2-20-0.55潜水泵一台。

清水泵可采用自动或手动控制运行，自动控制由设置的变频器按照管网的压力自动调整低压水泵的转速，PLC控制六台泵的启动/停止，整个系统采用变频调速，PID自适应调节，PLC逻辑控制方式。

在外输总管线上设有EC310pH变送器、314－610余氯分析仪、1720D浊度仪。DN1000、DN500、DN500三条外输出线上分别设DN700、DN350、DN350、IFM4100电磁流量计。主要设计参数:

时变化系数K时＝1.4,平均时流量Q平均＝4167 m3/h,最大时流量 Q计＝5833 m3/h,超负荷20%最大时流量Q校核＝6999 m3/h。3.7药库、加药间

药库为地面砖混结构,平面尺寸为7.2m×11.7m,加药间平面尺寸为7.2m×15.6m,值班室平面尺寸7.2m×3.9m,H=5.4m。内设Φ1.6m混凝剂溶药罐一座,3.5m×3.0m×1.3m混凝剂溶液池二座,每座有效容积10.5 m3；设Φ1.6m助凝剂溶药罐一座，3.5 m×1.4m×1.3m助凝剂溶液池二座,每座有效容积5.0 m；设3.5 m×1.4m×1.3m粉末活性炭溶液池二座,每座有效容积5.0m。加药间内设RB96K7P5/7 MAXROYB混凝剂投加隔膜泵三台，Q=650l/h、H=1.0Mpa、N=1.1kW,配套变频器三台。溶药罐搅拌器一台、溶液池搅拌器二台。助凝剂(加酸)RA96H5P5/E 7 L TS MAXROYA隔膜泵三台，Q=215L/h、H=1.0Mpa、N=0.55kW；助凝剂溶药罐搅拌器一台、助凝剂溶液池搅拌器二台。粉末活

333性炭RA144H5H5/7L KS MAXROYA隔膜泵二台Q=330L/h、H=1.0Mpa、N=0.55kW，配套变频器二台；粉末活性炭溶液池搅拌器二台。室外设ф1400×15000玻璃钢卧式酸储罐一台。

设计参数:

混凝剂平均投加量q1平=20mg/L,混凝剂最大投加量q1最大=40mg/L，助凝剂最大投加量q2最大=2mg/L,粉末活性炭最大投加量q3最大=5mg/L。酸的投加量需根据原水pH值的大小，经试验后确定。

混凝剂、助凝剂、粉末活性炭投加由加药泵变频器频率设定，采用进水流量比例控制方式调节加药量。

3.8 氯库、加氯间

3.8.1氯库

氯库为地面砖混结构,氯库平面尺寸为7.2m×23.4m,H=5.4m ；氯库可存放1t氯瓶18个，设 DX2-5.0-20电动单梁悬挂起重机一台。设2t弹簧天平一台，设氯气泄漏探测器一台及氯瓶切换设备。

3.8.2加氯间

加氯间平面尺寸为7.2m×7.8m, H=5.4m。成套引进ALLDOS生产的GS143-040 M01V01 20 kg/h加氯机三台，二运一备，预氯比例投加，滤后消毒为复合环控制自动投加，一台备用自动加氯机预氯和消毒公共备用。当“泄氯报警”仪检测到泄氯时，PLC发出报警，并连锁关闭氯气管线电磁阀。

预加氯点有两处,当原水中藻类大量繁殖时在立管微涡混合器前加氯;当原水中氨氮超标, 为减少水中三卤甲烷的产生量,在V型滤池进水口设有中间加氯点。设4mX4m泄氯事故池，以备不时之需。

3.9 废水池、调储池

设废水池两座、总容积900m3,接收V型滤池反冲洗废水及絮凝沉淀池排泥废水。废水池内设有两台潜水泵，在半小时内将废水池水抽送至调储池。设两台小型潜水泵，将部分带活性污泥的废水回送至沉淀池回用。

调储池容积为10000m, 调储池内设两台潜水泵连续将经沉淀后的水送至沉淀池进行再处理。

3.10 管材的选择及连接方式

33.10.1管材选择

纯化水厂站内管线规格较多，DN15～DN1200,总长度约为3kM。由于纯化水厂所在地的地下水具有中腐蚀性,主体工艺流程管线除V型滤池管廊内管线采用钢管(外壁采用醇酸瓷漆防腐，内壁采用H8701饮用水涂料衬里)外,其余管线全部采用夹砂玻璃钢管和玻璃钢管;加药、加氯管线及饮用水管线采用PVC塑料管；排水管采用铸铁管；至石化总厂输水管线采用钢筋混凝土管。

3.10.2 连接方式

钢管采用焊接和法兰连接； 夹砂玻璃钢管和玻璃钢管采用承插、法兰连接和粘接；PVC 管采用粘接和法兰连接；排水铸铁管采用水泥砂浆连接；承压钢筋混凝土管采用承插口橡胶圈连接。考虑到夹砂玻璃钢管和玻璃钢管刚性较差，为防止管线断裂，在主流程构筑物工艺管线之间均设防震膨胀节。

4．检测仪表为了即时控制和检测水厂生产过程中的参数,在工艺流程中不同的部位安装了各种检测仪表,分别安装了pH分析仪、浊度计、流量计、液位计、液位传感器、阻塞显示器、余氯泄漏探测器、余氯分析仪等检测仪表。检测仪表均为进口设备。5．自控系统

纯化水厂自控PLC部分包括：原水泵房控制盘CP100、絮凝沉淀池控制盘CP200、V型滤池控制盘CP300、清水泵房控制盘CP400、加氯加药间控制盘CP500等。自控系统采用分散控制，集中管理，该系统的监控操作站设置在中控室，由一台监控PC机，一台管理PC 机，打印机等设备组成。监控操作站下辖五台PLC控制盘：原水控制盘负责对原水泵房参数测控；沉淀池控制盘用于控制和检测絮凝沉淀池有关设备;清水泵房控制盘用于控制和检测清水泵房的有关设备；加药加氯控制盘用于控制和检测加药加氯的有关设备；滤池控制盘设置于滤池电气室，与其下辖的六个控制台一起实现滤池自动反冲洗。各控制台与滤池控制盘间采用现场总线进行通讯。所有完成测控任务的控制盘(内含PLC)都互联，并通过ETHW(以太网)网络于中控室的监控操作站的两台PC机连接。

由于采用了带有PLC控制盘，PLC可对监控参数进行数据采集和自动控制，各台PLC 内的软件根据运行参数的变化(流量、压力、浊度或操作员设定点的改变)而变化或自动操作各台设备，通过各台配有的人－机界面，可以对设备进行手动控制。

现场网络可使这一网络连接的PLC进行直接通讯，来自水厂各处的信息都可以用于各台PLC。

在中控室，操作员可通过计算机对水厂进行全面监测管理，所有信息都及时显示在屏幕上，可以实时显示工艺流程画面，设备状态及运行情况，便于观察。中控室内设置的数据服务器通过油田综合信息网可向信息中心等需数据的单位提供数据服务。监控操作站主要功能：

(1)通过网络与各控制盘进行数据通讯管理；

(2)实时显示水厂工艺流程画面、设备状态；

(3)可在画面中进行以下操作：记录活动清单，非取消报警清单，运行电机清单，模拟值和设定点清单，模拟值直方图，按操作员要求打印上述清单和直方图，自动打印班、日、月报表，实时打印主要活动(报警)、记录模拟值、打印一千个最近的活动。

◇作者通讯处：257026 山东省东营市济南路236号 胜利石油管理局勘察设计研究院

○电话：(0546)8793456 ○何桂华 勘察设计研究院水处理工艺设计所

○刘国华 勘察设计研究院水处理工艺设计所

○电话：(0546)8793442 ○杨肃民 勘察设计研究院自控通信所

○E-mail: sjyhegh@mail.slof.com

○收稿日期：2002-10-11

2.纯化水论文 篇二

关键词：药用纯化水,制备技术,发展,研究

0 引言

药用纯化水几乎贯穿于药品生产的各个环节, 因此, 它被喻为药品生产的“生命线”。近年来, 随着科学技术的不断进步, 我国药用纯化水的制备技术及装备取得了显著进展。

1 药用纯化水的概述

1.1 药用纯化水的定义

《中华人民共和国药典 (2010版) 》附录中对药用纯化水的定义为:饮用水经蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得的制药用水。不含任何添加剂, 其质量应符合纯化水项下的规定。采用离子交换法、反渗透法、超滤法等非热处理制备的纯化水一般又称去离子水。

1.2 药用纯化水质量标准

在《中华人民共和国药典 (2010版) 》中规定, 纯化水检查项目包括酸碱度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、电导率、总有机碳、易氧化物、不挥发物、重金属、微生物限度。其中, 总有机碳和易氧化物两项可选做一项。与2005版药典相比, 增加了电导率和总有机碳的要求, 取消了氯化物、硫酸盐与钙盐的检验项目。在制水工艺中通常采用在线检测纯化水的电阻率值的大小, 来反映水中各种离子的浓度。

制药行业纯化水的电阻率应≥0.5 MΩ·cm/25℃, 对于注射剂、滴眼液容器冲洗用的纯化水的电阻率应≥1 MΩ·cm/25℃。

1.3 药用纯化水的应用范围

纯化水可作为非无菌药品的配料、直接接触药品的设备、器具和包装材料最后一次洗涤用水、非无菌原料药精制工艺用水、制备注射用水的水源、直接接触非最终灭菌棉织品的包装材料粗洗用水等。

纯化水还可作为配制普通药物制剂用的溶剂或试验用水;可作为中药注射剂、滴眼剂等灭菌制剂所用饮片的提取溶剂;口服、外用制剂配制用溶剂或稀释剂;非灭菌制剂用器具的精洗用水。也用作非灭菌制剂所用饮片的提取溶剂。纯化水不得用于注射剂的配制与稀释。

2 药用纯化水的检验项目

《中华人民共和国药典 (2010版) 》中规定, 纯化水的性状要求为无色的澄清液体, 无臭、无味, 对检查项目规定如下:

2.1 酸碱度

取本品10 m L, 加甲基红指示液2滴, 不得显红色;另取10 m L, 加溴麝香草酚蓝指示液5滴, 不得显蓝色。

2.2 硝酸盐

取本品5 m L置试管中, 于冰浴中冷却, 加10%氯化钾溶液0.4 m L与0.1%二苯胺硫酸溶液0.1 m L, 摇匀, 缓缓滴加硫酸5 m L, 摇匀, 将试管于50℃水浴中放置15 min, 溶液产生的蓝色与标准硝酸盐溶液[取硝酸钾0.163 g, 加水溶解并稀释至100 m L, 摇匀, 精密量取1 m L, 加水稀释成100 m L, 再精密量取10 m L, 加水稀释成100 m L, 摇匀, 即得 (每1 m L相当于1μg NO3) ]0.3 m L, 加无硝酸盐的水4.7 m L, 用同一方法与处理后的颜色比较, 不得更深 (0.000 006%) 。

2.3 亚硝酸盐

取本品10 m L, 置纳氏管中, 加对氨基苯磺酰胺的稀盐酸溶液 (1→100) 1 m L及盐酸萘乙二胺溶液 (0.1→100) 1 m L, 产生的粉红色, 与标准亚硝酸盐溶液[取亚硝酸钠0.750 g (按干燥品计算) , 加水溶解, 稀释至100 m L, 摇匀, 精密量取1 m L, 加水稀释成100 m L, 摇匀, 再精密量取1 m L, 加水稀释成50 m L, 摇匀, 即得 (每1 m L相当于1μg NO2) ]0.2 m L, 加无亚硝酸盐的水9.8 m L, 用同一方法与处理后的颜色比较, 不得更深 (0.000 002%) 。

2.4 氨

取本品50 m L, 加碱性碘化汞钾试液2 m L, 放置15 min;如显色, 与氯化铵溶液 (取氯化铵31.5 mg, 加无氨水适量使溶解并稀释成1 000 m L) 1.5 m L, 加无氨水48 m L与碱性碘化汞钾试液2 m L制成的对照液进行比较, 不得更深 (0.000 03%) 。

2.5电导率

药用纯化水的电导率应符合规定 (附录ⅧS) 。温度和电导率的限度关系如表1所示。

2.6 总有机碳

药用纯化水的总有机碳不得超过0.50 mg/L (附录ⅧR) 。

2.7 易氧化物

取本品100 m L, 加稀硫酸10 m L, 煮沸后, 加高锰酸钾滴定液 (0.02 mol/L) 0.10 m L, 再煮沸10 min, 粉红色不得完全消失。

以上总有机碳和易氧化物两项可选做一项。

2.8 不挥发物

取本品100 m L, 置105℃恒重的蒸发皿中, 在水浴上蒸干, 并在105℃干燥至恒重, 遗留残渣不得超过1 mg。

2.9 重金属

取本品100 m L, 加水19 m L, 蒸发至20 m L, 放冷, 加醋酸盐缓冲液 (p H3.5) 2 m L与水适量使其达25 m L, 加硫代乙酰胺试液2 m L, 摇匀, 放置2 min, 与标准铅溶液1.0 m L加水19 m L, 用同一方法与处理后的颜色进行比较, 不得更深 (0.000 01%) 。

2.1 0 微生物限度

取本品, 采用薄膜过滤法处理后, 依法检查药用纯化水的微生物限度 (附录ⅪJ) , 细菌、霉菌和酵母菌总数每1 m L不得超过100个。

3 GMP认证制药用纯化水设备要求

(1) 结构设计应简单、可靠、拆装简便。

(2) 为便于拆装、更换、清洗零件, 执行机构的设计尽量采用标准化、通用化、系统化零部件。

(3) 设备内外壁表面, 要求光滑平整、无死角, 容易清洗、灭菌。零件表面应做镀铬等表面处理, 以耐腐蚀, 防止生锈。设备外面避免用油漆, 以防剥落。

(4) 制备纯化水设备应采用低碳不锈钢或其他经验证不污染水质的材料。制备纯化水的设备应定期清洗, 并对清洗效果进行验证。

(5) 注射用水接触的材料必须是优质低碳不锈钢或其他经验证不对水质产生污染的材料。制备注射用水的设备应定期清洗, 并对清洗效果进行验证。

(6) 纯化水储存周期不宜大于24 h, 其储罐宜采用不锈钢材料或经验证无毒、耐腐蚀、不渗出污染离子的其他材料制作。为保护其通气口应安装不脱落纤维的疏水性除菌过滤器。储罐内壁应光滑, 接管和焊缝不应有死角和沙眼。应采用不会形成滞水污染的显示液面、温度压力等参数的传感器。对储罐要定期清洗、消毒灭菌, 并对清洗、灭菌效果进行验证。

(7) 制药用水的输送:1) 纯化水和制药用水宜采用易拆卸清洗、消毒的不锈钢泵输送。在需用压缩空气或氮气压送的纯化水和注射用水的场合, 压缩空气和氮气需经过净化处理。2) 纯化水宜采用循环管路输送。管路设计应简洁, 应避免盲管和死角。管路应采用不锈钢管或经验证无毒、耐腐蚀、不渗出污染离子的其他管材。阀门宜采用无死角的卫生级阀门, 输送纯化水应标明流向。3) 输送纯化水和注射用水的管道、输送泵应定期清洗、消毒灭菌, 验证合格后方可投入使用。

(8) 压力容器的设计, 需由有许可证的单位及合格人员承担, 需按中华人民共和国国家标准《钢制压力容器》 (GB150—80) 及“压力容器安全技术监察规程”的有关规定办理。

4 药用纯化水设备对水质的要求

我国地域辽阔, 水资源丰富, 水质因地域的不同而差异很大。

如果原水是井水, 则有机物负荷不会很大;如果是地表水 (湖水、河水或水库水) , 可能含有较高水平的有机物, 并且有机物的组成和数量可能受季节变化影响;市政供水 (自来水) 通常是经过氯处理的, 在去除氯之前, 其中微生物的含量是比较低的, 且其生长通常是受到抑制的。

这里需要提及的一点是, 原水水质应达到饮用水标准, 方可作为制药用水或纯化水的起始用水, 如果原水达不到饮用水标准, 那么就要将原水首先处理到饮用水的标准, 再进一步处理成为符合药典要求的纯化水。

纯化水系统需要进行定期的消毒和水质的监测以确保所有使用点的水符合药典对纯化水的要求。

通常情况下, 纯化水制备系统的配置方式根据地域和水源的不同而不同, 纯化水制备系统应根据不同的原水水质情况进行分析与计算, 然后配置相应的组件来依次把各指标处理到允许的范围之内。目前在国内纯化水制备系统的主要配置方式如图1所示, 但并不局限于只有这一种。

5 药用纯化水设备主要组件

5.1 多介质过滤器

一般称为多机械过滤器或砂滤, 过滤介质为不同直径的石英砂分层填装, 较大直径的介质通常位于过滤器顶端, 水流自上而下通过逐渐精细的介质层, 通常情况下, 介质床的孔隙率应允许去除微粒的尺寸最小为10~40μm, 介质床主要用于过滤除去原水中的大颗粒、悬浮物、胶体及泥沙等, 以降低原水浊度对膜系统的影响, 同时降低SDI (污染指数) 值, 出水浊度<1, SDI<5, 达到反渗透系统进水要求。

根据原水水质的情况, 有时要通过在进水管道投加絮凝剂, 采用直流凝聚方式, 使水中大部分悬浮物和胶体变成微絮体在多介质滤层中截留而去除。

根据压差的升高以及时间的推移, 可通过反向冲洗操作来去除沉积的微粒, 同时反向冲洗也可以降低过滤器的压力。一般情况下, 反向冲洗液可以采用清洁的原水, 通常以3~10倍设计流速冲洗约30 min, 反向冲洗后, 再以操作流方向进行短暂正向冲洗, 使介质床复位。通常情况下反洗泵多采用立式多级泵。

5.2 活性炭过滤器

活性炭过滤器主要用于去除水中的游离氯、色素、微生物、有机物以及部分重金属等有害物质, 以防止它们对反渗透膜系统造成影响。过滤介质通常由颗粒活性炭 (如椰壳、褐煤或无烟煤) 构成的固定层组成。经过处理后的出水余氯应<0.1 ppm。

微生物的生长是一个关键的考虑因素, 出现这种情况的原因是过滤器内部的表面面积大以及相对低的流速, 同时过滤介质还是一个细菌滋生的温床。由于活性炭过滤器会截留住大部分的有机物和杂质等, 使其吸附在表面, 因此可以采用定期的巴氏消毒来保证活性炭的吸附作用。其反洗和正洗可参照多介质过滤器。

5.3 软化器

软化器通常由盛装树脂的容器、树脂、阀或调节器以及控制系统组成。介质为树脂, 目前主要是用钠型阳离子树脂中可交换的Na+阳离子来交换出原水中的钙、镁离子而降低水的硬度, 以防止钙、镁等离子在RO膜表面结垢, 使原水变成软化水后出水硬度能达到<1.5 ppm。

软化器通常的配备是两个, 当一个进行再生时, 另一个可以继续运行, 确保生产的连续性。容器的简体部分通常由玻璃钢或碳钢内部衬胶制成。通常使用PVC或PP/ABS或不锈钢材质的管材和多接口阀门对过滤器进行连接。通过PLC控制系统对软化器进行控制。系统提供一个盐水储罐和耐腐蚀的泵, 用于树脂的再生。

5.4 膜技术

5.4.1 微滤

微滤是用于去除细微颗粒和微生物的膜工艺。在微滤工艺中没有废水流产生。如果滤芯的尺寸相同, 微孔过滤器的壳体是可以通用的, 只不过是滤芯的材料和孔径不同。在最终过滤的过滤器中, 孔径的大小通常是0.04~0.45μm。微滤应用的范围很广, 包括不进行最终灭菌药液的无菌过滤。

微孔过滤器一般应用于纯化水系统中一些组件后的微生物的截留, 那里可能存在微生物的增长, 微孔过滤器在这个区域内的效果非常明显, 但是必须要采取适当的操作步骤来保证在安装和更换膜的过程中过滤器的完整性, 从而确保其固有的性能。微孔过滤器最适合应用于纯化水制备系统的中间过程, 而不适用于循环分配系统。过滤器在系统中不应是唯一的微生物控制单元, 它们应当是全面微生物控制措施当中的一部分。减少微孔过滤器位置及数量使维护更容易些。

微滤在减少微生物方面的效率和超滤一样, 但不会产生废水。但是, 微滤不能像超滤一样降低溶解有机物的水平, 由于孔径大小不一样, 微滤不能去除超滤所能去除的更小的微粒。如果选择合适的材料, 微孔过滤器可以耐受加热和化学消毒。

5.4.2 超滤

超滤系统可作为反渗透的前处理, 用于去除水中的有机物、细菌, 以及病毒和热原等, 确保反渗透进水品质。超滤与反渗透采用相似的错流工艺, 进水通过加压平行流向多孔的膜过滤表面, 通过压差使水流过膜, 微粒、有机物、微生物、热原和其他的污染物不能通过膜, 进入浓缩水流中 (通常是给水的5%~10%) 排掉, 这使过滤器可以进行自清洁, 并减少更换过滤器的频率。和反渗透一样, 超滤不能抑制低分子量的离子污染。

超滤系统的设备主要包括原水箱、原水泵、盘式过滤器、超滤装置、超滤产水箱、反洗泵、氧化剂加药装置等。

膜的材质是聚合体或陶瓷物质。聚合膜元件可以是卷式和中空纤维的结构。陶瓷的模块可以是单通道或多通道结构。

超滤膜可以用很多种方式消毒。大多数聚合膜能承受多种化学药剂清洗, 如次氯酸盐、过氧化氢、高酸、氢氧化钠及其他药剂, 有些聚合膜能用热水消毒, 有些甚至能用蒸汽消毒。陶瓷超滤材料能承受所有普通的化学消毒剂、热水、蒸汽消毒或除菌工艺中的臭氧消毒。

超滤不能完全去除水中的污染物。离子和有机物的去除随着不同的膜材料、结构和孔隙率的不同而不同, 对于许多不同的有机物分子的去除非常有效。超滤不能阻隔溶解的气体。

大多数超滤通过连续的废水流来除去污染物, 通常情况下废水流是变化的, 通常是2%~10%的变化。有些超滤系统运行可能导致堵塞, 要及时地进行处理。

超滤流通量和清洁频率根据进水的水质和预处理的不同而变化。很多超滤膜是耐氯的, 不需要从进水中去除氯。

超滤系统的主要处理装置为超滤装置。超滤膜分离技术具有占地面积小、出水水质好 (出水SDI<3) 、自动化程度高等特点。

SFP超滤装置采用全流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式, 运行60 min, 反冲洗60~120 s。系统采用PLC控制。化学清洗频率1~3个月, 化学清洗时间60~90 min。

SFP超滤装置的主要特点:

(1) 中空纤维外表面活化层孔隙率高, 故纤维单位面积产水量大; (2) 中空纤维强度高, 采用反向冲洗和气洗工艺, 使组件可在全流过滤状态下工作, 化学清洗周期大大延长; (3) 较低的操作成本; (4) 操作、维护简单。

采用超滤系统作为反渗透的预处理, 系统可适应较大范围的进水水质变化, 浊度<50 NTU的情况下均可使用, 且产水水质较好, 产水SDI<3。超滤的采用可以更有效地保护反渗透装置, 使反渗透膜免受污染, 通常情况下使用寿命可从3年延长至5年, 甚至更长时间;同时可提高反渗透膜的设计通水量, 即在产水量不变的前提下可减少膜的使用数量, 从而减少反渗透装置的设备投资。

5.4.3 纳滤

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离方法, 纳滤膜的理论孔径是1 nm (10-9m) 。纳米膜有时被称为“软化膜”, 能去除阴离子和阳离子, 较大阴离子 (如硫酸盐) 要比较小阴离子 (氯化物) 更易于去除。纳米过滤膜对二价阴离子盐以及分子量大于200的有机物有较好的截留作用, 这包括有色体、三卤甲烷前体细胞以及硫酸盐。它对一价阴离子或分子量大于150的非离子的有机物的截留较差, 但是也有效。

与其他压力驱动型膜分离工艺相比, 纳滤出现较晚。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来, 如CA、CTA膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。但与反渗透相比, 其操作压力要求更低, 一般为 (4.76~10.2) ×105Pa, 因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”。

经过纳滤的最终产水的电导率范围是40~200μS/cm, 但这还取决于进水的溶解总固体含量和矿物质的种类, 一个单通道RO单元的产水电导率是5~20μS/cm。

目前在我国的纯化水制备系统当中, 纳滤还没有普遍使用。

5.4.4 反渗透系统

反渗透系统承担了主要的脱盐任务。典型的反渗透系统包括反渗透给水泵、阻垢剂加药装置、还原剂加药装置、5μm精密过滤器、一级高压泵、一级反渗透装置、CO2脱气装置或Na OH加药装置、二级高压泵、二级反渗透装置以及反渗透清洗装置等。

5.4.4. 1 阻垢剂加药装置

阻垢剂加药系统在反渗透进水中加入阻垢剂, 防止反渗透浓水中碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等难溶盐浓缩后析出结垢堵塞反渗透膜, 从而损坏膜元件的应用特性, 因此在进入膜元件之前设置了阻垢剂加药装置。阻垢剂是一种有机化合物质, 除了能在朗格利尔指数 (LSI) =2.6情况下运行之外, 还能阻止SO42-的结垢, 它的主要作用是相对增加水中结垢物质的溶解性, 以防止碳酸钙、硫酸钙等物质对膜的阻碍, 同时它也可以降低铁离子堵塞膜。

系统中是否要安装阻垢剂加药装置, 这取决于原水水质与使用者要求的实际情况。

5.4.4. 2 Na OH加药装置

如果采用的是双级反渗透, 在二级反渗透高压泵前加入Na OH溶液, 用以调节进水p H值, 使二级反渗透进水中CO2气体以离子形式溶解于水中, 并通过二级反渗透去除, 使产水满足EDI装置进水要求, 减轻EDI的负担。

5.4.4. 3 反渗透装置

反渗透 (RO) 是压力驱动工艺, 利用半渗透膜去除水中溶解盐类, 同时去除一些有机大分子、前阶段没有去除的小颗粒等。半渗透的膜可以渗透水, 而不可以渗透其他的物质, 如很多盐、酸、沉淀、胶体、细菌和内毒素。通常情况下, 反渗透膜单根膜脱盐率可大于99.5%。

反渗透单元如图2所示。

预处理系统的产水进入反渗透膜组, 在压力作用下, 大部分水分子和微量其他离子透过反渗透膜, 经收集后成为产品水, 通过产水管道进入后序设备;水中的大部分盐分、胶体和有机物等不能透过反渗透膜, 残留在少量浓水中, 由浓水管道排出。

在反渗透装置停止运行时, 自动冲洗3~5 min, 以去除沉积在膜表面的污垢, 对装置和反渗透膜进行有效的保养。

反渗透膜经过长期运行后会沉积某些难以冲洗的污垢, 如有机物、无机盐结垢等, 造成反渗透膜性能下降, 这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除, 以恢复反渗透膜的性能。化学清洗使用反渗透清洗装置进行, 装置通常包括清洗液箱、清洗过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表, 当膜组件受污染时, 可以用清洗装置进行RO膜组件的化学清洗。

目前市场上反渗透膜多数采用卷式结构作为制药用水生产用。膜可以从两种基本的材料中生产:醋酸纤维素和薄膜状合成物 (聚酰胺) 。典型膜操作参数如表2所示。

反渗透不能完全去除水中的污染物, 很难甚至不能去除极小分子量的溶解有机物。但是反渗透能大量去除水中细菌、内毒素、胶体和有机大分子。

反渗透不能完全纯化进料水, 通常是用浓水流来去除被膜截留的污染物。很多反渗透的用户利用反渗透单元的浓水作为冷却塔的补充水或压缩机的冷却水等。

二氧化碳可以直接通过反渗透膜, 反渗透产水的二氧化碳含量和进水的二氧化碳含量一样。反渗透产水中过量的二氧化碳可能会引起产水的电导率达不到药典的要求。二氧化碳将增加反渗透单元后面的混床中阴离子树脂的负担, 所以在进入反渗透前可以通过加Na OH除去二氧化碳, 如果水中的二氧化碳水平很高, 可通过脱气将其浓度降低到大约5~10 ppm, 脱气有增加细菌负荷的可能性, 应将其安装在有细菌控制措施的地方, 例如将脱气器安在一级与二级反渗透之间。

反渗透在实际操作中有温度的限制。大多数反渗透系统对进水的操作都是在5~28℃之间进行的。

反渗透膜必须防止水垢的形成、膜的污染和膜的退化。水垢的控制通常是通过膜前水的软化过程来实现。反渗透膜污垢的减少可通过前期可靠的预处理来减少杂质及微生物污染。

引起膜的退化的主要原因是某个膜单元的氧化和加热退化。膜一般来说不耐氯, 通常要用活性炭和Na HSO3去除氯。

所有的反渗透膜都能用化学剂消毒, 这些化学剂因膜的选择不同而不同。特殊制造的膜可以采用80℃左右的热水消毒。

5.5 离子交换 (DI)

离子交换系统包括阳离子和阴离子树脂及相关的容器、阀门、连接管道、仪表及再生装置等, 主要作用是去除盐类。

阳离子和阴离子交换树脂分别被酸和碱性溶液再生。当水经过离子交换床, 水流中的离子交换了树脂中的氢和氢氧离子, 在浓度的驱动下, 这些交换是很容易发生的。因此, 再生工艺是受高的化学品浓度的驱动。在此系统的重要的参数包括树脂质量、再生系统、容器的衬里及废水中和系统。通过监测产水的电导率或电阻可以监控系统的操作。

离子交换树脂有在线和离线再生系统, 在线再生需要化学处理, 但是允许内部工艺控制和微生物控制;离线再生可以通过更换一次新树脂完成, 或通过现有树脂的反复再生完成。新树脂具有更大的处理能力和较好的质量控制等优点, 但是成本相对较高一些。树脂的再生操作成本相对较低, 但是可能引起质量控制问题, 如树脂分离和再生质量等。

由于离子交换树脂的再生对环境的污染和操作比较繁琐, 所以目前在国内不建议使用离子交换装置, 而趋向于使用连续电去离子装置即通常我们所说的EDI (下面将作介绍) 。

5.6 电去离子装置 (EDI)

EDI系统主要功能是为了进一步除盐。EDI系统中的设备主要包括反渗透产水箱、EDI给水泵、EDI装置及相关的阀门、连接管道、仪表及控制系统等。电去离子利用电的活性介质和电压来达到离子的运送目的, 从水中去除电离的或可以离子化的物质。电去离子与电渗析或通过电的活性介质来进行氧化/还原的工艺是有区别的, EDI的工作原理如图3所示。

电的活性介质在电去离子装置当中用于交替收集和释放可以离子化的物质, 便于利用离子或电子替代装置来连续输送离子。电去离子装置包括永久的或临时的填料, 操作可能是分批式、间歇的或连续的。对装置进行操作可以引起电化学反应, 可能包括电活性膜, 如半渗透的离子交换膜或两极膜。这些电化学反应是专门设计来达到或加强其输送离子的性能的目的。

连续的电去离子 (EDI) 工艺区别于收集/排放工艺 (如电化学离子交换或电容性去离子) , 这个工艺过程是连续的, 而不是分批的或间歇的。相对于离子的能力而言, 活性介质的离子输送特性是一个主要的选型参数。典型连续的电离子装置包括半渗透离子交换膜、永久通电的介质和用来产生直流电的电源。

EDI单元是由两个相邻的离子交换膜或由一个膜和一个相邻的电极组成。EDI单元一般有交替离子损耗和离子集中单元, 这些单元可以用相同的进水源, 也可以用不同的进水源。水在EDI装置中通过离子转移被纯化。被电离的或可电离的物质从经过离子损耗的单元的水中分离出来而流入到离子浓缩单元的浓缩水中。

在EDI单元中被纯化的水只经过通电的离子交换介质, 而不是通过离子交换膜。离子交换膜能透过离子化的或可电离的物质, 而不能透过水。

纯化单元一般在一对离子交换膜中能永久地对离子交换介质进行通电。在阳离子和阴离子膜之间, 通过有些单元混合 (阳离子和阴离子) 离子交换介质来组成纯化单元;有些单元在离子交换膜之间通过阳离子和阴离子交换介质结合层形成了纯化单元;其他的装置通过在离子交换膜之间的单一离子交换介质产生单一的纯化水单元 (阳离子或阴离子) 。EDI单元可以是板框结构或螺旋卷式结构。

通电时在EDI装置的阳极和阴极之间产生一个直流电场, 原料水中的阳离子在通过纯化单元时被吸引到阴极, 通过阳离子交换介质来输送, 其输送或是通过阳离子渗透膜或是被阴离子渗透膜排斥;阴离子被吸引到阳极, 并通过阴离子交换介质来输送, 其输送或是通过阴离子渗透膜或是被阳离子渗透膜排斥。离子交换膜包括在浓缩单元中在纯化单元中去除的阳离子和阴离子, 因此离子污染就从EDI单元里去除了。有些EDI单元利用浓缩单元中的离子交换介质。

EDI技术是将电渗析和离子交换相结合的除盐工艺, 该装置取电渗析和混床离子交换两者之长, 弥补对方之短, 即可利用离子交换做深度处理, 且不用药剂进行再生, 利用电离产生的H+和OH-达到再生树脂的目的。由于纯化水流中的离子浓度降低了水离子交换介质界面的高电压梯度, 导致水分解为离子 (H+和OH-) , 在纯化单元的出口末端, H+和OH-离子连续产生, 分别重新生成阳离子和阴离子交换介质。离子交换介质的连续高水平的再生使CEDL工艺中可以产生高纯水 (1~8 MΩ) 。

通常EDI有如下特点:

(1) 可连续生产符合用户要求的合格超纯水, 产水稳定;

(2) 无需化学药品进行再生, 没有化学物质排放, 属绿色环保产品;

(3) 结构紧凑, 占地面积小, 制水成本低;

(4) 出厂前完成装置调试, 现场安装调试简单;

(5) 运行操作简单, 劳动强度极低, 培训容易。

好的EDI还具有如下独到之处:

(1) 独特先进的卷式结构, 流道畅通, 压降低;

(2) 全封闭设计, 完全杜绝泄漏, 日常维护、保养简便;

(3) 特殊材料外壳, 绝缘性能好, 轻巧美观, 更换便利;

(4) 独有的元件和膜壳可分离结构, 可方便地更换树脂与元件;

(5) 更宽松的进水指标, 适应性更广;

(6) 模块化组合, 便于系统水量的调整;

(7) 运行电压低能耗小。

EDI单元不能去除水中所有的污染物, 主要是去除离子的或可离子化的物质。CEDI单元不能完全纯化进水流, 系统中的污染物是通过浓缩水流来排掉。CEDI在实际操作中是有温度限制的, 大多数EDI单元是在10~40℃进行操作。

EDI单元必须避免水垢的形成, 还要避免污垢和受热或氧化退化。预处理及反渗透装置能明显地降低硬度、有机物、悬浮固体和氧化剂, 从而达到可以接受的水平。

EDI单元主要用一些化学剂消毒, 包括无机酸、碳酸钠、氢氧化钠、过氧化氢等。特殊制造的EDI模块可以采用80℃左右的热水消毒。

5.7 紫外灯

紫外灯使用方便, 是一种非常普遍地用来抑制微生物生长的装置, 通常配有强度指示器或时间记录器。水以控制的流速暴露在紫外灯下, 紫外灯发出紫外线可以消灭微生物 (细菌、病毒、酵母、真菌或藻类) 并穿透它们的外膜修改DNA并阻止其复制, 使细菌减少。在预处理系统中, 当使用氯/氯胺以及加热法无效或不可行时, 可以使用紫外灯, 进入紫外灯的给水必须去除悬浮固体, 因为它们可以“遮避”细菌, 阻止了细菌与紫外线的充分接触。紫外灯通常用于控制RO单元的给水, 如果给水是不能用氯或不能进行加热消毒的, 还用于控制在系统闲置时的非氯处理水的再循环。

紫外灯的特点:

(1) 紫外线不能完全“灭菌”;

(2) 对水的流速有严格的要求;

(3) 带来的辐射的再污染值得关注;

(4) 紫外灯管寿命有限。

5.8 换热器

换热器可以是板式的或列管式的, 主要用于预处理部分、反渗透装置及EDI装置的消毒。

6 典型纯化水系统的设计过程概述

6.1 设计依据

原水水质和工艺用水水质要求。

6.2 原水水源及水质

原水水源:见用户提供的水质报告单。鉴于季节对水质的很大影响, 应有一年四季的原水水质分析报告。

6.3 设计规模

产水量:根据客户提供的用水量统计或要求而定。

6.4 工艺用水水质

满足相关药典质量要求的水。如采用RO+EDI的纯水制备系统, 最终纯水质量符合最新版的欧盟药典、美国药典和中国药典的质量要求。

6.5 公用系统要求

(1) 原水应满足或处理成饮用水标准, 其供给能力大于纯水设备的生产能力;

(2) 如果系统中配置换热器进行消毒, 一般需要3×105Pa以上的工业蒸汽;

(3) 用于控制系统的压缩空气的压力一般为 (5.5~8) ×105Pa;用于预处理部分反洗的压缩空气压力一般为2×105Pa, 不同生产能力的设备对电源功率的要求不一样。

6.6 控制系统

控制系统通常采用PLC自动控制和手动控制。如果设备正常运行时采用PLC控制, 遇到紧急情况或设备处于非正常工作时系统可采用手动控制。控制系统要监控操作参数, 如进水的p H值、进水电导率、进水温度和终端产品质量 (如p H、电导率和温度等) , 这些参数可校验并可用追踪的仪表来测量, 可以用手写或电子记录, 包括有纸的或无纸的记录系统来记录相关数据。

通常情况下, 控制系统要求如下:

(1) 符合或接近CE要求, 保证电器安全和仪表的可靠。自控系统的建立体系可参考GAMP。

(2) 要有过程参数的显示、检测、记录及报警。

通常的检测项目及报警如表3所示。

6.7 常用的工艺流程

医药行业制备的纯化水主要的工艺过程可描述为预处理+脱盐+后处理, 从工艺主要分成以下3种, 可在实际中根据不同的工艺要求选择合适的制备方法。

(1) 原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器 (可选) →保安过滤器→一级反渗透设备→无菌纯水箱→纯水增压泵→紫外线杀化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线灭菌器→微孔过滤器→用水点 (原水水质电导率1 000μS/cm以上建议使用此工艺流程) 。

6.8 典型的工艺流程

其中一种典型的工艺流程如图4所示。菌器→微孔过滤器→EDI系统→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线杀菌器→微孔过滤器→用水点。

(2) 原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器 (可选) →保安过滤器→一级反渗透设备→纯水箱→纯水增压泵→二级反渗透→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线杀菌器→微孔过滤器→用水点。

(3) 原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器 (可选) →保安过滤器→一级反渗透→纯水箱→纯水增压泵→二级反渗透→无菌纯化水箱→纯水增压泵→紫外线杀菌器→微孔过滤器→EDI系统→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯

7 结语

药用纯化水是保证药品质量和安全的重要前提, 要实现药品的质量达标, 首先应确保药用纯化水的制备和灭菌处理满足工艺标准要求。要获得质量合格的药用纯化水, 不能单靠批检来保证, 而是要通过合理设计、精心安装且经过验证的程序来控制, 并建立日常监控、检测和报告制度。

参考文献

[1]国家药典委员会编.中华人民共和国药典 (2010版) [M].北京:中国医药科技出版社, 2010.

[2]国家卫生部.药品生产质量管理规范 (2010年修订) [S].北京:人民卫生出版社, 2011.

[3]欧阳兴梅, 康汝洪.饮用水中有机卤化物的污染及处理研究进展[J].河北师范大学学报:自然科学版, 2000 (1) .

[4]陈忠林, 范洁, 马军, 等.饮用水加氯消毒副产物及其控制技术的发展[J].哈尔滨建筑大学学报, 2000 (6) .

[5]何国强.制药用水系统[M].北京:化学工业出版社, 2011.

[6]朱宇.注射用水及纯蒸汽系统不锈钢管路“红锈”的原因及处理[J].机电信息, 2008 (32) .

[7]郑光辉.注射用水的制备方法及应用[J].广东化工, 2013, 40 (19) .

[8]贾黎晖, 李强名, 孙巨燕.纯化水系统中灭菌方法的应用及比较[J].工业水处理, 2007 (6) .

3.重组葡激酶的高效表达与纯化 篇三

重组葡激酶的高效表达与纯化

通过发酵和纯化条件的研究,建立适合重组葡激酶工程菌的发酵和纯化工艺.对重组葡激酶工程菌发酵过程中的pH、饱和氧浓度、补料以及诱导时间进行考察,获得该工程菌的.高效表达条件.在此条件下,重组葡激酶表达水平在50%以上,并以活性可溶性状态存在于细胞内;经渗滤,超滤浓缩、透析,DEAE-Sepharose FF层析和Sp-Sepharose FF层析后,经SDS-PAGE和HPLC分析,纯度达到99%.在还原条件下进行SDS-PAGE分析,测得该酶相对分子质量为15.5kD,等电聚焦显示其等电点为8.4.

作 者：卢锦 霍蕾 田天丽 徐非一 刘玉应 孙启玲 LU Jin HUO Lei TIAN Tian-li XU Fei-yi LIU Yu-ying SUN Qi-ling  作者单位：四川大学生命科学学院生物资源与生态环境教育部重点实验室,成都,610064 刊 名：四川大学学报（自然科学版）  ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF SICHUAN UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2006 43(6) 分类号：Q5 关键词：重组葡激酶   工艺优化   高效表达  

4.纯化水论文 篇四

王霄

(合肥工业大学 生物与食品工程学院，安徽 合肥230009)

摘要：详细介绍了动植物多糖的常见提取纯化方法的最新研究进展，并比较了各种方法的优缺点。每种方法都有各自的优缺点，在提取时应根据所选材料的性质选用不同的方法，有些方法在一定的条件下可与别的方法协同作用，并对糖的含量测定及分析鉴定方法的研究进展作了概述。

关键词：多糖；提取；纯化；分析鉴定；研究进展 中图分类号：TU 411.01文献标识码：A

Progress of Polysaccharides Extraction, Purification and Identification Methods

WANG Xiao

(School of Biological and Food Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Abstract: This paper reviews the extraction, purification and identification methods of animal and plantpolysaccharides, and compares the advantages and disadvantages of each mothed.Each mothed has its own advantages and disadvantages, appropriate mothed should be selected according to the nature of the chosen material, and some of these methods can be synergy with other methods under certain conditions.In addition, analysis and identification of polysaccharides are outlined.Key words: polysaccharides;extraction;purification;analysis and identification;research progress

菌来源的糖缀合物具有广泛的药理及生物活性

0多糖概述

多糖（polysaccharide）是由糖苷键结合的糖链，至少要超过10个以上的单糖组成的聚合糖高分子碳水化合物。由相同的单糖组成的多糖称为多糖，如淀粉、纤维素和糖原；以没的单糖组成的多糖称为杂多糖，如阿拉伯胶是由戊糖和半乳糖等组成。多糖不是一种纯粹的化学物质，而是聚合程度不同的物质的混合物。多糖类一般不溶于水，无甜味，不能形成结晶，无还原性和变旋现象。多糖也是糖苷，所以可以水解，在水解过程中，往往产生一系列的中间产物，最终完全水解得到单糖。

近年来，国际上对糖及糖复合物的研究己成热点，糖类结构测定和生物活性研究取得了明显的进展。大量实验事实揭示糖类是重要信息分子，参与许多生理和病理过程

[1-2]

[3]。

在对各种中药材化学成分研究的过程中，人

们逐步提高了对植物多糖的关注。植物多糖研究比较深入的是茶多糖、菜籽多糖、南瓜多糖、苦瓜多糖、银杏叶多糖、枸杞多糖等等，植物多糖在抗生素替代物及保健品领域已经取得很好的应用。多糖作为重要的生物活性物质具有调节免疫、抗肿瘤、降低糖脂、延缓衰老等活性，在医疗保健、食品、动物养殖等领域有着广阔的应用前景

[4-7]。

1多糖的提取工艺

1.1 水提醇沉法

水提醇沉法是提取多糖最常用的一种方法。多糖是极性大分子化合物，提取时应选择水、醇等极性强的溶剂。用水作溶剂来提取多糖时，可以用热水浸煮提取，也可以用冷水浸提渗滤，然后将提取液浓缩后，在浓缩液中加乙醇，使其最

。到目前为止。己有

300余种多糖类化合物从天然产物中被分离出来，其中从中草药、食药用菌中提取的水溶性多糖最为重要。已发现有100多种中草药、食药用

终体积分数达到70 %左右，利用多糖不溶于乙醇的性质，使多糖从提取液中沉淀出来，室温静置5 h，多糖的质量分数和得率均较高。影响多糖提取率的因素有：提取温度、浸提料液比、提取时间以及提取次数等。为此，研究者对影响多糖提取工艺的这些因素进行了大量研究。林娟[8]

等研究表明水提法提取甘薯多糖的优化工艺条件为：提取温度85℃，加水比1：7，提取时间2.5h，提取率为26．71％。刘永[9]

等研究表明：最佳提取条件为95℃，料液比1：20(g：mL)，提取时间2h，提取3次，茶叶多糖含量为35.92 mg/g。

水提醇沉法提取多糖不需特殊设备，生产工艺成本低，安全，适合工业化大生产，是一种可取的提取方法。但由于水的极性大，容易把蛋白质、苷类等水溶性的成分浸提出来，从而使提取液存放时腐败变质，为后续的分离带来困难，且该法提取比较耗时，提取率也不高[10]。

1.2酶法提取

酶技术是近年来广泛应用到有效成份提取中的一项生物技术，使用酶可降低提取条件，在比较温和的条件下分解植物组织，加速有效成分的释放或提取。此外，使用酶还可分解提取液中淀粉、果胶、蛋白质等非目的产物。此法可使后续的浓缩和脱蛋白工艺更简易、省时，粗多糖的纯度更高。但会提高生产成本，对提取条件要求较高。杨云

[11]

等人采用的单酶法和复合酶法提取大枣多糖，单酶法提取多糖含量最高可达44.69％，而复合酶法多糖最高含量可达68.13％。1.3超声波提取

超声法是利用超声波对细胞组织的破碎作用来提高多糖浸出率的，具有快速、安全、简便、成本低、多糖提取率高，成分又不被破坏等优点，但对提取设备要求较高。李进伟

[12]

等通过响应面

分析法考察超声波功率、提取时间、提取温度、料液比对枣多糖得率与纯度的影响，得出枣多糖最佳的提取工艺条件为：超声波功率86～96W，提取温度45～53℃，提取时间20min，料液比1:20（g:ml），枣多糖得率7.63%，纯度35.57%。与传统的水浴浸提法相比，该方法不仅缩短了提取时间，且提高了枣多糖得率与纯度。1.4微波提取

微波萃取是高频电磁波穿透萃取媒质，到达被萃取物料的内部，能迅速转化为热能使细胞内部温度快速上升，细胞内部压力超过细胞壁承受力，细胞破裂，细胞内有效成分流出，在较低的温度下溶解于萃取媒质，通过进一步过滤和分离，获得萃取物料。赵怡红

[13]

等研究表明北冬虫夏草

多糖微波提取最佳条件：微波功率550W、固液比l：30、提取时间30s、提取1次，多糖收率3.67％。刘青梅

[14]

等研究结果表明:对于紫菜多糖

提取微波提取优于热水提取,微波冻融提取效果最佳,提取率最高达7.45%,而热水提取率为2.05%.影响微波浸提的主要因素为浸提时间,其次是微波功率和液固质量比。优选方案为微波功率200W、提取时间8 min、水与紫菜液固质量比40:1。

1.5超临界流体提取

超临界流体提取法根据某些气体在超临界状态下具有特殊的液相性质，对一些组分有较好的溶解性，用来提取目的产物。一般采用CO2超临界萃取多糖组分。朱俊玲

[15]

通过超临界CO2流体

萃取处理芦荟多糖，多糖得率为85.1％，是传统方法的1.5倍。超临界萃取的最佳工艺条件是乙醇用量为250 ml/100g芦荟、萃取压力为25 MPa、萃取温度为35℃。1.6超滤法

超滤是一种膜分离技术。该技术应用于多糖的提取，具有不损害活性、分离效率高、能耗低、设备简单、可连续生产、无污染等优点[16]。

1.7酸提法

有些多糖适合用稀酸提取，并且能够得到更高的提取率。如赵宇等

[17]

对海蒿子多糖的提取方

法研究发现，从多糖提取得率来看，酸提法优于传统的水提法。不过此方法只在一些特定的植物多糖提取中占优势，目前报道的并不多。不过在操作上还是应该严格控制酸度，因为在酸性条件下可能引起多糖中糖苷键的断裂。1.8碱提法

与酸提法类似，有些多糖在碱液中有更高的提取率，尤其是含有糖醛酸的多糖及酸性多糖。不过，也应控制碱的浓度，因为有些多糖在碱性较强时也会发生水解。

2多糖纯化方法

2.1除蛋白

根据蛋白质在氯仿等有机溶剂中变性的特点，用V（氯仿）∶V（戊醇或正丁醇）为5∶1 或4∶1，混合物剧烈振摇20～30 min，蛋白质变性生成凝胶，离心分离，分去水层和溶剂层交界处的变性蛋白质。此种只能除去少量蛋白质，效

率不高，须反复多次，多糖有损失。但此方法比较温和，在避免多糖降解上效果较好，如配合加入一些蛋白质水解酶，用Sevage 法效果更佳。李婉婷

[18]

研究结果表明木瓜蛋白酶-Sevage法除

去款冬花多糖中的蛋白最为理想，该法的最佳工艺条件为：木瓜蛋白酶的酶底比为l％，pH值7.0，先在50℃水浴中酶解2h，再经Sevage法脱蛋白3次，其蛋白脱除率为88.95％，多糖保留率为92.63％。2.2透析法

透析法是利用一定孔目的膜，使无机盐或小分子糖透过，而将大分子的多糖截留下来从而达到纯化多糖的目的。此法的关键是要选择孔目合适的透析膜。纤维膜孔径为2～3nm，可使单糖分子通过，分离效果较好，透析时常需要多次换水，溶液的pH值维持在6.0～6.5范围内。2.3凝胶柱层析法

凝胶柱层析法主要是根据多糖分子的大小和形状不同而达到分离目的。但溶液流经多孔性凝胶柱时，小分子已扩散人孔中，各溶质依分子量大小顺序依次流出。此方法快速、简单、条件温和。常用的凝胶有葡聚糖凝胶(Sephadex)和琼脂糖凝胶(Sephamse)，以不同浓度的盐溶液和缓冲溶液作为洗脱剂。此法还可进行多糖相对分子量的测定。王赫

[19]

采用Sephadex G-100凝胶色谱柱

分离纯化，从龙胆水溶性多糖中分离纯化得到2 种不同的均一多糖组分TP-

1、TP-2。2.4纤维素住层析法

纤维素阴离子交换剂柱层析对多糖的分离是利用pH 6时，酸性多糖能吸附于交换剂上，中性多糖不吸附，用pH相同离子强度不同的缓冲液将酸性强弱不同的酸性多糖分别洗脱出来。常用的阴离子交换纤维素有DEAE-纤维素和ECTEOLA纤维素。张兰杰

[20]

等就采用DEAE-纤维素柱分离

北五味子多糖，分别得到了白色结晶和黄色粉末两种多糖产物。

3多糖的分析

3.1含量的测定

测定方法：硫酸-苯酚法、硫酸-蒽酮法、比色定量法、分光光度法、纸色谱法、离子交换色谱法、yaphe [21]

法、薄层色谱法、酶法、原子吸

收法

[22]、HPLC法、凝胶电泳法、亲和电泳法连、续流动分析法检测法

[23]、次亚碘酸盐定量法、蒽

酮-硫酸法（总糖）、DNS法

[24]

（还原法）、磷钼

比色法、邻钾苯胺比色法等。每种方法只对某些多糖的测量效果好。比色法分光光度法离子交换色谱法酶法和电泳法等可同时用于多糖的定性定量分析。3.2纯度鉴定

多糖是高分子化合物，其纯品微观上是不均一的，通常所说的多糖纯品实质上是一定分子量范围的均一组分。多糖纯度鉴定的常用方法：超离心、高压电泳、凝胶层析、HPLC法等。现在应用较多的是HPLC法，旋光度测定[25]

也是纯度

测定的一种方法。3.3分子量的测定

多糖分子量的测定是研究多糖性质的一项重要工作常用方法：渗透压法、蒸气压渗透剂法、端基法、粘度法、光散射法、凝胶色谱法、超过率法、沉淀法、凝胶电泳法、HPLC法、超离心分析法、分子筛色谱法、GPC法

[26]。

4多糖的鉴定

4.1 多糖一级结构测定

多糖的一级结构分析，主要是分析组成多糖的单糖类型、数目连接方式及苷建构型。常用化学法和仪器分析法。多糖组分与分子比例测定法：部分酸解法、完全酶解法、色谱法；吡喃、呋喃环形式结构的分析：红外光谱；连接次序：选择性光谱法、糖苷键顺序水解、核磁共振； α-β-异头异构体：糖苷酶水解核磁共振；羟基被取代情况：甲基化反应、气相色谱、过碘酸氧化、Smith降解法和测硫酸基法（terho法）、核磁共振、质谱法；糖链、肽链连接方式：单糖与氨基酸组成、稀碱水解法、肼解反应；多糖结构的分析方法很多，迄今没有一种方法可以单独完成多糖结构的分析。仪器分析与化学方法相结合是常用的多糖结构测定方法。4.2多糖高级结构测定

目前研究多糖的二级结构常用的手段是NMR技术，如2D-NMR，13C谱，通用的方法是将现代NMR技术与理论计算相结合通过一定的理论计算筛选构象，主要的理论计算方法有从头计算、丰度经验计算及经验力场计算

[27]

。圆二色

谱法（CD）也可用于糖的构象分析,张丽萍等

[28]

应用谱测定了金顶侧耳多锗的水溶液构象近年来，以精确三维结构知识为基础揭示重要生命活

动的规律已达到前所未有的深度和广度[29]，多糖

作为一类重要的生物活性大分子其结构的研究势

必推动对多糖的认识向深层次发展。多糖的应用展望

我国对多糖的研究起步较晚，但近年来的工作取得了较大的进展，愈来愈多的多糖被发现并证实它们具有复杂广泛的生物活性和功能。随着对多糖生物活性的深入研究，多糖的生物活性机理，功效因子会更加明确，它的应用领域也将会更加拓宽。然而，由于多糖本身结构比较复杂，种类繁多，其结构测定和分离纯化有很大的难度；有些多糖在天然植物中的含量低且不易分离及多糖的药理作用与诸多因素有关，给多糖的研究和应用带来许多的挑战，这需要相关行业的人士共同应对。

[参考文献]

[1] Benzie, I., and Strain, J.The Ferric Reducing Ability ofPlasma(FRAP)as a Measure of Antioxidant Power.AnalyticalBiochemistry.1996.239:70–76.[2] Wang, C., Sun, Z.Earthworm polysaccharide and its antibacterialfunction on plant-pathogen microbes in vitro.European Journal of

Soil Biology.2007.43:S135-S142.[3] Zhang, Z., et al.(2011).Isolation and antioxidant activities ofpolysaccharides extracted from the shoots of Phyllostachys edulis

(Carr.).Int.J.Biol.Macromol.49(4): 454-457.[4] Li, R., et al.(2009).Extraction, characterization of Astragaluspolysaccharides and its immune modulating activities in rats withgastric cancer.Carbohydrate Polymers 78(4): 738-742.[5] Li, S.-g., et al.(2008).Characterization and anti-tumoractivity of a polysaccharide from Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.Carbohydrate Polymers 73(2): 344-350.[6] Mazumder, et al.(2002).Isolation, chemical investigation and antiviralactivity of polysaccharides from Gracilaria corticata(Gracilariaceae,Rhodophyta).Int.J.Biol.Macromol.31(2002)87-95

[7] Chen, X., et al.(2011).Extraction, purification, characterization andhypoglycemic activity of a polysaccharide isolated from the root ofOphiopogon japonicus.Carbohydrate Polymers 83(2): 749-754.[8] 林娟, 邱宏瑞, 林霄,等.甘薯多糖的提取纯化及成分分析[J].中国粮油学报, 2003, 18(2): 64-66.[9] 刘永, 成战胜.茶叶多糖的提取纯化及其单糖组分的鉴定[J].食品与发酵工业, 2005, 31(6): 134-136.[10] 徐翠莲, 杜林洳, 樊素芳,等.多糖的提取分离纯化及分析鉴定方法

研究[J].河南科学, 2009., 27(12): 1524-1529.[11] 杨云.酶法提取大枣多糖的研究[J].食品科学, 2003,10(24): 93-95.[12] 李伟进, 丁霄麟.超声波提取金丝小枣多糖的工艺研究[J].林产化

学与工业, 2006, 26(3): 73-76.[13] 赵怡红, 邱玉华.微波法与传统工艺提取北冬虫夏草多糖的比较研究[J].内蒙古农业科技, 2009(3): 68-69.[14] 刘青梅, 杨性民, 邓红霞.采用微波技术提取紫菜多糖的工艺研究[J].农业工程学报, 2005, 21(2): 153-156.[15] 朱俊玲.超临界流体萃取芦荟多糖的研究[J].农产品加工,2011(7):67-68.[16] Hanju Sun，Ding Qi，Jiaoyun Xu.Fractionation of polysaccharides

from rapeseed by ultrafiltration: Effect of molecular pore size and operation conditions on the membrane performance.Separation and Purification Technology, 2011,80:670-676.[17] 赵宇, 李志富, 任少红, 等.海蒿子多糖的提取方法研究[J].泰山医学院学报, 2004, 25(5): 429-430.[18] 李婉婷.款冬花多糖提取及分离纯化研究[D].西安: 西北大学硕士学位论文, 2010.[19] 王赫.龙胆多糖的提取纯化及其组成糖分析[J].中国医药指南，2011, 9(21): 250-251.[20] 张兰杰, 张维华, 赵珊红.北五味子果实中多糖的提取纯与化研究

[J].鞍山师范学院学报, 2002, 4(1): 94-96.[21] 李 锋, 唐凤翔, 林海英, 等.耳突麒麟菜多糖的提取分离及表征

[J].福州大学学报, 2003, 31(1): 106-110.[22] 武 云, 张 驰.富硒黑木耳中硒多糖提取分离工艺的优化[J].湖北

农业科学, 2007, 46(5): 821-823.[23] 沈光林, 孔浩辉, 张心颖, 等.流动注射分析仪在烟草分析中的应

用[J].理化检验-化学分册, 2000, 36(11): 490-492.[24]

刘 强, 石丽花, 尹利端, 等.松花粉多糖提取检测方法研究进展

[J].农产品资源, 2007, 35(24): 45-48.[25] 聂凌鸿, 宁正祥.广东淮山水溶性多糖的分离纯化及体外抗氧化活

性的研究

[J].食品科学, 2003, 24(11): 129-133.[26] 刘 荣, 孙 芳, 陈秀丽, 等.松仁多糖化学结构的初步分析[J].林

产化学与工业, 2008, 28(4): 115-117.[27] 来鲁华, 杨显婷.寡糖的构象分析[J].生物化学与生物物理进展,1992, 22(4): 290-294.[28] Reinhold V N, Reinhold B B, Costello C E.Carbohydrate

molecular weigh profiling:sequence, linkage, and brunching

data:Es-CID [J].Anal Chem, 2005，67(1), 1772-1784.[29] Mock K K, Davey M, Cottrell J S.The analysisifunderivatized oligosacchridesby matrix ssisted laser deaorption mass

spectrometry[J].Biochem Biophys Res Comm, 2011, 177(2):

5.纯化水论文 篇五

《生物分离纯化技术》课程教学改革与实践

为了提高学生的职业岗位能力,<生物分离纯化技术>课程组按照仓业真实项日的生产岗位要求,精选教学内容,以岗位关键技术为龙头,并进行统筹整合,形成单元模块进行训练,使技术理论和实践有机结合,通过项目驱动和数、学、做等教学方法,增强了学生的动手能力,有效实现工学结合和“零距离就业”.

作 者：任平国 徐启红  作者单位：漯河职业技术学院,河南漯河,46 刊 名：中国科技博览 英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW 年，卷(期)： “”(26) 分类号：Q5 关键词：生物分离纯化技术   教学改革   项目驱动  

6.纯化水论文 篇六

只有经过验证的设备或者系统才能保证制药企业生产的中间体、待包装产品和最终产品达到标准,所以制药企业质量管理将设备或系统验证作为关键因素,将验证作为质量控制的关键步骤进行监控,那么如今新引进的EDI装置给纯化水制备系统验证带来什么样的变化呢?EDI的引进到底对纯化水制备系统验证有多大的影响?

1 EDI简介

1.1 EDI技术介绍

EDI(Electrodeionization)是一种将离子交换技术、离子交换膜技术和离子电迁移技术相结合的纯化水制造技术,利用两端电极高压使水中带电离子移动,并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除,在EDI除盐过程中,离子在电场作用下通过离子交换膜被清除。除盐过程如图1所示。

1.2 EDI结构

EDI膜堆是由夹在两个电极之间一定对数的单元组成,在每个单元内有两类不同的室:待除盐的淡水室和收集所除去杂质离子的浓水室。淡水室中用混匀的阳、阴离子交换树脂填满,这些树脂位于两个膜之间,只允许阳离子透过的阳离子交换膜及只允许阴离子透过的阴离子交换膜。

1.3 EDI工作原理

交换反应在膜组的纯化学室进行,在那里阴离子交换树脂用它们的OH-来交换溶解盐中的阴离子(如Cl-)。相应地,阳离子交换树脂用它们的H+来交换溶解盐中的阳离子(如Na+)。阳极吸引负电离子(如OH-,Cl-),这些离子通过阴离子膜进入相临的浓水流却被阳离子选择膜阻隔,从而留在浓水室中。阴极吸引阳离子(如H+,Na+),这些离子穿过阳离子选择膜,进入相临的浓水流却被阴离子膜阻隔,从而留在浓水室中。当水流过这两种平行的室时,离子在纯水室被除去并在相临的浓水室中聚积,然后由浓水室将其从膜组中带走。

1.4 含EDI装置纯化水制备系统与传统纯化水相比的优势

由于EDI装置处在电势差高的局部区域,电化学反应分解的水产生大量的H+和OH-,在混床离子交换树脂中局部H+和OH-的产生使树脂和膜不需要添加化学药品就可以持续再生,再生中没有使用强酸强碱作为再生剂,所以不仅节约资源,还保护了环境。

EDI装置的除盐率可以高达99%以上,如果在EDI之前使用反渗透设备对水进行初步除盐,再经EDI除盐就可以生产出电阻率高达15 MΩ·cm以上的超纯水,所以含EDI装置纯化水制备系统出水水质比传统纯化水制备系统水质要好。

2 EDI装置对纯化水制备系统传统验证的影响

引入EDI装置的纯化水制备系统与该系统传统的验证有些许不同,验证中也要考虑其他影响因素,并增加了验证各个阶段需要考虑的点。

2.1 EDI装置中填充物质对水质的影响

由于EDI结合了离子交换和渗透技术,在EDI淡水室的阳离子交换膜和阴离子交换膜之间充斥着填充离子交换剂(颗粒、纤维或者编织物),并且经过预处理装置的水还含有一定量的特定粒子,这些粒子可能与EDI装置中填充离子交换剂发生化学或者物理反应,一旦填充物质与预处理后的水发生反应或者融入水中,都将对最终的纯化水水质产生巨大的影响,也可能对EDI装置本身造成损坏,所以需要证明EDI装置中填充离子交换剂不会与预处理后水中离子产生反应,并且不会被带入水中影响水质。

2.2 EDI装置对进水水质的要求

一般来说,EDI装置紧接反渗透装置,形成RO+EDI模式。所有EDI装置对其进水水质有一定的要求,但是不同的EDI装置对水质要求不同,EDI装置进水水质要求如表1所示。

目前国内常用纯化水制备系统是预处理系统+RO的传统制备系统,而国内制药企业只要使用含EDI装置的纯化水制备系统都是预处理系统+RO+EDI,RO可以是一级反渗透,也可以是二级反渗透,都取决于制药企业的实际情况。纯化水制备系统的所有装置对其进水水质都没有具体详细的要求,只要在OQ阶段调整达到制造合格水的状态即可,而EDI装置对进水水质有具体要求,从以上对比可以看出,含EDI装置的纯化水制备系统必须要增加的一个步骤就是为了满足EDI装置水质的要求,在反渗透装置出口到EDI进口之间的管道处安装相应的仪表和取样口,而安装仪表种类要根据测量指标种类进行选择,那么根据表1,应选择压力表以及设计取样口,其他参数则是通过取样口取样进行测试。

2.3 EDI装置中室隔板选择对出水水质的影响

EDI装置中有3种形式的隔板,即淡水室隔板、浓水室隔板和极化室隔板,隔板的材质等参数影响到水的流速、流程长度等,而流速和流程长度与产水水质又有着密切关系。资料表明,在其他条件不变情况下,流程长度低于一定值时,流程长度越长水质越好;当EDI装置线流速开始增加时可以明显提高产水水质,而达到一定值后,水质反而随线流速的增加而下降。EDI装置是纯化水制备系统的最后一个设备,制备出来的水就是纯化水,水质要求应满足相关药典的纯化水水质标准。所以在最初选择EDI装置的时候,制定用户需求标准(URS)和设计确认(DQ)时就要考虑EDI装置隔板的材质,纯化水水质符合要求但是能耗低又不浪费资源的EDI装置才是企业的首选。根据相关药典对纯化水水质要求的不同,EDI的选择也不同,欧美国家对纯化水水质要求高一些,就要选择能制备出符合相应水质标准的EDI装置。

3 含EDI装置纯化水系统的验证策略

3.1 填充剂的选择和确认

正是由于EDI装置中有多种填充剂,可能会影响到纯化水水质和装置本身,所以要验证填充剂对纯化水水质和装置本身是否有影响,制得的纯化水能否满足相关药典标准。所以,在传统纯化水制备系统验证的基础上要根据制药企业当地饮用水水质的情况,在纯化水制备系统设计确认阶段对填充剂进行实验并选择合适的填充剂,或者根据装置供应商提供的资料选择合适的EDI装置。

运行有不同填充离子交换剂的EDI装置,在EDI出水处取样进行澄明度等物理性质的检查,以证明EDI装置不会对水的物理性质产生影响。

将能够充当EDI装置填充物的物质各取少许,作为一系列样品,对进入EDI之前的水进行取样,作为参照样品,检测参照样品水质的相关参数并详细记录,然后将填充物样品分别和参照样品在EDI装置正常工作环境下(包括一定温度、湿度等)搅拌混合一定时间,待充分反应之后过滤,取一定滤液进行检测并记录,最后将滤液检测记录与参照样品检测记录进行对比,证明填充液和水之间没有发生化学反应。

3.2 反渗透装置出水水质与EDI装置进水水质匹配确认

EDI装置对其进水水质有要求,那么在选择纯化水制备系统组合形式的设计确认阶段就要进行选择和确认,结合制备系统OQ时确认RO之后出水水质满足EDI进水水质要求。

设计确认阶段,要根据各系统供应商提供的资料,结合当地饮用水水质决定最终纯化水制备系统。不同的EDI装置对进水水质的要求也会不一样,那么在设计确认阶段就要特别注意RO得到的水质和该套系统中EDI装置进水水质,考虑两者有没有恰当匹配,选择原则是既不能匹配不当,也不能匹配过度,匹配不当达不到处理要求,匹配过度就会造成资源浪费,增加系统购买的成本。

在纯化水制备系统运行确认阶段,首先正常运行纯化水制备系统,在反渗透装置之后的取样口进行取样,将样品送往QC实验室进行检测,并且读取设备上的压力表显示数,如果得出的结果是水质满足EDI进水水质的要求,表明该套设备选择正确能够满足EDI装置进水水质要求。如果得出的结果不能满足EDI进水水质的要求,特别是化学检测不能达标时,就要检查没有达到标准的参数,再决定在EDI装置之前增加针对性预处理装置,这些预处理装置可能是过滤器,可能是软化器,也可能是反渗透装置,究竟选择哪种装置还要根据检测结果最终决定。

3.3 EDI装置隔板的确定

制药企业应该在与系统供应商共同协商编制的URS中对纯化水制备系统的结构、材质、连接方式等提出本企业的要求,并在设计确认时对提供的EDI装置能否满足URS要求进行确认,由于材质、结构等的设计内容比较专业,所以在验证过程中就应该把系统的设计选择归属到工程设备部,而QA只是在其中起着监督、协调、统筹、协助的作用,这对工程设备部就有了相当高的要求,要求在熟悉机械设备相关理论的基础上,对药品生产质量管理规范和相关药典中关于纯化水标准的规定也要熟悉,所以设备工程部在验证中起主导作用,最终选择最适合的系统,并与QA共同完成纯化水制备系统的验证工作。

3.4 EDI装置连接方式的确认

虽然EDI装置出水水质已经很高,但是不同的标准对纯化水水质的要求是不一样的,由于生产不同药物及纯化水不同用途,对纯化水水质的要求也不同,所以纯化水制备系统最终的出水水质不同,相对于含有EDI装置的纯化水制备系统就要考虑到EDI的连接方式,如果单个EDI装置出水水质不能满足药典要求时,就要考虑串联EDI装置,串联的数量要由水质标准而定,这些就需要在纯化水制备系统设计时确认阶段确认制备系统的装置类型、组合方式和连接方式等。

4 结语

正是由于EDI装置在纯化水制备过程中的诸多优势,所以制药企业纯化水制备系统基本上都选择了反渗透加EDI的方式,而EDI的引进也为系统验证带来了新的验证点和思考点,只有对EDI装置的结构、工作原理等方面充分了解,将其与药品生产质量管理规范以及相关药典理论学习相结合,才能更好地选择适合本企业的纯化水制备系统,并且对纯化水制备系统进行正确验证。

所有设备在设计阶段就要明确URS,选择适合纯化水制备要求的EDI装置,并在EDI验证的设计阶段对装置的机械性能、材质等方面进行确认,随后在安装确认、运行确认和性能确认阶段对EDI装置的功能和产水水质进行检测,使其达到相应标准。

EDI装置的优势加上良好的验证,将有利于纯化水制备系统的发展,提高制药企业纯化水水质,并且有利于企业的环境保护和能源节约,满足EHS(Environment Health Safety(EMS+OHSMS)环境、职业健康安全管理体系)的要求。

参考文献

[1]梁毅.GMP教程[M].北京:中国医药科技出版社,2003.1:89