化工医药厂房纯化水系统设计

摘 要：随着我国医药科技的快速发展,纯化水的生产也有了进一步的进展,为了满足人们对医疗卫生条件的要求,我们应该加强对纯化水系统的研究.文章通过运用两级RO+EDI对纯化水进行制备,对医药化工厂房纯化水系统的设计进行了阐述,供同行参考.

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一、纯化水系统概述

纯化水的制备方法目前除蒸馏法外,常结合离子交换、电渗析、电法去离子,反渗透、超过滤、微孔滤膜过滤等方法,大多数属于膜分离法.蒸馏是世界各国公认的制备注射用水的首选方法,而反渗透法（RO）是利用渗透这种物理现象借助于反渗透膜来制备的.其工艺操作简单,除盐效率高,也比较经济,不仅适用于纯化水的制备.而且还可制造出具有注射用水质量的水.

现在纯化水的最高制备工艺技术是电法去离子技术（EDI）,尤其是将EDI与RO等结合在一起的膜分离技术更是2l世纪最有前景的制药用水生产技术之一.我们要努力将这种方法投入到现实的使用中.改革开放以来,我们所面临的机遇与挑战给制药用水系统理论的研究及应用技术的采用创造良好的条件,我国制药用水系统及标准得到了长足的发展.随着定义的更趋科学及标准的进一步提升,人们正在把目光从最终检验转移到水系统的设计、运行、监控、验证等各个方面,将终端把关转换为过程控制,力争稳定地生产出符合质量要求的制药用水,以满足药品生产的特殊要求.

二、纯化水系统的设计

由符合一定要求的饮用水到制备出符合药典标准的纯化水,整个制备流程可由预处理、初级除盐系统和深度除盐系统三部分组成.

1.预处理

预处理是制备纯化水的第一步,其主要功能是在保证不同进水情况下,去除水中微生物及化学物质,使两级RO系统获得一个稳定、合格的的进水水质,其主要包括：多介质过滤器、活性炭过滤器和软化器.

1.1多介质过滤器

多介质一般由石英砂或者无烟煤为滤料,二者按粒径大小,由上到下填充于过滤器内,截留水中的大颗粒、悬浮物、胶体及泥沙等,使SDI值<5,出水浊度<1,保证达到后续进水要求.但是随着设备的持续运转,压差会不断升高,此时以3～10倍流速的清洁原水反冲洗可以去除滤料沉积物,降低过滤器压力,滤料得以再生.

1.2活性炭过滤器

过滤介质通常由颗粒活性炭如椰壳炭、无烟煤等构成的固定层,不仅可以有效吸附水中的部分有机物（吸附率约为60%左右）,同时由于大量平均孔径在2mm～5nm的微孔和粒隙,使活性炭吸附表面积能达到500～2000m2/g,对水中的残余余氯离子有很强的脱氯能力,其次还能有效除去水中臭味、色度,以及残留的浊度.综合处理后,应保证出水中余氯<0.1ppm,SDI≤4.由于活性炭内部表面积大,流速缓慢,微生物易于滋生.活性碳过滤器由于吸附面积大,容易吸附有机质、细菌等杂质,为保证活性炭的吸附活性,需要经常消毒控制微生物污染.传统的消毒方法为纯蒸汽消毒.长期使用易使活性碳烧结甚至失去活性,容易破坏塑料管材,而且纯蒸汽成本很高.目前多使用NaHSO3消毒,先用1～2%的NaHSO3溶液浸泡过夜.再用水反冲至进出水质一致.

1.3软化器

原水中的硬度主要由Ca2+、Mg2+组成,如在RO膜表面结垢,将堵塞反渗透膜,影响水的通量.因此,为防止钙镁盐的沉积结垢,目前软化器使用钠型阳离子树脂,利用树脂中可交换的Na+.

将水中的Ca2+、Mg2+交换出来,使原水软化成软化水,降低水的硬度,提高后续反渗透膜的使用寿命.生产中,软化器通常用一备一,利用PLC自动控制,完成树脂的转换和吸盐再生.

2.初级除盐系统

两级RO系统作为初级除盐,是整个制备过程的主要脱盐设备,它主要包括膜保安过滤器、高压泵、氢氧化钠加药箱,两级RO装置.

2.1膜保安过滤器

预处理阶段的小颗粒滤料由于泄漏的原因可能会随管路进入反渗透单元,从而阻塞反渗透膜,膜保安过滤器作为原水进入除盐系统的最后一层过滤屏障,能滤除原水中粒径≥5μm的微粒,为后续除盐系统提供可靠水源.因此,膜保安过滤也称精滤.

2.2高压泵

反渗透需在较高的压力作用下才能使原水从浓溶液侧向稀溶液侧流动,高压泵就为该系统提供了这样的稳定动力源,保证了二级RO系统持续不断的稳定运行.由于高压泵的持续运转,宜配备高低压保护及过热保护,防止泵的损坏.

2.3氢氧化钠加药箱

溶解于水中的二氧化碳会使纯化水电导率变大,对于两级RO系统,氢氧化钠加药箱放置于一级反渗透之后,用于调节一级出水pH值,使水中CO2气体分子在碱性环境中转换成CO32-离子溶解于水中,增加二级脱盐效果.

2.4两级RO装置

一般一级反渗透产水不能达到纯化水水质要求,这时需用二级反渗透作进一步处理,使其达到要求的水质标准.由于反渗透膜不能脱除溶于水中的二氧化碳气体,当原水中含有较多二氧化碳时,一般在一级反渗透装置后设立脱气装置,用于脱除进水中的二氧化碳气体.常用脱气装置为脱气塔,采用脱气方式为鼓风脱气和真空脱气.采用脱气膜装置虽然脱气效果较好,但由于进口脱气膜成本较大,而国内脱气膜脱气效果与国外脱气膜相比,仍有较大差距,因而脱气膜在用于脱除二氧化碳气体时一般较少采用.

两级反渗透过程是一种物理除盐过程,它利用半透膜的选择透过性,使原水中的水分子在压力作用下由浓溶液侧向稀溶液侧流动,经汇聚后进入后续EDI单元；而原水中的微生物、内毒素、胶体和各种盐类被截留下来,随浓水排放,系统脱盐率可达98%以上,排放的浓水收集后续可用做冷却塔的补水或用于厂区绿化.

3.深度除盐系统

EDI是两级RO之后的深度除盐,它是将电渗析和离子交换相结合的处理技术,利用阴、阳离子的选择性透过膜,在外加电场的作用下,完成阴、阳离子的定向迁移,达到深度除盐目的,制备出的纯化水电阻率可达15MΩ·cm以上.在整个除盐过程中,系统借助持续电解出的H+和OH-进行树脂再生,而不借助酸、碱试剂,保证了制备过程的连续、稳定、无污染.

三、结语

随着纯化水定义的更趋科学及标准的进一步提升,人们正在把目光从最终检验转移到制药水系统的设计、运行、监控、验证等各个方面,将终端把关转换为过程控制,使每个生产纯化水的过程能够达到质量标准的要求,力争稳定地生产出符合质量要求的制药用水,以满足药品生产的特殊要求,为我国的人们能够拥有健康的医药做准备,为我们的健康奉献出更大的力量.

综上,两级RO+EDI的纯化水制备方式为药物生产提供了符合GMP标准的纯化水,并且整个制备过程节能、环保,符合当今药用纯化水制备的发展趋势,为药物生产提供了更好的保障,使我们的医药化工行业能够拥有更好地发展.