纯化水制备工艺在制药生产中的运用

纯化水制备工艺在制药生产中的运用（精选4篇）

纯化水制备工艺在制药生产中的运用 第1篇

[摘 要]纯化水是药物生产过程中要大量使用的一种工艺用水，在药品生产过程中和药物生产与药物使用安全是非常重要的，本文主要对纯化水的制备工艺进行了非常详细的分析，在研究的过程中还要对水生产的质量和生产过程中所需要的成本以及能源的消耗等方面进行详细的评价，同时还根据实际情况提出了一些比较科学合理的生产工艺，主要对纯化水制备工艺在生产中的运用进行全面的分析，笔者认为反透法制备纯化水的工艺是比较适合在制药行业中得以应用的。

[关键词]制药生产;纯化水制备工艺;应用分析;反渗透法

纯化水的制备技术实际上已经有了很长的发展历史，不仅在工艺上有了很大的变化，同时也在设备上出现了很大的改变，在制药过程中也需要使用纯化水制备工艺，这样才能更好的保证药品制备的可靠性，从而也提高了药品的有效性，所以纯化水制备工艺的选择也成了药品制备和生产中非常重要的一个环节。

1、纯化水制备方法

1.1 纯化水制备方法选定的原则

在制药用水系统的选择中要保证系统中的各项化学指标都能达到相关的标准，同时对微生物和菌群的数量也应该予以严格的控制，源水的质量直接决定了纯化水的质量，纯化水制备的设备系统在配置的过程中应该充分的考虑到源水的水质以及相关的用户对纯化水水质的相关要求以及运行中能够承受的最高费用等，这样才能更好的选择合适的设备。

1.2 纯化水制备的方法

1.2.1离子交换

这种制备工艺是相对比较传统的纯化水制备方法，该技术通常就是指利用树脂的离子交换功能来清除水中的一些金属离子，而对离子交换系统也需要定期的进行清洗，在清洗的过程中要根据实际的情况选择酸和碱，通常我们将这一处理过程叫做再生处理，在再生处理过程中再生剂有着非常好的抗菌和杀菌的作用，所以它对系统中的微生物也有很好的抑制作用。

离子交换系统也可以设计成阴床和阳床相互分离的，树脂再生处理的过程中可以将废液的PH值调整到合理的范围之内再排放，这样就可以较少对环境的污染，而且使用这一技术可以减少相关费用的投入，所以这种技术也比较适用于科研机构或者是需水量并不是非常大的生产车间当中。

1.2.2蒸馏冷凝法

这种方法是以前药厂经常使用的一种纯化水制备方法，在制备的过程中首先需要将原来的水进行加热，让水以水蒸气的方式存在，之后再通过冷凝的方式去除水中存在的离子，但是使用这种方法需要消耗大量的能源。

1.2.3电渗析法

电渗析法在应用的过程中会利用静电和选择性渗透膜完成分离过程，同时还要将金属离子通过水流充分的冲洗掉，但是这一系统在运行的过程中不能体现出非常好的效果，同时电渗析系统也应该经过一定的清洗处理，这样才能保证系统的功能可以得以充分的发挥。所以电渗析系统通常应用在纯化水系统的前期处理工作中，它主要是起到了辅助的作用。

1.2.4电法去离子(EDI)

电法去离子系统是将离子交换技术和电渗析技术互相结合，但是它是一种出现的比较晚的膜分离技术，它可以很好的去除水中离子的数量，从而使得纯化水的电阻可以在15Ω以上使用这种技术制备纯水的过程中不需要添加任何的外加剂而且在制备的过程中也不会给环境带来十分不利的影响，水资源也可以得到充分的利用，使用该系统不需要进行化学再生，在使用的过程中也可以制备出质量非常高的纯化水，可以体现出其非常大的优势。

1.2.5反渗透

反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂(一般常指水)通过反渗透膜(一种半透膜)而分离出来，方向与渗透方向相反，可使用大于渗透压的反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。

利用反渗透技术可以有效的去除水中的溶解盐、胶体、细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质。反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围，无需化学品即可有效脱除水中盐份，系统除盐率一般为98%以上。所以反渗透是最先进的也是最节能、环保的一种脱盐方式，也已成为了主流的预脱盐工艺。

1.3 反渗透制水系统

1.3.1多介质过滤器

多介质过滤器中的精致酸洗石英砂、精致无烟煤去除原水中粒度大于20微米的机械介质、小分子有机物和部分胶体，使出水浊度<0.5NTU，COD<1.5mg/L，降低原水中机械颗粒、悬浮物和胶体等杂质，降低污染指数。

1.3.2活性炭处理器

净水专用果壳活性炭，吸附水中的有机物和余氯，去除胶体渣、铁化物、悬浮物，降低色度、浊度，活性炭处理器为反渗透膜作技术准备，应保证余氯<0.1PPm，SDI≤4(反渗透复合膜抗氧化性差，而自由氯是一种强氧化剂，影响膜的寿命)，延长反渗透膜的使用寿命，活性炭吸附饱和后应再生或更换。

1.3.3软化器

原水硬度的去除目前采用两种方法。膜结垢是由于给水中的微溶盐在给水逐渐浓缩时超过了溶度积而沉淀到膜上。因此必需防止碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等形成的结垢造成化学污堵，可采用钠离子软化或投加阻垢剂的方法。

软化器是利用钠型阳离子树脂中有可交换的Na+阳离子，将水中的钙、镁离子交换出来，使原水软化成软化水，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意义极大。树脂定期用食盐(NaCl)再生。

1.3.4保安过滤器

在制药用水制备中，通常使用微孔薄膜过滤器作为反渗透等除盐设备的保安过滤器、用水终端的除菌过滤以及制药用水贮罐的呼吸除菌过滤。保安过滤器为5微米的精密过滤器，滤除细小的悬浮物，通常是原水进入反渗透膜前的最后一道工艺，作用是防止前一道过滤工序有可能存在泄漏，会将部分固体微粒渗透反渗透膜中，使反渗透膜阻塞。 1.3.5反渗透装置

反渗透是预处理工艺的核心单元，反渗透主机的主要部分是反渗透膜组件，由于反渗透的出水偏酸性，金属的膜壳会逐渐被腐蚀，因此，膜壳的选材应保证主机除盐的作用长期、稳定、可靠地达到设计要求。反渗透主机的设计，应使水的利用率应达到70%-75%，脱盐率大于95%。

反渗透系统的控制系统可采用微电脑PLC控制，来实现反渗透膜组件的顺洗、制水、水箱水位控制、药洗、高压泵的高低压保护、过热保护等工艺过程的全自动控制，并带有电导率的随机显示。

1.3.6紫外线灭菌器

紫外线杀菌是利用波长在200-300nm的紫外线杀菌。在线紫外线灭菌器不改变水的物理化学性质，杀菌效率98%以上。紫外线杀菌具有杀菌能力强，速度快，效率高，效果好，对所有菌种都有效。

2、制药生产纯化水制备流程的组合方案

2.1纯化水制备流程

完整的纯化水制备流程由五个部分组成：预处理(也称前处理装置)、初级除盐装置、深度除盐装置、后处理装置、纯化水输送分配系统。

2.1.1预处理。由原水泵、多介质过滤器、活性炭过滤器、软化器等组成。

2.1.2主处理。(初级除盐装置、深度除盐装置)由高压泵、保安过滤器、RO壳体、RO元件、EDI装置或混床、纯化水箱组成。

2.2 制药生产纯化水制备流程的组合方案及分析

(1)这几种制纯化水流程经过多年使用和总结改进，已经基本排除了用离子交换、单纯电渗析与一次蒸馏冷凝法制备工艺用纯化水。

(2)一级RO+EDI工艺和二级RO+EDI工艺、二级RO流程的出水水质优于其它的工艺流程。而且不用化学试剂再生，不污染环境，是既节能又环保的一种纯化水制备流程。

3、结语

纯化水生产和制备的过程中可以选择很多种方式和方法，在选择制备方法的时候要综合考虑各种因素的影响，而最为基本的原则就是要满足GMP中的相关标准和要求，只有这样才能生产出符合质量要求的纯化水。经过了长时间的研究发现反渗透方法制备方面有着非常好的效果。

参考文献

纯化水制备工艺在制药生产中的运用 第2篇

众所周知,在制药行业的硬件中,制药用水和通风是2个极其关键的系统环节,其应当建立确认的文件和记录,并能以文件和记录证明达到设计确认、安装确认、运行确认及性能确认的预定目标。

GMP(2010年修订版)中在第5章(设备)第6节(制药用水)章节中专门对制药用水做了规定,可见制药用水的重要性。根据规范,制药用水分为3类,即饮用水、 纯化水和注射用水(灭菌注射用水),制药用水应当适合其用途,并符合《中华人民共和国药典》的质量标准及相关要求。纯化水是这3类制药用水中使用最为广泛的一种制药用水,目前在制药行业的纯水制备系统中, 较多地使用“多介质预处理+二级反渗透装置(Reverse Osmosis,简称RO)+电除盐装置(Electrodeionization,简称EDI)”的制备系统,而笔者通过研究比较,结合实际生产,更倾向于下文中的纯化水制备系统的配置方案。

1纯化水制备系统的优化配置方案

配置:超滤预处理+一级反渗透装置+电除盐装置。

1.1超滤预处理装置

1.1.1目的

超滤是以筛分为分离原理、以压力为推动力的膜分离过程,过滤、去除和分离水中的直径0.001~0.1 μm的颗粒和分子量在1 000~500 000范围内的杂质,能去除细菌和大多数病毒、胶体、悬浮物、蛋白质、大分子有机物等,使出水达到反渗透装置的进水要求,保证反渗透装置的正常运行。

超滤装置系统的出水水质应达到以下标准:污染指数SDI≤5,最佳在3以下;浊度<1 NTU,最佳在0.2 NTU; 余氯<0.1 mg/L;总硬度<3 mg/L;总有机碳<10 mg/L。

1.1.2一般流程

饮用水→饮用水储罐→饮用水泵→叠片过滤器→ 超滤装置→超滤水储罐→加药装置。其过程主要由叠片过滤器和超滤装置组成。

1.1.3叠片过滤器

叠片式过滤器的作用主要是过滤原水中50 μm以上的大颗粒杂质,以防止砂等颗粒进入超滤膜组件,划伤超滤膜表面和造成超滤中空纤维毛细管堵塞。

1.1.4超滤装置

超滤装置利用聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚醚砜、聚砜等材料制成的中空纤维超滤膜的细微孔径来过滤、 去除和分离水中有效直径为0.001~0.1 μm的颗粒和分子量在1 000~500 000范围内的杂质,可减少反渗透膜的胶体污染和微生物污染,提高反渗透的进水水质, 使反渗透膜的单位面积渗透通量增大,从而提高反渗透装置的回收率。

1.1.5其他装置

在超滤装置后设有加药装置,主要投放碳酸氢钠、 氢氧化钠和阻垢剂,用于去除余氯等微量氧化物质、 CO2,并防止结垢。

1.1.6清洗和再生

叠片式过滤器内单个过滤单元进、出水压差上升到一定值时,利用超滤后的出水清洗1 min。超滤膜一般3个月清洗1次,每次清洗60 min,3年更换1次。

1.2反渗透装置

1.2.1目的

采用膜分离手段去除水中的绝大部分无机盐类和几乎全部的有机物、微生物,达到脱盐纯化目的。使反渗透装置的出水达到电除盐装置的进水要求,不损坏电除盐装置。

反渗透装置的出水水质应达到以下标准:电导率<43 μS/cm;污染指数SDI≤1;色度<5度;余氯< 0.05 mg/L;总硬度<1 mg/L;总有机碳<0.5 mg/L。

1.2.2一般流程

超滤出水→一级高压泵→一级反渗透装置→反渗透水储罐。其主要由一级反渗透装置组成。

1.2.3一级反渗透

1.2.3.1原理

纯水与含盐水有一张只能透过水的半透膜隔开, 水会流入含盐水侧,含盐水侧高于纯水侧平衡时的压差即为渗透压,如在含盐侧施加大于渗透压的压力使含盐水中水流入纯水侧,即为反渗透。

1.2.3.2反渗透装置

反渗透装置内装有反渗透膜,利用高压泵的高渗透压,预处理过后的清水经过半透膜(芳香聚酰胺反渗透膜),可去除Ga2+,Mg2+,Fe2-等无机盐、微粒及细菌、病毒等有机物。一般情况下,一级反渗透装置的脱盐率可在95%以上。

1.2.3.3反渗透装置的重要参数

脱盐率和回收率是反渗透装置的2个重要参数。

脱盐率=(进水含盐量-产水含盐量)/进水含盐量×100%。也可利用近似公式:脱盐率=(进水电导率- 产水电导率)/进水电导率×100%。一般一级反渗透装置的脱盐率在95%左右。

回收率=(产水流量/进水流量)×100%。一般一级反渗透装置的回收率在70%~75%,二级反渗透装置的回收率在80%~85%。

1.2.4清洗和再生

反渗透膜一般3个月清洗1次,用清洗液闭路循环1~2 h。3年更换1次反渗透膜,最长不超过5年。

1.3电除盐装置

1.3.1目的

去除溶解在水中的微量元素、溶解气体和其他微弱电离的化合物,进一步提高水质,使出水水质满足制药行业纯化水要求。电除盐装置的出水水质可达到电阻率>16 MΩ·cm的标准。

1.3.2一般流程

反渗透产水→电除盐泵→电除盐装置→纯化水储罐。其主要由电除盐装置组成。

1.3.3电除盐

1.3.3.1原理

利用混合离子交换树脂吸附给水中的阴阳离子, 同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下,分别透过阴阳离子交换膜而被去除。

1.3.3.2电除盐装置

离子交换树脂填充在阴、阳离子交换膜之间形成纯化室,用网状物将每个电除盐单元隔开,形成浓水室。 在纯化室的电势梯度高的特定区域,能够通过电化学分解使水产生大量的H+和OH-,离子交换树脂得到不断再生,并释放出H+和OH-,置换出给水中的阴阳离子;在直流电压的加载下,阴阳离子分别在电场作用下向正负极迁移,阴离子通过阴离子膜,阳离子通过阳离子膜, 进入到浓水室,从而得到电阻率在16 MΩ·cm以上的纯化水。

1.3.3.3电除盐装置的重要参数

回收率是电除盐装置的重要参数。回收率=[淡水产水流量/(淡水产水流量+浓水排放流量+极水出口流量)]×100%。一般电除盐装置的回收率在90%~95%。

1.3.4清洗和再生

当出水水质达不到要求时,根据电除盐装置的情况进行清洗及消毒。清洗一般需8 h,清洗淡水室后需将电除盐模块再生16 h,电除盐模块一般5年更换1次。

2目前常用的纯化水制备系统配置方案

配置:预处理+二级反渗透装置+电除盐装置。

2.1多介质预处理装置

2.1.1目的

通过过滤、吸附、交换等方法去除原水中可能会对反渗透膜产生污染的物质。如防止胶体物质、悬浮固体微粒、有机物、微生物等对反渗透膜的污堵及氧化性物质对反渗透膜的氧化破坏,使出水能达到反渗透装置的进水要求。

2.1.2一般流程

饮用水→饮用水储罐→饮用水泵→机械过滤器→ 活性炭过滤器→软化过滤器→保安过滤器。其主要由机械过滤器、活性炭过滤器、软化过滤器组成。

2.1.3机械过滤器

机械过滤器内装优质无烟煤和各种规格的优质石英砂,可去除大部分水中的粉尘、铁锈、泥砂、颗粒等悬浮物及部分胶体杂质。

2.1.4活性炭过滤器

活性炭过滤器内装优质果壳活性炭,可吸附水中的色度、气味、易沉积的重金属离子、溶解性有机物及游离氯、臭氧等氧化剂。特别是有机物会反污染渗透膜, 余氯会将反渗透膜分解,而目前大多用来作为原水的城市自来水中会添加氯,其游离氯的标准在0.3~4 mg/L, 实际一般在1.2 mg/L左右,因此通过活性炭过滤器在去除有机物的同时又去除余氯,能很好地保护反渗透膜。

2.1.5软化过滤器

软化过滤器内装优质强酸型阳树脂,通过与原水中的钙、镁等离子置换,去除钙、镁等离子,防止反渗透膜结垢,降低水的硬度,软化还可去除铁和其他过渡金属。 另外,软化可以提高反渗透系统的出水率和反渗透装置的进水pH值(一般反渗透出水会偏酸性),并可使后续的反渗透装置和电除盐装置更有效地去除碳酸盐和硅。

2.1.6其他装置

其他装置,如保安过滤器,主要去除5 μm以上的管道杂质或破裂的活性炭颗粒,防止损伤反渗透膜和堵塞反渗透膜。

2.1.7清洗和再生

一般情况下,机械过滤器、活性炭过滤器和软化过滤器均需每隔2天清洗和再生。机械过滤器及活性炭过滤器的清洗流程各约30 min,软化过滤器再生流程约为100 min。

石英砂全部的更换周期约2年,果壳活性炭全部的更换周期约为8个月,阳树脂全部的更换周期约为4年, 保安过滤器滤芯的更换周期不超过60天。

2.2反渗透装置

采用二级反渗透装置,基本同1.2所述,但有以下说明。

2.2.1一般流程

预处理的清水→一级高压泵→一级反渗透装置→ 中间储罐→中间水泵→加氢氧化钠装置→二级高压泵→二级反渗透装置→反渗透水储罐。其主要有一级或二级反渗透装置组成。

2.2.2特点

一般一级反渗透装置的脱盐率可在95%以上,而二级反渗透装置可进一步去除水中的盐分,使水质进一步提高。二级反渗透装置的脱盐率因一级反渗透装置已脱去大部分盐,实际脱盐率一般在70%左右,甚至当一级反渗透装置脱除效果好的情况下,二级反渗透的脱盐率低至50%以下,经过二级反渗透装置后,反渗透水的电导率完全可以达到1~2 μS/cm,已经符合2010版《中国药典》中的纯化水质量标准。

2.2.3指标

一般一级反渗透装置的回收率在70%~75%,二级反渗透装置的回收率在80%~85%。

2.2.4其他装置

其他装置,如加碱装置,在二级反渗透装置前投加氢氧化钠将游离的CO2转化成碳酸氢根盐,通过反渗透装置去除碳酸氢根盐,以此来去除水中的CO2,且调节了pH值。

2.3电除盐装置

电除盐装置同1.3节,这里不再赘述。

3 2种纯化水制备系统配置的比较

3.1处理效果的比较

3.1.1超滤预处理与多介质过滤器

预处理装置的比较

3.1.1.1优点[1]

(1) 超滤能阻挡所有不溶物,超滤出水的SDI一般在0.2~1,浊度在0.1 NTU以下,远比多介质过滤器的出水SDI为4、浊度在0.2~1 NTU要好,能很好地阻挡胶体,大大降低胶体对反渗透膜的污染,使反渗透膜的清洗周期大大延长,并可使反渗透膜的通水量增加约10%~20%;

(2)超滤对有机物的截留效果显著,可以有效地减少反渗透膜的有机污染;

(3)超滤出水水质更稳定,不受原水水质变化的影响,不会产生过滤残渣或絮凝污泥等;

(4)超滤装置系统比多介质过滤器操作简单稳定, 占地面积小。

3.1.1.2缺点[2]

(1)一些溶解在水中的有机物可以通过超滤膜对反渗透膜产生污染;

(2)余氯等氧化剂较难去除;

(3)为了提高超滤的产水水质,会加入絮凝剂,部分絮凝剂不能充分反应,会通过超滤膜对反渗透膜产生污染。

3.1.1.3解决办法

(1)加入碳酸氢钠等还原剂,去除氧化物;

(2)严格控制絮凝剂、氧化剂的加入剂量;

(3)加入适量的阻垢剂。

3.1.1.4比较

通过比较,可看出经过超滤装置及相应的加药装置,其出水污染指数、浊度、总硬度、总有机碳和余氯等可满足反渗透装置的进水要求。

3.1.2一级和二级反渗透装置出水水质的比较

以笔者公司在上海2个区的2套二级反渗透出水水质为例进行比较,结果如表1、表2所示。

合理选择型号,功能模块应独立、密闭以及相互连通,以便建成功能齐全、通用、灵活的多功能原料药车间。

由上述2张表比较可知,一级反渗透装置的脱盐效果很好,大部分杂质在一级反渗透装置中脱除,一级反渗透的水质已可以作为电除盐装置的进水,而二级反渗透装置的脱除效果显然没有一级反渗透装置好, 无非就是进一步去除盐分,为电除盐装置的进水水质创造更好的条件。

3.1.3对电除盐装置出水水质的影响

(1)进水电导率是电除盐装置的重要进水指标,产水电阻率与进水电导率的关系如图1所示,在进水电导率小于10 μS/cm时,不同操作电流下的产水电阻率均达到17 MΩ·cm以上,当进水电导率大于10 μS/cm时, 在同一操作电流下,产水电阻率随着电导率上升而下降, 但可以通过加大操作电流使产水电阻率上升[3]。实验证明,在进水电导率升高幅度及持续时间有限的情况下, 不会损伤电除盐装置模块,从上文可看到,一级反渗透装置的出水电导率稳定在10 μS/cm以下,经过电除盐装置处理,可得到超过17 MΩ·cm的产水,即便一级反渗透装置的出水电导率偶尔超过10μS/cm,也不会使EDI模块受到伤害。因此,一级反渗透装置完全能满足电除盐的进水要求。

(2)进水游离CO2<9 mg/L时,产水电阻率与进水游离CO2浓度的关系如图2所示,水解离产生的OH-可将游离转化为HCO3-或CO2-3,并通过EDI模块去除,EDI的出水电阻率可达14 MΩ·cm以上[3]。

(3)进水TOC<0.5 mg/L、可溶性硅<0.6 mg/L、总硬度<0.9 mg/L时,EDI出水电阻率可达15 MΩ·cm以上[3]。

通常情况下,经过前期的超滤和一级反渗透装置, 可使电除盐装置的进水电导率<10 μS/cm、TOC< 0.5 mg/L、可溶性硅<0.2 mg/L、总硬度<0.2 mg/L、游离CO2<5 mg/L,同时污染指数、色度和余氯等也满足电除盐装置的进水要求。经电除盐装置处理的出水可完全满足2010版《中国药典》纯化水质量标准(表3)。

当然,如果经过二级反渗透装置,电除盐装置的进水水质会更好,对电除盐装置的处理压力也会更小,对电除盐装置的模块也相对能加以保护,但为什么会选一级反渗透装置而不选二级反渗透装置呢,这可以通过投资与运行费用的比较得出结论。

3.2投资与运行费用比较(以10 t/h出水为例)

以上海自来水作为原水,符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)。水质检测结果:色度<5度;浊度<0.5 NTU;铁=0.025 3 mg/L;铜<0.009 mg/L;总硬度=126 mg/L;溶解性总固体=198 mg/L;氯化物= 27.6 mg/L;COD=0.78 mg/L;pH=7.37。

3.2.1投资比较

“超滤预处理+一级反渗透装置+电除盐装置”的投资在100万元左右(根据反渗透膜、EDI模块、自控、泵等品脾配置不同价格有所不同),“多介质预处理+二级反渗透装置+电除盐装置”的投资在115万元左右。在同等品牌配置下,“超滤预处理+一级反渗透装置+电除盐装置”的纯化水处理系统节约15万元左右。

3.2.2运行费用比较

以每年生产300天,每天2班,每班6 h,每小时出水10 t计。运行费用比较如表4所示。

由表4可知,1套生产10 t/h纯化水的“超滤预处理+ 一级反渗透装置+电除盐装置”系统运行费用比“多介质预处理+二级反渗透装置+电除盐装置”系统要节约105 640元/年。

3.3 “超滤预处理+一级反渗透装置+电除盐装置”的优点

(1)出水量高,比采用二级反渗透有更高的水的回收率,可节约10%的原水,减少水资源浪费,保护了水资源。

(2)反渗透装置的高压泵用电量大,采用一级反渗透装置每年可节约3.96 kW·h的电,折合为11.88 t标煤,节约了能源,达到节能减排的目的。

(3) 由于二级反渗透的回收率一般在80%~85%, 所以前期预处理的设计能力要相应增大,再加上二级反渗透本身,采用一级反渗透装置的总投资可节约15%。

(4)本装置系统的超滤技术通过近年来的发展使用,已比较成熟,是一种比较先进的技术,并且已在各行各业得到广泛的应用。

(5)超滤工艺对不同水质的适应性较强,采用超滤膜作为反渗透预处理,其出水浊度非常低,并且由于能有效地去除各类有机、无机胶体和微生物,可保护反渗透膜,延长反渗透膜的寿命及清洗周期,更能提高反渗透脱盐率和回收率。

(6)采用“超滤预处理+一级反渗透装置”的占地面积远远小于“多介质预处理+二级反渗透装置+电除盐装置”系统的占地面积。

4结语

随着科学技术的飞速发展,所有事物都在变化中前进,如纯化水的制备,从以前的“传统预处理+电渗析+离子交换”发展到现在的“超滤预处理+反渗透+电除盐”,没有了酸碱的污染,保护了环境。目前,超滤作为反渗透装置的预处理在制药行业中运用不多,但10多年前渗透和电除盐也经历了从疑问、尝试到推广的过程,到现在已普遍使用。

目前,制药企业大部分已使用城市自来水作为原水来制备纯化水,原水的水质起点较高,虽然自来水含盐量会波动,但完全符合国家饮用水标准,故采用“一级反渗透+电除盐”的纯化水系统即可。另外,由于一级反渗透脱盐率极高,二级反渗透脱盐效率远远小于一级反渗透,其效果并不理想,相反通过电除盐装置,能得到非常优良的纯化水水质,故完全不必配置二级反渗透。一般情况下,如是固体制剂生产企业,建议使用一级反渗透,因有后续电除盐装置,完全能保证纯化水的水质,没必要再加配二级反渗透;如是针剂生产企业,则可视实际情况决定是否需要二级反渗透。笔者参观了几家针剂生产企业的新纯水制备系统,目前也已经使用“一级反渗透+电除盐”,其实配置二级反渗透更多的是保护电除盐装置,保证电除盐装置的进水水质。

在设备需要更新时,对于设备的配置除了从实际、 投资、运行等方面进行考虑,更要提高到节能环保的高度上进行综合考虑,这样才能与时俱进,不但为企业创造价值,更重要的是为社会创造价值。

摘要：从制备纯化水的设备配置出发,通过对纯化水的水质质量、投资、运行及节能环保等几方面进行分析比较,提出了制药行业较高性价比的纯化水制备系统的配置方案,以供同行参考。

制药纯化水电导率及其制备 第3篇

1纯化水的用途

制药纯化水是以符合国家生活饮用水质标准的饮用水作为原料水, 采用适宜的方法制取。纯化水作为配制普通药物制剂的溶剂和实验用水。也可作设备清洗用水, 或作生产注射用水的原料水, 而不是用于注射剂的调制。

2纯化水电导率的要求

2.1制药纯化水的电导率:

中国药典2000版未作规定;欧洲药典2000增补版规定为4.3μs/cm (20℃) ;美国药典2000年24版规定不大于1.3μs/cm (25℃) , 还规定了目的在于采用电导率定量测定, 来代替定性目测的氯化物、硫酸盐、钙盐、氨及二氧化碳五项试验。

2.2由于我国药典对纯化水电导率未作规定, 一些制药厂和设计单位, 在设计选用纯化水制备时, 认为纯化水电导率越低越好。但是纯化水的原料水是饮用水, 按照国家生活饮用水水质标准 (GB5749 85) 和生活饮用水水质卫生规范 (2001) 中规定, 水中溶解性总固体限值1000mg/L、总硬度450mg/L。如果原料水这样高的电导率和总硬度, 采用两级反渗透处理, 纯化水电导率要求降到1μs/cm, 脱盐率必须达到99.94%以上, 是很困难的。

2.3根据药典规定, 并参照最近国家食品药品监督管理局2003年组织编写的《药品生产验认指南》中, 提出的纯化水系统验证的纯化水合格标准, 电导率应小于11μs/cm。通过调查与实践, 认为纯化水电导率要求小于1μs/cm, 依据不足。而且, 当纯化水作为注射用水的原料水时, 中国药典规定, 必须经过蒸馏, 通常多效式蒸馏水机的原料水 (即纯化水) 的电导率小于5μs/cm, 即可满足蒸馏要求。因此, 建议纯化水制备的了水电导率一般小于5μs/cm, 最低小于2μs/cm。

3反渗透制水工艺比较

我国药典2000年版将反渗透法列入纯化水制水工艺根据某制药厂水质:原水为自来水, 水的浑浊度3～5度, PH值6.5～7, 硬度7～7.5mmol/L, 电导率1000～1100μs/cm。两级反渗透工艺生产出的纯化水电导率小于2μs/cm, 脱盐率99.8%以上。按照新建0.5m3/h纯化水制备实便, 对制药纯化水, 采用两级反渗透与一级反渗透+混合床两种工艺的设备投资及运行成本进行了全面比较, 分析得出以下初步看法:

(1) 由于近几年来国内外反渗透膜广泛应用, 膜及配件价格相应降低。两级反渗透工艺比一级反渗透+混合床工艺的设备投资仅高1%。但综合其他费用而言, 两级反渗透工艺总投资费用不仅不高, 反而比一级反渗透+混合床工艺低5%左右。

(2) 两级反渗透工艺比一级反渗透+混合床工艺, 每立方米纯化水运行成本, 只高2%。但一级反渗透+混合床工艺中的混合床, 在树脂采用酸碱再生清洗过程中, 需要将阴阳树脂分层与混合, 操作比较繁杂, 会加大酸碱用量和成本, 而且影响出水质量和树脂使用寿命。

(3) 两级反渗透工艺使水中细菌、热源等有毒有害杂质脱除率在99.8%以上。但一级反渗透+混合床工艺的一级反渗透, 只对水进行一次渗透过滤, 水中细菌、热源脱除率为98%～99%, 而且混合床在阴阳树脂再生时, 细菌会进入再生液和树脂中, 当一级反渗透纯水通过水泵、管道二次加压进入混合床后, 会受到二次污染。所以, 水中细菌、热源等有毒有害杂质的脱除效果, 两级反渗透工艺大大好于一级反渗透+混合床工艺。

(4) 综合以上因素, 充分表明:两级反渗透工艺, 设备投资不高, 操作比较简单, 既能脱除水中盐分, 同时可脱除水中细菌、热源等有毒有害杂质, 脱除率均在99.8%以上, 是一种高效率, 无污染的膜处理技术。

4陶瓷棒过滤器的应用

(1) 反渗透制水, 首先要以原水进行预处理, 第一道工序就是用石英砂过滤器, 除去原水中的悬浮杂质和泥沙, 降低原水浊度。石英砂过滤器运行一段时间后, 需要对石英砂过滤层进行反洗, 如果冲洗强度不够或操作不当, 过滤层中的截留物不能全部被冲洗干净, 会造成石英砂结成硬块, 大大降低过滤效果, 增加了操作管理难度。针对这一问题, 当流量小于14m3/h时, 现采陶瓷过滤器代替石英砂过滤器。该过滤器是一个不锈钢罐, 内装101陶瓷砂滤棒若干支。按照不同流量, 设计改进的陶瓷棒过滤器规格, 如下表。

(2) 陶瓷棒过滤器运行一段时间, 进出水压力差增大, 需要拆出滤棒刷洗应有一套备用陶瓷砂滤棒, 换上备用滤棒后, 过滤器即可投入使用, 然后将拆下来的滤棒先用刮片或刷子除去表面积沉物, 再用压力水冲洗干净。

(3) 使用表明陶瓷棒过滤器不需要安装反冲洗设备, 操作简单方便, 可用以代替石英砂过滤器。

5二级反渗透膜的选用

(1) 在两级反渗透制水过程中, 经过第一级反渗透膜处理后, 出水的pH值一般在5～6之间, 此时水中碳酸主要以CO2形式存在, 由于水中溶存有大量CO2, 所以第二级反渗透膜处理难以得到较高的脱盐率, 一般达到60%左右。为了提高两级反渗透处理第二级膜的脱盐率, 应考虑对二级膜的选用, 通过配置4英寸膜的工程实例表明:脱盐率99.5%～99.6%、产水量0.3～0.32m3/h (1900～2000gpd) 复合膜的系统脱盐率, 不如脱盐率99%、产水量0.42～0.43m3/h (2600～2650gpd) 复合膜的系统脱盐率。所以, 二级膜不一定选用脱盐率高的膜, 要结合二级产水量及浓水回收量大小综合考虑。

(2) 一家膜公司推荐:二级膜可选用膜表面带正电荷的复合膜, 这种膜尽管在标准试验条件下膜的最低脱盐率为95%, 但在极低含盐量的情况下, 其总脱盐率要高于传统的带负电荷的复合膜。

摘要：按照国内外药典对纯化水电导率的规定, 建议制药用纯化水的电导率可小于5μs/cm, 最低小于是2μs/cm。对制药纯化水两级反渗透工艺与一级反渗透混合床工艺的设备投资及运行成本比较, 认为两级反渗透工艺, 非常适用于制药行业。提出反渗透制水, 可用陶瓷棒过滤器代替石英砂过滤器。介绍了表面带正电荷的膜在两级反渗透第二级应用的可行性。

关键词：纯化水,电导率,两级反渗透,混合床

参考文献

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纯化水制备工艺在制药生产中的运用 第4篇

1 EDI技术的导入

电去离子 (electro deionization, 以下简称EDI) , 也叫填充床电渗析, 是电渗析与离子交换 (ion exchange, 以下简称IE) 有机结合形成的新型膜分离技术, 借助离子交换树脂的离子交换作用与阴、阳离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过作用, 在直流电场的作用下实现离子的定向迁移, 从而完成对水持续地深度除盐。EDI工作时, 离子交换、离子迁移及树脂电再生3种过程在其内部相伴发生[2]。它结合了两者的优点, 既保留了电渗析可连续脱盐及离子交换树脂可深度脱盐的优点, 又克服了电渗析浓差极化所造成的不良影响及离子交换树脂需用酸、碱再生的麻烦和造成的环境污染。与传统的离子交换树脂相比, EDI具有树脂用量少、占地面积小、不用酸碱再生、无废酸、废碱排放、无环境污染、产水水质好、容易实现自动化等特点, 可连续生产, 过程稳定, 是一种绿色环保生产技术。

2 纯化水GMP管理标准

我国GMP及其实施指南根据中国药典的水质标准对制药企业的用水提出了相应的要求和实施细则, 应当把水作为一种原料, 其质量就等同于药品的质量, 美国方面也是如此, 我国和美国有关纯化水标准如表1[3,4]所示。不仅如此, 水的制备工艺还要便于GMP在设备运行、自控程度、保养等方面的实施和管理。

3 EDI的优势分析

传统IE的优点是:所得的水化学纯度很高。缺点是:易受到各种无机和有机物的污染, 水质不稳定。对离子交换树脂需用酸和碱作定期再生处理, 消耗大量酸、碱, 还会形成大量酸、碱再生废液污染环境。

EDI提高了极限电流密度和电流效率的作用。在该过程中, 离子交换树脂颗粒填充在电渗析器的淡化室内外, 被离子交换树脂吸附的离子在电场作用下不断迁移入浓水室, 这样离子交换树脂不需要再生, 而原料液中的离子几乎可完全被除去。EDI比IE除了技术更为先进外, 也更便于GMP的实施与管理, 主要表现在以下几个方面:

(1) 由于水系统的清洗都是在线进行, EDI不需用对厂房及设施有腐蚀的酸、碱化学来再生交换树脂, 减少酸碱对环境的污染。

(2) 系统的运行和再生可同时进行, 具备连续再生能力, 无需复杂的再生操作及备用设备, 自动化程度高;运行和维护简单, 减少了操作人员操作和维护工作带来的差错和失误。

(3) 水回收率高, 降低了Si O2和TOC指标, 且不受入口水质波动的影响, 具有优异的去除CO2、硅、硼、氨等弱解离物质的能力[5], 这样可以简化监测的部位、指标和频率。

(4) 鉴于药品生产的特殊性, 水的纯化不仅限于除去盐类和有机物, 还对细菌和内毒素有控制。由于EDI电流密度的增加以及淡室中树脂表面水解离不断产生的H+和OH-, 使淡室水的局部p H值发生变化, 造成不利于细菌生长的环境条件。同时, 由于阴离子交换树脂表面带正电荷, 而细菌, 尤其是对药用水水质影响较大的革兰氏阴性菌带负电荷, 易被吸附到阴离子交换树脂表面, 使之处于水解离最活跃的部位, 细菌生长受到抑制甚至被杀灭, 因而大大减轻了EDI产出水被细菌和内毒素污染的程度, 进一步满足了药典和GMP对于微生物限度的要求。

4 EDI工艺设计与评价

4.1 工艺设计

目前我国国内常用的纯化水净化制备工艺如下:

原水→预处理→电渗析→离子交换→纯化水;

原水→预处理→RO→离子交换→纯化水;

原水→预处理→一级RO→二级RO→纯化水;

原水→预处理→一级RO→二级RO→离子交换→纯化水。

而经过比较与系统研究后, EDI工艺设计如下:预处理 (超滤→活性炭过滤→精密过滤) →RO→EDI→后处理 (紫外在线灭菌+超滤) 。

预处理采用超滤除去原水中的微粒、胶体、铁锈、大分子有机物等杂质, 使RO组件的进水污染指数降至3以下, 保证RO能够稳定工作。活性炭吸附水中的余氯, 降至RO膜所允许的含量。此外, 还能吸附除去有机杂质, 如:腐植酸、农药、杀虫剂、工业溶剂和细菌内毒素等。精密过滤器主要去除水中的碎炭末等颗粒物, 保护增压泵及RO膜组件。

RO部分包括增压泵和RO膜组件, 主要除去水中的大部分无机盐类和残留有机物, 使产水达到初级纯水的程度。RO对水中TOC的去除起重要作用, 去除率达99.7%, 并且使脱盐率保持在95%以上[6], 保证了EDI膜堆的进水要求, 并尽可能提高水的回收率。若原水水质较差, 可根据需要将一级RO扩展为两级RO, 以保证TOC低含量以及EDI膜堆的进水要求。

EDI对RO产水进行深度除盐, 去除残留的微量可溶性盐类及细菌内毒素等其他杂质, 进一步降低产水中TOC含量, 使产水达到纯化水的要求。EDI设备能够生产出电导率低达0.062 5μS/cm的高纯水, 但对进水水质有较高要求, 进水电导率小于2μS/cm[5], 不适用于原水含盐量较高的进水, 因而在EDI设备之前几乎总是安装有RO装置等预除盐系统。

后处理采用波长为254 nm的紫外线杀菌器, 对EDI出水进行高效消毒、灭菌, 有效防止水中细菌的繁殖;利用超滤装置截留热原、内毒素, 确保了终端产水的质量, 使产水中细菌和内毒素稳定达到标准的要求。

这里需要提出的是, 如果应用增加EDI淡室中树脂填充密度等方法, 可改善EDI性能, 这是由于随着膜堆电流的升高淡室中的水解离程度增大, 产生H+和OH-数量增多, 能够有效去除进料水中的溶解性CO2, 提高产水水质。由于RO除溶解性CO2的能力较弱, 而且其产水一般呈酸性, 水中的CO2主要以游离态存在, 影响了第二级RO或离子交换等后续处理的效率。为此, 常在RO之后设脱气装置除CO2, 或者在第一级RO与第二级RO之间设加药装置, 投加NaOH, 提高第二级RO进水的p H值, 提高其脱除率。采用高填充密度的EDI装置直接接在RO之后, 可改善CO2的去除效果, 从而可以省去加药装置, 减少设备, 节约成本, 便于管理。

4.2 工艺评价

通过对自行研制的RO—EDI制高纯水设备的产水进行电导率和TOC含量的检测, 发现EDI膜堆生产水质稳定, 在2 100天的运行过程中, 原水电导率保持在300～1 200μS/cm之间, 硬度最高为230 mg/l, 水温最低为3.5℃。产水电导率始终保持在0.058 8μS/cm左右, 基本不受原水水质及温度等因素变化的影响, 在实验期间膜堆没有进行清洗等维护措施[7]。实验结果说明, EDI膜堆可以耐受原水水质和温度变化的冲击, 具有良好的适应性。

经RO处理的水, TOC含量从质量浓度24 400～24 560μg/l大幅度下降至质量浓度70μg/l左右, RO产水经EDI深度除盐处理后, EDI产水中TOC也有较大程度的降低, 达到质量浓度20μg/l左右[7]。EDI去除TOC的作用可能与膜堆内部直流电场使部分有机物离子化或水解离产生的化学能将部分有机物进行氧化降解有关。这一含量远低于美国药典“纯化水”规定的TOC浓度500μg/l的指标, 见表1。

可见, RO—EDI的组合工艺产水水质已完全达到甚至优于我国药典和美国药典对于纯化水的要求, 完全可以用于纯化水的制备。EDI代替IE作为水的净化工艺是可行的。

4.3 讨论

EDI工艺虽然产水纯度极高, 品质稳定, 但是对进水水质有较高的要求, 这使得EDI事实上只宜用于低盐度水的精处理, 这也是目前常将RO+EDI联用的原因。对于EDI前处理的各部分水质, 企业应严格按照GMP要求进行管理, 比如应予以监测或定期检测, 并实施有效的反洗再生等程序以防止浓水室结垢;进行必要的验证等, 以维护RO和EDI的正常运行。运行过程中, RO膜组件还会产生一定的污染, 应根据脱盐率、流量、压差等变化情况采取清洗、消毒措施, 这些措施也必须得到验证。在良好的前处理条件保证下, EDI膜堆可以维持较长的使用寿命而不需采取任何清洗措施。一旦出现膜污染, 造成性能下降、产水水质变差时, 可以用专门的清洗剂清洗来恢复EDI膜堆的性能。

5 结语

2000年, 美国药典24版推荐EDI作为“纯化水”的生产方法[2]。EDI技术具有传统的离子交换技术所无可比拟的优点, 便于GMP实施和管理, 可连续、深度脱盐, 树脂用量少, 占地面积小, 不用酸碱再生, 无废酸、废碱排放, 无环境污染, 产水水质好, 运行和维护简单, 可连续生产, 过程稳定, 是一种绿色环保生产技术。通过使用超滤等预处理、合理配置RO, EDI深度除盐效果极佳, 产水水质高而且稳定。此外, EDI具有良好的适应性, 可耐受原水水质变化和低温条件。产水电导率和TOC含量达到美国药典对于纯化水的标准, 也达到了我国药典的要求, 完全可以替代离子交换用于我国纯化水的制备。目前EDI工艺已广泛应用于电子、半导体行业高纯水和超纯水的制备, 相信EDI的高纯水制备技术在制药纯化水制备领域有着广阔的应用前景。

摘要：从药典水质要求和GMP实施及管理角度, 比较电去离子技术与传统的离子交换技术, 并设计一套纯化水制备工艺方案, 通过实验数据证实其产水水质达到药典标准和GMP管理要求。说明电去离子法可以替代离子交换技术作为纯化水制备的新型工艺。

关键词：纯化水,EDI,GMP,IE

参考文献

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