纯化水制备工艺讲座（新）( 56)

1、纯化水制备工艺 *Wednesday, March 30, 2022C S P C.水质概论水是一切有机化合物和生命物质的源泉，是人类赖以生存的珍贵资源。水也是药品消费不可短少的重要原辅资料。制药工业中所用的水，特别是用来制造药物产品的水纯化水和注射用水的质量，直接影响药物产品的质量。因此它必需同药品消费的其它原辅资料一样，到达药典规定的质量目的。.天然水制药工业中大量运用的工艺用水的源水，来自自然界。天然条件下的水在自然界的循环过程中，经过不断与空气、地表、地层接触及对岩石与土壤的溶解等作用而被污染，含有各种杂质。各国药典均要求，制药用水应以符合饮用水规范的水为源水。.天然水中的杂质及危害在

2、自然界中，天然水中的杂质通常可以分为三类：第一类是悬浮物，其主要成分是泥沙、粘土、动植物残骸、微生物、有机物等；第二类是胶体，胶体颗粒是许多分子或离子的集合体，这种细小颗粒具有较大的比外表积，从而使它具有特殊的吸附才干，而被吸附的物质往往是水中的离子，因此胶体微粒带有一定的电荷；第三类杂质是溶解物，溶解物以分子或离子形状存在。.天然水中需求去除的有关杂质水中的悬浮物； 藻类与原生动物； 泥沙和粘土； 细菌； 不溶性物质； .天然水中需求去除的有关杂质2溶解状物质盐类物质；主要是钠盐、钙盐和锰盐。 气体；在水体中，气体主要为二氧化碳、硫化物和有机物分解气体。胶体物质；胶体物质包括溶胶体和高分子化

3、合物。.制药用水的制备制药用水制备方法选定原那么制药用水系统除控制化学目的及微粒污染外，必需有效地处置和控制微生物及细菌内毒素的污染。.制药用水的制备纯化水制备常用的水处置技术纯化水的质量取决于源水的水质及纯化水制备系统的组成和处置才干。纯化水制备系统的配置应根据源水水质、水量变化、用户对纯化水质量的要求、投资费用、运转费用等技术经济目的综合思索确定。源水进水的含盐量在500mg/L以下时，普通采用普通的离子交换法去除盐类物质。对含盐量5001000mg/L的源水，可结合源水中硬度与碱度的比值，思索采用弱酸、强碱阳床串联或组成双层床。.制药用水的制备当源水的含盐量为10003000mg/L，属

4、高含盐量的苦咸水时普通指海水，可采用反浸透的方法先将含盐量降至500mg/L以下，再用离了交换法脱盐处置。目前制备纯化水普遍流行的方法是采用全膜法、双级反浸透法、一级反浸透加混床法、一级反浸透加EDI法等等；阴、阳树脂单床加混床处置方法正在被淘汰。.制药用水的制备源水预处置系统在纯化水制备过程中的必要性及常用手段无论是直接采用离子交换系统或者先用电渗析法，再加上反浸透的系统，普通的自来水、地下水或工业用水往往都不可以满足离子交换树脂或反浸透膜对玷污物质的进水要求。源水只需经过适当的预处置后，方能满足后道制水制备系统对进水的水质要求。.制药用水的制备纯化水中常用的源水预处置方法 为使源水的水质到

5、达一个预期的目的，以满足纯化过程对源水的要求，必需对源水进展预处置，源水预处置的主要对象是水中的悬浮物、微生物、胶体、有机物、重金属和游离形状的余氯等。源水中悬浮颗粒的含量小于50mg/L时，可以采用接触凝聚或过滤，即参与凝聚剂后，经过水泵或管道直接注入过滤器。当源水中碳酸盐硬度较高时，可以在去除浊度的同时，参与石灰进展预软化。.制药用水的制备当源水中的有机物含量较高时，可采用加氯、凝聚、廓清过滤等方法处置，假设依然不能满足后续工序的进水要求时，可添加活性炭过滤等去除有机物的措施当源水中游离氯超越后续进水规范时，可采用活性炭过滤或参与亚硫酸钠等方法处置。假设后续处置工序采用反浸透或电法析等设备

6、时，应在源水进放设备以前，再增设一个组精细过滤安装，作为反浸透等设备的维护措施。假设后续工序对胶体形状的硅要求较高，可在参与石灰的同时参与氧化镁，以到达去除硅的目的。当源水中铁、锰含量较高时，应添加曝气、过滤安装，去除铁和锰。 .制药用水的制备预处置过程的原理 1混凝混凝过程；混凝是水处置中对源水进展预处置的一个重要措施，处置的对象主要是水中的胶体物质。 中和；混凝过程产生的正电离子与源水中带负电的胶体离子相互吸引，发生中和，消除了胶体粒子间的静电排斥力，生长为大分子颗粒并经过沉淀从过滤器中去除。.制药用水的制备过滤；凝聚和絮凝过程构成一个过滤层，进而包裹源水中的各种颗粒一同沉降。吸附；混凝药

7、剂大多采用高分子物质，这些高分子物质在水中产生吸附作用，使源水中的颗粒构成大颗粒，再经过沉淀作用去除。外表接触；在絮凝过程中大量的颗粒外表相互接触，粘结成更大的颗粒物质，再经过沉淀去除.制药用水的制备2.过滤 在水处置的沉淀、廓清过程中，源水经过混凝沉淀，源水中的悬浮物大部分已被去除，水质曾经在很大程度上得到改善。但此时水的浊度能够在10mg/L以下，达不到国标饮用水的规范，仍需以过滤的方式来去除水中悬浮的细小悬浮物和细菌。 源水过滤的主要设备为砂滤器，砂滤器采用的滤料多为石英砂、无烟煤和锰砂等。 .制药用水的制备3吸附 在水处置过程中，利用多孔的固体资料，使水中的污物吸附在固体资料空隙内的处

8、置方法为吸附。活性炭吸附 离子交换树脂吸附4软化水处置中的软化主要靠软化剂，用以脱除钙、镁等阳离子，由于这类阳离子会影响水处置系统下游的设备如反浸透膜、离子交换柱及蒸馏水机的运转性能。水软化树脂通常运用氯化钠盐水进展再生处置。.制药用水的制备软化器处置软化器经过离子交换过程，去除源水中的钙、镁离子其所采用的树脂为钠型阳离子交换树脂。在软化器的离子交换过程中，水中Ca2+、Mg2+离子被RNa型树脂中的Na+离子置换出来后存留在树脂中，使离子交换树脂由RNa型变成R2Ca或R2Mg型树脂。原水硬度的去除目前采用两种方法；既钠离了软化器、投加阻垢剂这两种方法其中膜结垢是由于给水中的微溶盐在给水逐渐

9、浓缩时超越了溶度积而沉淀到膜上。因此必需防止碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等呵斥的结垢。为了防止结垢呵斥化学污堵，可采用钠离了软化或投加阻垢剂的方法。在反浸透安装前设置软化器，除去钙、镁硬度，在正常运转中不致产生结垢景象。 .制药用水的制备离子交换离子交换系统运用带电荷的树脂，利用树脂离子交换的性能，去除水中的金属离子。离子交换系统须用酸和碱定期再生处置。普通，阳离子树脂用盐酸或硫酸再生，即用氢离子置换被捕获的阳离子。阴离子树脂用氢氧化钠再生，即用氢氧根离子置换被捕获的阴离子。由于这种再生剂都具有杀菌效果，因此同时也成为控制离子交换系统中微生物的措施。离子交换系统即可设计成阴床、阳床分开，也可以设计

10、成混合床方式。 离子交换的根本原理交换就是离子交换树脂上的离子和水中的离子进展等电荷反响的过程。离子交换反响过程与很多化学反响过程一样，是可逆反响。.制药用水的制备电渗析 电渗析EDR运用的工艺同电法去离子法EDI类似，它公用静电及选择性浸透膜分别浓缩，并将金属离子从水流中冲洗出去。由于它不含有提高离子去除才干和电流的树脂，该系统效率低于EDI系统，而且电渗析系统要求定期交换阴阳两极和冲洗，以保证系统的处置才干。因此，电渗析系统多运用在纯化水系统的前处置工序上，作为提高纯化水水质的辅助措施。电法去离子EDI电法去恼子EDI系统运用一个混合树脂床、选择性浸透膜以及电极，以保证水处置的延续进展，即

11、不断获得产品水及浓缩废液，并将树脂延续再生。.制药用水的制备电法去离子的任务原理经过填充在电池模堆中的树脂吸附源水中的金属离子到达脱盐的目的。经过给电池模堆的两端电极加直流电，使模堆的内部产生电位差。这个电位差使源水中的阳离子向阴极方向的阳离子交换膜挪动、阴离子向阳离子方向的阴离子交换膜挪动，使阴、阳离子最终进入浓缩室。随着脱盐量的增多，脱盐室的电阻率随之升高，电离分解成H+和OH-，使之经常坚持脱盐室内的树脂处于再生形状，为高效延续脱盐发明了条件。 电法去离子技术与普通的离子交换技术比较无化学污染；可延续再生； 出水的纯度高； 水的回收率高； .制药用水的制备反浸透 运用反浸透法制备纯化水的

12、技术是20世纪60年代以来，随着膜工艺技术的提高开展起来的一种膜分别技术，曾经越广泛地运用在水处置过程中。反浸透膜对于水来说，具有好的透过性。反浸透工艺的操作筒单，除盐效率高，运用在制药用水系统中还具有较高的除热原才干，而且也比较经济。 反浸透膜 的分别处置过程反浸透膜的孔径大多1nm，其分别对象是溶液中的处于离子形状和相对分子质量为几百左右的有机物。反浸透膜是一种只允许水经过而不允许溶质透过的半通透膜。 .制药用水的制备反浸透安装及组合方式螺旋卷式反浸透组件；螺旋卷式反浸透安装膜的组合方式，是在两层反浸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搜集浸透液体。中空纤维式反浸

13、透组件；中空纤维通常用内径4250、外径约8490的芳香聚酰胺资料的膜组成U形的管束。.制药用水的制备地表水海水河水地下水废水回收浓水回收产水超纯水半导体、液晶产业用水纯水锅炉用水各种工业过程工艺用水水的精制软化去除农药等有机物饮用水海水淡化、苦咸淡化食品、饮料行业纯真水废水回用循环冷却用水工业及市政废水回用浓缩分别各种有用物质的分别、回收、精制、浓缩等膜元件的用途.制药用水的制备浓水抗应力器产水进水盐水密封安装表示图压力容器 1 2 6 7 8 12段间进水高压水泵水保安滤器水第二段第一段.制药用水的制备反浸透在制水系统中的运用反浸透系统在制药用水系统中运用越来越多，越来越广泛。目前，在一些

14、新建或扩建的制药工程工程中，采用反浸透方法作为纯化水制备中除盐的首选方案。反浸透安装有各种不同的组合方式，不同的组合方式有着不同的适用范围。一级反浸透系统； 二级反浸透系统； 一级反浸透系统+离子交换系统；一级反浸透系统+EDI；.制药用水的制备二级反浸透系统+EDI；超滤膜+反浸透+EDI全膜法；超越滤过滤是水处置中另一种类型的膜分别技术。超滤技术在液体处置的运用非常广泛，基于超越滤膜的分别范围非常广大。超越滤可以用来分别去除水中的有机体、各种细菌、热泪盈眶源物质、多数病毒，可以用于胶体、大分子有机物质的分别，可以分别多种特殊溶液。.制药用水的制备超越滤的根本原理超滤为切向流过滤，是防止浓度

15、极化呵斥滤速下降最有效的方法。超越滤主要进展分子量级的分别，假设采用正压或负压，会很快在超越滤膜的外表构成高浓度的凝胶层，呵斥过滤速度的急剧下降，而采用切向流的过滤方法正好抑制了普通正压过滤或负压过滤法牟致命缺陷，即当液体以一定的速度延续的流过超越滤膜外表时，在过滤的同时也对超越滤膜的外表进展着冲刷，从而使过滤膜的外表不会构成妨碍液体流动的凝胶层，保证稳定的过滤速度。.制药用水的制备微孔过滤微孔过滤技术在水系统中起重要作用，设计中可选用的过滤器种类很多，它们用于各种不同的目的。微孔过滤的类型 按滤膜构造可分为深层过滤外表过滤和膜过滤；按滤膜作用可分为廓清过滤、预过滤和终端过滤。.制药用水的制备

16、过滤介质及其构造在制药用水制备中，通常运用微孔薄膜过滤器作为反浸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。常用的滤材有以下几种。聚偏二氟乙烯； 聚丙烯； 聚砜； 尼龙； 聚四氟乙烯PTFE； 金属复合膜；.制药用水的储存与分配保送制药用水系统的储存对于制药用水的运用来说，理想的水系统应是恒定地产水和恒定量的用水，不加贮罐。系统制备多少水，工艺过程就即时地运用多少水。现实上，药品消费的不同阶段对工艺用水的种类、用水时间、水的温度及数量各不一样，不能够恒定，消费的各种需求必然会呵斥用水顶峰期，也会出现不耗费水的时间。因此，制药用水的储存方式成为工艺用水系统四大组成

17、部分之一，即工艺用水的制备、储存、分配保送和微生物控制。.制药用水的储存与分配保送贮罐及其选用从满足消费要求来看，贮罐应有足够大的容量。然而大的贮罐，其内外表积大、水流动速度低，容易长菌。此外，在用水量不同时，贮罐需求以通气充氮气或以空气作动力学的补偿来坚持适当的压力平衡。常见的贮罐管道配件：进水管；出水管； 溢流管；水位目的安装； 排水管； 呼吸过滤器； 喷淋安装； .制药用水的分配系统制药用水分配系统的设计原那么在制药工艺用水分配保送系统的设计中，不仅应思索到经过循环可以使水在管道中延续不断地流动，而且应该确保可以定期对系统进展清洗，使之恢复到运用前的良好形状。阅历阐明，不断循环的分配保送

18、系统容易维持系统内正常供水中微生物控制程度。 纯化水的分配纯化水的分配保送系统目前国内有两种方式，一种是循环配水法，另一送水为非循环配水法，俗称直流保送法。.制药用水系统的污染水系统的外源性污染制药用水系统的污染大体上可分为外源性污染和内源性污染两种。外源性污染主要是指源水及系统外部因原所致的污染。源水的污染是制药用水最主要的外源性污染源。水系统的内源性污染内源性污染是指制药用水系统运转过程中所致的污染。它与制水系统的设计、选材、运转、维护、储存、分配等要素息息相关；与外源性污染也有非常亲密的相关性。 特殊污染物细菌内毒素对制药用水系统来说，革兰氏阴性菌危害最大，由于它很易构成生物膜并由此成为

19、内毒素的污染源。水系统中构成菌落的生物膜释放或者源水的污染均可成为水中游离态内毒素的污染源。.制药用水系统警戒和纠偏 警戒程度；警戒程度是指微生物污染的某一程度，监控结果超越它时阐明制药用水系统有偏离正常运转条件的趋势。警戒程度的含义是报警，通常属企业的内控规范，尚不要求采取特别的纠偏措施。 纠偏限制；纠偏限制是指微生物污染的某一限制，监控结果超越此限制时，阐明制药用水系统曾经较为严重地偏离了正常的运转条件该当采取纠偏措施，使系统回到正常的运转形状。警戒程度和纠偏限制可以了解为制药用水系统的“运转控制规范。与产质量量规范不同，仅用于系统的监控，而不是用以判别产品的合格或不合格，超出警戒程度和纠

20、偏限制时，并不意味着产品已出现质量问题，由于规范设定曾经思索了产品的平安要素。.制药用水系统的消毒和灭菌以物理或化学方法杀灭物体上或介质中的病原微生物称为消毒。运用物理或化学方法将物体上或介质中的一切菌及其芽孢全部杀灭即为灭菌，所运用的方法称为灭法。可见，消毒和灭菌虽然目的一致，但内涵差别很大。.制药用水系统的消毒和灭菌巴斯德消毒巴斯德灭菌是法国科学家巴斯德发明的灭菌法，因其对象主要是病源微生物及其他生长态菌，故又称巴氏消毒。对制药用水系统而言，巴氏消毒常指低温灭菌。采用的设备为多效巴氏消毒器，以节约能源。 .制药用水系统的消毒和灭菌蒸汽灭菌对制药用水而言，蒸汽灭菌有其特定的对象主要适用于注射

21、用水系统。因此，蒸汽灭菌系指采用纯蒸汽对注射用水系统包括贮罐、泵、过滤器运用回路等内部和进展巴氏消毒不同，纯蒸汽灭菌要求被灭菌的回路必需耐受0.103MPa以上的压力。蒸汽灭菌的原理及运用范围 组细胞的蛋白质分子的功能取决于它的特殊构造，在一定高温条件下受热时，蛋白质分子内氢发生断裂，影响了分子空间构型的重排，从而导致微生物的死亡。因些，蒸汽灭菌中运用饱和蒸汽是至关重要的。 .制药用水系统的消毒和灭菌纯化水或注射用水系统蒸汽灭菌实例纯化水或注射用水管道进展灭菌时，纯蒸汽压力应为0.2MPa；当管道内温度升至121时开场计时，来灭菌35分钟。贮罐等容器设备应装有除菌呼吸过滤器，用纯蒸汽灭菌前应进

22、展清洗。.制药用水系统的消毒和灭菌臭氧消毒在水处置系统中，水箱、交换柱以及各种过滤器、膜和管道， 均会不断的繁殖和繁衍细菌。消毒杀菌的方法虽然都提供了除去细菌和微生物的才干，但这些方法中没有哪一种可以在多级水处置系统中除去全部细菌及水溶性的有机污染。目前在高纯水系统中能延续去除细菌和病毒的最好方法是用臭氧。.制药用水系统的消毒和灭菌紫外线消毒紫外线杀菌的机理及规那么紫外线杀菌的原理较为复杂，普通以为它与对生物体内代谢、遗传、变异等景象起着决议性作用的核酸相关。在紫外光作用下，核酸的功能团发生变化，出现紫外损伤，当核酸吸收的能量到达细菌致死量而紫外光的照射又能坚持一定时间时，细菌便大量死亡。 紫

23、外线杀菌安装 紫外线杀菌安装构造，由外壳、低压汞灯、石英套管及电气设备等组成。外壳由铝镁合金或不锈钢等资料制成，以不锈钢制品为好。其壳筒内壁要求有很高的光洁度要求其对紫外线的反射率达85%左右。.典型制药用水系统设计实例典型纯化水系统流程设计要点纯化水系统的设计可有多种选择，这些选择与源水的水质、产品的工艺要求及企业的其他实践情况相关，最根本的原那么是符合GMP的要求及消费出符合规范的纯化水。.机械过滤机械过滤精过滤1#RO膜2#RO膜阻加垢药剂泵浓水紧缩空气紧缩空气液碱饮用水中间泵1#RO泵2#RO泵；加压泵PP1#2#中间水箱2#1#取样口取样口混床4#配水盐酸混床总产水取样口配水盐酸罐液

24、碱罐紧缩空气接碱接酸循 环 回 流 管纯化水贮罐3#纯化水贮罐2#纯化水贮罐1#呼吸器F通大气贮罐总取样口排水口纯化水泵打酸泵接酸泵纯化水泵纯化水泵1#2#3#清洗水箱清洗泵回流管RO清洗管路中间水管路中间水管路纯化水管路去102车间去102车间去102车间去106车间去105车间阻加垢药剂泵精过滤精过滤精过滤中间水箱中间泵混床1#混床2#混床3#排水口排水口F通大气F通大气呼吸器呼吸器.机械过滤混床1#紧缩空气紧缩空气液碱饮用水P机械过滤器2#取样口混床2#混床3#混床4#盐酸混床总产水取样口盐酸罐液碱罐精过滤浓水1#RO膜纯化水贮罐F呼吸器通大气贮罐总取样口排水口纯化水泵1#清洗水箱机械过

25、滤器3#机械过滤器4#杀加菌药剂泵阻加垢药剂泵4#RO泵中间水箱2#中间泵1#24#3#取样口取样口取样口配水管路中间水管路纯化水管路中间水管路放射器放射器纯化水泵去107车间纯化水管路去110车间去104车间去109车间RO清洗泵RO清洗管路1#精过滤精过滤精过滤阻加垢药剂泵阻加垢药剂泵阻加垢药剂泵1#RO泵2#RO泵3#RO泵4#RO膜3#RO膜2#RO膜中间泵中间泵中间泵精过滤.PH调节安装阻垢剂加药安装真空脱气安装一级反浸透产水管路凝水膜滤器中间水贮罐排水口F通大气呼吸器2级RO泵纯化水贮罐F通大气喷淋球紫外线杀菌器排污口二级反浸透二级反浸透浓水纯化水泵去用水点回水呼吸器二级反浸透产水

26、T工业蒸汽蒸汽过滤器纯蒸汽反浸透清洗管路取样口取样口取样口取样口脱气膜机械过滤器活性碳过滤器紫外线杀菌器旁通紧缩空气工业蒸汽原水板式换热器1级RO泵浓水精滤器清洗水箱清洗泵回流管工业蒸汽一级反浸透接水源真空泵F通大气呼吸器.典型制药用水系统设计实例源水贮罐；普通源水贮罐应设置高、低水位电磁感应液位计，动态检测水箱液位。在非低水位时仍具备源水泵、计量泵启动的条件，水箱资料多采用非金属，如聚乙烯PE。源水泵；可采用普通的离心泵，泵应设置高过热维护器、压力控制器，以提高泵的寿命。药箱、计量泵；假设源水水质浊度较高，通常运用精细计量泵进展自动加药加药量由调试时确定，同时可根据城市管网供水的特点及源水水

27、质报告，参与适量的絮凝剂，使源水中的藻类、胶体、颗粒及部分有机物等凝聚为较大的颗粒，以便经后面的砂滤去除。加药箱的材质多为非金属资料如PE，计量泵的定量加药应与源水泵运转同步进展。.典型制药用水系统设计实例机械过滤器；源水假设运用井水，井水中常含有颗粒很细的尘土、腐殖质、淀粉、纤维素以及菌、藻等微生物。这些杂质与水构成溶胶形状的胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现沉降稳定性和聚合稳定性，通常它们不能够用自然沉降的方法除去。而应经源水预处置，即用添加絮凝剂来破坏溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒絮凝成较大的颗粒，经过砂滤和炭滤预过滤除去这些颗粒。.典型制药用水系统设计实例活性炭过滤器；在系统中，

28、活性炭过滤器主要有两个处置功能：吸附水的部分有机物，吸附率约为60%左右；吸附水中剩余氯离子，由于对于粒度在12 nm左右的无机胶体、溶解性有机高分子杂质和剩余氯离子，经过机械过滤器是很难以除去的。为了进一步纯化源水，使之到达反浸透膜的进水目的要求，在工艺用流程中通常设计一级活性炭过滤器。 .典型制药用水系统设计实例软化器；水系统中采用的软化器是利用钠型阳离子树脂中可以交换的Na+将水中的Ca+、Mg+交换出来，使源水软化成软化水。这对于防止反浸透膜外表结垢，提高反浸透膜的任务寿命和处置效果意义极大。清滤；精滤在水系统中又称为保安过滤器，它通常吊熔喷成型的孔径为5 um的聚丙烯PP膜来实现。精

29、滤是源水进入反浸透膜前的最后一道处置工艺。其作用是防止上一道过滤工序能够存在的走漏。否那么部分微粒就会进入反浸透膜中，使反浸透膜阻塞。高压泵；作为反浸透系统的高压泵，宜配置高低压维护、过热维护，以防止泵的损坏。泵的性能应稳定可靠，以保证水系统的运转。泵的资料多为316L不锈钢。.典型制药用水系统设计实例反浸透主机；水系统的反浸透主机的主要部分是反浸透膜组件，由于反浸透的出水偏酸性，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，稳定可靠地到达设计要求。反浸透主机的设计，水的利用率应到达70%75%，反汉浸透系统的总脱盐率应大于97%。反浸透系统的控制系统可采用微电脑PLC控制，来实现反浸透膜组件的顺洗、制水、水箱满、药洗、高压泵的高低压维护、过热维护等工艺过程的全