国际制药工程协会ISPE制药工程基本指引水和蒸汽系统

国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南/目录\TOC\o"1-5"\h\zISPE简介/1ISPE网址为：国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（一）1国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（二）........、4国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（三）之水方案和系统计划13国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和之蒸汽系统（四）之预处理方案??21国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（五）之最后处理方案人非制药31国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一水和蒸汽系统（六）之最后处理方案：注射用水45国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和之蒸汽系统（七）之制药用蒸汽55国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（八）之贮存和分配系统......}71国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（九）之仪表和控制器97国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（十）之调试和确认105ISPE简介对于很多中国制药行业的从业人员来说ISPE协会还是有些陌生。事实上，成立后的28年以来，ISPE已经在全球拥有25000名会员，成为提供行业信息、法规走势和生产技术等各方面的交流平台，在全球的制药行业发挥着越来越重要的作用。ISPE创立于1980年，当时在制药行业，有一群走在行业前端的业内人士，他们希望能与同行的其他公司进行交流及合作，以提高生产效率，而一个世界性的组织可以为制药行业的技术专家们提供有关实际应用的信息。在美国坦帕州设有全球总部，在布鲁塞尔设有欧洲总部，亚洲总部在新加坡。1997年美国药物食品监管局（USFDA做出评语：“感谢你们与'FDA#同合作对美国及全球制药行业在教育方面作出杰出的贡献”在这样的情况下，ISPE成立了，其成立旨在提高制药效率并提供最佳规范。未来，ISPE将继续为业内专家提供市场上最新的技术信息及规章制度趋势。自ISPE成立后，会员数量急速增长，包括工程师，制药领域的专家代表，质量控制及质量保证人员等等。为了为广大会员提供一个交流意见和实际应用经验的平台，ISPE论坛应运而生，ISPE也致力于通过论坛推进会员的教育程度，提高技术效率。ISPE在全世界已拥有25000名会员，涵盖制药及生产行业的所有技术领域：\——机构：制药、生物科技、医学设备、原料药/中间体药业、诊断系统生产商、设计/工程/建筑公司、政府部门、大学、设备生产商及供应商等；——专业：项目/设备/维修工程、制造/生产、质量控制/保证管理、制程开发、微生物学、规章事务、培训、材料管理、市场及销售管理、采购、企业/产品管理等。ISPE提供一个中立而有趣的环境让专家、技术专家、管理者、顾问与学生们交流意见，分享实践经验。ISPE为成员提供教育、培训课程、出版物、会议与交流网来实现您的目标。所有会员都可通过参加ISPE的活动将自己的专业技术与同行交流。另外，ISPE会员关系网不仅局限于制药行业，ISPE论坛还能使会员与来自全球各地的政府职员、承包商、供应商、学术界人士甚至学生进行有益的交流，对每日发生的问题提供实际解决方案。ISPE网址为：国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（一）引言//1?1背景制药工业用的水和蒸汽系统的设计、建造和验证（调试和确认）是建造者、工程专业人员和设备供应商的关键机会。为此，要求水和蒸汽系统符合现行的GMPffl定，同时应符合其他一切管理法律、法规和规定。由于对管理要求的不同解释和过分保守的设计方法，接入水和蒸汽系统的费用差别很大本指南旨在给予实际的、一致的解释，而仍允许有灵活性和改进。本指南由ISPE根据各工业界和专业的代表反馈的信息以及FDA提出的意见而制订。该指南反映了ISPE关于水和蒸汽新系统工程的现行想法。工业标准的演变是大家公认的，因此本文件反映了对迄今为止的工业标准的理解。1?2指南范围/\本指南用于设计、建造和操作新的水和蒸汽系统。指南既不是一个标准，也不是一个详细设计指南。水和蒸汽系统的验证，包括调试和确认，不在本指南中作深入讨论，而在“调试和确认基本指南”中阐述。本指南的目的是集中工程问题，并提供费用低廉的水和蒸汽系统。当阐述非工程问题时（例如：微生物问题），其中包括的资料是强调上述问题的重要性和上述问题对水和蒸汽系统设计产生的影响。因此，不全面阐述非工程问题，而需要技术资料时，必须向QA部门和技术专家征询专门意见。本指南主要用于符合美国国内市场的规定，并遵循美国标准和参考文献。而在今后的修订版中可以收编欧洲和其他非美国的标准。1?3制药水系统的一些适用FDA现行规程和指南：食品、药品和化妆品条例美国药典XXIV21CFR-211高纯化水系统检验的FDA指南1?4基本概念本指南中阐述的基本概念有：a）定义所需水的质量和配置供水系统的方法TOC\o"1-5"\h\zb）临界工艺参数/c）工程质量管理规范（GEP/d）设计方案\\/a）定义所需水的质量和配置供水系统的方法：/从管理以及技术和财务观点看，新的制药用水和蒸汽系统最关键一步也许是所需水或蒸汽的技术规范制定的水或蒸汽的技术规范很可能对水、汽系统的寿命周期成本有较大影响，而超过随后的任何设计决定。另外，受管理工业必须考虑不符合规范和供水系统故障的费用。因此，在设计过程中，在设计初期谋求质保部门和技术专家的忠告对设计师至关重要。一旦确定水和/或蒸汽的工艺要求，则需提出系统设计方案。本指南介绍其他基本的水和蒸汽系统的预制构件和每个预制件的有关优/缺点。为此，在投资费用；供水化学；成品水质量；化学处理；用水消耗；能耗；外界服务维修费要求；化学/微生物/内毒素排除功能等有关方面，基本预制构件都要考核合格。指南强调在供水质量；预处理和最终处理系统设计;、贮水和配水系统设计和操作/维修步骤基础上，应当如何确定系统设计。/\本指南的目的是通过改善系统的性能和可靠性，来改善整个工业中制药用水和蒸汽质量的稳定性。指南还提供给用户其他基本的系统预制构件，以能可靠和稳定地生产所需的优质水或蒸汽。b）临界工艺参数：/临界参数定义为直接影响产品质量的参数。例如：因为微生物质量无法实现直接监测，所以根据控制微生物生长确定的参数通常认为是具有临界性的。参数可包括温度；\UV强度；臭气浓度；正压下的循环系统等等。关于化学纯度，其质量属性（生产的水性能）可在每一工序中或其后和直接确认正确进行操作进监测。关于生产制药用水的系统，在正式的专题文章中叙述的性能明显构成临界参数。精密的仪器仪表系指测取临界质量属性的仪表。本概念在第二章中阐述，并作为后一章\适用处阐述的基础使用。c）工程质量管理规范（GEPGEP®认设计中的所有系统，不管是否是供水系统、供蒸汽系统、升降机、过程反应器、安全阀或休息室等等，都需要采用某一方式进行调试和/或确认。几乎所有系统都需要有文件证明，进行检验和现场试验。GEFW用本规范建议生产厂应使所有责任人（工程师、操作工、质保部门和其他有关部门），尽早介入计划、设计、建造、调试/确认阶段，以便保证对系统一次性完成文件。d）设计方案本指南强调供水系统能以许多不同的方法进行设计，但仍然符合系统的全部要求。指南对设计鼓励采用计划法，以及来自本机构各部门的资料，包括质量保证部门。1?5指南结构\/指南结构请参见下图表1-1。业已按逻辑决定过程编制章节—以有助于确定所需要的制药用水类型和提供水所需的系统设计。图1—1制药用水和蒸汽基本指南结构\/国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（二）主要设计原理//\2?1引言/\制药用水在药品生产中是最广泛使用的成分，并且是设备/系统清洁的主要部分。因此，制药用水的生产系统在各生产设施中是关键部分。生产制药用水的性质是尽量减少或消除污染的潜在源头。本指南考虑到这一点，并且考虑到工程师能设计出或保证控制风险的工具。制药用水和蒸汽的质量，不仅从规章制度观点看是关键，而且从财务观点看也是关键。制药用水和蒸汽的技术规范对系统的寿命周期费用影响最大。为此，必须说明：所有制药用水（非制药和US吟题篇目中规定的制药用水力都能按技术规范生产。制订无菌产品生产中使用制药用水和蒸汽系统里所需的微生物控制等级，需要了解产品的用途和生产工艺。生产厂根据充分了解工艺和系统设备的能力，需规定合适的制药用水纯度。生产厂必须确定每道处理工序的具体纯化能力、设备运行的限制和关键参数，这在化学上、物理上或生物学上都影响水/蒸汽的规定质量。技术专家的QA忠告应当极力获取，以便对这个重要领域提供进一步细节。USP阐述两种制药用水质量（USP屯化水和USPtt射用水）。本指南支持上述两种制药用水的质量，外加非制药用水，包括“饮用水”。根据最后处理工序命名制药生产中使用的非制药用水（不包括“饮用水”），这是通常的做法。（即：反渗透/RO水、去离子水/DI水等等）。在USP中，对专题篇目中规定的USP®药用水制订技术规程提供了指南。另外，高纯化水系统（由FDAA员开发）检验的FDA旨南还给用户提供有用资料。2?2\美国药典（USP丁在美国，US%生产供消费的医疗产品的指南。USP寸若干种水，包括制药（USP剂型制备中使用的两种散装水，“注射用水”和“纯化水”，规定了水的质量、纯度、包装和标签标准。本指南涉及两种制药用（USP水生产，而未提及USM专门规定的其他“包装水”。USP24（和补遗）是本指南编制时的现行版本。2?2?1USP纯化水\/“纯化水”正式专门规定的要求：“纯化水”：从符合“美国环境保护局国家主要饮用水条例'或符合欧盟或日本类似条例的水中获取，并称为“饮用水”不含添加剂采用合适的处理方法制取满足水导电率的要求满足总有机碳(TOC要求2?2?2USP注射用水(WFD\“注射用水”的正式专门规定的要求：“注射用水”：符合“纯化水”的全部要求采用合适的工艺制取，并采用蒸储法或反渗透法纯化符合细菌内毒素试验要求，并且含量不超过内毒素单位/毫升\采用合适方法制取，以便将微生物生长减至最低限度。2?2?3非专门规定的但合格的要求\USP“一般资料”提供说明规定用意的背景资料。本指南附录中包括下列资料：纯化水系统要求经常消毒和检测微生物，以保证使用点上的水符合相应的微生物质量要求\注射用水“最后采用蒸储法或反渗透法处理”，这意味着蒸储釜或ROS备是设施的最后工序。”必须设计生产、存储和分配注射用水使用的系统，以防止微生物污染和微生物内毒素形成，并且必须验证注射用水。”建议“纯化水”作用限量为100CFU/100ml(10,000CFU/100mJ)建议“注射用水”作为限量为10CFU/ml(10CFU/100mJ)样品最小量为USP屯化水1ml,而WFI为100ml(FD•议纯化水为100ml,WFI为250ml)注：“必须强调：上述作用量指南并不是为了全部包括对使用成分水的各种情况。因此，生产厂有责任补充一般作用量指南,二以便适合每种特殊的生产情况”[USP24第2163页]。在设计制药或医药器械供水系统时，设计师向生产厂的技术专家咨询，以便确定必须达到何种纯化等级是至关重要的。

2?2?4USP2?2?4USP试验和仪器仪表要求三级电导率试验级测量方法\验收标准一级用进水管路中的或定时取集的样品，然后测取导用USPR新修订本中的一级表确定电率和工作水温。//极限导电率。二级在强力搅拌并且在达到25c±rc正常温度后，5分钟净值变化不超过Ns/cMM,则就导电率而言，至少再试验100ml一级定时取集可测取导电率。若低于ps/cm,说明的样品。符合要求。、三级/若二级试验未满足要求，则5分钟内在保持温度用USPR新修订本的三级表确定极//的情况下要重新试验样品。先添加100ml饱和氯限导电率。若测取的导电率超过极酸钾溶液，然后测定PH精确到单位。限值，或者PH值超过5至7的范围，说明水不符合要求。验收调整测量导电率的仪表要求温度测量±c精度分辨率<±s/cm，电率传感器常数±2麻度读数精度<±s/cmu水管路中仪表位置：必须反映使用水的质量。配水退路的最佳位置一般在管路中最后“使用点”阀后，并在贮水箱退水接头前。仪密詈号：上述程序是根据“沉浸”或“流经”导电率传感器的用途。控制USF®药用水使用的导电率读数必须是非热补偿测量值。2?2?5总有机碳（TOC和TOC空制要求TOCft高纯化水中是间接测取碳的的有机分子的。USP^用进水管路中能作TOC式验来代替USP22“氧化物”湿式化学试验。USP艮据研究成果和制药用水系统的工业广泛调查曾测取的极限值为或500ppb测取TOO®用的仪器用仪器测取从水系统手工拆下的滑流和定时采集的样品的进水管路中的TOC而用自动出水管路中样品输入系统处理大量定时采集的样品。US或不阻止验收技术的使用，但对下列仪器的试验方法作了限制，因为这些仪器能完全氧化二氧化碳（CO2中的有机分子、能测量在无机碳（IC）与有机分子氧化中生成的CO2含量间识别CO2的碳含量、保持仪器检测极限值等于或小于L和定期显示设备的“适用性”。在许多验收方法都可测取高纯化水中的TOC所有验收方法都有相同的基本操作法、彻底氧化CO2的有机分子和测取该CO2根据上述概念，市场上供给的各种仪器都可使用三种基本方法，采用彻底氧化二氧化碳（CO2中的有机分子，并测取CO2中的碳含量来测取水样品的有机碳。TOS析仪不同组合中，通常使用4种氧化法和4种CO2M量法。预计总碳（T。％量可包才S溶解的CO2r生的无机碳和必须从TC中减去的碳酸氢盐，以便在样品中产生总有机碳。而有些TO8析仪采用先酸化样品，然后去除气体或真空排除CO折再去除无机碳（IC）。制药水中的IC含量一般非常低，所以通常无需采用IC清除工艺。TOS析仪型号试验室分析仪进水管路分析仪\进水管路中能工作的试验室分析仪USP验收测量TOC业已证明成熟技术时，一般应用试验室质量控制使用操作步骤。当上述技术在试验室为普通技术时，则对管路TOCS用要作异常限制。TO8析仪必须：保持校准良好，以保证测取可靠的、连贯的读数。定期检查“适用性”标准化可在进水或出水管路中使用若装在进水管路中，分析仪必须反映使用的水质量超出偏差超出读数可视为上述类型有机污染的直接结果。由于外部电干扰等，亦可发生测试信号。所有测试信号都必须识别，并正式加以说明。必须提供处理超范围测试信号的操作步骤。而操作步骤应阐述连续验收读数后发生的短时测试峰信号，之后为类似验收读数，尤其在进水管路中使用时。操作步骤应列出潜在干扰源，若测试信号在若干验收读数前和后发生，则允许验收这种测试信号，无需再作调查。使用进水管路中批抽样系统时，若将样品分析时间延长至30或60分，而不用较短的分析时问，则可将未说明的测试信号减至最低限度。本技术能在较长时间内测量更多的样品，然后在延长时间内按照统计分析给出记录结果。

表2—1进水管路与出水管路TOO测比较进水管路\出水管路E生监控器应包括内装警报器，并将“超技术范围”偏差编程序。本监控器应采用常规极限响应法，并作适用性试验。试验室仪器应能测取坚硬的氧化物含量，并应包括自动出水管路样品输入系统处理大量的定时采集样品。为此，需采用大量供给的清洁聚合物基样品容器。试验室仪器将需要试剂和控制气体。\（装费/根据上述特性，并安装单机组，费用居中。若安装多机组，则费用居[Mi。根据上述特性，费用居高。运彳市费用低至高，这取决于仪器适用性和极限响应试验的能力以及安装的仪器数量。费用图\建议试验频次4〜48次/日建议频次根据仪器趋向特殊要求或“超技术规范”偏差有关要求以及随后的调查。请参见“特殊要求”早下01次/班\，用性和极限响应试验频次按照文件记载1次/班2?2?6<USP23微生物的内毒素试验微生物污垢和内毒素传统方法是在水系统使用点取样试验。USP24ft这方面尚无变化。2?2?7USP23\PH测试/需用符合USP24PHR限值的试验水，该水为第3级出水管路导电率试验的部分（PH值必须确认在5〜7范围内）。试验可使用校准的出水管路中的仪表。必须使用已知PH值溶液，其值的范围为5〜7的溶液进行校准。校准频次应保证保持精度等级。关于方法和频次的特殊建议，请求助生产厂。2?2?8验证的备用仪表\/当作出有关验证的类型、地点和范围的决定时，不应排除监测仪的故障。因为必须从验收极限值中调查每个偏差，所以，应当与校准的试验室仪器一并补充进水管路仪表作为备用仪表。验证应包括出水管路方式运行，这可当作进水管路仪器的补充或替换方法。出水管路试验室试验亦应包括保持校准良好的备用仪器，以防万一主机组发生故障。2?3制药用水质量技术要求、2?3?1规定水的质量/\任何制药过程供给的水的质量，都必须符合最终产品所需的质量。这不足以详细说明符合USP中概述的两种制药用水的技术要求的水质量。两种水是指USP屯化水和WFI这是最低标准。如需用更高的技术要求，这取决于产品的预定用途和生产生品使用的工艺。按照成品所需的质量，制订水质量技术要求的逻辑性，这是每家药品生产厂的责任。制药用水的用途可分类为：,/剂型生产过程中的配料\活性制药配料（API）过程中配料（API术语可与BPCW化学原料药通用。）、、设备清洁或冲洗剂型配料使用的水必须是US吟门规定的，并且必须按技术要求生产。对可能影响药品最终特性的各种临界工艺参数，需有控制论据。关于注射用药生产、某些眼药和某些吸入剂，预期应使用USPWF水。USP屯化水和WFI制药用水的专门规定生产、加工或制药工作配制中使用的水的基本要求。关于制药用水无要求的某些应用方面，生产厂可制订相当于USP-WFI或纯化水的质量技术要求，具体制订取决于特殊用途。API's生产中作配料（无菌散装除外）或者清洗或冲洗循环作清洗溶剂使用的水技术要求，产必须由生产厂确定。在有些情况下，可使用“饮用水”，或者可制订某些化学药品或微生物或内毒素质量规范，或者可使用一种制药用水。本技术要求应按照成品药污垢的潜力。如取得质保部门批准，必须作出水用途的决定。如理由正当，在制药操作中，包括生产设备清洗/清洁和冲洗、试验室用途和生产中配料或配制散装活性制药配料，都可使用非制药用水（包括“饮用水”）。不过，制药用水必须与制备（作配料）制药剂型一并使用。关于制药和非制药用水，生产厂必须按照FDA“高纯化水系统检验指南”制订适用的微生物质量技术规范。对于非无菌制药药品，应按照药品的用途、药品的性质和对使用者的潜在危害评价细菌的意义。因此，盼望生产厂制订使用制药用水类型有关的细菌数目的细菌警戒和作用等级。该等级必须符合所讨论的系统工艺要求和历史记录。美国药典规定：通常考虑允许使用的作用等级饮用水为500CFU/ml纯化水为100CFU/ml和WFI为10CFU/100mL并且可以根据水的用途规定得更严格。后面还要讨论微生物系统设计设想（见第8章）。用户应考虑制药用水中的细菌会否危害药品储藏或药品的稳定性，或者制药用水可否与病原菌或内毒素一起毒害药品。所以，必须定义符合生产药品要求的专用微生物目标和标准。供水系统必须符合上述目标，并必须制订和履行监测计划，其目的是用文件证明上述标准是始终符合的。供水系统设计涉及的工程师必须了解使用点供水中的化学药品和微生物的品质属性。制药用水和蒸汽的最终质量，由生产工艺和成品、供水的质量、预处理和最终处理分系统、贮水/配水系统设计的操作/维修步骤确定。应当努力谋求专家的QA忠告，以便对这一重要领域给予更详细的意见。2?4临界工艺参数\临界参数定义为在处理阶段时或处理阶段后直接影响水质量的参数。例如：热消毒循环的水温对水质有直接影响。关于化学制剂的纯度，可以在每个关键工序或其后监测品质属性，并可直接确认该工序的本身特性。由于微生物品质无法实时直接监测，所以控制微生物生长所用的参数通常（取决于系统）认为是至关重要的，诸如温度、UV强度、臭氧浓度、循环速率、消毒步骤、正压力等关于生产制药水的系统，正式专题篇目（包括生物含量和内毒素）中规定的特性构成临界属性。精密仪表系指测取临界属性或参数的仪表。2?5符合GMP可题达到管理要求问题，主要是制订一个合适的技术规范，并用有效的、合适的方法验证/记录达到了这些技术规范要求。诸如安装质量、抽样和试验步骤、操作和维修步骤、保存记录等等问题，其重要性常常比纯化/分配水所选择的特殊工艺还要大。预计使微生物问题更严重的基本条件，一般包括系统设计条件，诸如滞止条件、低流率区域、供水质量差等等。采取减轻上述问题的措施包括：连续不断湍流升高或降低温度表面光滑、清洁，尽量减少培养基累积经常排水、冲洗或消毒（CIP、SIP）/淹没配水环（保持配水环正压）正确设计、安装和保养系统当化学药品品质控制重要时，制药用水系统的主要挑战是保持微生物质量。制药工业和管理机构都认识到防止微生物生长保持连续不断再循环系统高温（65C〜80C）的有效性。蒸储法取得成功的历史悠久，并且有完好的文件记录，但是，并不是生产内毒素极限值之内的用水所考虑的唯一技术。反渗透法是US脸受的用于WFI的另一种唯一技术。目前，已成功使用超滤法生产严格的内毒素极限值之内的满足WFI属性的用水，但是，无法按规程生产制药用水等级的WFI/\因为影响系统中任一单元运行的设计和操作因素会影响整个系统，所以，必须整体考虑制药用蒸汽和水的每个处理系统。为此，判定进入系统的水质参数和生产的制药用水或蒸汽的质量参数是非常有用的。随着每一工序渐进，应增进水的质量。增进一种质量属性（例如导电性、尘粒含量或颜色）的措施，并非一定会增进另一种质量属性（例如微生物数目）。2?6/设计范围与工作范围\本指南承认在“设计范围”与“工作范围”之间有区别，并且承认该区别对验证和设施系统/的运行的影响。这些标准定义为见图2—1设计范围：系指设计师当作确定设计水系统特性要求的基础而使用的规定范围或控制变数的精度。允许工作范围：系指能生产合格的药品用水中经验证的临界参数的范围。正常工作范围：系指在正常操作时，由生产厂可按参数（即：导电性）的期望验收值选用的范围。该范围必须在允许的工作范围内。\若水或蒸汽系统符合全部所述的设计条件，那么，从GMFM点看，系统运行是否合格，这取决于允许工作范围内运行。制药用水生产系统的性能标准可以要求成品水质量导电率为ps/cm2莫姆/cm）或按设计条件更好。不过，该制药用水的允许工作范围可以允许生产导电率为ns/cm（莫姆cm）或更好的优质水。生R水的正常工作范围最后由生产厂以导电值约ns/cm（莫姆cm）或更好的值确定，以便给操作提供舒适的环境。正常工作范围不得超过制药用水的允许工作范围。设计条件选择应反映/‘GEP对生产厂来讲，与正常工作范围同时采用报警和作用极限概念，这也是很好的做法。报警和作用极限应依据系统的实际能力。报警极限以正常工作经验为基础，并在达到作用极限前采取纠正措施，这定义为通过产品验收标准制订的工艺条件。作用极限偏差必须当作批记录的一部分保存，因为该偏差代表离经验证的参数的偏差。范围正常工作条件允许工作范围报警极限作用极限国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（三）之水方案和系统计划TOC\o"1-5"\h\z3、水方案和系统计划/\3?1引言/\本章概述水系统的基本设计标准，其宗旨是与后面的章节一并提供更好了解制药用水，即如何使用和怎样才能供给。本章的主要目的是向用户提供到此下列方法：a）评价产品生产水的质量方案\b）评价提供水使用的系统基本配置\关于系统单元操作设计，维修和费用因素等详细资料在后面的章节中阐述。本章还概述制药用水装置的系统计划。该计划第一步是按照产品要求、加工工序和最终使用选择水质量。其中包括判定树概念，这有助于选择生产、清洁和辅助工作的制药和非制药用水。该计划还提供方法，通过使用点和系统分析，指导用户建立水系统分配策略。最后，为系统选择基本配置提供评价点。3?2水质量方案药品生产和药品开发用水的质量要求，取决于药品特性、生产工艺和药品的预定用途。为了帮助送水过程，US吟题篇目中几乎对供各种制药用途所采用的制药用水的一般类型明确规定了最低要求。不过，制药厂还有机会根据特殊药品的特性和工艺工序决定与USP要求不同的制药用水的质量要求。如果采用该方案，药品生产厂要负责保证：生产药品所使用的水是适用的，能可靠生产安全药品。虽然制药用水的质量要求是产品特有的，但要可靠地生产每种情况专用的专用水是不现实的。若干生产工序一般生产和分配仅仅几种或者也许只有一种水质。因此，要求类似水质的产品和工序一般是组合的。最普通的工段在USP中有明确规定。制药厂同意，在许多（虽不是大多数）情况下，USM规定的要求对生产安全产品是充分的。制药用水更严格的质量要求，对有些产品和工艺可能是适用的，而其他技术要求可能不如这样严格。更严格的要求，一般可能适用于涉及重要的浓缩步骤或含水高的产品的一些加工工序，这可在大容量剂型中使用。在有些情况下，涉及去除杂质的可靠灭菌和纯化步骤的工艺所要求的水质可能没有USP中规定的那样严格。其他工艺特性也会影响水质要求。在仅用一种水质生产作业中，水系统的设计必须符合最大负荷产品或工艺的最严格要求。若不止一种水质，则产品和工艺用水常常由最适用的系统来分类供给。生产的制药用水的种类数通常是耗水容积和质量变化的函数。大耗水用户可能发现生产和分配多种等级的水是经济的，而小用户常常只生产一种水质。药品生产使用的主要三种水为：饮用水：符合EPA国家基本饮用水规程。图3-1中，在适合的非制药用水一类中包括饮用水制药用水：符合US*题篇目（即“US矶化水''和"USPtt射用水”）中规定的特种水的要求“适用的”非制药工艺水：符合饮用水要求，但需经另外处理，以符合工艺要求。这种水可包括也可不包含微生物控制添加质，但并不一定要符合USP/K的制药用水要求。在本指南中，我们采用由最后/主要工序来命名生产中使用的非制药工艺水（反渗透一ROK、去离子-DI水等等）非制药用水的生产或验证，具重要性或成本不一定比制药用水低或少。这能使生产厂确定产品特定质量和/或特定产品和工艺所适用的试验标准。一般说，高纯化水，其成本较之低纯化水昂贵。不过，各种制水作业的特性是不同的，例如，具有WFI过剩能的车间甚至在不必要时可选择使用WFI而不是其他等级的水。在该例情况下，规定水质的文件应确定该产品所要求的水质，以及为何使用WFI代替。\图3-1图示由生产厂能绘制的示意图结构，图示出制药生产过程中用水的要求。该示意图应与文件一起支持质保部门审查和批准后所选择的方案。所选方案应以产品和工艺过程特殊要求为基础。总之，任何工艺过程供水，为了安全和可靠地生产产品，都必须符合或超过生产厂规定的要求。图3-1为生产厂提供了对特定产品、工艺和区位的经必要理由证明的制药用水要求总览。由于要阐述的情况各不相同，所以要提供一种通过判定树几乎是不可能的。图3-1制药水质量判定树图略注：药品用途中的承诺重于本判定树的建议。注：1）采用试验步骤定义【有些分析方法需要USP®药用水。而水的质量应符合分析方法的要求。2）同时执行GM的非GMPT序的试验室应遵循GMP各线。/3）非制药用水的纯化远高于制药用水。内毒素和微生物质量要符合产品的工艺过程和质量标准。非制药用水至少必须符合EPA（或类似的EU或日本标准）微生物学质量的饮用水要求。4）最终冲洗水的质量由产品型号和随后的工序的确定。对产品接触面的地方要消毒，可用适用的非制药用水最后冲洗。这种方法对后面的消毒步骤可能必须采用更严格的鉴定标准。

6）对非无菌非肠道APIS等级药品最后纯化工序用水应采用更严格的内毒素要求（例如：WFI质量）。图1—1给大部分产品接触水应用提供“基本”要求。药品生产和产品开发的水质标准由产品特性、生产工艺过程和产品的预定用途确定。专用产品和工艺过程特性可以确定比给出的或多或少严格的标准都合适。上图给工程师选择制药用水质量方面的一些通用指南。关于制药用水选用本临界值时，应努力谋求专家的QA忠告，目的是获取更详细意见。一旦按用途确定制药用水要求，下表给制药工业各种制药用水列出一般设计方案。零部件的顺序和实际安装的设备在整个制药工业中变化很大。评价方案使用的主要标准有：制药用水标准的适用技术规范（即：该规范必须适于制药工艺过程和产品。）生产符合成分和质量的制药用水监测保证符合技术规范的主要性能指示器制药用水类型加工单元作业标准工艺过程用水类型说明初

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清流行性碳滤清离子交换（阳离子/阴离子_第一阶段）RO（第RO（第一次通过）二次通过）离子交换（混蒸合床储—第釜二阶段）超EDI过滤制药用水类型加工单元作业标准工艺过程用水类型说明初

级

滤

清流行性碳滤清离子交换（阳离子/阴离子_第一阶段）RO（第RO（第一次通过）二次通过）离子交换（混蒸合床储—第釜二阶段）超EDI过滤二次通过RO/K产品分级RO系统DI水RO/DI水RO/EDI水DI/UF水RO/DI/UF水普通再生或非现场再生离子交换/混合床系统由混合床DI系统跟踪的一次和二次通过RO的变量一次通过RCffi电离系统再生混合床/超过滤系统一次通过RO/t再生（或非现场再生）混合床/超过滤系统经常采用某种预处理的超过滤各种预处理配置主要延长八各种预处理配置主要延长八蒸储釜的寿命确定制药/医疗器械水生产的成本是错综复杂的。成本完全是预算的，但根据生产规模、系统设计、实际用途等等变化很大。将供水费用加到预处理（例如，介质过滤、碳过滤、软化和添加化学制剂）和最后处理（例如：主要是去除和抛掉离子）费用中，即可获取生产制药用水的总营业成本。对验证、正在进行的QA/QCH及废物处理和污水处理等等其他重要费用应预先预算。止匕外，调整产业必须考虑不合格和水系统故障风险（费用）。关于城市供水，甚至美国之外的国家变化更大，其标准为1〜3元/1000加仑。然后用供水（表面或地面）质量、生产技术和有关资本费用以及产品水技术规范确定制药用水系统的总净现值（NPV。选用的制药用水系统设计方案的类型一般根据供水总溶解固体和硬度级、有机和胶质成分以及预计的供水系统公共费（酸、腐蚀剂、盐、电和源头水）。对维修要求和可供资源亦应予以考虑。尽管生产制药（USP屯化）或非制药工艺水的处理系统经营成本变化很大，但各种类型的工艺水的净现值（NPV是十分相同的。唯一的例外是通过使用非再生混合床瓶式系统，一般是再生非现场生产的DI工艺水。不过，膜基系统确定或多或少取得制药用水生产的最低净现值。NPV^析通常根据水系统白^投资费和系统的5年运行费。选择的周期必须长，足以使运行费成为一个重要因素，但是，对合理分析运行费回收和增加资本支出，时间要尽量短。除了水的质量和生产的方法外，在其他地方会找到费用节约的机会。诸如细筛冲洗、湿润、锅炉供水等等其他用水，常常可用预处理或处理系统的废水。本指南各章也按照设计标准、独立单元操作方法和系统阐述费用节约问题。3?3系统计划高纯化水和蒸汽使用非常广泛，并且常常是制药设施最昂贵的原料或公用设备。管径不合适或者选择蒸汽或水系统都能限制或者甚至管径不足时停止生产；或者综合考虑重复质量，并增加若超管径时的投资费。不过，系统管径不是设计工作的起点。若确定水质要求和用途恰当，则能节省建造和运行费。图3—2图示在规划制药用水系统时，设计师所面临的系统界限、限制和约束。初始系统规划揭示确立设计标准基础的基本界限。系统的基本界限有水质、使用点标准和系统标准。每个界限的限度必须在初始规划时确定。包围每个界限的箭头代表建立更特别运转策略和范围的限制。给上述限制提供资料时，设计师应指示验收范围，而不是特殊值或位置。这在最后规划和详细设计决定中更允许有伸缩性。某些限制的现实有时将迫使采用特殊策略。只要设计决定得出系统界限限制内的答案，那么,完全可接受该决定。其例子是使用点标准需用微生物控制非制药用水的设施。不过，在毗连区域有时会有超管径的WFI系统，所以设计师决定给使用点提供WFL在该实例情况下，确定水质的文件应辨别产品所需的质量，并且为何代之使用WFL

本章主要强调概述规划制药用水系统的系统途径。图3-2概述选择水质开始的规划方法，其前提是已知自己系统的约束和限制。然后在初始系统规划履行后制订使用点标准。上述顺序步骤常常因为设计过程资料重复而重复，并且识别系统总界限的进一步标准。图3—2制药用水系统规划/\3?3?1制订水质量\评价水系统第一步是专用产品和处理作业所需水系统的选择。选择主要按照剂量和剂型以及给使用水的产品确定的微生物/化学纯度标准。另外，选择还必须考虑对质量控制、安装/运行费、维修/实际影响等等因素。关于开发判定树制订可能的水质量，请参见第3?2节。每一使用点都要标志水质记录，指示每个决定的基础。支持文件的简明注解将用于规划过程后面阶段。系统设计约束可提供挑战水质量或其他标准的动力，尤其是说明变化不影响产品质量或生产控制时。3?3?2赋予使用点特性\\一旦确定水质量初始选择，应对每一使用点赋予操作标准特性。应开发矩阵概述系统设计所需的基本标准。每个使用点应当注解进水装置操作压力、流量和温度范围的正确值，或供水系统的处理点。确定范围而不是固定值，对最后设计允许采用更弹性的方法，这会增加系统最佳化的机会。本资料能采用许多方法编制，但规划周期的展开表能简化规划过程，并给今后详细的设计工作提供清楚的决定路径。表3-1为赋予使用点流量和系统要求使用的展开表。主要用流量测定管路尺寸，而日常使用导致存储和生产决定。差异因素是平衡预期用途的一种方法，假设所有负荷不是每天或同时发生。本表表示可能同天但绝不是同时使用的CIP系统和制动垫圈。因此，仅较高的流量适于设计流量栏所示的循环管径。而要求流量可用于支路管定径。设备称名要求设备称名要求(LPM差异设计日期使用要求(LPD差异因素设计(LPD\因素(LPMCIP洗涤循环4001400120011200制动圈垫200004601460表3—2使用点标准说明假设总共23分钟4个操作步骤重复循环假设1次清洗循环/日、100升/漂洗、3次漂洗/循环、1次溢流漂洗/循环。@8诉钟为2LPM一旦最后确定位置和质量，各种性能都可用要求分析直方图图示。对较大系统，这可借助计算机和模拟或展开表软件完成，而对小系统，可手工完成。此时，基本工艺流程图还提供水质量、位置和使用点性能的完好插视图。图3-3水使用曲线图3?3?3制订系统标准直方图分析有助于确定系统的全部峰值要求、平均要求和峰值要求时间周期与流量关系。图3—4表示用图3-324小时要求轮廓的假设的储水箱轮廓。最低水位或是最佳水位接通蒸储釜都无“经验法则”。不过，曲线图给制订的各种方案提供方法模拟故障的恢复时间、今后扩大或缩小的生产能力，并分析设计正确尺寸的水生产、贮水和配水系统的其他因素。系统规划和分析还揭示影响设计和常常导致设计师重新评价前面所述的基本界限的其他约束。约束可包括诸如下列内容：系统无论什么时候都必须可用吗？停机时约束是什么？车间/人员能正确掌握化学制品吗？允许就位吗？是批量或连续生产吗？是专用产品或是多产品类吗？处理的产品之间怎样竞选？消毒要多少时间？必须提供余量时间，以便灭菌有充分的时间？图3—4贮水箱水面曲线图3?3?4重新检查水的质量若温度范围和要求赋予特性的各使用点，则要重新检查水的质量。使用点标准彻底审查一般揭示很多允许的供水条件。因为操作多个水系统提供成品期望的正确水条件一般是不实际的，所以必须采取折衷办法。折衷法可以包括提供的水质量，比简化水处理或输水系统或控制限制最大要求使用点水耗条款所要求的水质量高。不管何仲折衷法，水必须在界限限制条件下输送。3?4系统设计一旦确定支持区域、备用要求、今后增大或扩大生产能力，即能着手系统的详细设计。工艺要求决定配水系统的各使用点（POUo用户位置决定如何配置系统（例如：中间储存、多环路/多支路等等）。一个或若干个使用点都可要求不同的质量或其他性能。在这种情况下，应考虑水系统标准的其他方法，例如采用环境或冷配水/加热系统。因为可能无法对冷系统进行正常的加热消毒，所以还必须考虑车间班次的工作时间。此时，应将初始计划阶段辨别的界限、限制和约束并入设计方案。进一步考虑事项可包括系统需要支持的实际区域、一个生产区域、一幢楼或现场的多幢楼。这可决定系统的规模，并可决定系统是否由多水箱或多环路贮水和配水系统组成。例如:/中间系统的最初资本比较高,但运行和维修费就比较低，因此，每单元总成本可能比较低。资本高主要是因为生产、贮水和配水设备或系统比较大。换句话说，每个较小系统的多生产分系统初始费较低，但就投资和相同总生产能力的运行和维修费较高。所有分系统都有固定的容量，并且终将发生故障。因此，如果一个设备发生故障，应按示意图处理停机时间。此时，应考虑使用诸如蒸储釜或去电离设备等主要零部件的备用生产设备。可以用超前滞后式操作法使用备用设备和/或满足最高要求的特殊持续时间。下面的章节探讨制药级用水生产所需的各种单元操作可采用方法的更详细说明。因为要详细开发系统，所以将给面临有关质量、费用、性能、维修和可靠性等等的决定提供合理的解释国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和之蒸汽系统（四）之预处理方案??4?1引言/\预处理是最后（最终）水处理工序前的全部工序或单元操作。预处理是一系列单元操作，旨在改善供水质量，以使用最佳质量的水输给最终处理工序。最终工序可以采用反渗透、超滤法、多或混合床去离子法或蒸储法。第五和第六章将分别讨论最终工序。反渗透法因为可能是最终处理工序外的预处理工序，所以是唯一的方法。本章和本指南附录探讨在预处理中的反渗透法应用，但第五和第六章讨论作为一种技术的反渗透法。本章的头几节讨论预处理方案，包括预处理进水和出水质量的处理方案（编程序问题）。然后本章再讨论四组杂质的处理方案（即：单元操作）选择：污垢控制—混浊和微粒清除\锈垢控制—硬物和金属清除有机物和微生物杂质消除微生物控制剂消除本章末尾图4-1概述预处理方案。本章的最后几节讨论阴离子成分/浓度、PH建造材料和预处理系统控制的重要性。本讨论是根据本指南附录介绍的技术说明进行的。4?2预处理工艺设计预处理系统的工艺设计是单元操作说明或处理进水的工序。标准资料包括各种蒸汽的流量、温度、压力和成分。给定单元操作的设备详细机械设计或工序不属本指南范围。预处理系统的工艺设计（编程序问题）可包括下列内容：a）最终处理过程所需的用水量和质量/b）制药工艺和微生物控制方法中使用的有关水的温度制约//c）选择最终处理方案，因为该方案规定经过预处理所需的水质量d）进水质量是预处理系统的输入质量（每年验证水质量）e）进水质量与期望的出水质量间的差别。进\/出水差别决定必须由预处理系统清除杂质。采用物料平衡方法，即可确定进/出水差别。另外，应注意杂质和微量组分f）预处理方案要为期望去除杂质创造条件，同时要考虑劳力、经济、废物处置、环境问题、验证和可用场地以及公用设施的可能性除了确定杂质消除方案外，微生物控制所采取的措施是预处理系统过程设计不可分割的一部分。考虑的问题包括：a）如果进入预处理系统的饮用优质水来向美国的市区，那么，水中一般包含当作微生物控制剂的氯或氯胺。在欧洲，臭氧是更普通的微生物控制剂。控制剂浓度应足以保护预处理的初始工序。b）若微生物控制剂数量不足，可另外添加微生物控制剂或采取措施定期消毒预处理系统的起始设备。这种方法适于水来自水源而不是市区。这可保证增加监测供水和初始工序。c）在预处理过程的某些点位，必须先清除微生物控制剂后再输入最终处理工序。此时，在消除微生物控制剂后，必须给处理工序选择连续或定期消毒措施。制药用水应包含“无添加物质”的USP要求，该要求消除给“纯化水”或“注射用水”添加化学制剂。不过，预处理不禁止添加化学制剂。预处理经常添加化学制剂，然后在预处理或最后处理中予以清除。例举的一些实例为：氯（控制微生物生长，并在预处理后面阶段清除）钠离子（多价离子交换软化剂，并在去除离子过程中清除）酸（去除二氧化碳、平衡离子脱气作用，并在随后的离子去除过程中清除）亚硫酸盐（减少氧化物的氯气或氯胺，减少在形成硫酸盐时的钱和氯化物的氯气，并在软化或去除离子过程中去除）多价螯合剂（防止最后处理过程中水锈，并在最后处理中用RO青除）PH控制剂（在去除离子过程中清除）添加剂是导致加快微生物生长或内毒素的一个问题。最后要考虑的一个问题是预处理投资与运行费和最后处理过程的效能与费用的关系。若预处理系统不可靠运行，则最后处理系统将不长期可靠运行。若预处理系统（微粒、硬物或氯气渗漏）操作不恰当，不可能立即影响最后处理的水质量,但对长期维修和运行可靠性以及对水质量可能有影响。预处理能力和可靠性投资能回收许多倍最后处理维修费投资。盼望制药用水系统能生产出符合成品药水标准的制药用水。设计的制药用水系统能控制进水质量的杂质测试信号或合理的杂质外形变化。健全的预处理系统设计处理对最后处理有害的杂质测试信号。预处理系统的过程设计没有一个“正确”答案。预处理系统过程设计有一系列抉择和选择，而每种设计都有优点和缺点。4?3预处理供水质量：试验和文件\\制药用水系统都要求使用符合“饮用水”标准的供水。大部分制药厂都使用城市自来水。城市自来水一般都符合“饮用水”质量标准，并且用微生物控制剂处理。在美国历史上，微生物控制剂采用氯，但现在一般采用氯胺。供水成分或微生物控制剂浓度可能取决于临时的和季节变化。变化可能对水质会产生不利影响，并且只能用广泛抽样法测取。止匕外，车间现场水的质量，由于配水系统污染潜在问题或者微生物控制剂损失，不可能等于城市处理设施的水质量。采用车间试验补充的城市用水试验（如适用的话）法或者广泛试验供水质量，即可获得建议的供水质量文件。供水一般污染物包括：粒状物：淤泥、灰尘、花粉、管锈、铁和硅、不溶解矿物和有机物无机物：钙/镁盐、含有阴离子的重金属（铁、铝和硅）有机物：植物腐烂自然产生的副产品，即：腐殖和雷酸以及诸如杀虫剂和汽车污染（油）“人造”有机物。细菌：细菌污染和副产品、内毒素以及致热质试验建议包括：供水符合饮用水质量的文件。这可根据当地可能补充的由市政当局所作的试验或中间试验//的结果。中间试验的频次将受市政当局可靠性、监控可变物重要性和公司宗旨的影响。预处理系统起动时对微生物控制剂含量监测。氯含量受PH影响。一般认为氯含量为至，这足以控制微生物生长，并且一般对预处理设备或性能影响微不足道。供水中对已知的或怀疑的现有污物进行专门试验。这将决定从市政当局取得的资料是否充分；例如：农业地区从农场逸流的表面水源供杀虫剂的供水可以是季节性的。4?4预处理出水：进入最后处理的进水质量/预处理目的是保证尽量减少最后处理设备运行/维修问题的水质量，并使最后处理工序生产出符合最后处理期望技术规范的水。

必须在预处理过程中清除使最后处理工序可靠运行的杂质，这取决于所选的最后处理工序和最后处理工序对杂质的公差。若预处理不充分，那么，造成的问题在等级方面变化很大，详见下面的表4—1:表4-1最后处理由杂质类型造成的问题等级反渗透法最后处理由杂质类型造成的问题等级反渗透法其他（离子交换）膜法单效蒸储法多效蒸储法汽压蒸储法杂质污垢：由粒状物造成锈垢：由硬物和矿物质造成腐蚀：由氯化物造成剥蚀：由氯气造成大大无大众大/中大/中无大众中中中/大大大/中大/中中/大大中中小大☆视膜而定最后处理过程供水预处理要求通常包括:关于膜关心的问题是悬浮固体（微粒）污垢和因为去除水而锈垢（沉淀固体）。预处理控制的标准目的可能是现场分析泥沙密度指数（SDI）3〜5和硬物小于1粒/加仑。膜允许用氯化物，但是，只有某些膜允许用氯气。关于蒸储关心的问题是因硬物形成锈垢和因氯化物而造成腐蚀。标准的水质量可能为1莫姆/cm,这常常需要预处理以外进行另外处理，即：ROt或超滤法。蒸储法因腐蚀对氯气无公差，并对产品无蒸汽夹带水。蒸储法对粒状物有些公差。预处理一般对表示水质量，诸如阴离子、微生物含量、导电性、总有机碳（，/TOC和挥发物等其他参数影响极小。可靠地给最后处理提供所需的供水质量选择预处理，不管供给的饮用水质量测试信号，都将减少最后处理的运行和维修费用。4?5污垢控制：泥沙和粒状物清除、、/消除粒状物的减少泥沙的主要方法有:澄清并同时作业凝聚、凝结物和沉积物深度或介质滤清，包括单/多介质滤清（由介质保持的微粒）污垢定义、滤清机构和标准清除过程在本指南所附的附录中概述。因为供水水源是饮用水质量或更好质量水源，所以不使用澄清法。深度或介质滤清用于制药用水系统，并且常常是预处理系统的头道工序。多尺寸沙是最普通的介质，但其他介质可给有些供水提供更好的性能。可消除\10微米的粒状物，并取决于介质的选择。除非供水含有微生物控制剂，否则，微生物生长是介质滤清器的一个关键问题。换句话说，在深度滤清器中需要微生物控制（例如：采用加热或化学消毒剂进行定期消毒）。4?6水锈控制：硬物和金属清除\水在最后处理过程中与杂质分离时，低溶性化合物集中沉积的地方。沉积，即水锈是二价和三价阳离子，通常为少量可溶性盐，诸如碳酸盐或硫酸盐超溶解性造成的。对此的控制方法为：离子交换清除法。主要是钙和镁，并可包括二价/三价离子，诸如铁、铝和二氧化硅。预处理通常是水软化（交换离子使钠离子硬化和水锈）。酸化清除碳酸盐。酸化作用是将碳酸盐转成二氧化碳，接着脱气清除碳酸盐。阻挡滤清法，例如毫微滤清法清除化合物。水流过膜，化合物被膜挡住，然后当作排出蒸汽清除。上述消除方法详见本指南所附的附录。去除二价/三价离子并用钠替换的水软化离子交换，是制药用水预处理使用的最普通方法。该方法适于各种流量和各种硬度级的水，并且易熟悉易操作。水软化离子交换法只涉及处理盐，并产生无害废蒸汽。不过，废蒸汽里的高总溶解固体（TDS可限制处置选择。水软化采用手动或PLCtB易于控制。关于大流量（＞50gpm或min）和高硬度（＞50ppn）水，脱气法（酸化后）可是选择的方法。TOC\o"1-5"\h\z脱气法经常在ROW阶段之间使用，并涉及两次PH调整处理酸和碱：/RO第一阶段前减少PH'\/RO第一阶段前增加PH'/脱气法的主要优点为：生成的二氧化碳释放到大气中，而不是需要处置的液态废蒸汽。毫微滤清法是某些供水和特殊情况可采用的膜法。滤清一般为交叉流动，并涉及值得关注的排出蒸汽。RCffi出蒸汽很多，膜的孔大小与离子去除的对应效果有差别。二价离子去除可超过98%化学制剂注射是控制造成水锈离子或化合物的另一种方法。该方法是给最后处理供水注射化合剂（通常是专利有机化合剂）。该化合剂称多价螯合剂，并且使损坏的离子或化合剂生成在最后处理过程中更能溶解、不沉积的一种复合剂，即化合剂。“复合的离子和多价螯合剂”有大分子量，并在最后处理过程中当作排出蒸汽去除。多价螯合剂几乎都是专利化合剂，所以要求试验，以便验证专用供水的适用范围和剂量，并在最后处理过程中分析验证去除情况。预处理系统过程设计的关键选择是软化器的位置。在清除供水中的微生物控制剂（通常使用氯气）前或后有两种选择，若要控制微生物生长，给供水增加微生物控制剂。消除微生物控制剂前设置的软化器：主要优点是用供水中的微生物控制剂保护软化器，以防微生物生长。若微生物控制剂为氯气，则对城市氯气供水中的标准氯气含量树脂寿命和效率只有很小的影响（＜1ppn）o消除微生物控制剂后设置的软化器：具优点是树脂寿命和能力更好（由于没有微生物控制剂的氯气）。不过，这必须保护防止微生物生长和内毒素含量的软化器进行平衡（即：采用定期消毒法以及有关加热或化学制品、劳力、停机时间和废汽处置等费用）。4?7有机物清除\水系统中一般存在的有机物和微生物杂质种类和消除方法在本指南提供的附录中探讨。有机物清除法为：臭氧消除法强碱离子交换法阻挡滤清法（精滤、超滤或反渗透法）聚合物絮凝法碳法臭氧是控制微生物生长的强氧化剂，并减小因氧化而生成有机物的浓度，但需相容结构材料强碱离子交换消除有机物，从而导致因树脂再生而含有高浓度盐水和有机物排出蒸汽。孔眼合适的阻挡滤清把有机物和微生物生长捕获在阻挡层上，并能添加聚合物絮凝剂予以帮助。阻挡滤清的潜在问题是微生物生长“经阻挡层生长”，从而在阻挡层顺流侧上造成微生物污垢。碳法也许是减少有机物最普通的方法。使用该方法是因功能多，包括清除有机物和消除或减少氯气/氯胺用量（若有这种气和正确地设计碳滤清器）。使用碳的优点是：它是一种常用技术，具有多功能和有效“清洁供水”，并且只要定期消毒，就能控制微生物生长。而缺点是：它既是一种微生物生长源又是一种营养素源。4?8控制微生物生长的系统设计控制微生物生长的方法在指南提供的附录中概述。预处理中控制微生物生长使用的方法有：微生物控制剂，诸如氯气或氯胺定期消毒（加热或化学制剂）紫外线避免死支管和避免水滞流在预处理系统设计中，一般对策是在尽可能经很多预处理工序的供水中，保留由市政当局提供的微生物控制剂，以便保护预处理工序免遭微生物生长。不过在有些地方，因为微生物控制剂与最后处理方法不相容，所以，必须清除这些控制剂（氯气或氯胺）。此时，唯一的选择是定期消毒，或者采用加热法或者采用化学消毒剂。这必须包括在经抽样和试验，验证和监测效果所采取的措施一并提供的预处理系统设计书中。若用化学消毒剂，则还需提供清除消毒剂和监测消除效果的措施。抑制微生物生长采用紫外线是有效的手段，但是，只有使用紫外线时有效。系统操作前常常使用紫外线，旨在控制供水中的微生物数量，尽量减少系统操作微生物生长。使用紫外线最常用的地方是反渗透装置和有些滤清器前面的地方。4?9微生物控制剂的清除\、在预处理的有些地方，因为微生物控制剂对最后处理设备和设备性能有有害影响，所以必须清除。氯气会造成反渗透绝大多数膜变质，并且腐蚀蒸储液。氯胺能通过预处理系统，并且在蒸储过程中分解，从而使水质量产生有害影响。消除氯气和氯胺的方法大同小异，详情见本指南提供的附录。关于氯气清除，活性碳是吸收氯气的一个简单方法。碳将一些氯气变为氯离子，然后用最后处理离子清除法清除。亚硫酸盐还原法也是简单的方法，即将亚硫酸盐氧化成硫酸盐，然后氯气还原成氯离子。氯胺清除比较复杂。即使流动速度比氯气慢得多，在碳上也会发生氯胺吸收，所以需要较长的接触时间和较慢的流速。把吸收的氯胺分解成俊离子和氨的潜力是一个问题。钱用反渗透法清除，但用蒸储法分解成氨。氨在最后处理中通过反渗透和蒸储流程。氯胺亚硫酸盐还原导致钱和氯离子。这可用反渗透法清除。俊离子在较高温度蒸储过程中部分分解成氨，从而导致汽夹水，并影响水质量。氨（来自氯胺）和二氧化碳消除需要正确控制PH值，以保持RO中清除离子样的物质。如有保持离子物质所需的碱性条件，则碳酸盐、碳酸氢盐和二氧化碳平衡依赖PHfflo钱和氨之间的平衡取决于PHffl和温度，其酸性条件需保才I离子物质。不是在一个PH地方，这些物质都是碳酸盐和俊离子。因此，需要采用合适清除工艺执行两个PHS整步骤来清除氯胺和二氧化碳。4?10阴离子成分/浓度变化预处理系统一般清除非离子杂质和阴离子。因此，离子成分或浓度变化通常是次要的。不过，在最后处理工序前，可用RO法清除氯化物，这对最后处理中的一些蒸储工序会有影响。影响阴离子成分的预处理方法有：脱离子脱气清除氯气和氯胺和碳床滤清清除氯气和氯胺的还原阻挡滤清（超微滤、超滤和反渗透）离子交换树脂用于清除阳离子或阴离子。用于消除阴离子（阴离子树脂）的离子交换树脂一般交换羟基离子的阴离子（氯化物、硫酸盐、亚硝酸盐和碳酸盐以及碳酸氢盐，如PH值合适）＜离子交换可在单床、混合床或双床进行，并且若有阴离子树脂的话，则将影响阴离子成分。第五章探讨专门清除阴离子的去离子法和离子交换。去除硬物的脱气和伴随的酸化法改变阴离子成分。水用非挥发性酸（通常用基于成本和容易消除最后所得阴离子的酸盐，即硫酸盐）酸化，旨在将碳酸盐和碳酸氢盐转成采用脱气法即能清除的溶解CO2净效应用硫酸盐替换碳酸氢盐和碳酸盐（参见本指南提供的附录）。如上所述，碳床滤清吸收供水中的氯和氯胺。不过，有些氯还原成氯化物，并在随后的离子去除过程中，通常在最后处理时去除。因为硫酸氢盐氧化成硫酸盐和氯，即氯胺还原成氯化物和俊，所以常用硫酸氢盐还原法去除氯和氯胺，就能改变离子成分和浓度。有些阻挡滤清（尤其是超微滤清）能去除一些较大的阴离子。可采用反渗法去除蒸储作业前的氯化物离子。4?11预处理中PH值的重要性关于碳酸盐、碳酸氢盐和二氧化碳间平衡的PH效应，在本指南附录中探讨。/EPA饮用水标准所需的PH值范围为〜。由于酸水的腐蚀性和碱水的锈垢潜力，绝大部分饮用供水的PH值范围实际上都较小。因为供水的PH值和季节变化都对预处理和最后处理过程设计有影响，所以需要知道PH值和季节变化。PH值决定二氧化碳形成、锈垢潜力和清除二氧化碳（碳酸盐）的地方（参见本指南附录）。由于供水中有氯胺，所以预处理设计中的一个复杂因素是氨的潜在存在。氨是二氧化碳为离子（碳酸盐）PH值条件下的一种溶解气体，并且在二氧化碳为溶解气体PH值条件有离子（俊）＜因此，无法在一个PH值条件下去除二氧化碳和氨。如果同时存在二氧化碳和氨，则需用如下两个PHffl调整工序：TOC\o"1-5"\h\z在去除二氧化碳或氨后进行PH调整'PH值变化，以便去除其他化合物/\上述工序可以是预处理或最后处理的一部分。4?12建造材料和建造法\预处理系统中的管道可以是铜、镀锌钢或适用的热塑塑料管。预处理系统中不承受高温地的管子，一般为价廉物美、耐蚀的塑料管（PVGCPVC聚丙烯或其他材料管）。有些塑料，诸如Pva口cpvc勺渗漏使这些材料不受用户欢迎。容器材质可以是玻璃纤维、衬里碳钢或不锈钢。预处理系统部分的管道和设备可能要承受高温（定期加热消毒）或高压（RO加脱气）。在这样的部位，管子材质一般为不锈钢或能加热消毒的，诸如PVDF!料管。高压设备可以是碳钢、衬里碳钢或不锈钢。上述材料可采用精轧工艺，无需电抛光。在预处理系统中，对消毒建造法，诸如轨道焊和消毒管接头的费用可不予以保证。溶剂胶粘或加热熔合的塑料管、焊接或精轧法兰连接不锈钢管或设有压缩管接头管的用途为一般用途。球阀或隔膜阀控制流动转换，而球阀和针阀控制流量。选用不降低水质量的成本最低的管件是主要节约的地方。每个设备的上、下游，都应提供监测和查寻/排除故障的取样点。现场测取压力/温度点亦用于查寻/排除故障。4?13预处理结语预处理选择的控制原理可能对投资和连续运行费影响很大。预处理可靠运行和控制能大大减少最后处理的运行和维修费。预处理的主要工序有：清除混浊和微粒，尽量减小膜和设备污垢清除硬物和金属，防止最后处理锈垢消除有机物和微生物杂质控制微生物生长，并清除微生物控制剂，以防最后处理恶化上述工序因为对最后处理水的质量有直接影响或者对最后处理设备的性能有长期影响以及对最后处理的水质量有间接影响而十分重要。、预处理与水处理系统的其他零件一样，应符合GEP预处理作为水处理系统的一个部分，必须作为整个水处理系统验证的一部分进行验证，并且应包括微生物监测。图4-1

预处理示意图是浮固油颗粒清栋I氯清除II慎防锈剂,双侈介质康港器•活性碳•水软化剂•过滤简•化学制•化学制剂剂注射注射/微生物控制紫外签氯气臭簟注：系统操作次序与上图图示的可以有不同。微生物控制紫外签氯气臭簟国际制药工程协会（ISPE）制药工程基本指南一一水和蒸汽系统（五）之最后处理方案：非制药5.最后处理方案：非制药和制药纯化水\5?1引言/\本章探讨与USP屯化水和非制药用水生产工艺有关的最后处理技术和系统基本配置。系统有各种配置，并将离子交换基本装置的重要变化反映到膜基本装置。设备和系统材料、表面光洁度和其他设计因素分别探讨，旨在促进使用GEP以便正确选用零部件、管子、仪器仪表和控制器。USP屯化水和非制药用水可用各种配置的几乎无法限制的系统组合方法生产。纯化水生产使用的最普通预处理和最后处理技术，请见本章节末端的图5—1、图5—2和表5—4。本章阐述目前采用的系统最后处理方法，包括离子交换法、反渗透法、电去电离法、超滤法、微滤法和紫外线。绝大部分系统成功生产纯化和非制药用水都使用上述技术和蒸储法（见第六章）。离子交换基本装置是纯化水生产几十年的主要装置，并且目前仍然在设施中使用。最近十年已看到反渗透膜基本装置在成长，有些地方有90犯上的新装置都使用反渗透法，最后用连续电去电离、离子交换或反渗透第二阶段抛光。膜基本装置的用途，由于减少化学制剂消耗、污染物废弃（离子化固体颗粒、有机物、胶粒、微生物、内毒素和悬浮固体颗粒）、减少维修、稳定运行和有效寿命循环费而提高。各种膜基本系统配置与离子交换和蒸储比较，请参见本章末端表格。为了促进正确选用材料、表面光洁度和其他设计因素，特阐述系统每个加工部分的设备建造。设备设计详情与工艺选择比较，对系统总投资影响更大。设备许多方面会“超设计”，从而成为不必要的开支。为了设计最佳化，必须正确考虑各零部件的功能、位置、所需的微生物特性、消毒和其他因素。没有必要建造相同表面光洁度等级的系统每个备用零部件和配水系统大部分情况下顺利运行的零件。许多材料选择是错误的，即使符合GMPS求，因为要求实际上未规定大部分最后处理零件的建造图。必须使用GEP使系统按技术规范最佳协调运行和寿命循环最佳。一部分考虑是需要按符合GM颜次更换系统的零件（例如：滤清器、RO!）。本章在制药和非制药用水系统设备之间不辨别。非制药用水常常以符合制药用水的方法生产和验证。5?2离子交换5?2?1说明阴/阳离子交换树脂分别用酸/碱溶液再生。因为水流经离子交换床，所以在水蒸汽中对树脂保含的氢/氢氧离子容易发生离子交换，并由浓度激励。因此，再生法由超化学制剂浓度激励。系统的主要参数包括树脂质量、再生装置、容器衬里和废液中和装置。系统运行可用成品水导电性（电阻率）监测。双床离子交换系统包括阴离子和阳离子树脂槽。该系统按照盐清除常常以严格去离子（DI）水系统的马力运转。混合床离子交换系统一般用作辅助或“抛光”系统。混合床DI装置包括一个混合阴离子和阳离子清除树脂槽。阳离子床也可当作“抛光”DI工序，而不是混合床DI使用。在现场和非现场再生系统中有离子交换树脂。现场再生需要处理和处置化学制剂，但酌情处理内部过程控制和微生物控制。非现场再生可通过一次使用新树脂或者通过重复再生现用树脂完成。新树脂具有较大的能力和一些可能的质量控制优点，但成本较高。再生树脂运行费较低，但会造成诸如树脂分离、再生质量和稠度等质量控制问题。本指南附录还能找到离子交换方面的另外详情。5?2?2用途二、USP屯化水系统离子交换设备的主要目的是满足USP勺导电率要求。去离子（DI）装置常常单独或与反渗透法一并使用，以生产USP屯化水。标准的离子交换装置不能有效地清除USP纯化水技术规范所述的其他污物。饮用水中常见的盐离子采用离子交换法从水流中清除，然后用氢和氢氧离子替代。离子交换装置有各种结构，包括双床DI和混合床DI。现场和非现场再生系统中都可采用这两种离子交换装置结构。5?2?3预处理要求离子交换装置需要预处理，旨在从水流中消除不溶解固体颗粒，并避免树脂污垢或恶化。尽管也建议脱氯法，以避免因氧化树脂恶化，大部分饮用自来水通常含氯低，这只说明大部分离子交换树脂的长期效应。5?2?4成本节约因素/系统大部分成本节约机会涉及正确选用建造材料、预处理方案、仪器仪表和DI装置尺寸大小。建造管路材料可用PVC至613LSS如果系统设计正确，则将尽量缩小设备尺寸，并且考虑到微生物控制和维修尽量增加再生之间的时间。若只监测关键参数，诸如导电率（电阻率）、流量、压力等等，则选择能尽量减少仪器仪表。关于采购费和正在进行的运行费，还有尚需作出节约选择。节约选择主要考虑DI非现场再生瓶、现场再生DI容器（设有自动或手动控制器）或另外水处理装置。5?2?5优点和缺点

设计和维修简单水生产灵活机动固定回收良好TOC\o"1-5"\h\z单系DI装置成本低/\消除电离物（氨、二氧化碳和有些有机物）缺点：\供水高总溶解固体（TDS运行费高需要对现场再生DI（安全和环境问题）作化学处理完备的现场DI系统因基本容器、化学制品存储和中和装置可能要占用很大的面积\非现场DI装置需要委外服务和显著的再生服务费\\非现场再生装置涉及日后使用、搬运和保管DI容器失去控制\DI容器是再生之间发生微生物生长的最佳地方5?2?6消毒所有离子交换树脂都能用各种化学剂消毒。树脂消耗程度是树脂类型与化学剂的函数。化学清洁剂包括过酸、次氯酸钠和其他等等。有些树脂能在65C〜85c温度下热水消毒。限制热消毒用的离子交换树脂包括强酸阳离子树脂和一型二乙烯基苯强碱树脂交联的标准聚苯乙烯。表5-1离子交换装置操作对比非现场再生现场再生化学剂用途\无广泛消毒方法变换或热水再生/‘换替☆、

换替☆、

泛好好

低无低低—良良好好中低中少M-M-☆注：若采用委外服务再生DI瓶，这不免除生产厂离子交换系统质量控制的责任表5-2操作和期望性能限制/\建议10微米滤清\随树脂型号而变化，一般为；有些树脂估计高达1Ppm<200ppm时，可在较高TDSK平运行，但运行费高大部分阳离子树脂高达121C；大部分阴离子树脂为40〜70C；而有些阴离子树脂高达100C。能达到脉动/cm的导电率，而实际导电率取决于系统预处理和再生计戈上线性变化与供水总溶解固体（最好在200Ppm以下）相反。避免污垢随树脂型号变化的能力。视树脂型号和供水（难以预计）可提高或减少进水TO*级。.供水质量总悬浮固体（混浊度）供水质量总悬浮固体（混浊度）氯公差总溶解固体（TDS温度/导电1/再生和化学剂效率供水TOC成品水TOC5?3连续电去离子（5?3?1说明电去离子装置中的电活性介质，其作用是交替收集和释放离子化物质，并采用离子或电子置换机构连续促进离子输送。电去离子装置可以包括永久或临时电荷介质，并可断续、间歇或连续运行。操作电去离子装置，以便引起专门计划的电化学反应，从而达到或增进性能。该装置可包括电活性膜，诸如半渗透离子交换或双极膜。连续电去离子（CEDI过程与收集/释放过程（诸如电化学离子交换或电容去电离）是有区别的。电离过程是连续的，而不是间歇或断续的。活性介质的离子输送性能是基本尺寸参数，这正好与离子能力相反。连续电去电离装置一般包括半渗透离子交换膜、永久电荷介质和能产生DC电场的电源。连续电去离子电池由两个毗连的离子交换膜或者由一个膜和一个毗连的电极组成。CEDI装置一般有交变离子耗尽（纯化）和离子浓差电池，这两种电池能从同一水源或不同水源供给。水在CEDI装置中经离子输送纯化。离子或离子化物质从流过离子耗尽（纯化）电池的水，再进入流过离子浓差电池的集中水流中汲取。CEDI装置纯化的水只流过电荷离子交换介质，而不通过离子交换膜。离子交换膜可渗透离子或离子化物质，但不渗透水。纯化电池一般在一对离子交换膜之间永久电荷离子交换介质。有些装置在阳离子膜和阴离子膜之间装有混合（阳和阴）离子交换介质，以组成纯化电池。而有些装置在离子交换膜之间具有阳/阴离子交换介质层，以组成纯化电池。具化装置合并离子交换膜之间的单离子交换介质造成单纯化电池（阳离子或阴离子）。CEDI装置可用板式和框式或螺旋式结构电池配置。电源在CEDI装置的阴极和阳极之间生成直流电场。、流经纯化电池的供水水流的阳离子吸入阴极。阳离子通过阳离子交换介质输送，并且要末通过阳离子渗透膜，要末就被阴离子渗透膜排除。阴离子吸入阳极，然后通过阴离子交换介质输送，最后要末通过阴离子渗透膜，要末就被阳离子渗透膜排除。离子交换膜用浓差电池中从纯化电池去除的含有阳离子和阴离子的方式排列方向，以便从CEDI装置中清除离子污物。有些CEDI装置使用浓差电池中的离子交换介质，其条件是：其他装置不使用该介质。因为纯化水水流的离子强度降低高电压，所以水离子交换介质界面处的梯度能使水分解成离子成分（H+ffiOH-）。H饼口OH禹子连续生成，并在纯化电池出口端分别再生阳离子和阴离子交换介质。离子交换介质再生恒定高水平允许用CEDI法生产高纯化水（，1〜18莫姆/cm）。5?3?2用途\在药品质量对微生欠注意的有些情况下，在USP屯化水或非制药用水生产中，可在反渗透（RO装置的下游使用CEDI装置，以便提高CEDI装置的寿命。关于USPWFI水，则在反渗透装置的上游使用CEDI装置。5?3?3限制\CEDI装置无法清除水中的所有污物。主要清除机理是清除离子或离子化物质。CEDI装置无法100%屯化供水水流，因为浓度水流总是要求从系统中清除污物。CEDI有实际操作的温度限制。绝大部分CEDI装置的工作温度为10〜40c（50-104F）。5?3?4预处理要求CEDI装置必须保护，以防锈垢形成、污染、热和氧化恶化。RO/1处理设备一般将硬物、有机物、悬浮固体和氧化物降到可接受的水平。5?3?5性能\//CEDI装置性能是供水质量与装置设计的功能。减少离子固体一般大于允许生产反渗透供水的1〜18莫姆/cm优质水的99%有机物排除一般在50%i95双问变化，实际排除取决于供水水流中