纯化水系统课件

2023/6/81

目录定义及概念制备工艺纯化水的贮存纯化水的分配微生物控制系统检查2023/6/82

实物照片

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定义及概念

工艺用水凡是制剂生产中用于容器、包装材料的清洗、配料等工序，原料药生产中的精制、洗涤等工序都称为工艺用水。纯化水以饮用水为水源，通过蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其它适宜的方法制得的符合中国药典纯化水标准的供药用的水，不含任何添加剂。主要用于非无菌药品的配料、洗瓶、注射剂瓶子的清洗、非无菌原料的精制。饮用水符合国家饮用水质量标准的水。2023/6/85

制备工艺1

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压缩空气压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碱罐压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2023/6/86

制备工艺

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机械过滤混床1#压缩空气压缩空气液碱饮用水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喷射器喷射器纯化水泵去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2023/6/87

制备工艺

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PH调节装置阻垢剂加药装置真空脱气装置一级反渗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渗透二级反渗透浓水纯化水泵去用水点回水呼吸器二级反渗透产水T工业蒸汽蒸汽过滤器纯蒸汽反渗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压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渗透接水源真空泵F通大气呼吸器2023/6/88

制备工艺

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制备工艺

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制备工艺

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制备工艺

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系统工艺和配置的选择

原水水质

含盐量、硬度水质变化纯化水质量如果是氨基酸产品，水系统含氧量将作为一个重要的质量指标来要求投资费用运行费用综合各项技术经济指标考虑确定URS。2023/6/813

源水

地表水地下水

在自然界的循环过程中，通过不断与空气、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。污染物类型：无机物有机物固体颗粒物气体微生物饮用水符合国家饮用水质量标准的水各国药典均要求，制药用水应以符合饮用水标准的水为源水。2023/6/814

纯化水的制备过滤吸附软化反渗透离子交换电法去离子(EDI)微孔过滤(超滤)2023/6/815

预处理

预处理系统—机械过滤（砂滤）、活性炭过滤、0.5μm过滤器无论那一种制备工艺，源水都不能满足离子交换树脂或反渗透膜玷污物质的要求，源水只有经过适当的预处理后，方能满足后道制水制备系统对进水的水质要求。为使源水的水质达到一个预期的指标，以满足纯化过程对源水的要求，必须对源水进行预处理，源水预处理的主要对象是水中的悬浮物、微生物、胶体、有机物、重金属和游离状态的余氯等。机械过滤（砂滤）作用：过滤截留源水中的悬浮物、粘胶物质、颗粒物材料：石英砂、锰砂、无烟煤活性炭过滤作用：吸附消除源水的的余氯、吸附源水中的有机物、胶体、悬浮物、降低浊度材料：果壳活性炭0.5μm过滤器作用：阻挡破碎滤料及其它微粒进入RO膜2023/6/816

软化钠离子软化

通过离子交换过程，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。投加阻垢剂阻垢剂的作用原理是使易结垢物质暂时不结垢而随浓水排出。操作容易但有一个重要的缺点：验证困难按ISPE的指南，纯水生产中的填加物需要知道有什么成份，并在后续环节证明有效去除。但阻垢剂通常是成份不公开不明确的专利产品。现在一些大型正规阻垢剂生产厂提供NSF（美国国家卫生基金会NationalSanitationFoundation)认证证书，可以证明该阻垢剂可以加入饮用水中。软化的目的是防止碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等造成的结垢。2023/6/817

反渗透

反渗透是一种物理现象。含有盐份的水有一种自然渗透压力，当把含盐水（源水）与纯水用半透膜（只能通过水，而不能通过溶质）隔开时，纯水将透过半透膜进入源水侧，这一过程称之为自然渗透过程。相反，如果在盐水侧施加一个比渗透压大得多的压力，此时，正常的自然渗透过程被逆转，盐水侧的水将透过半透膜进入纯水侧，这一过程被称为反渗透过程（逆渗透）。

源水

高压进水加压未透过水半透膜透过水排出或再循环低压纯化水2023/6/818

反渗透膜元件

反渗透膜元件

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、饮料行业纯净水废水回用循环冷却用水工业及市政废水回用浓缩分离各种有用物质的分离、回收、精制、浓缩等2023/6/819

膜元件技术参数

反渗透膜元件型号及比较：ESPA18040、ESPA28040、CPA28040海德能公司的8040系列膜种，ESPA18040、ESPA28040为第一代膜，CPA28040为第二代膜，第二代膜比第一代膜抗污能力增强、脱盐率增强。膜元件的形式及组合

螺旋卷式反渗透组件；螺旋卷式反渗透装置膜的组合方式，是在两层反渗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收集渗透液体。中空纤维式反渗透组件；中空纤维通常用内径42-50、外径约84-90的芳香聚酰胺材料的膜组成U形的管束。

串联安装就依次累加，膜的支数主要由膜的回收率确定，海德能公司现有膜的回收率单支都为15%，一般一级回收率在50%左右，而通过一级反渗透过滤过的水质已经相当好，所以二级回收率可以达到75%。膜元件的材质芳香族聚酰胺有效膜面积脱盐率重要的技术参数2023/6/820

离子交换离子交换系统使用带电荷的树脂，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理。一般，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，因而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，也可以设计成混合床形式。离子交换的基本原理

交换就是离子交换树脂上的离子和水中的离子进行等电荷反应的过程。离子交换反应过程与很多化学反应过程一样，是可逆反应。2023/6/821

电法去离子（EDI）电法去离子（EDI）系统使用一个混合树脂床、选择性渗透膜以及电极，以保证水处理的连续进行，即不断获得产品水及浓缩废液，并将树脂连续再生。电法去离子的工作原理通过填充在电池模堆中的树脂吸附源水中的金属离子达到脱盐的目的。通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移动、阴离子向阳离子方向的阴离子交换膜移动，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-，使之经常保持脱盐室内的树脂处于再生状态，为高效连续脱盐创造了条件。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连续再生

出水的纯度高

水的回收率高

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纯化水的贮存对于制药用水的使用来说，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，工艺过程就即时地使用多少水。事实上，药品生产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相同，不可能恒定，生产的各种需要必然会造成用水高峰期，也会出现不消耗水的时间。因此，制药用水的贮存方式成为工艺用水系统四大组成部分之一。贮罐空气过滤2023/6/823

纯水贮罐

首选立式容量放在制水间，而不是洁净区安装疏水性除菌空气滤器玻璃管水位计存在污染风险，电信号水位控制装置被广泛应用CIP完全排空避免多罐设计采用符合要求的材料(无毒、不反应、不脱落、不溶出、不腐蚀)可靠的表面处理(电抛光)钝化2023/6/824

空气过滤疏水性滤芯PTFEPVDF蒸汽加热或电伴热滤壳（防凝水时需要）在线消毒完整性测试2023/6/825

纯化水的分配管道输送泵紫外灭菌装置阀门换热器仪表系统设计要完全排空2023/6/826

管道采用符合要求的材料（无毒、不反应、不脱落、不溶出、不腐蚀）可靠的表面处理（电抛光）坡度要求5/1000钝化焊接要求2023/6/827

输水泵

结构合理，易于清洗、维护最低点排放、开放式叶片采用符合要求的材料（316L）最好实行变频控制，以实现回水流速的要求最好不安装在线备用泵，如果在线备用建议备用泵低速运行，有一定流速流过备用泵，并两泵定时切换回水流速

回水流速≥1.5m/s＜3m/s，在用水点U型管形成虹吸现象，阀门在开关时容易造成外界空气进入系统中

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紫外灯UV波长254nm耐温的要求或控制流程的要求有计时器或照度计或两者兼备（取决于评估UV有效性的方式）光洁度、反射率2023/6/829

阀门采用符合要求的材料选用隔膜阀禁止使用球阀2023/6/830换热器优选双管板结构管壳式换热器、管管换热器如不用此种结构，应保证洁净侧压力高于非洁净侧，并建立定期验证机制2023/6/831

仪表电导率TOC流量计纸式记录仪

在线检测仪表应在全量程保证精度和可靠性

如电导率仪的最小分辨率应达到0.1μS/cm，精度应达到±0.1μS/cm，温度自动补偿。仪表选择和安装应减小潜在的污染可能2023/6/832质量

权衡2023/6/833

微生物控制

微生物控制是储存和分配的核心问题注重从设计到运行和监测的整个过程水系统的污染分析系统警戒和纠偏消毒灭菌水质检测（取样、化验）2023/6/834

源水

外部

设计选材储存分配时间、强度

回水流速、低点排空紫外、阀门、换热器CIP、水位计

空气过滤、排空方式、方法、时间

水系统的污染分析外源性污染储存内源性污染分配消毒灭菌2023/6/835

水系统的污染分析外源性污染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。内源性污染内源性污染是指制药用水系统运行过程中所致的污染。它与制水系统的设计、选材、运行、维护、贮存、分配等因素息息相关，主要在储存和分配系统。储存系统

CIP、玻璃管水位计、空气过滤、排空、消毒、灭菌分配系统

管道坡度、排空、快接或焊接、回水流速、最低点排放、紫外波长、计时和照度、隔膜阀、管壳换热器清洗、消毒、灭菌2023/6/836

系统警戒和纠偏警戒水平警戒水平是指微生物污染的某一水平，监控结果超过它时表明制药用水系统有偏离正常运行条件的趋势。警戒水平的含义是报警，通常属企业的内控标准，尚不要求采取特别的纠偏措施。纠偏限度纠偏限度是指微生物污染的某一限度，监控结果超过此限度时，表明制药用水系统已经较为严重地偏离了正常的运行条件应当采取纠偏措施，使系统回到正常的运行状态。运行控制标准警戒水平和纠偏限度可以理解为制药用水系统的“运行控制标准”。与产品质量标准不同，仅用于系统的监控，而不是用以判断产品的合格或不合格，超出警戒水平和纠偏限度时，并不意味着产品已出现质量问题，因为标准设定已经考虑了产品的安全因素。2023/6/837

消毒定义及概念

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。巴斯德消毒

巴斯德消毒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，巴氏消毒常指低温消毒。纯化水系统采用巴氏消毒，罐内温度控制在85℃左右，回水温度保持在65℃以上。臭氧消毒

卓越的氧化剂、破坏DNA、抑制细菌繁殖、没有化学物质需要处理、与化学方法相比优势明显臭氧发生器、射流器水处理系统中，水箱、交换