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生物制藥企業(yè)純化水系統(tǒng)
摘要：生物制藥生產(chǎn)過程中，制藥用水是一個(gè)關(guān)鍵的物料，而常用的制藥用水有兩種：純化水和注射用水。
純化水主要用于工器具、物料、設(shè)備CIP的初次清潔使用，同時(shí)也用于注射用水的生產(chǎn)；
注射用水主要用于接觸產(chǎn)品器具的最終淋洗、設(shè)備CIP的最終淋洗、工藝溶液配制等。純化水設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域甚廣，主要應(yīng)用于醫(yī)藥行業(yè)、生物行業(yè)、科研，用于制藥用水、中成藥生產(chǎn)、一次性注射器、輸血器等醫(yī)療器械、保健品、中成藥生產(chǎn)等。
純化水去離子水或深度脫鹽水 指溫度大于25°C時(shí)，電阻率大于0.1x10^6 Ω*cm的水，英文名是Purity Water。純化水是蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法制得供藥用的水，不含任何附加劑。
純化水的性狀：為無色的澄明液體；無臭，無味。
本文將主要針對(duì)純化水制備及分配系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，讓您更清楚的了解純化水的相關(guān)概念。
| 中國/歐洲/美國藥典純化水質(zhì)量對(duì)照 |
| 純化水系統(tǒng)的組成 |
純化水系統(tǒng)主要由制備單元和存儲(chǔ)與分配單元兩部分組成。制備單元主要功能為連續(xù)、持續(xù)的將原水“凈化”成符合藥典要求的純化水。存儲(chǔ)與分配單元主要包括存儲(chǔ)單元、分配單元和用點(diǎn)管網(wǎng)單元，其主要功能為以一定緩沖能力，將純化水輸送到所需的工藝崗位，滿足其流量、壓力和溫度等需求，并維持水質(zhì)符合藥典要求。
01 純化水制備單元
1、工藝流程
通常情況下，純化水制備系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)不同的原水水質(zhì)情況進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，然后配置相應(yīng)的單元操作來依次把各指標(biāo)處理到允許的范圍之內(nèi)。任何經(jīng)過確認(rèn)的恰當(dāng)純化技術(shù)或組合技術(shù)均可用于制備純化水。
2、純化水制備系統(tǒng)各單元介紹
2.1 原水箱
原水箱是預(yù)處理的第一個(gè)處理單元，一般設(shè)置一定體積的緩沖水罐，其體積的配置應(yīng)與系統(tǒng)產(chǎn)量相匹配，具備足夠的緩沖時(shí)間并保證整套系統(tǒng)的運(yùn)行，通過原水泵向預(yù)處理過濾裝置輸送穩(wěn)定的原水。
一般在進(jìn)入原水罐前添加一定濃度的次氯酸鈉溶液，避免市政水進(jìn)入制水系統(tǒng)可能產(chǎn)生微生物繁殖的風(fēng)險(xiǎn)。次氯酸鈉的濃度一般控制在0.3-0.5 mg/L。
2.2 多介質(zhì)過濾器
多介質(zhì)過濾器大多數(shù)填充石英砂、無煙煤等，其作用是通過薄膜過濾、滲透過濾及接觸過濾作用，去除水中的大顆粒雜質(zhì)、懸浮物、膠體等，降低出水濁度≤3、SDI（污染指數(shù)）≤5。多介質(zhì)過濾器的日常維護(hù)比較簡(jiǎn)單，通過自控程序可實(shí)現(xiàn)定期反洗/正洗，將截留在濾料孔隙中的雜質(zhì)排出，從而實(shí)現(xiàn)多介質(zhì)過濾器的過濾功能再生。
2.3 活性炭過濾器
活性炭過濾器主要是通過碳表面毛細(xì)孔的吸附能力去除水中的游離氯、色度、微生物、有機(jī)物以及部分重金屬等有害物質(zhì)，以防止它們對(duì)反滲透膜系統(tǒng)造成影響。過濾介質(zhì)通常由顆?；钚蕴浚ㄈ缫瑲ぁ⒑置夯驘o煙煤）構(gòu)成固定層。經(jīng)過處理后的出水余氯應(yīng)小于0.1 mg/L。
由于活性炭過濾器有多孔吸附的特性，大量的有機(jī)物雜質(zhì)被吸附后會(huì)導(dǎo)致活性炭空隙中的微生物繁殖，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后產(chǎn)生的微生物一旦泄露至后端處理單元，將會(huì)對(duì)后端處理單元的使用效果產(chǎn)生影響并帶來很大的微生物污染風(fēng)險(xiǎn)，因此需要為活性炭過濾器設(shè)置高溫消毒系統(tǒng)。同時(shí)，也需定期進(jìn)行反洗和正洗。
2.4 軟化器
軟化器通常由承裝樹脂的容器、樹脂、閥門及控制系統(tǒng)組成。其軟化原理主要是通過Na+軟化樹脂對(duì)水中的Ca2+、Mg2+進(jìn)行離子交換，從而把其去除，防止Ca2+、Mg2+等在RO膜表面結(jié)垢，通常情況下，軟化器的出水硬度能達(dá)到小于1.5 mg/L，其交換過程如下：
2RNa+Ca2+=R2Ca+2Na+
2RNa+Mg2+=R2Mg+2Na+
當(dāng)離子樹脂吸收一定量的Ca2+、Mg2+后就必須進(jìn)行再生。軟化器內(nèi)樹脂的再生是將轉(zhuǎn)型后的樹脂用食鹽水還原，樹脂中的Ca2+、Mg2+由被Na+轉(zhuǎn)換出來，恢復(fù)樹脂的交換能力，并將廢液污水排出。再生過程的離子反應(yīng)為：
R2Ca+2NaCl=2RNa+CaCl2
R2Mg+2NaCl=2RNa+MgCl2
2.5 反滲透系統(tǒng)（RO）
反滲透系統(tǒng)主要由保安過濾器、換熱器、高壓泵和反滲透膜組成。
保安過濾器可以防止＞5 um的顆粒物通過，保護(hù)RO膜免受傷害。原水在進(jìn)入下游的部件時(shí)，通過換熱器對(duì)水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)至25±2℃，同時(shí)換熱器還能實(shí)現(xiàn)RO/EDI系統(tǒng)的巴氏消毒功能。反滲透分離技術(shù)是通過膜組件的半滲透性去除水中的溶解性雜質(zhì)，半滲透膜允許水通過，但是會(huì)阻止溶解鹽類、無機(jī)分子及分子量大于100的有機(jī)分子通過。
2.6 電去離子系統(tǒng)（EDI）
離子交換系統(tǒng)使用一個(gè)混合樹脂床，采用選擇性的滲透膜，其主要功能是進(jìn)一步除鹽。驅(qū)動(dòng)力為恒定的電場(chǎng)，使水中的陰離子向正極電極（陽極）移動(dòng)，而陽離子向負(fù)向移動(dòng)。與此同時(shí)，電位的勢(shì)能又將水電解成氫離子和氫氧根離子，從而使樹脂得以再生，且不需要添加再生劑。
02 純化水存儲(chǔ)與分配單元
1、儲(chǔ)存與分配單元組成
2、存儲(chǔ)單元
當(dāng)存儲(chǔ)與分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)為巴氏消毒時(shí)，罐體一般采用316L的常壓或壓力設(shè)計(jì)，按ASME BPE標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工，罐體外壁帶保溫層以維持溫度并防止人員燙傷。罐體附件包含：噴淋球、壓力傳感器、溫度傳感器、帶電加熱套的呼吸器、液位傳感器、罐底排放閥。
噴淋球的主要目的是保證罐體始終處于自清洗和全潤濕狀態(tài)、并保證巴氏消毒狀態(tài)下全系統(tǒng)溫度均一。
呼吸器為所有GMP均明確提及的基本要求之一，其主要目的是有效阻斷外界顆粒物和微生物對(duì)罐體水質(zhì)影響，常用濾芯孔徑為0.22 um，材質(zhì)為聚四氟乙烯（PTFE）。
3、分配單元
3.1 分配單元的主要功能
將符合藥典要求的純化水輸送到工藝用點(diǎn)，并保證其壓力、流量、溫度符合工藝生產(chǎn)或清洗等的需求。
3.2 分配單元主要組成
帶變頻器的輸送泵、換熱器、取樣閥、隔膜閥、316 L材質(zhì)的管道管件、溫度傳感器、壓力傳感器、電導(dǎo)率傳感器與變送器及其配套的集成控制系統(tǒng)。
3.3 微生物控制
3.3.1 表面處理
不銹鋼內(nèi)表面的處理主要通過機(jī)械拋光和電解拋光來實(shí)現(xiàn)。為了保證儲(chǔ)罐具有良好的微生物抑制能力，罐體內(nèi)表面推薦采用電解拋光處理（Ra≤0.4 um），外表面亞光處理，表面光澤均勻一致。機(jī)械拋光與電解拋光的表面光潔度見下圖，可以明顯看出，電解拋光比機(jī)械拋光的表面更加光滑、平整，對(duì)微生物的預(yù)防效果更好。
3.3.2 儲(chǔ)罐形式
立式儲(chǔ)罐是最普遍的，因?yàn)榫哂兄圃斐杀镜?、較小死水容積、簡(jiǎn)單噴淋球設(shè)計(jì)、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。
3.3.3 儲(chǔ)罐隔離
對(duì)于純化水儲(chǔ)罐，普遍做法是使用0.22 um疏水性呼吸器。
3.3.4 儲(chǔ)罐周轉(zhuǎn)率
普遍的做法是儲(chǔ)罐的周轉(zhuǎn)率每小時(shí)1-5次。適當(dāng)?shù)闹苻D(zhuǎn)率對(duì)儲(chǔ)罐具有避免死區(qū)的功能。
3.3.5 管道坡度
實(shí)踐表明，水平管道的坡度越大，水系統(tǒng)可排盡性越好。“純化水與注射用水系統(tǒng)的坡度不低于0.5%、純蒸汽系統(tǒng)的坡度不低于1%”是我國GMP檢查實(shí)施中對(duì)坡度確認(rèn)的基本要求。
3.3.6 死角
在純化水系統(tǒng)中，任何死角的存在都會(huì)可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的嚴(yán)重污染。工程實(shí)踐表明，“3D設(shè)計(jì)”是水系統(tǒng)應(yīng)遵循的基本設(shè)計(jì)要求。3D要求為支路末端（或支路閥門中心）到主管內(nèi)壁的距離小于等于支路直徑的3倍。3D值按下圖的L/I.D.計(jì)算：
3.3.7 流速
保持常溫循環(huán)的制藥用水系統(tǒng)的全流程管道流速不低于1 m/s是非常關(guān)鍵的，可將泵體變頻流量始終設(shè)定為1.1-1.2 m/s，WHO推薦值為1.2 m/s。
選擇適合自己的純水設(shè)備需要考慮多個(gè)方面，包括純水設(shè)備的種類、水質(zhì)要求、設(shè)備的性能和穩(wěn)定性、設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)、設(shè)備的價(jià)格和售后服務(wù)等。只有綜合考慮這些因素，才能選擇到適合自己的純水設(shè)備。
上一個(gè): 水處理基本知識(shí) 純水設(shè)備的儀器儀表
下一個(gè): 純水設(shè)備處理工藝的八種不同方法
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