浅谈生物制药中纯化水处理与应用

浅谈生物制药中纯化水处理与应用

肖后林

身份证号码： 52270119910210****

摘要：纯化水是以饮用水为原料水，经过多种介质的过滤、双级反渗透与EDI的纯化，纯化水进入储罐后采用循环泵变频恒流方式，通过循环泵供应到使用点，未使用的纯化水会到纯化水储罐的闭合环路。生产的纯化水制备系统主要包括：预处理系统，膜处理系统，清洗/消毒系统，EDI系统、储罐、分配系统和控制系统。所制得的纯化水主要是做为注射用水和纯蒸汽的原料水，以及生产车间各工序的粗洗涤用水。生产出来的水质符合最新版的中国药典标准。

关键词：生物制药；纯化水

1 预处理系统

预处理系统的主要组成包含：原水罐、多介质过滤器、双软化器、活性炭过滤器等组成。

1.1 原水罐

饮用水由城市自来水供水管网提供符合国家水质标准的自来水进入用户自来水管网，由原水罐液位传感器控制进入原水罐。饮用水质量需须符合现行中华人民共和国国家标准《GB5749-2006生活饮用水卫生标准》。

1.2 多介质过滤器

通过原水泵增压进入多介质过滤器。MMF安装依次分别是无烟煤、石英砂(小)、石英砂(中)、石英砂(大)，填料的粒径由上至下逐步变大。原水自上而下通过滤料时，水中悬浮物由于吸附和机械阻流作用被滤层表面截留下来，当水流进入滤层中间时，由于滤料层中的砂粒排列的更紧密，使水中微粒有更多的机会与砂粒碰撞，于是水中凝絮物、悬浮物和砂粒表面相互粘附，水中杂质截留在滤料层中，从而得到澄清的水质。

预防颗粒物污染，多介质过滤器需要定期反洗，通过程序内嵌设置时间自动冲洗，反洗液采用原水，以约2倍的设计流速反向冲洗后，进行静置，再进行正向冲洗，使介质床复位。

多介质过滤器出水浊度≤1 NTU,SDI值≤5。通常可在出口安装多参数水质检测仪，根据监测结果触发清洗，来有效控制颗粒物去除，从而缓解反渗透膜组件的使用寿命。

1.3 软化器

多介质过滤器出水进入软化器，利用钠型树脂来置换钙盐和镁盐来降低水的硬度，来避免设备内钙、镁沉淀，在这个过程钠离子被释放生产软化水，软化过冲中随着树脂中钠离子的减少，需要饱和的氯化钠溶液来再生，通过树脂中钠离子来置换出钙和镁离子进行补给。软化器通常配置两个，当一个进行再生时，另一个可以继续运行，确保生产的连续性。

通常可在出口安装硬度检测仪，根据监测结果触发吸盐、清洗，从而使水中Ca2+、Mg2+的减少，达到软化效果。软化器出水硬度≤1.5 ppm或显色状态呈蓝色。

1.4 活性炭过滤器

软化器出水进入ACF，利用活性炭进一步去除机械过滤器出水中的残存的余氯、有机物、悬浮物的杂质，为后续的反渗透处理提供良好的条件。活性炭过滤器内装果壳型活性炭作为过滤介质，同时还以石英砂、无烟煤作为垫层。微生物的生长是一个关键的考虑因素，出现这种情况的原因是过滤器内部的表面面积大以及相对低的流速，同时过滤介质还是一个细菌滋生的温床。由于活性炭过滤器会截留住大部分的有机物和杂质等，使其吸附在表面，因此，需要定期巴氏消毒来保证活性炭的吸附作用。其反洗和正洗等可参照多介质过滤器。

2 纯化储存与分配系统

纯化水储存与分配系统能够有效防止微生物及细菌内毒素的滋生和污染，并带有系统消毒功能，能最大限度减少压力降，满足生产使用的要求。

纯化水分配起点为纯化水储罐，通过变频恒压输送泵、管道形成闭合环路分配系统，供给各纯化水使用点。储罐的内部与纯化水接触的部分为316 L不锈钢材质。储罐上安装空气滤器，滤芯为除菌级疏水材质。可根据瞬间用水量的大小实现自动变频控制，以确保形成湍流，管道回路末端的流速保持在1.0 m/s(行业推荐)，雷诺数Re≥4100，系统循环水温可保持在20～25℃，有效控制微生物膜滋生的风险。

在纯化水储罐的出水输送泵出口设有隔膜式压力表，可以直观的看到泵的运行状况是否正常。在纯化水管道系统的出水和回水口均设计了取样口，可随时检测水质情况。在回水入储水罐前的管道上分别设计安装气动隔膜阀、在线电导检测装置、隔膜式压力表等，其功能作用不同，如：电导率传感器用于纯化水回水电导的监测和报警(不应带有温度补偿)，根据在线电导的检测合格与否做出回罐与排放的切换：电导率合格时，打开进水阀，关闭排放阀，水流回储罐；当电导率不合格时，打开排放阀，关闭进水阀，回水排放并发出报警信号。流量计用于纯化水回水流量的监测和报警；温度变送器用于纯化水储罐温度的监测和报警；压力表用于纯化水出水压力或回水压力的监测；液位计用于纯化水储罐液位的监测和报警等。

储罐能够隔热保温，保温材料应不含氯离子等腐蚀性成分。所有水平管道铺设有足够的倾斜度，坡度1%～5%，以便于管道排尽。管道、管件中与产品接触表面应为SS316L材质，机械抛光可达到Ra≤0.64μm。焊接、研磨和抛光后，管道系统的焊缝须经酸洗、钝化处理，并留有相应的记，在现场使用自动轨迹氩弧焊机加工或手工焊完成。手工焊接需经过100%内窥镜检测，自动轨道焊接处应不少于20%内窥镜检测。每个焊缝可追溯到执行焊接的焊工和机器，焊接可达到ASME BPE3级标准，设计和安装符合3D/6D原则。

系统中的数据应可被PLC微小型电脑所采集，采集内容包括：用户登录、实时和历史数据、趋势曲线、通知、事件、报警和用户确认、截屏、参数修改、程序启停等。如果条件允许，控制系统PLC IO点留有15%余量，以便今后扩展需要。

PLC/HMI系统将包括外部设备以保证安全、可靠和连续配置。人机界面将有HMI显示，指示灯和声光报警器。HMI通过计算或直接在HMI的图形界面上显示，HMI将用户的操作信息和设置信息通过接口传给PLC,PLC通过自带的通讯接口与输入输出模块通讯。PLC/HMI系统具有可行简单、安全、可靠操作的操作界面，可防止误操作和无授权操作。

纯化水循环回路中安装有双管式热交换器，热源介质为工业蒸汽。通过对纯化水定期巴氏消毒(80℃，60 min)，日常以使温度控制在20～25℃之间，以防止微生物滋生的风险控制，满足使用需求。

储罐可有低液位保护功能，当液位下降到设定值时使用点阀门自动关闭，对设备一次性投入成本较大，但可降低消毒、监测等时间成本，企业可以根据自身水平不同差异情况进行权衡设计。

纯化水的用途主要为注射用水制备设备和纯蒸汽发生器提供源水，同时供应生产车间各工艺用水点作为容器具粗洗、工衣洗涤和清洁用水等。

3 讨论

质量源于设计，设计在于理念、创造。通过对预处理过程、制备过程以及储存分配过程通过日常监测、周期性维护，以确保纯化水水质符合质量标准。但对一些基础企业来说，因初期成本控制、用途不同等原因，在采购策略上对纯化水系统的各模块组件的材质、品牌、甚至工艺组合形式等在设计之初显然已经明确，但随着不断发展，在新规的下或各国法规更严格的要求下，需要重新改扩建，相对要考虑的因素更多一些。

因此，有良好的设计，也要做好安全教育宣传工作，使每个职工懂得“安全为了生产，生产必须安全”的道理。严格遵守车间有关安全管理的规定，操作人员持证上岗,严格按照相关sop(标准操作规程)管理运行制水间的各工艺构筑物、工艺设备。坚守工作岗位，监视各设备的运转情况,正确使用机器设备，定时查看各种设备的运转状况，定期保养，确保安全运转，对管道应经常检查有否跑、冒、滴、漏的现象，以防止意外事故的发生，也是必不可少。

参考文献

[1] 黄艳荣．纯化水制备工艺在制药生产中运用[J]．大科技，2018,32:348.

[2] 杨永丰，王志颖，胡易知．制药用纯化水系统微生物控制措施浅析[J]．山东化工，2021,50(21):133.

[3] 中华人民共和国国家标准生活饮用水卫生标准．GB 5749-2006[S]．北京：中国标准出版社，2006.