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1、纯化水制备工艺 *Thursday,May 18,2023C S P C水质概论水质概论n水是一切有机化合物和生命物质的源泉，是人类水是一切有机化合物和生命物质的源泉，是人类赖以生存的宝贵资源。水也是药品生产不可缺少赖以生存的宝贵资源。水也是药品生产不可缺少的重要原辅材料。制药工业中所用的水，特别是的重要原辅材料。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。因此它必须同质量，直接影响药物产品的质量。因此它必须同药品生产的其它原辅材料一样，达到药典规定的药品生产的其它原辅材料一样，达到药典规定的质量指
2、标。质量指标。天然水天然水n制药工业中大量使用的工艺用水的源水，来自自制药工业中大量使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，然界。天然条件下的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。各国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标准的水药典均要求，制药用水应以符合饮用水标准的水为源水。为源水。天然水中的杂质及危害天然水中的杂质及危害n在自然界中，天然水中的杂质通常可以分为三类：在自然界中，天然水中的杂质通常可以分为三类：第一类
3、是悬浮物，其主要成分是泥沙、粘土、动第一类是悬浮物，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，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表面积，从而使它具有特殊的颗粒具有较大的比表面积，从而使它具有特殊的吸附能力，而被吸附的物质往往是水中的离子，吸附能力，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状态存在。解物，溶解物以分子或离子状态存在。天然水中需要去除的有关杂质天然水中
4、需要去除的有关杂质水中的悬浮物；水中的悬浮物；藻类与原生动物；藻类与原生动物；泥沙和粘土；泥沙和粘土；细菌；细菌；不溶性物质；不溶性物质；天然水中需要去除的有关杂质天然水中需要去除的有关杂质（2 2）溶解状物质溶解状物质盐类物质；主要是钠盐、钙盐和锰盐。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。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合物。胶体物质；胶体物质包括溶胶体和高分子化合物。制药用水的制备制药用水的制备n制药用水制备方法选定原则制药用水制备方法选定原则n制药用水系统除控制化学指
5、标及微粒污染外，必制药用水系统除控制化学指标及微粒污染外，必须有效地处理和控制微生物及细菌内毒素的污染。须有效地处理和控制微生物及细菌内毒素的污染。制药用水的制备制药用水的制备n纯化水制备常用的水处理技术纯化水制备常用的水处理技术n纯化水的质量取决于源水的水质及纯化水制备系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理能力。纯化水制备系统的配置应统的组成和处理能力。纯化水制备系统的配置应根据源水水质、水质变化、用户对纯化水质量的根据源水水质、水质变化、用户对纯化水质量的要求、投资费用、运行费用等技术经济指标综合要求、投资费用、运行费用等技术经济指标综合考虑确定。考虑确定。n源水进水的
6、含盐量在源水进水的含盐量在500mg/L以下时，一般采以下时，一般采用普通的离子交换法去除盐类物质。用普通的离子交换法去除盐类物质。n对含盐量对含盐量5001000mg/L的源水，可结合源水的源水，可结合源水中硬度与碱度的比值，考虑采用弱酸、强碱阳床中硬度与碱度的比值，考虑采用弱酸、强碱阳床串联或组成双层床。串联或组成双层床。制药用水的制备制药用水的制备当源水的含盐量为当源水的含盐量为10003000mg/L，属高含盐，属高含盐量的苦咸水时（一般指海水），可采用反渗透的量的苦咸水时（一般指海水），可采用反渗透的方法先将含盐量降至方法先将含盐量降至500mg/L以下，再用离了交以下，再用离了交换
7、法脱盐处理。换法脱盐处理。目前制备纯化水普遍流行的方法是采用全膜法、目前制备纯化水普遍流行的方法是采用全膜法、双级反渗透法、一级反渗透加混床法、一级反渗双级反渗透法、一级反渗透加混床法、一级反渗透加透加EDI法等等；阴、阳树脂单床加混床处理方法法等等；阴、阳树脂单床加混床处理方法正在被淘汰。正在被淘汰。制药用水的制备制药用水的制备n源水预处理系统在纯化水制备过程中的必要性及源水预处理系统在纯化水制备过程中的必要性及常用手段常用手段n无论是直接采用离子交换系统或者先用电渗析法，无论是直接采用离子交换系统或者先用电渗析法，再加上反渗透的系统，普通的自来水、地下水或再加上反渗透的系统，普通的自来水、
8、地下水或工业用水往往都不能够满足离子交换树脂或反渗工业用水往往都不能够满足离子交换树脂或反渗透膜对玷污物质的进水要求。源水只有经过适当透膜对玷污物质的进水要求。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预处理后，方能满足后道制水制备系统对进水的水质要求。的水质要求。制药用水的制备制药用水的制备n纯化水中常用的源水预处理方法纯化水中常用的源水预处理方法n 为使源水的水质达到一个预期的指标，以满足纯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，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、源水预处理的主
9、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。胶体、有机物、重金属和游离状态的余氯等。源水中悬浮颗粒的含量小于源水中悬浮颗粒的含量小于50mg/L时，可以采用时，可以采用接触凝聚或过滤，即加入凝聚剂后，经过水泵或接触凝聚或过滤，即加入凝聚剂后，经过水泵或管道直接注入过滤器。管道直接注入过滤器。当源水中碳酸盐硬度较高时，可以在去除浊度的当源水中碳酸盐硬度较高时，可以在去除浊度的同时，加入石灰进行预软化。同时，加入石灰进行预软化。制药用水的制备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、凝当源水中的有机物含量较高时，可采用加氯、凝聚、澄清过滤等方法处理，若仍然不能
10、满足后续聚、澄清过滤等方法处理，若仍然不能满足后续工序的进水要求时，可增加活性炭过滤等去除有工序的进水要求时，可增加活性炭过滤等去除有机物的措施机物的措施当源水中游离氯超过后续进水标准时，可采用活当源水中游离氯超过后续进水标准时，可采用活性炭过滤或加入亚硫酸钠等方法处理。性炭过滤或加入亚硫酸钠等方法处理。如果后续处理工序采用反渗透或电法析等设备时，如果后续处理工序采用反渗透或电法析等设备时，应在源水进放设备以前，再增设一个（组）精密应在源水进放设备以前，再增设一个（组）精密过滤装置，作为反渗透等设备的保护措施。过滤装置，作为反渗透等设备的保护措施。如果后续工序对胶体状态的硅要求较高，可在加如果
11、后续工序对胶体状态的硅要求较高，可在加入石灰的同时加入氧化镁，以达到去除硅的目的。入石灰的同时加入氧化镁，以达到去除硅的目的。当源水中铁、锰含量较高时，应增加曝气、过滤当源水中铁、锰含量较高时，应增加曝气、过滤装置，去除铁和锰。装置，去除铁和锰。制药用水的制备制药用水的制备预处理过程的原理预处理过程的原理 1混凝混凝混凝过程；混凝是水处理中对源水进行预处理的一混凝过程；混凝是水处理中对源水进行预处理的一个重要措施，处理的对象主要是水中的胶体物质。个重要措施，处理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互相吸引，
12、发生中和，消除了胶体粒子胶体离子互相吸引，发生中和，消除了胶体粒子间的静电排斥力，成长为大分子颗粒并通过沉淀间的静电排斥力，成长为大分子颗粒并通过沉淀从过滤器中去除。从过滤器中去除。制药用水的制备制药用水的制备过滤；凝聚和絮凝过程形成一个过滤层，进而包裹过滤；凝聚和絮凝过程形成一个过滤层，进而包裹源水中的各种颗粒一起沉降。源水中的各种颗粒一起沉降。吸附；混凝药剂大多采用高分子物质，这些高分子吸附；混凝药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，使源水中的颗粒形成物质在水中产生吸附作用，使源水中的颗粒形成大颗粒，再通过沉淀作用去除。大颗粒，再通过沉淀作用去除。表面接触；在絮凝过程中
13、大量的颗粒表面相互接触，表面接触；在絮凝过程中大量的颗粒表面相互接触，粘结成更大的颗粒物质，再通过沉淀去除粘结成更大的颗粒物质，再通过沉淀去除制药用水的制备制药用水的制备n2.过滤过滤n 在水处理的沉淀、澄清过程中，源水通过混凝沉在水处理的沉淀、澄清过程中，源水通过混凝沉淀，源水中的悬浮物大部分已被去除，水质已经淀，源水中的悬浮物大部分已被去除，水质已经在很大程度上得到改善。但此时水的浊度可能在在很大程度上得到改善。但此时水的浊度可能在10mg/L以下，达不到国标饮用水的标准，仍需以以下，达不到国标饮用水的标准，仍需以过滤的方式来去除水中悬浮的细小悬浮物和细菌。过滤的方式来去除水中悬浮的细小悬
14、浮物和细菌。n源水过滤的主要设备为砂滤器，砂滤器采用的滤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。料多为石英砂、无烟煤和锰砂等。制药用水的制备制药用水的制备3吸附吸附 n在水处理过程中，利用多孔的固体材料，使水中在水处理过程中，利用多孔的固体材料，使水中的污物吸附在固体材料空隙内的处理方法为吸附。的污物吸附在固体材料空隙内的处理方法为吸附。活性炭吸附活性炭吸附 离子交换树脂吸附离子交换树脂吸附4软化软化水处理中的软化主要靠软化剂，用以脱除钙、镁等水处理中的软化主要靠软化剂，用以脱除钙、镁等阳离子，因为这类阳离子会影响水处理系统下游阳离子，因为这类阳离子会影响水处理
15、系统下游的设备（如反渗透膜、离子交换柱及蒸馏水机）的设备（如反渗透膜、离子交换柱及蒸馏水机）的运行性能。水软化树脂通常使用氯化钠（盐水）的运行性能。水软化树脂通常使用氯化钠（盐水）进行再生处理。进行再生处理。制药用水的制备制药用水的制备软化器处理n软化器通过离子交换过程，去除源水中的钙、镁离子软化器通过离子交换过程，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。其所采用的树脂为钠型阳离子交换树脂。n在软化器的离子交换过程中，水中在软化器的离子交换过程中，水中Ca2+、Mg2+离子离子被被RNa型树脂中的型树脂中的Na+离子置换出来后存留在树脂中，离子置换出来后存留在树脂中，使离子交
16、换树脂由使离子交换树脂由RNa型变成型变成R2Ca或或R2Mg型树脂。型树脂。n原水硬度的去除目前采用两种方法；（既钠离了软化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浓缩时超过了溶度积而沉淀到中的微溶盐在给水逐渐浓缩时超过了溶度积而沉淀到膜上。因此必需防止碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等造膜上。因此必需防止碳酸钙、硫酸钙、二氧化硅等造成的结垢。为了防止结垢造成化学污堵，可采用钠离成的结垢。为了防止结垢造成化学污堵，可采用钠离了软化或投加阻垢剂的方法。在反渗透装置前设置软了软化或投加阻
17、垢剂的方法。在反渗透装置前设置软化器，除去钙、镁硬度，在正常运行中不致产生结垢化器，除去钙、镁硬度，在正常运行中不致产生结垢现象。现象。制药用水的制备制药用水的制备n离子交换离子交换n离子交换系统使用带电荷的树脂，利用树脂离子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。阴离子树脂用氢氧化钠再生，即用氢
18、氧根离子置换被捕获的阴离子。由于这种再生剂都具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、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。阳床分开，也可以设计成混合床形式。离子交换的基本原理离子交换的基本原理n交换就是离子交换树脂上的离子和水中的离子进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。化学反应过程一样，是可逆反应。制药用
19、水的制备制药用水的制备n电渗析电渗析n 电渗析（电渗析（EDR）使用的工艺同电法去离子法）使用的工艺同电法去离子法（EDI）相似，它公用静电及选择性渗透膜分离浓）相似，它公用静电及选择性渗透膜分离浓缩，并将金属离子从水流中冲洗出去。由于它不缩，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能力和电流的树脂，该系统效含有提高离子去除能力和电流的树脂，该系统效率低于率低于EDI系统，而且电渗析系统要求定期交换阴系统，而且电渗析系统要求定期交换阴阳两极和冲洗，以保证系统的处理能力。因此，阳两极和冲洗，以保证系统的处理能力。因此，电渗析系统多使用在纯化水系统的前处理工序上，电渗析系统多使用在纯
20、化水系统的前处理工序上，作为提高纯化水水质的辅助措施。作为提高纯化水水质的辅助措施。n电法去离子（电法去离子（EDI）n电法去恼子（电法去恼子（EDI）系统使用一个混合树脂床、选）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，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，并将树脂连续再即不断获得产品水及浓缩废液，并将树脂连续再生。生。制药用水的制备制药用水的制备电法去离子的工作原理电法去离子的工作原理n通过填充在电池模堆中的树脂吸附源水中的金属离子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。达到脱盐的目的。n通过给电池模堆的两
21、端电极加直流电，使模堆的内部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。子交换膜移动，使阴、阳离子最终进入浓缩室。n随着脱盐量的增多，脱盐室的电阻率随之升高，电离随着脱盐量的增多，脱盐室的电阻率随之升高，电离分解成分解成H+和和OH-，使之经常保持脱盐室内的树脂处于，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。再生状态，为高效连续脱盐创造了条件。电
22、法去离子技术与普通的离子交换技术比较电法去离子技术与普通的离子交换技术比较n无化学污染；无化学污染；n可连续再生；可连续再生；n出水的纯度高；出水的纯度高；n水的回收率高；水的回收率高；制药用水的制备制药用水的制备n反渗透反渗透n 使用反渗透法制备纯化水的技术是使用反渗透法制备纯化水的技术是20世纪世纪60年代以来，随着膜工艺技术的进步发展起来的一年代以来，随着膜工艺技术的进步发展起来的一种膜分离技术，已经越广泛地使用在水处理过程种膜分离技术，已经越广泛地使用在水处理过程中。反渗透膜对于水来说，具有好的透过性。反中。反渗透膜对于水来说，具有好的透过性。反渗透工艺的操作筒单，除盐效率高，使用在制
23、药渗透工艺的操作筒单，除盐效率高，使用在制药用水系统中还具有较高的除热原能力，而且也比用水系统中还具有较高的除热原能力，而且也比较经济。较经济。n 反渗透膜反渗透膜 的分离处理过程的分离处理过程n反渗透膜的孔径大多反渗透膜的孔径大多1nm，其分离对象是溶液中，其分离对象是溶液中的处于离子状态和相对分子质量为几百左右的有的处于离子状态和相对分子质量为几百左右的有机物。机物。n反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过反渗透膜是一种只允许水通过而不允许溶质透过的半通透膜。的半通透膜。制药用水的制备制药用水的制备反渗透装置及组合形式反渗透装置及组合形式n螺旋卷式反渗透组件；螺旋卷式反渗透装置膜的螺旋
24、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。收集渗透液体。n中空纤维式反渗透组件；中空纤维通常用内径中空纤维式反渗透组件；中空纤维通常用内径4250、外径约、外径约8490的芳香聚酰胺材料的膜组成的芳香聚酰胺材料的膜组成U形的管束。形的管束。制药用水的制备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超纯水半导体、液晶产业用水纯水纯水锅炉用水各种工业过程工艺用水水的精制水的精制软化去除农药等有机物饮用水饮用
25、水海水淡化、苦咸淡化食品、饮料行业纯净水废水回用废水回用循环冷却用水工业及市政废水回用浓缩分离浓缩分离各种有用物质的分离、回收、精制、浓缩等膜元件的用途制药用水的制备制药用水的制备浓水抗应力器产水进水盐水密封安装示意图压力容器 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制药用水的制备反渗透在制水系统中的应用反渗透在制水系统中的应用n反渗透系统在制药用水系统中应用越来越多，越反渗透系统在制药用水系统中应用越来越多，越来越广泛。目前，在一些新建或扩建的制药工程来越广泛。目前，在一些新建或扩建的制药工程项目中，采用反渗透方法作为纯化水制备中除盐项目中，采用反渗透方
26、法作为纯化水制备中除盐的首选方案。反渗透装置有各种不同的组合方式，的首选方案。反渗透装置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不同的组合方式有着不同的适用范围。n一级反渗透系统；一级反渗透系统；n二级反渗透系统；二级反渗透系统；n一级反渗透系统一级反渗透系统+离子交换系统；离子交换系统；n一级反渗透系统一级反渗透系统+EDI；制药用水的制备制药用水的制备n二级反渗透系统二级反渗透系统+EDI；n超滤膜超滤膜+反渗透反渗透+EDI（全膜法）；（全膜法）；n超过滤超过滤n过滤是水处理中另一种类型的膜分离技术。超滤过滤是水处理中另一种类型的膜分离技术。超滤技术在液体处理的应用十分广泛
27、，基于超过滤膜技术在液体处理的应用十分广泛，基于超过滤膜的分离范围十分宽广。超过滤可以用来分离去除的分离范围十分宽广。超过滤可以用来分离去除水中的有机体、各种细菌、热泪盈眶源物质、多水中的有机体、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离，数病毒，可以用于胶体、大分子有机物质的分离，可以分离多种特殊溶液。可以分离多种特殊溶液。制药用水的制备制药用水的制备超过滤的基本原理超过滤的基本原理n超滤为切向流过滤，是防止浓度极化造成滤速下超滤为切向流过滤，是防止浓度极化造成滤速下降最有效的方法。超过滤主要进行分子量级的分降最有效的方法。超过滤主要进行分子量级的分离，若采用正压
28、或负压，会很快在超过滤膜的表离，若采用正压或负压，会很快在超过滤膜的表面形成高浓度的凝胶层，造成过滤速度的急剧下面形成高浓度的凝胶层，造成过滤速度的急剧下降，而采用切向流的过滤方法正好克服了普通正降，而采用切向流的过滤方法正好克服了普通正压过滤或负压过滤法牟致命缺点，即当液体以一压过滤或负压过滤法牟致命缺点，即当液体以一定的速度连续的流过超过滤膜表面时，在过滤的定的速度连续的流过超过滤膜表面时，在过滤的同时也对超过滤膜的表面进行着冲刷，从而使过同时也对超过滤膜的表面进行着冲刷，从而使过滤膜的表面不会形成阻碍液体流动的凝胶层，保滤膜的表面不会形成阻碍液体流动的凝胶层，保证稳定的过滤速度。证稳定的
29、过滤速度。制药用水的制备制药用水的制备n微孔过滤微孔过滤n微孔过滤技术在水系统中起重要作用，设计中可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选用的过滤器种类很多，它们用于各种不同的目的。的。微孔过滤的类型微孔过滤的类型n 按滤膜结构可分为深层过滤表面过滤和膜过滤；按滤膜结构可分为深层过滤表面过滤和膜过滤；按滤膜作用可分为澄清过滤、预过滤和终端过滤。按滤膜作用可分为澄清过滤、预过滤和终端过滤。制药用水的制备制药用水的制备过滤介质及其结构过滤介质及其结构n在制药用水制备中，通常使用微孔薄膜过滤器作在制药用水制备中，通常使用微孔薄膜过滤器作为反渗透等除盐设
30、备的保安过滤器、用水终端的为反渗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。用的滤材有以下几种。聚偏二氟乙烯；聚偏二氟乙烯；聚丙烯；聚丙烯；聚砜；聚砜；尼龙；尼龙；聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）；）；金属复合膜；金属复合膜；制药用水的贮存与分配输送制药用水的贮存与分配输送制药用水系统的贮存制药用水系统的贮存n对于制药用水的使用来说，理想的水系统应是恒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
31、地使用多少水。事实上，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，即工艺用水为工艺用水系统四大组成部分之一，即工艺用水的制备、贮存、分配输送和微生物控制。的制备、贮存、分配输送和微生物控制。制药用水的贮存与分配输送制药用水的贮存与分
32、配输送贮罐及其选用贮罐及其选用n从满足生产要求来看，贮罐应有足够大的容量。从满足生产要求来看，贮罐应有足够大的容量。然而大的贮罐，其内表面积大、水流动速度低，然而大的贮罐，其内表面积大、水流动速度低，容易长菌。此外，在用水量不同时，贮罐需要以容易长菌。此外，在用水量不同时，贮罐需要以通气（充氮气或以空气作动力学的补偿）来保持通气（充氮气或以空气作动力学的补偿）来保持适当的压力平衡。适当的压力平衡。n常见的贮罐管道配件：进水管；进水管；出水管；出水管；溢流管；溢流管；水位指标装置；水位指标装置；排水管；排水管；呼吸过滤器；呼吸过滤器；喷淋装置；喷淋装置；制药用水的分配系统制药用水的分配系统制药用
33、水分配系统的设计原则制药用水分配系统的设计原则n在制药工艺用水分配输送系统的设计中，不仅应在制药工艺用水分配输送系统的设计中，不仅应考虑到通过循环能够使水在管道中连续不断地流考虑到通过循环能够使水在管道中连续不断地流动，而且应该确保能够定期对系统进行清洗，使动，而且应该确保能够定期对系统进行清洗，使之恢复到使用前的良好状态。经验表明，不断循之恢复到使用前的良好状态。经验表明，不断循环的分配输送系统容易维持系统内正常供水中微环的分配输送系统容易维持系统内正常供水中微生物控制水平。生物控制水平。纯化水的分配纯化水的分配n纯化水的分配输送系统目前国内有两种形式，一纯化水的分配输送系统目前国内有两种形
34、式，一种是循环配水法，另一送水为非循环配水法，俗种是循环配水法，另一送水为非循环配水法，俗称直流输送法。称直流输送法。制药用水系统的污染制药用水系统的污染水系统的外源性污染水系统的外源性污染n制药用水系统的污染大体上可分为外源性污染和内源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。性污染源。水系统的内源性污染水系统的内源性污染n内源性污染是指制药用水系统运行过程中所致的污染。内源性污染是指制药用水系统
35、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；与外源性污染也有十分密切的相配等因素息息相关；与外源性污染也有十分密切的相关性。关性。特殊污染物特殊污染物细菌内毒素细菌内毒素n对制药用水系统来说，革兰氏阴性菌危害最大，因为对制药用水系统来说，革兰氏阴性菌危害最大，因为它很易形成生物膜并由此成为内毒素的污染源。水系它很易形成生物膜并由此成为内毒素的污染源。水系统中形成菌落的生物膜释放或者源水的污染均可成为统中形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。水中游离态内毒素的污染源。制药用水系统
36、警戒和纠偏制药用水系统警戒和纠偏 警戒水平；警戒水平；警戒水平是指微生物污染的某一水平，监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。控标准，尚不要求采取特别的纠偏措施。纠偏限度；纠偏限度；纠偏限度是指微生物污染的某一限度，监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
37、偏措施，使系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。统回到正常的运行状态。n警戒水平和纠偏限度可以理解为制药用水系统的警戒水平和纠偏限度可以理解为制药用水系统的“运运行控制标准行控制标准”。与产品质量标准不同，仅用于系统的。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。题，因为标准设定已经考虑了产品的安全因素。制药用水系统的消毒和灭菌制药用水系统的消毒和灭菌
38、n以物理或化学方法杀灭物体上或介质中的病原微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。应用物理或化学方法将物体上或生物称为消毒。应用物理或化学方法将物体上或介质中的所有菌及其芽孢全部杀灭即为灭菌，所介质中的所有菌及其芽孢全部杀灭即为灭菌，所使用的方法称为灭法。可见，消毒和灭菌虽然目使用的方法称为灭法。可见，消毒和灭菌虽然目标一致，但内涵差异很大。标一致，但内涵差异很大。制药用水系统的消毒和灭菌制药用水系统的消毒和灭菌n巴斯德消毒巴斯德消毒n巴斯德灭菌是法国科学家巴斯德发明的灭菌法，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，故因其对象主要是病
39、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，常指低温灭菌。采用的设备为多效巴氏消毒器，以节约能源以节约能源。制药用水系统的消毒和灭菌制药用水系统的消毒和灭菌n蒸汽灭菌蒸汽灭菌n对制药用水而言，蒸汽灭菌有其特定的对象对制药用水而言，蒸汽灭菌有其特定的对象主主要适用于注射用水系统。因此，蒸汽灭菌系指采要适用于注射用水系统。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、过滤用纯蒸汽对注射用水系统（包括贮罐、泵、过滤器使用回路等）内部和进行巴氏消毒不同，纯蒸器使用回路等）内部和进行巴
40、氏消毒不同，纯蒸汽灭菌要求被灭菌的回路必须耐受汽灭菌要求被灭菌的回路必须耐受0.103MPa以上以上的压力。的压力。n蒸汽灭菌的原理及应用范围蒸汽灭菌的原理及应用范围n 组细胞的蛋白质分子的功能取决于它的特殊结组细胞的蛋白质分子的功能取决于它的特殊结构，在一定高温条件下受热时，蛋白质分子内氢构，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，蒸汽灭菌中使用饱和蒸致微生物的死亡。因些，蒸汽灭菌中使用饱和蒸汽是至关重要的。汽是至关重要的。制药用水系统的消毒和灭菌制药用水系统的消毒和灭菌n纯化水或注射用水
41、系统蒸汽灭菌实例纯化水或注射用水系统蒸汽灭菌实例n纯化水或注射用水管道进行灭菌时，纯蒸汽压力纯化水或注射用水管道进行灭菌时，纯蒸汽压力应为应为0.2MPa；n当管道内温度升至当管道内温度升至121时开始计时，来灭菌时开始计时，来灭菌35分钟。分钟。n贮罐等容器设备应装有除菌呼吸过滤器，用纯蒸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行清洗。汽灭菌前应进行清洗。制药用水系统的消毒和灭菌制药用水系统的消毒和灭菌n臭氧消毒臭氧消毒n在水处理系统中，水箱、交换柱以及各种过滤器、在水处理系统中，水箱、交换柱以及各种过滤器、膜和管道，膜和管道，均会不断的滋生和繁殖细菌。消毒杀均会不断的滋生和繁
42、殖细菌。消毒杀菌的方法虽然都提供了除去细菌和微生物的能力，菌的方法虽然都提供了除去细菌和微生物的能力，但这些方法中没有哪一种能够在多级水处理系统但这些方法中没有哪一种能够在多级水处理系统中除去全部细菌及水溶性的有机污染。目前在高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连续去除细菌和病毒的最好方法是纯水系统中能连续去除细菌和病毒的最好方法是用臭氧。用臭氧。制药用水系统的消毒和灭菌制药用水系统的消毒和灭菌n紫外线消毒紫外线消毒n紫外线杀菌的机理及规则紫外线杀菌的机理及规则n紫外线杀菌的原理较为复杂，一般认为它与对生紫外线杀菌的原理较为复杂，一般认为它与对生物体内代谢、遗传、变异等现象
43、起着决定性作用物体内代谢、遗传、变异等现象起着决定性作用的核酸相关。在紫外光作用下，核酸的功能团发的核酸相关。在紫外光作用下，核酸的功能团发生变化，出现紫外损伤，当核酸吸收的能量达到生变化，出现紫外损伤，当核酸吸收的能量达到细菌致死量而紫外光的照射又能保持一定时间时，细菌致死量而紫外光的照射又能保持一定时间时，细菌便大量死亡细菌便大量死亡。n紫外线杀菌装置紫外线杀菌装置n 紫外线杀菌装置结构，由外壳、低压汞灯、石紫外线杀菌装置结构，由外壳、低压汞灯、石英套管及电气设施等组成。外壳由铝镁合金或不英套管及电气设施等组成。外壳由铝镁合金或不锈钢等材料制成，以不锈钢制品为好。其壳筒内锈钢等材料制成，以
44、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壁要求有很高的光洁度要求其对紫外线的反射率达达85%左右。左右。典型制药用水系统设计实例典型制药用水系统设计实例n典型纯化水系统流程设计要点n纯化水系统的设计可有多种选择，这些选择与源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际情水的水质、产品的工艺要求及企业的其他实际情况相关，最根本的原则是符合况相关，最根本的原则是符合GMP的要求及生产的要求及生产出符合标准的纯化水。出符合标准的纯化水。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压缩空气压缩空气压缩空气液碱饮用水饮用水中间
45、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循 环环 回回 流流 管管纯化水贮罐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中间水管路中间水管路纯化水管路纯化水管路去去102车间车间去去102车间车间去去102车间车间去去106车间车间去去105车间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
46、#压缩压缩空气空气压缩空气液碱饮饮用水用水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浓水水1#RO膜膜纯化水贮罐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配水管路中中间间水管路水管路纯纯化水管路化水管路中中间间水管水管路路喷射器喷射器纯化水泵去去107车间车间纯纯化水管路化水管路去去110车间车间去去104车间车间去去109车间车间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
47、#RO泵3#RO泵4#RO膜膜3#RO膜膜2#RO膜膜中间泵中间泵中间泵精过滤PH调节装置阻垢剂加药装置真空脱真空脱气装置气装置一级反渗透产水管路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通大气呼吸器典型制药用水系统设计实例典型制药用水系统设计实例n
48、源水贮罐；源水贮罐；一般源水贮罐应设置高、低水位电磁一般源水贮罐应设置高、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，水箱材料多仍具备源水泵、计量泵启动的条件，水箱材料多采用非金属，如聚乙烯（采用非金属，如聚乙烯（PE）。n源水泵；源水泵；可采用普通的离心泵，泵应设置高过热可采用普通的离心泵，泵应设置高过热保护器、压力控制器，以提高泵的寿命。保护器、压力控制器，以提高泵的寿命。n药箱、计量泵；药箱、计量泵；假如源水水质浊度较高，通常运假如源水水质浊度较高，通常运用精密计量泵进行自动加药（加药量由调试时确用精密计量
49、泵进行自动加药（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定），同时可根据城市管网供水的特点及源水水质报告，加入适量的絮凝剂，使源水中的藻类、质报告，加入适量的絮凝剂，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，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以便经后面的砂滤去除。加药箱的材质多为非金属材料（如属材料（如PE），计量泵的定量加药应与源水泵），计量泵的定量加药应与源水泵运转同步进行。运转同步进行。典型制药用水系统设计实例典型制药用水系统设计实例n机械过滤器；机械过滤器；源水若使用井水，井水中常含有颗源水若使用井水，
50、井水中常含有颗粒很细的尘土、腐殖质、淀粉、纤维素以及菌、粒很细的尘土、腐殖质、淀粉、纤维素以及菌、藻等微生物。这些杂质与水形成溶胶状态的胶体藻等微生物。这些杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现沉降稳微粒，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，通常它们不可能用自然沉降定性和聚合稳定性，通常它们不可能用自然沉降的方法除去。而应经源水预处理，即用添加絮凝的方法除去。而应经源水预处理，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，通过砂滤和炭滤预过滤除去这些成较大的颗粒，通过砂滤和炭滤预过滤除去这