藥用純化水制備技術及裝備發展研究

任紅兵

（江蘇省連云港中醫藥高等職業技術學校，江蘇連云港222000）

0 引言

藥用純化水幾乎貫穿于藥品生產的各個環節，因此，它被喻為藥品生產的“生命線”。近年來，隨著科學技術的不斷進步，我國藥用純化水的制備技術及裝備取得了顯著進展。

1 藥用純化水的概述

1.1 藥用純化水的定義

《中華人民共和國藥典（2010版）》附錄中對藥用純化水的定義為：飲用水經蒸餾法、離子交換法、反滲透法或其他適宜的方法制得的制藥用水。不含任何添加劑，其質量應符合純化水項下的規定。采用離子交換法、反滲透法、超濾法等非熱處理制備的純化水一般又稱去離子水。

1.2 藥用純化水質量標準

在《中華人民共和國藥典（2010版）》中規定，純化水檢查項目包括酸堿度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、電導率、總有機碳、易氧化物、不揮發物、重金屬、微生物限度。其中，總有機碳和易氧化物兩項可選做一項。與2005版藥典相比，增加了電導率和總有機碳的要求，取消了氯化物、硫酸鹽與鈣鹽的檢驗項目。在制水工藝中通常采用在線檢測純化水的電阻率值的大小，來反映水中各種離子的濃度。

制藥行業純化水的電阻率應≥0.5 MΩ·cm/25 ℃，對于注射劑、滴眼液容器沖洗用的純化水的電阻率應≥1 MΩ·cm/25 ℃。

1.3 藥用純化水的應用范圍

純化水可作為非無菌藥品的配料、直接接觸藥品的設備、器具和包裝材料最后一次洗滌用水、非無菌原料藥精制工藝用水、制備注射用水的水源、直接接觸非最終滅菌棉織品的包裝材料粗洗用水等。

純化水還可作為配制普通藥物制劑用的溶劑或試驗用水；可作為中藥注射劑、滴眼劑等滅菌制劑所用飲片的提取溶劑；口服、外用制劑配制用溶劑或稀釋劑；非滅菌制劑用器具的精洗用水。也用作非滅菌制劑所用飲片的提取溶劑。純化水不得用于注射劑的配制與稀釋。

2 藥用純化水的檢驗項目

《中華人民共和國藥典（2010版）》中規定，純化水的性狀要求為無色的澄清液體，無臭、無味，對檢查項目規定如下：

2.1 酸堿度

取本品10 mL，加甲基紅指示液2滴，不得顯紅色；另取10 mL，加溴麝香草酚藍指示液5滴，不得顯藍色。

2.2 硝酸鹽

取本品5 mL置試管中，于冰浴中冷卻，加10%氯化鉀溶液0.4 mL與0.1%二苯胺硫酸溶液0.1 mL，搖勻，緩緩滴加硫酸5 mL，搖勻，將試管于50 ℃水浴中放置15 min，溶液產生的藍色與標準硝酸鹽溶液[取硝酸鉀0.163 g，加水溶解并稀釋至100 mL，搖勻，精密量取1 mL，加水稀釋成100 mL，再精密量取10 mL，加水稀釋成100 mL，搖勻，即得（每1 mL相當于1 μg NO3）]0.3 mL，加無硝酸鹽的水4.7 mL，用同一方法與處理后的顏色比較，不得更深（0.000 006%）。

2.3 亞硝酸鹽

取本品10 mL，置納氏管中，加對氨基苯磺酰胺的稀鹽酸溶液（1→100）1 mL及鹽酸萘乙二胺溶液（0.1→100）1 mL，產生的粉紅色，與標準亞硝酸鹽溶液[取亞硝酸鈉0.750 g（按干燥品計算），加水溶解，稀釋至100 mL，搖勻，精密量取1 mL，加水稀釋成100 mL，搖勻，再精密量取1 mL，加水稀釋成50 mL，搖勻，即得（每1 mL相當于1 μg NO2）]0.2 mL，加無亞硝酸鹽的水9.8 mL，用同一方法與處理后的顏色比較，不得更深（0.000 002%）。

2.4 氨

取本品50 mL，加堿性碘化汞鉀試液2 mL，放置15 min；如顯色，與氯化銨溶液（取氯化銨31.5 mg，加無氨水適量使溶解并稀釋成1 000 mL）1.5 mL，加無氨水48 mL與堿性碘化汞鉀試液2 mL制成的對照液進行比較，不得更深（0.000 03%）。

2.5 電導率

藥用純化水的電導率應符合規定（附錄ⅧS）。溫度和電導率的限度關系如表1所示。

表1 溫度和電導率的限度關系

2.6 總有機碳

藥用純化水的總有機碳不得超過0.50 mg/L（附錄ⅧR）。

2.7 易氧化物

取本品100 mL，加稀硫酸10 mL，煮沸后，加高錳酸鉀滴定液（0.02 mol/L）0.10 mL，再煮沸10 min，粉紅色不得完全消失。

以上總有機碳和易氧化物兩項可選做一項。

2.8 不揮發物

取本品100 mL，置105 ℃恒重的蒸發皿中，在水浴上蒸干，并在105 ℃干燥至恒重，遺留殘渣不得超過1 mg。

2.9 重金屬

取本品100 mL，加水19 mL，蒸發至20 mL，放冷，加醋酸鹽緩沖液（pH3.5）2 mL與水適量使其達25 mL，加硫代乙酰胺試液2 mL，搖勻，放置2 min，與標準鉛溶液1.0 mL加水19 mL，用同一方法與處理后的顏色進行比較，不得更深（0.000 01%）。

2.10 微生物限度

取本品，采用薄膜過濾法處理后，依法檢查藥用純化水的微生物限度（附錄ⅪJ），細菌、霉菌和酵母菌總數每1 mL不得超過100個。

3 GMP認證制藥用純化水設備要求

（1）結構設計應簡單、可靠、拆裝簡便。

（2）為便于拆裝、更換、清洗零件，執行機構的設計盡量采用標準化、通用化、系統化零部件。

（3）設備內外壁表面，要求光滑平整、無死角，容易清洗、滅菌。零件表面應做鍍鉻等表面處理，以耐腐蝕，防止生銹。設備外面避免用油漆，以防剝落。

（4）制備純化水設備應采用低碳不銹鋼或其他經驗證不污染水質的材料。制備純化水的設備應定期清洗，并對清洗效果進行驗證。

（5）注射用水接觸的材料必須是優質低碳不銹鋼或其他經驗證不對水質產生污染的材料。制備注射用水的設備應定期清洗，并對清洗效果進行驗證。

（6）純化水儲存周期不宜大于24 h，其儲罐宜采用不銹鋼材料或經驗證無毒、耐腐蝕、不滲出污染離子的其他材料制作。為保護其通氣口應安裝不脫落纖維的疏水性除菌過濾器。儲罐內壁應光滑，接管和焊縫不應有死角和沙眼。應采用不會形成滯水污染的顯示液面、溫度壓力等參數的傳感器。對儲罐要定期清洗、消毒滅菌，并對清洗、滅菌效果進行驗證。

（7）制藥用水的輸送：1）純化水和制藥用水宜采用易拆卸清洗、消毒的不銹鋼泵輸送。在需用壓縮空氣或氮氣壓送的純化水和注射用水的場合，壓縮空氣和氮氣需經過凈化處理。2）純化水宜采用循環管路輸送。管路設計應簡潔，應避免盲管和死角。管路應采用不銹鋼管或經驗證無毒、耐腐蝕、不滲出污染離子的其他管材。閥門宜采用無死角的衛生級閥門，輸送純化水應標明流向。3）輸送純化水和注射用水的管道、輸送泵應定期清洗、消毒滅菌，驗證合格后方可投入使用。

（8）壓力容器的設計，需由有許可證的單位及合格人員承擔，需按中華人民共和國國家標準《鋼制壓力容器》（GB150—80）及“壓力容器安全技術監察規程”的有關規定辦理。

4 藥用純化水設備對水質的要求

我國地域遼闊，水資源豐富，水質因地域的不同而差異很大。

如果原水是井水，則有機物負荷不會很大；如果是地表水（湖水、河水或水庫水），可能含有較高水平的有機物，并且有機物的組成和數量可能受季節變化影響；市政供水（自來水）通常是經過氯處理的，在去除氯之前，其中微生物的含量是比較低的，且其生長通常是受到抑制的。

這里需要提及的一點是，原水水質應達到飲用水標準，方可作為制藥用水或純化水的起始用水，如果原水達不到飲用水標準，那么就要將原水首先處理到飲用水的標準，再進一步處理成為符合藥典要求的純化水。

純化水系統需要進行定期的消毒和水質的監測以確保所有使用點的水符合藥典對純化水的要求。

通常情況下，純化水制備系統的配置方式根據地域和水源的不同而不同，純化水制備系統應根據不同的原水水質情況進行分析與計算，然后配置相應的組件來依次把各指標處理到允許的范圍之內。目前在國內純化水制備系統的主要配置方式如圖1所示，但并不局限于只有這一種。

圖1 純化水制備方法

5 藥用純化水設備主要組件

5.1 多介質過濾器

一般稱為多機械過濾器或砂濾，過濾介質為不同直徑的石英砂分層填裝，較大直徑的介質通常位于過濾器頂端，水流自上而下通過逐漸精細的介質層，通常情況下，介質床的孔隙率應允許去除微粒的尺寸最小為10～40 μm，介質床主要用于過濾除去原水中的大顆粒、懸浮物、膠體及泥沙等，以降低原水濁度對膜系統的影響，同時降低SDI（污染指數）值，出水濁度＜1，SDI＜5，達到反滲透系統進水要求。

根據原水水質的情況，有時要通過在進水管道投加絮凝劑，采用直流凝聚方式，使水中大部分懸浮物和膠體變成微絮體在多介質濾層中截留而去除。

根據壓差的升高以及時間的推移，可通過反向沖洗操作來去除沉積的微粒，同時反向沖洗也可以降低過濾器的壓力。一般情況下，反向沖洗液可以采用清潔的原水，通常以3～10倍設計流速沖洗約30 min，反向沖洗后，再以操作流方向進行短暫正向沖洗，使介質床復位。通常情況下反洗泵多采用立式多級泵。

5.2 活性炭過濾器

活性炭過濾器主要用于去除水中的游離氯、色素、微生物、有機物以及部分重金屬等有害物質，以防止它們對反滲透膜系統造成影響。過濾介質通常由顆粒活性炭（如椰殼、褐煤或無煙煤）構成的固定層組成。經過處理后的出水余氯應＜0.1 ppm。

微生物的生長是一個關鍵的考慮因素，出現這種情況的原因是過濾器內部的表面面積大以及相對低的流速，同時過濾介質還是一個細菌滋生的溫床。由于活性炭過濾器會截留住大部分的有機物和雜質等，使其吸附在表面，因此可以采用定期的巴氏消毒來保證活性炭的吸附作用。其反洗和正洗可參照多介質過濾器。

5.3 軟化器

軟化器通常由盛裝樹脂的容器、樹脂、閥或調節器以及控制系統組成。介質為樹脂，目前主要是用鈉型陽離子樹脂中可交換的Na+陽離子來交換出原水中的鈣、鎂離子而降低水的硬度，以防止鈣、鎂等離子在RO膜表面結垢，使原水變成軟化水后出水硬度能達到＜1.5 ppm。

軟化器通常的配備是兩個，當一個進行再生時，另一個可以繼續運行，確保生產的連續性。容器的簡體部分通常由玻璃鋼或碳鋼內部襯膠制成。通常使用PVC或PP/ABS或不銹鋼材質的管材和多接口閥門對過濾器進行連接。通過PLC控制系統對軟化器進行控制。系統提供一個鹽水儲罐和耐腐蝕的泵，用于樹脂的再生。

5.4 膜技術

5.4.1 微濾

微濾是用于去除細微顆粒和微生物的膜工藝。在微濾工藝中沒有廢水流產生。如果濾芯的尺寸相同，微孔過濾器的殼體是可以通用的，只不過是濾芯的材料和孔徑不同。在最終過濾的過濾器中，孔徑的大小通常是0.04～0.45 μm。微濾應用的范圍很廣，包括不進行最終滅菌藥液的無菌過濾。

微孔過濾器一般應用于純化水系統中一些組件后的微生物的截留，那里可能存在微生物的增長，微孔過濾器在這個區域內的效果非常明顯，但是必須要采取適當的操作步驟來保證在安裝和更換膜的過程中過濾器的完整性，從而確保其固有的性能。微孔過濾器最適合應用于純化水制備系統的中間過程，而不適用于循環分配系統。過濾器在系統中不應是唯一的微生物控制單元，它們應當是全面微生物控制措施當中的一部分。減少微孔過濾器位置及數量使維護更容易些。

微濾在減少微生物方面的效率和超濾一樣，但不會產生廢水。但是，微濾不能像超濾一樣降低溶解有機物的水平，由于孔徑大小不一樣，微濾不能去除超濾所能去除的更小的微粒。如果選擇合適的材料，微孔過濾器可以耐受加熱和化學消毒。

5.4.2 超濾

超濾系統可作為反滲透的前處理，用于去除水中的有機物、細菌，以及病毒和熱原等，確保反滲透進水品質。超濾與反滲透采用相似的錯流工藝，進水通過加壓平行流向多孔的膜過濾表面，通過壓差使水流過膜，微粒、有機物、微生物、熱原和其他的污染物不能通過膜，進入濃縮水流中（通常是給水的5%～10%）排掉，這使過濾器可以進行自清潔，并減少更換過濾器的頻率。和反滲透一樣，超濾不能抑制低分子量的離子污染。

超濾系統的設備主要包括原水箱、原水泵、盤式過濾器、超濾裝置、超濾產水箱、反洗泵、氧化劑加藥裝置等。

膜的材質是聚合體或陶瓷物質。聚合膜元件可以是卷式和中空纖維的結構。陶瓷的模塊可以是單通道或多通道結構。

超濾膜可以用很多種方式消毒。大多數聚合膜能承受多種化學藥劑清洗，如次氯酸鹽、過氧化氫、高酸、氫氧化鈉及其他藥劑，有些聚合膜能用熱水消毒，有些甚至能用蒸汽消毒。陶瓷超濾材料能承受所有普通的化學消毒劑、熱水、蒸汽消毒或除菌工藝中的臭氧消毒。

超濾不能完全去除水中的污染物。離子和有機物的去除隨著不同的膜材料、結構和孔隙率的不同而不同，對于許多不同的有機物分子的去除非常有效。超濾不能阻隔溶解的氣體。

大多數超濾通過連續的廢水流來除去污染物，通常情況下廢水流是變化的，通常是2%～10%的變化。有些超濾系統運行可能導致堵塞，要及時地進行處理。

超濾流通量和清潔頻率根據進水的水質和預處理的不同而變化。很多超濾膜是耐氯的，不需要從進水中去除氯。

超濾系統的主要處理裝置為超濾裝置。超濾膜分離技術具有占地面積小、出水水質好（出水SDI＜3）、自動化程度高等特點。

SFP超濾裝置采用全流過濾、頻繁反洗的全自動連續運行方式，運行60 min，反沖洗60～120 s。系統采用PLC控制。化學清洗頻率1～3個月，化學清洗時間60～90 min。

SFP超濾裝置的主要特點：

（1）中空纖維外表面活化層孔隙率高，故纖維單位面積產水量大；（2）中空纖維強度高，采用反向沖洗和氣洗工藝，使組件可在全流過濾狀態下工作，化學清洗周期大大延長；（3）較低的操作成本；（4）操作、維護簡單。

采用超濾系統作為反滲透的預處理，系統可適應較大范圍的進水水質變化，濁度＜50 NTU的情況下均可使用，且產水水質較好，產水SDI＜3。超濾的采用可以更有效地保護反滲透裝置，使反滲透膜免受污染，通常情況下使用壽命可從3年延長至5年，甚至更長時間；同時可提高反滲透膜的設計通水量，即在產水量不變的前提下可減少膜的使用數量，從而減少反滲透裝置的設備投資。

5.4.3 納濾

納濾是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅動膜分離方法，納濾膜的理論孔徑是1 nm（10-9m）。納米膜有時被稱為“軟化膜”，能去除陰離子和陽離子，較大陰離子（如硫酸鹽）要比較小陰離子（氯化物）更易于去除。納米過濾膜對二價陰離子鹽以及分子量大于200的有機物有較好的截留作用，這包括有色體、三鹵甲烷前體細胞以及硫酸鹽。它對一價陰離子或分子量大于150的非離子的有機物的截留較差，但是也有效。

與其他壓力驅動型膜分離工藝相比，納濾出現較晚。納濾膜大多從反滲透膜衍化而來，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺復合膜和磺化聚醚砜膜等。但與反滲透相比，其操作壓力要求更低，一般為（4.76～10.2）×105Pa，因此納濾又被稱作“低壓反滲透”或“疏松反滲透”。

經過納濾的最終產水的電導率范圍是40～200 μS/cm，但這還取決于進水的溶解總固體含量和礦物質的種類，一個單通道RO單元的產水電導率是5～20 μS/cm。

目前在我國的純化水制備系統當中，納濾還沒有普遍使用。

5.4.4 反滲透系統

反滲透系統承擔了主要的脫鹽任務。典型的反滲透系統包括反滲透給水泵、阻垢劑加藥裝置、還原劑加藥裝置、5 μm精密過濾器、一級高壓泵、一級反滲透裝置、CO2脫氣裝置或NaOH加藥裝置、二級高壓泵、二級反滲透裝置以及反滲透清洗裝置等。

5.4.4.1 阻垢劑加藥裝置

阻垢劑加藥系統在反滲透進水中加入阻垢劑，防止反滲透濃水中碳酸鈣、碳酸鎂、硫酸鈣等難溶鹽濃縮后析出結垢堵塞反滲透膜，從而損壞膜元件的應用特性，因此在進入膜元件之前設置了阻垢劑加藥裝置。阻垢劑是一種有機化合物質，除了能在朗格利爾指數（LSI）=2.6情況下運行之外，還能阻止SO42-的結垢，它的主要作用是相對增加水中結垢物質的溶解性，以防止碳酸鈣、硫酸鈣等物質對膜的阻礙，同時它也可以降低鐵離子堵塞膜。

系統中是否要安裝阻垢劑加藥裝置，這取決于原水水質與使用者要求的實際情況。

5.4.4.2 NaOH加藥裝置

如果采用的是雙級反滲透，在二級反滲透高壓泵前加入NaOH溶液，用以調節進水pH值，使二級反滲透進水中CO2氣體以離子形式溶解于水中，并通過二級反滲透去除，使產水滿足EDI裝置進水要求，減輕EDI的負擔。

5.4.4.3 反滲透裝置

反滲透（RO）是壓力驅動工藝，利用半滲透膜去除水中溶解鹽類，同時去除一些有機大分子、前階段沒有去除的小顆粒等。半滲透的膜可以滲透水，而不可以滲透其他的物質，如很多鹽、酸、沉淀、膠體、細菌和內毒素。通常情況下，反滲透膜單根膜脫鹽率可大于99.5%。

反滲透單元如圖2所示。

圖2 反滲透單元示意圖

預處理系統的產水進入反滲透膜組，在壓力作用下，大部分水分子和微量其他離子透過反滲透膜，經收集后成為產品水，通過產水管道進入后序設備；水中的大部分鹽分、膠體和有機物等不能透過反滲透膜，殘留在少量濃水中，由濃水管道排出。

在反滲透裝置停止運行時，自動沖洗3～5 min，以去除沉積在膜表面的污垢，對裝置和反滲透膜進行有效的保養。

反滲透膜經過長期運行后會沉積某些難以沖洗的污垢，如有機物、無機鹽結垢等，造成反滲透膜性能下降，這類污垢必須使用化學藥品進行清洗才能去除，以恢復反滲透膜的性能。化學清洗使用反滲透清洗裝置進行，裝置通常包括清洗液箱、清洗過濾器、清洗泵以及配套管道、閥門和儀表，當膜組件受污染時，可以用清洗裝置進行RO膜組件的化學清洗。

目前市場上反滲透膜多數采用卷式結構作為制藥用水生產用。膜可以從兩種基本的材料中生產：醋酸纖維素和薄膜狀合成物（聚酰胺）。典型膜操作參數如表2所示。

反滲透不能完全去除水中的污染物，很難甚至不能去除極小分子量的溶解有機物。但是反滲透能大量去除水中細菌、內毒素、膠體和有機大分子。

表2 典型RO膜操作參數表

反滲透不能完全純化進料水，通常是用濃水流來去除被膜截留的污染物。很多反滲透的用戶利用反滲透單元的濃水作為冷卻塔的補充水或壓縮機的冷卻水等。

二氧化碳可以直接通過反滲透膜，反滲透產水的二氧化碳含量和進水的二氧化碳含量一樣。反滲透產水中過量的二氧化碳可能會引起產水的電導率達不到藥典的要求。二氧化碳將增加反滲透單元后面的混床中陰離子樹脂的負擔，所以在進入反滲透前可以通過加NaOH除去二氧化碳，如果水中的二氧化碳水平很高，可通過脫氣將其濃度降低到大約5～10 ppm，脫氣有增加細菌負荷的可能性，應將其安裝在有細菌控制措施的地方，例如將脫氣器安在一級與二級反滲透之間。

反滲透在實際操作中有溫度的限制。大多數反滲透系統對進水的操作都是在5～28 ℃之間進行的。

反滲透膜必須防止水垢的形成、膜的污染和膜的退化。水垢的控制通常是通過膜前水的軟化過程來實現。反滲透膜污垢的減少可通過前期可靠的預處理來減少雜質及微生物污染。

引起膜的退化的主要原因是某個膜單元的氧化和加熱退化。膜一般來說不耐氯，通常要用活性炭和NaHSO3去除氯。

所有的反滲透膜都能用化學劑消毒，這些化學劑因膜的選擇不同而不同。特殊制造的膜可以采用80 ℃左右的熱水消毒。

5.5 離子交換（DI）

離子交換系統包括陽離子和陰離子樹脂及相關的容器、閥門、連接管道、儀表及再生裝置等，主要作用是去除鹽類。

陽離子和陰離子交換樹脂分別被酸和堿性溶液再生。當水經過離子交換床，水流中的離子交換了樹脂中的氫和氫氧離子，在濃度的驅動下，這些交換是很容易發生的。因此，再生工藝是受高的化學品濃度的驅動。在此系統的重要的參數包括樹脂質量、再生系統、容器的襯里及廢水中和系統。通過監測產水的電導率或電阻可以監控系統的操作。

離子交換樹脂有在線和離線再生系統，在線再生需要化學處理，但是允許內部工藝控制和微生物控制；離線再生可以通過更換一次新樹脂完成，或通過現有樹脂的反復再生完成。新樹脂具有更大的處理能力和較好的質量控制等優點，但是成本相對較高一些。樹脂的再生操作成本相對較低，但是可能引起質量控制問題，如樹脂分離和再生質量等。

由于離子交換樹脂的再生對環境的污染和操作比較繁瑣，所以目前在國內不建議使用離子交換裝置，而趨向于使用連續電去離子裝置即通常我們所說的EDI（下面將作介紹）。

5.6 電去離子裝置（EDI）

EDI系統主要功能是為了進一步除鹽。EDI系統中的設備主要包括反滲透產水箱、EDI給水泵、EDI裝置及相關的閥門、連接管道、儀表及控制系統等。電去離子利用電的活性介質和電壓來達到離子的運送目的，從水中去除電離的或可以離子化的物質。電去離子與電滲析或通過電的活性介質來進行氧化/還原的工藝是有區別的，EDI的工作原理如圖3所示。

圖3 EDI的工作原理

電的活性介質在電去離子裝置當中用于交替收集和釋放可以離子化的物質，便于利用離子或電子替代裝置來連續輸送離子。電去離子裝置包括永久的或臨時的填料，操作可能是分批式、間歇的或連續的。對裝置進行操作可以引起電化學反應，可能包括電活性膜，如半滲透的離子交換膜或兩極膜。這些電化學反應是專門設計來達到或加強其輸送離子的性能的目的。

連續的電去離子（EDI）工藝區別于收集/排放工藝（如電化學離子交換或電容性去離子），這個工藝過程是連續的，而不是分批的或間歇的。相對于離子的能力而言，活性介質的離子輸送特性是一個主要的選型參數。典型連續的電離子裝置包括半滲透離子交換膜、永久通電的介質和用來產生直流電的電源。

EDI單元是由兩個相鄰的離子交換膜或由一個膜和一個相鄰的電極組成。EDI單元一般有交替離子損耗和離子集中單元，這些單元可以用相同的進水源，也可以用不同的進水源。水在EDI裝置中通過離子轉移被純化。被電離的或可電離的物質從經過離子損耗的單元的水中分離出來而流入到離子濃縮單元的濃縮水中。

在EDI單元中被純化的水只經過通電的離子交換介質，而不是通過離子交換膜。離子交換膜能透過離子化的或可電離的物質，而不能透過水。

純化單元一般在一對離子交換膜中能永久地對離子交換介質進行通電。在陽離子和陰離子膜之間，通過有些單元混合（陽離子和陰離子）離子交換介質來組成純化單元；有些單元在離子交換膜之間通過陽離子和陰離子交換介質結合層形成了純化單元；其他的裝置通過在離子交換膜之間的單一離子交換介質產生單一的純化水單元（陽離子或陰離子）。EDI單元可以是板框結構或螺旋卷式結構。

通電時在EDI裝置的陽極和陰極之間產生一個直流電場，原料水中的陽離子在通過純化單元時被吸引到陰極，通過陽離子交換介質來輸送，其輸送或是通過陽離子滲透膜或是被陰離子滲透膜排斥；陰離子被吸引到陽極，并通過陰離子交換介質來輸送，其輸送或是通過陰離子滲透膜或是被陽離子滲透膜排斥。離子交換膜包括在濃縮單元中在純化單元中去除的陽離子和陰離子，因此離子污染就從EDI單元里去除了。有些EDI單元利用濃縮單元中的離子交換介質。

EDI技術是將電滲析和離子交換相結合的除鹽工藝，該裝置取電滲析和混床離子交換兩者之長，彌補對方之短，即可利用離子交換做深度處理，且不用藥劑進行再生，利用電離產生的H+和OH-達到再生樹脂的目的。由于純化水流中的離子濃度降低了水離子交換介質界面的高電壓梯度，導致水分解為離子（H+和OH-），在純化單元的出口末端，H+和OH-離子連續產生，分別重新生成陽離子和陰離子交換介質。離子交換介質的連續高水平的再生使CEDL工藝中可以產生高純水（1～8 MΩ）。

通常EDI有如下特點：

（1）可連續生產符合用戶要求的合格超純水，產水穩定；

（2）無需化學藥品進行再生，沒有化學物質排放，屬綠色環保產品；

（3）結構緊湊，占地面積小，制水成本低；

（4）出廠前完成裝置調試，現場安裝調試簡單；

（5）運行操作簡單，勞動強度極低，培訓容易。

好的EDI還具有如下獨到之處：

（1）獨特先進的卷式結構，流道暢通，壓降低；

（2）全封閉設計，完全杜絕泄漏，日常維護、保養簡便；

（3）特殊材料外殼，絕緣性能好，輕巧美觀，更換便利；

（4）獨有的元件和膜殼可分離結構，可方便地更換樹脂與元件；

（5）更寬松的進水指標，適應性更廣；

（6）模塊化組合，便于系統水量的調整；

（7）運行電壓低能耗小。

EDI單元不能去除水中所有的污染物，主要是去除離子的或可離子化的物質。CEDI單元不能完全純化進水流，系統中的污染物是通過濃縮水流來排掉。CEDI在實際操作中是有溫度限制的，大多數EDI單元是在10～40 ℃進行操作。

EDI單元必須避免水垢的形成，還要避免污垢和受熱或氧化退化。預處理及反滲透裝置能明顯地降低硬度、有機物、懸浮固體和氧化劑，從而達到可以接受的水平。

EDI單元主要用一些化學劑消毒，包括無機酸、碳酸鈉、氫氧化鈉、過氧化氫等。特殊制造的EDI模塊可以采用80 ℃左右的熱水消毒。

5.7 紫外燈

紫外燈使用方便，是一種非常普遍地用來抑制微生物生長的裝置，通常配有強度指示器或時間記錄器。水以控制的流速暴露在紫外燈下，紫外燈發出紫外線可以消滅微生物（細菌、病毒、酵母、真菌或藻類）并穿透它們的外膜修改DNA并阻止其復制，使細菌減少。在預處理系統中，當使用氯/氯胺以及加熱法無效或不可行時，可以使用紫外燈，進入紫外燈的給水必須去除懸浮固體，因為它們可以“遮避”細菌，阻止了細菌與紫外線的充分接觸。紫外燈通常用于控制RO單元的給水，如果給水是不能用氯或不能進行加熱消毒的，還用于控制在系統閑置時的非氯處理水的再循環。

紫外燈的特點：

（1）紫外線不能完全“滅菌”；

（2）對水的流速有嚴格的要求；

（3）帶來的輻射的再污染值得關注；

（4）紫外燈管壽命有限。

5.8 換熱器

換熱器可以是板式的或列管式的，主要用于預處理部分、反滲透裝置及EDI裝置的消毒。

6 典型純化水系統的設計過程概述

6.1 設計依據

原水水質和工藝用水水質要求。

6.2 原水水源及水質

原水水源：見用戶提供的水質報告單。鑒于季節對水質的很大影響，應有一年四季的原水水質分析報告。

6.3 設計規模

產水量：根據客戶提供的用水量統計或要求而定。

6.4 工藝用水水質

滿足相關藥典質量要求的水。如采用RO+EDI的純水制備系統，最終純水質量符合最新版的歐盟藥典、美國藥典和中國藥典的質量要求。

6.5 公用系統要求

（1）原水應滿足或處理成飲用水標準，其供給能力大于純水設備的生產能力；

（2）如果系統中配置換熱器進行消毒，一般需要3×105Pa以上的工業蒸汽；

（3）用于控制系統的壓縮空氣的壓力一般為（5.5～8）×105Pa；用于預處理部分反洗的壓縮空氣壓力一般為2×105Pa，不同生產能力的設備對電源功率的要求不一樣。

6.6 控制系統

控制系統通常采用PLC自動控制和手動控制。如果設備正常運行時采用PLC控制，遇到緊急情況或設備處于非正常工作時系統可采用手動控制。控制系統要監控操作參數，如進水的pH值、進水電導率、進水溫度和終端產品質量（如pH、電導率和溫度等），這些參數可校驗并可用追蹤的儀表來測量，可以用手寫或電子記錄，包括有紙的或無紙的記錄系統來記錄相關數據。

通常情況下，控制系統要求如下：

（1）符合或接近CE要求，保證電器安全和儀表的可靠。自控系統的建立體系可參考GAMP。

（2）要有過程參數的顯示、檢測、記錄及報警。

通常的檢測項目及報警如表3所示。

6.7 常用的工藝流程

醫藥行業制備的純化水主要的工藝過程可描述為預處理+脫鹽+后處理，從工藝主要分成以下3種，可在實際中根據不同的工藝要求選擇合適的制備方法。

表3 通常的檢測項目及報警

（1）原水→原水加壓泵→石英砂過濾器→活性炭過濾器→軟水器（可選）→保安過濾器→一級反滲透設備→無菌純水箱→純水增壓泵→紫外線殺菌器→微孔過濾器→EDI系統→無菌純化水箱→臭氧殺菌器→純化水增壓泵→臭氧殺菌器→紫外線殺菌器→微孔過濾器→用水點。

（2）原水→原水加壓泵→石英砂過濾器→活性炭過濾器→軟水器（可選）→保安過濾器→一級反滲透設備→純水箱→純水增壓泵→二級反滲透→無菌純化水箱→臭氧殺菌器→純化水增壓泵→臭氧殺菌器→紫外線殺菌器→微孔過濾器→用水點。

（3）原水→原水加壓泵→石英砂過濾器→活性炭過濾器→軟水器（可選）→保安過濾器→一級反滲透→純水箱→純水增壓泵→二級反滲透→無菌純化水箱→純水增壓泵→紫外線殺菌器→微孔過濾器→EDI系統→無菌純化水箱→臭氧殺菌器→純化水增壓泵→臭氧殺菌器→紫外線滅菌器→微孔過濾器→用水點（原水水質電導率1 000 μS/cm以上建議使用此工藝流程）。

6.8 典型的工藝流程

其中一種典型的工藝流程如圖4所示。

圖4 典型的工藝流程圖

7 結語

藥用純化水是保證藥品質量和安全的重要前提，要實現藥品的質量達標，首先應確保藥用純化水的制備和滅菌處理滿足工藝標準要求。要獲得質量合格的藥用純化水，不能單靠批檢來保證，而是要通過合理設計、精心安裝且經過驗證的程序來控制，并建立日常監控、檢測和報告制度。

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