反滲透技術在制藥用水系統(tǒng)中的應用

關金龍

（西華大學，四川 成都610039）

0 引言

水是藥品生產(chǎn)制備中常用的輔料之一，作為制藥工藝用水的離子水、純化水、注射用水和生物技術用水等工藝過程中重要的液態(tài)原材料，制藥工程用水水質的優(yōu)劣程度能直接影響藥品生產(chǎn)的質量。

反滲透技術是20世紀60年代發(fā)展起來的一項新的薄膜分離技術，是依靠反滲透膜在壓力作用下使溶液中的溶劑與溶質進行分離的過程。隨著醫(yī)藥業(yè)的發(fā)展，制藥用水的水質要求也在逐步提高，傳統(tǒng)的制水工藝，如離子交換法等已遠遠不能滿足制藥用水的要求。在各種膜分離技術中，反滲透技術是近年來國內(nèi)應用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種膜分離技術。為了適應制藥業(yè)的發(fā)展需要，反滲透技術作為先進、有效的水質凈化技術被廣泛應用在制藥行業(yè)的水處理系統(tǒng)中[1]。

1 反滲透分離系統(tǒng)

1.1 反滲透分離系統(tǒng)的原理

滲透水會自發(fā)地經(jīng)過半透膜從溶液稀的一邊流向溶液濃的一邊，間隔的半透膜只允許水通過，不允許其他溶解后的顆粒物質通過，由于水的這種自發(fā)流動，使得濃溶液也逐漸被稀釋。

反滲透是滲透的逆過程，李莉楠[2]認為實現(xiàn)反滲透需要具備兩個條件：（1）外界施壓大于溶液滲透壓；（2）有半透膜存在。

在流動的過程中，當間隔的兩種溶液產(chǎn)生的壓力差與水的繼續(xù)流動力相平衡時，就形成了一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，這個狀態(tài)并不是完全靜止不動的，它是指水雖然在任意向兩邊流動，但數(shù)量上是相等的，所以用肉眼觀察到的是一個相對靜止的狀態(tài)。在不受外力的情況下，這種平衡不會被打破，只有當壓力大于滲透壓時，兩邊的水才會又一次流動直到新的平衡產(chǎn)生。

1.2 影響反滲透系統(tǒng)運行的因素

1.2.1 溫度

反滲透膜的產(chǎn)水量對水溫的變化十分敏感。由于透過膜的水分子黏度下降、擴散性能增強，因此，水溫每升高1 ℃，產(chǎn)水量就增加2.5%～3.0%[3]。

1.2.2 壓力

進水壓力本身并不會影響鹽透過量，但壓力升高使得凈壓力升高，產(chǎn)水量加大，同時鹽透過量幾乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高了脫鹽率。在膜正常工作壓力范圍內(nèi)，脫鹽率隨壓力的上升而提高。

1.2.3 pH值

進水的pH值對產(chǎn)水量幾乎沒有影響，而對脫鹽率有較大影響。pH值低時，水中溶解的CO2以氣體形態(tài)存在，容易透過反滲透膜，使脫鹽率降低；隨著進水的pH值升高，氣態(tài)的CO2轉化為HCO3-和CO32-離子，脫鹽率逐漸上升。當pH值在7.5～8.5之間時，脫鹽率達到最高[4]。

1.2.4 鹽濃度

滲透壓是水中所含鹽分的函數(shù)，含鹽量越高，滲透壓也越高，在進水壓力不變的情況下，兩種溶液間的壓力差將減小，產(chǎn)水量降低。

1.2.5 膜污染

膜污染包括膜表面的結垢、金屬氧化物的污染、污堵、膠體污染和微生物污染等。污染物作為額外的濾層，既增加了操作壓力，又降低了分離性能。因此，及時發(fā)現(xiàn)并清除膜表面的污垢對恢復膜組件的分離性能和延長膜的使用壽命顯得極其重要[5]。

2 反滲透技術在制藥工程中的應用

2.1 純化水水質

純化水的水質指標有兩套評價標準：第一套評價標準是《中國藥典（2000年版）》二部規(guī)定的純化水的各項化學指標，包括酸堿度、硫酸鹽與鈣鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、二氧化碳、易氧化物、不揮發(fā)物和重金屬等共11項指標；第二套評價標準是以電導率為指標，在《藥品生產(chǎn)驗證指南（2003年版）》中規(guī)定的參考合格標準為電導率＜11 μS/cm[6]。

2.2 純化水的處理

我國的制藥工程用水采用多介質過濾器、活性炭過濾器、加阻垢劑裝置及保安過濾器作為反滲透的預處理系統(tǒng)，有效除去原水中的懸浮物、泥砂、微粒、有機硅膠體、有機物、異味、余氯等雜質，使經(jīng)過預處理后的水質符合反滲透的進水要求，然后進入程控二級反滲透裝置[7]。經(jīng)過預處理的水含鹽量（TDS）一般為100～300 ppm，利用一級反滲透裝置可去除水中98%的鹽分，并除去幾乎100%的懸浮物、膠體及有機物。之后通過調整pH值，使水中的游離狀氣體轉化為離子狀態(tài)，由第二級RO裝置去除，達到進一步除鹽的目的[8]。

二級反滲透裝置的出水在反滲透后端用紫外線殺菌器和精密過濾器進行殺菌和過濾，使其產(chǎn)水電導率≤2 μS/cm，且符合《中國藥典（2010年版）》純化水各項指標和《潔凈廠房設計規(guī)范》的要求。

2.3 反滲透技術的發(fā)展趨勢

雖然目前反滲透技術比較成熟，但仍然需要繼續(xù)發(fā)展和完善，為了提高反滲透技術在未來發(fā)展過程中的經(jīng)濟效益，我們必須對其進行全面的研究和開發(fā)。在反滲透系統(tǒng)中最重要的是膜的選擇，膜的功能最終決定工作質量，因此我們需要開發(fā)多效抗氧化、耐腐蝕、抗污染的新的膜材料。

除此之外，將其他膜分離技術和新型膜分離技術相結合，通過膜蒸餾、膜萃取等工藝流程來達到預期的目的。反滲透技術研發(fā)的方向是以開發(fā)膜組件和實際運用處理為主，以減少膜污染為主要目的，進行相關研究。

3 結語

反滲透技術是一項成熟又高效的水處理方法，在制藥業(yè)中得到了充分的應用，同時隨著反滲透膜材料成本的下降，在自動化生產(chǎn)中，反滲透水處理方法相對其他水處理方法的優(yōu)勢也愈來愈明顯。

二級反滲透水水質可達到《中國藥典（2010年版）》和《藥品生產(chǎn)質量管理規(guī)范驗證指南》的要求，在制藥工程行業(yè)中做出了卓越的貢獻，制藥工程中的針劑、片劑、大輸液、生化制品的設備清洗等都要運用反滲透技術。反滲透技術同時避免了傳統(tǒng)的離子交換法酸堿排放對環(huán)境的污染[9]。

綜上所述，建議在純化水系統(tǒng)設計中優(yōu)先采用二級反滲透水處理系統(tǒng)，同時選用合適的預處理和后續(xù)消毒系統(tǒng)就可以使得純化水系統(tǒng)水質符合相關要求。

[1]張葆宗.反滲透水處理應用技術[M].北京：中國電力出版社，2004：24.

[2]李莉楠.淺析在制藥工程中應用反滲透技術[J].中小企業(yè)管理與科技，2013（5）：314.

[3]張躍民.制藥工程中反滲透技術的應用[J].黑龍江科技信息，2009（17）：200.

[4]張盛英.反滲透水處理方法及其在制藥工程設計中的運用[J].中國科技信息，2008（9）：186-188.

[5]張青松，文明通，劉華.反滲透膜的污染及清洗[J].廣東化工，2008，35（8）：100.

[6]安伯忠，劉玉波，劉志莊，等.制藥工程中反滲透技術的應用[J].技術與市場，2008（12）：27-28.

[7]王璐.兩級反滲透在制藥行業(yè)應用的技術探討[J].黑龍江科技信息，2010（33）：67.

[8]李繼陽.兩級反滲透在制藥行業(yè)應用的技術探討[J].科技風，2009（10）：96，185.

[9]趙文華.反滲透膜技術在制藥行業(yè)的應用[J].太原科技，2000（6）：35-36.