制藥工藝中全膜法水處理技術的應用

摘要：全膜法水處理技術取代了原有的離子交換樹脂脫鹽技術，結合了三種膜分離技術，可以高效地凈化除卻污染物及脫鹽，為制藥行業提取滿足需求的高純水。文章通過實際純水制備的有效運行數據對全膜法水處理技術在制藥行業的應用進行探究，結果顯示，該技術可以提升純水制備效率。

關鍵詞：制藥工藝；全膜法；水處理技術；高純水；除鹽系統；預處理系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：R943 文章編號：1009-2374（2016）36-0065-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.032

隨著社會的進步，藥品行業發展越來越迅速，制藥原料中純水的制備工藝要求也逐漸提高。傳統的制藥廠水站采用了離子交換制水工藝，其制水量無法達到制藥需求，同時水污染也非常嚴重，純水制備質量不高。為了緩解這一問題，很多制藥廠新水站引入了全膜法水處理技術，這種先進高純水處理技術的應用在很大程度上降低了純水制備過程中酸堿排放量及水污染，提升了系統的自動化管理能力。

1 新水站工藝設計

1.1 除鹽系統

相比傳統軟化采用的一級RO除鹽系統，新工藝采用了二級RO進行除鹽，其最大特點是除鹽率高，可達99%。在軟化工藝上不容易受到水波動影響，且后續處理均符合要求。

1.2 預處理系統

相比傳統預處理采用的砂、炭過濾，新工藝采用了砂、OF過濾。其中活性炭的作用是吸附有機物，且吸附過程會產生細菌造成水污染，同時活性炭易析出微小炭粒，對水處理工藝膜造成污染，而炭和OF的作用是除掉有機物，可以有效地避免活性炭吸附帶來的危害，降低污染，提升純水質量。

1.3 深度除鹽系統

相比傳統采用的混床除鹽，新工藝采用了EDI除鹽。其最大特點是操作簡便、藥劑消耗量小，除鹽效果好、水質高。傳統的混床除鹽選取了高比耗的再生劑，酸堿用量龐大，且容易造成污染。EDI系統深度除鹽需要控制的是RO純水水質，當純水水質滿足EDI進水標準需求時，EDI可以保持長效正常運營，且產出的水質量較好。

2 全膜法水處理技術

2.1 預處理雙線運行設計

全膜法水處理技術把“超濾-反滲透-EDI”三種膜分離技術有效地融合在一起，用作水處理系統的預處理、預脫鹽和精脫鹽模塊，可以高效地除卻污染物及深度脫鹽，詳見圖1所示。該技術有效地緩解了傳統水處理技術的缺陷，滿足制藥水量需求，提升了整個水處理系統性能，降低了純水制備成本，使膜工藝流程更加緊密可靠，純水制備更加高效、高質、低成本。本文工藝設計進水量為60m3/h，預處理產水量達50m3/h。設計了兩條預處理線路并行運作，即選用兩套并聯的30m3/h的砂濾和25m3/h的超濾（UF）同時進行預處理，這2條線相對獨立且相關。該預處理設計可以確保即使處理過程出問題，至少有1套系統正常運行，對后續水處理過程不會產生任何影響；有效地減少了水波動對單個設備的影響，通過系統自動控制砂濾、超濾，完成預處理中水反洗、氣洗、超濾在線清洗和藥洗等流程。

2.2 反滲透系統設計

反滲透系統設計主要選用了抗污染性能好的苦咸水元件，一殼五芯模式，大大提升設備的水處理性能。其中，一級反滲透規格是40支BW30-365、一殼五芯、5-3排列，進水時添加藥劑是阻垢劑（防結垢）、亞硫酸氫鈉（除余氯）；二級反滲透規格是25支BW30-400、一殼五芯、3-2排列，進水時添加藥劑是氫氧化鈉（調節pH）。采用兩級反滲透主要是酸堿中和，降低堿添加量。通常二級濃水的回收率非常高，流水偏堿性且速率較低，兩級反滲透設計可以提升進水速率，降低結垢，提升除鹽效果。

2.3 超濾系統設計

超濾系統設計材料選取了聚偏氟乙烯（PVDF）雙皮層中空纖維結構的外壓式超濾膜，特點是耐污性能良好、易反洗恢復通量、截留分子量大，可達10萬Dalton。該系統借助氣沖增添、在線自動化學清洗，回收率低，濃水循環等方式增加了洗藥周期，提升洗藥持續時間。超濾過程中設定了1次/30min的氣水雙洗、水反洗、正洗程序，有效避免膜表面污染物滯留，提升系統運行效率，延長清洗周期。相比活性炭工藝，超濾可以有效地提升水制備質量，借助反洗、加藥等處理杜絕了微生物污染，提升了制藥行業的GMP認證效果。

2.4 進水溫控恒定

整個水制備過程中，要嚴格控制水溫變化，防止水溫變化幅度太大影響純水制備質量。新工藝在系統進水處設置了板式熱交換器，熱交換介質采用了冷凍水及蒸汽，夏天時選用冷凍水降低溫度，冬天時選用純蒸汽加熱提升溫度，始終控制系統水溫恒定為25℃左右，避免外界水溫變化對水站純水制備造成影響。同時純水制備過程中反滲透產水受溫度影響較大，產水量以總量3%～4%/℃的速率減少，水溫的恒定控制可以大大提升反滲透產水的水量穩定性。

2.5 EDI設計

EDI設計規格選用了GE MK-2模塊8臺，其中每臺設備產水量為2.75m3/h，最終可達22m3/h，結合后期水站擴大生產的需求，在進行設計時保留余量20%。采用多臺模塊并聯運行，需嚴格控制每臺模塊進水量和出水量相同且恒定。為此，本設計在每個模塊都配置了相同且相對獨立的流量調控裝備，以此來控制每個模塊濃水、產水、極水的流量相同，確保系統穩定運行，保障膜塊運營壽命。

3 新水站實際運營成效

3.1 便于水制備流程管理及質量控制

傳統水站EDI選用的是國外進口的離子交換樹脂材料，其材料購置流程復雜且需提前儲備，再者系統水處理對于再生用離子膜的酸、堿、鹽的質量要求相當高，因此需對供應商采取額外的管理和質量控制。之前就發生過樹脂緊急調用，再生用鹽酸被污染導致出現樹脂中毒情況，嚴重影響純水指標。新型水站EDI裝備分8個模塊，即使其中一個模塊出現問題，相對其他7個模塊均不受影響可以正常產水，不影響制藥的供水量。

3.2 有利于降低污染

傳統水站每年樹脂再生用離子膜堿和鹽酸消耗量非常大，堿為10t，鹽酸為8t。結合2007年度純水產出量計算，全年度產水32000m3，離子膜堿、鹽酸消耗量分別為0.31kg/m3和0.25kg/m3，單價為堿0.752元/kg，鹽酸1.100元/kg。計算可知，每m3純水再生所需要堿和鹽酸費用達0.508元，全年耗費16256元，不僅成本高而且污染嚴重。新水站采用EDI運行，其耗電量達145.5W·h，工業用電平均價格是0.65元/kW·h。計算可知，每m3純水再生其消耗電費0.043元。按（2009年）全年度純水產量為50000m3計算，相比傳統水站，每年可節約成本20650元，同時杜絕了酸堿廢液給環境帶來的污染，更加可持續、環保且安全。

3.3 產出水的質量穩定

（1）從最終產水電阻率來看，因新水站選用全膜法工藝EDI產水，老水站選用離子交換工藝混床產水，故而新水站產出水的質量更高且更加穩定；（2）從超濾后SDI變化來看，因新水站超濾后SDI值始終控制在3以內，老水站選采用砂濾炭濾水SDI值為4以上，當炭濾失效后未馬上更換砂濾炭將導致SDI值>5，不符合反滲透進水的需求。故而新水站采用超濾可以有效地杜絕活性炭過濾器消毒情況，且反滲水進水質量較高，反滲透使用壽命更長；（3）從產水微生物、內毒素檢測數據來看，《中國藥典純化水標準》中歸檔純水制備完成后其細菌、霉菌和酵母菌總數不超過100個/mL，制藥內微生物控制標準在50CFU/mL內。經實際檢查可知，新水站微生物控制標準完全合格，剛開始因系統在調試運行期，運行時間限制導致水不流通，微生物數量超標。待運行穩定后，微生物數量基本控制在3CFU/mL內。此外，內毒素在調試運行期內部控制標準在0.03EU/mL以內，正常運行期內部標準控制在10EU/mL以內，自投入運營起，樣點檢查值均符合標準規范。

4 結語

綜上所述，本文通過對全膜法水處理工藝進行設計，嚴格把控工藝系統的每一環節，結合具體的制藥廠新水站水制備流程設計及實際運營，具體、充分地說明了全膜法水處理工藝可以有效地降低純水制備成本，減少環境污染，提升系統結構的穩定性以及純水制備的質量。通過與傳統水站水制備工藝效果相比較，有效地體現了全膜法水處理工藝對于制藥行業發展的重要性，為制藥行業純水制備提出了新的發展方向。

參考文獻

[1] 姚永毅，朱譜新，吳大誠，等.集成化膜法水處理工 藝及裝置[J].工業水處理，2004，（2）.

[2] 李晶晶，耿愛平.全膜法水處理在脫鹽水處理中的應 用[J].河南化工，2013，（15）.

[3] 王東梅，張玉海，汪新德，等.集成膜法水處理工藝 的研究與應用[J].油氣田環境保護，2010，（S1）.

[4] 鄧威閩，鄧威強，葛秀章.“全膜法”與離子交換水 處理工藝運行成本分析[J].區域供熱，2008，（6）.

作者簡介：陶然（1982-），男（滿族），浙江紹興人，北京韓美藥品有限公司執業藥師，碩士，研究方向：藥學。

（責任編輯：蔣建華）