引言

根據(jù)歐洲藥典規(guī)定,自2017年3月起,歐洲首次允許使用蒸餾法以外的其他方法來制備注射用水(WFI)。現(xiàn)在wHo也發(fā)布了oAs/19.786"采用非蒸餾方法制備注射用水"的征求意見稿。從國外法規(guī)趨勢可清晰看到,采用超濾與純化結(jié)合的方法制備注射用水等新型工藝的應(yīng)用正在得到重視與推廣。2020版《中國藥典》中也有可能會增加高純水標(biāo)準(zhǔn),以便后續(xù)允許用于替代注射用水。為此,國內(nèi)制藥企業(yè)要有升級換代的意識,在新的水系統(tǒng)項(xiàng)目上應(yīng)當(dāng)考慮這方面因素,特別是用水量較大的注射劑生產(chǎn)廠家,畢竟注射用水的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純化水。本文就此探討高純水的配置應(yīng)對策略。

1預(yù)處理單元的改進(jìn)

1.1使用自清洗過濾器和超濾器替代多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器

傳統(tǒng)的配置系統(tǒng)使用多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器,對原水進(jìn)行預(yù)處理,除去顆粒物和降低水的濁度。

多介質(zhì)過濾器(又稱機(jī)械過濾器)是以成層狀的無煙煤、砂、細(xì)碎的石榴石或其他材料為床層,當(dāng)原水自上而下通過濾料時(shí),水中懸浮物由于吸附和機(jī)械阻流作用被濾層表面截留下來:當(dāng)水流進(jìn)濾層中間時(shí),由于濾料層中的砂粒排列更緊密,使水中微粒有更多的機(jī)會與砂粒碰撞,水中凝絮物、懸浮物和砂粒表面相互粘附,水中雜質(zhì)被截留在濾料層中,從而得到澄清的水質(zhì)。該過濾器使用一段時(shí)間后需要反沖,以除去上層的殘留物。根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況還需要添加絮凝劑。

活性炭的吸附原理是在其顆粒表面形成一層平衡的表面濃度,再把有機(jī)物雜質(zhì)吸附到活性炭顆粒內(nèi),使用初期的吸附效果很好?；钚蕴窟^濾吸附法對水中余氯的去除效果非常有效,其工作原理為:

其中C1代表活性炭?；钚蕴繉⒂嗦任皆谄浔砻婧?再依靠碳基對余氯物質(zhì)的催化還原作用進(jìn)行徹底反應(yīng),從而將具有氧化性的C1o-離子還原分解成不具有氧化性的氯離子和二氧化碳?；钚蕴窟€能夠富集微生物,所以必須進(jìn)行定期消毒,即使這樣仍然是系統(tǒng)中的微生物潛在污染源。

如果選用自清洗過濾器(圖1),不僅使用和再生方便,也便于自動(dòng)化控制,占用的空間也減少了很多。自清洗過濾器可以根據(jù)使用時(shí)間或者出水的質(zhì)量來設(shè)定自清洗的周期。選用超濾器(圖2)與自清洗過濾器協(xié)同進(jìn)行預(yù)處理,采用超濾器超濾后的水質(zhì)效果是不用質(zhì)疑的,關(guān)鍵是綜合成本的考慮。從投資角度來講,自清洗過濾器和超濾器的配置,其成本高于多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器的配置。但運(yùn)行成本前者會少一些,大概在3~5年之內(nèi)收回兩者差異的投資成本。

對于超濾器的選擇是有講究的,應(yīng)該選擇外壓式中空纖維超濾膜,這樣的結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中不容易被堵塞。在超濾器超濾后根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)情況,考慮是否需要配置軟化器。在沿海地區(qū)有海水倒灌的地方,或者是使用地下水的區(qū)域,使用軟化器還是有必要的。但在利用淡湖水作為飲用水的地區(qū),不配置軟化器也是可行的。

1.2增加中壓紫外燈清除余氯

由于替代后的配置中沒有了活性炭,也就是去除游離氯的工序不存在了。而游離氯對Ro膜的損害比較大,去除游離氯的方法還有加亞硫酸氫鈉和中壓紫外兩種方式?？紤]到盡量減少引入雜質(zhì),所以推薦選用海諾威的中壓紫外燈(圖3)。

用于光分解游離氯的紫外照射劑量為標(biāo)準(zhǔn)消毒紫外線劑量的20倍以上,所以在去余氯的同時(shí)還能兼?zhèn)錁O高等級的消毒作用。關(guān)鍵是此處微生物被殺滅后,分泌出來的內(nèi)毒素多磷酸鹽正好在RO膜的前面,經(jīng)過兩級RO膜和EDI的處理,能夠被有效去除,因此在該配置條件下成品水的電導(dǎo)率指標(biāo)相當(dāng)好。紫外光除余氯的反應(yīng)機(jī)理如下:

中壓紫外光與低壓紫外光釋放的能量有著本質(zhì)的區(qū)別,圖4為中、低壓紫外相對輸出量的對比示意圖,從圖中可以明顯看出中壓紫外與低壓紫外釋放的能量完全不在一個(gè)數(shù)量等級上。另外,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的顯示,中壓紫外還有降低TOC的作用。

有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,在相同劑量前提下去除余氯的效果,中壓紫外的余氯去除率是低壓紫外的7倍左右,如圖5所示。

2制備單元的改進(jìn)

2.1在一級RO膜和二級RO膜中分別增加一個(gè)后段,在提升水質(zhì)的同時(shí)最大限度提高其產(chǎn)水率

一級RO膜一段的成品水進(jìn)入二級RO膜,如圖6所示,濃水再經(jīng)過二段的RO膜提取一次。成品水合并進(jìn)入二級RO膜,二段的濃水就沒有必要再利用了,一定要排放。有些供應(yīng)商忽悠用戶將其回用,這樣做的結(jié)果實(shí)際上得不償失。純化水的制備過程實(shí)際上就是一個(gè)拆分過程,將飲用水拆分成純化水和濃水。顯而易見,如果又將濃水混合進(jìn)原水,就是在做無用功。二級RO膜也通過類似方式進(jìn)行處理,只是二級RO膜的成品水去EDI,且此處的濃水水質(zhì)已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了,所以這個(gè)水就不能夠排放,而是需要回到軟化器后的貯罐中。

2.2嚴(yán)格要求一級RO膜和二級RO膜的進(jìn)水壓力

在圖6中可以看到,一級RO和二級RO分別有進(jìn)水泵,有些供應(yīng)商為了降低設(shè)備造價(jià),在商務(wù)招標(biāo)中獲得價(jià)格優(yōu)勢,將這個(gè)泵的壓力會設(shè)得很高,從而在使用較少RO膜的情況下,仍然能夠達(dá)到業(yè)主產(chǎn)水量的指標(biāo)。所以在招標(biāo)文件中需要寫明在驗(yàn)證過程中,這兩級泵的出口壓力不能夠高于0.9MMP,并且成品水質(zhì)和出水量還必須同時(shí)滿足aRU的要求。否則供應(yīng)商在此處設(shè)置的壓力,一般都在s.1MMP左右,靠壓力硬壓過來的水質(zhì)也會有所降低。

RO膜的結(jié)垢不僅僅與所處理的水質(zhì)有關(guān),也與處理水的溫度有關(guān),溫度越高越容易結(jié)水垢,還與處理水的壓力有關(guān),壓力越高也越容易結(jié)水垢。因此,在起草aRU的時(shí)候一定要注意這里的壓力要求。

3在EDI后再加一個(gè)超濾模塊即可生產(chǎn)出高純水

在預(yù)處理單元已經(jīng)使用了超濾設(shè)備,但該超濾設(shè)備并不是用來除熱原的,只是用來降低水的濁度,去除一些大分子的雜質(zhì)。要達(dá)到高純水的質(zhì)量指標(biāo),在上述配置的情況下,在EDI后面需要增加一個(gè)超濾單元,進(jìn)行除熱原處理即可。完整的高純水制備流程如圖7所示。

4結(jié)語

目前,在美國、日本及其他一些國家或地區(qū),允許只要能夠通過驗(yàn)證被證明如同蒸餾法一樣有效且可靠的某些純化技術(shù),如終端超濾和反滲透技術(shù),可以用于注射用水的生產(chǎn)。在我國,隨著制藥用水系統(tǒng)產(chǎn)品的發(fā)展,用膜法生產(chǎn)高純水替代注射用水指日可待,一旦允許使用非蒸餾方法來制備注射用水,也就是用高純水來替代的話,所降低的生產(chǎn)成本是非?？捎^的。