引言

根據歐洲藥典規(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)?，F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,采用超濾與純化結合的方法制備注射用水等新型工藝的應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準,以便后續(xù)允許用于替代注射用水。為此,國內制藥企業(yè)要有升級換代的意識,在新的水系統(tǒng)項目上應當考慮這方面因素,特別是用水量較大的注射劑生產廠家,畢竟注射用水的成本遠遠高于純化水。本文就此探討高純水的配置應對策略。

1預處理單元的改進

1.1使用自清洗過濾器和超濾器替代多介質過濾器和活性炭過濾器

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

多介質過濾器(又稱機械過濾器)是以成層狀的無煙煤、砂、細碎的石榴石或其他材料為床層,當原水自上而下通過濾料時,水中懸浮物由于吸附和機械阻流作用被濾層表面截留下來:當水流進濾層中間時,由于濾料層中的砂粒排列更緊密,使水中微粒有更多的機會與砂粒碰撞,水中凝絮物、懸浮物和砂粒表面相互粘附,水中雜質被截留在濾料層中,從而得到澄清的水質。該過濾器使用一段時間后需要反沖,以除去上層的殘留物。根據實際水質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,再把有機物雜質吸附到活性炭顆粒內,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的催化還原作用進行徹底反應,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,也便于自動化控制,占用的空間也減少了很多。自清洗過濾器可以根據使用時間或者出水的質量來設定自清洗的周期。選用超濾器(圖2)與自清洗過濾器協(xié)同進行預處理,采用超濾器超濾后的水質效果是不用質疑的,關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,其成本高于多介質過濾器和活性炭過濾器的配置。但運行成本前者會少一些,大概在3~5年之內收回兩者差異的投資成本。

對于超濾器的選擇是有講究的,應該選擇外壓式中空纖維超濾膜,這樣的結構在運行過程中不容易被堵塞。在超濾器超濾后根據當地的水質情況,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,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準消毒紫外線劑量的20倍以上,所以在去余氯的同時還能兼?zhèn)錁O高等級的消毒作用。關鍵是此處微生物被殺滅后,分泌出來的內毒素多磷酸鹽正好在RO膜的前面,經過兩級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率指標相當好。紫外光除余氯的反應機理如下:

中壓紫外光與低壓紫外光釋放的能量有著本質的區(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數量等級上。另外,根據實驗數據的顯示,中壓紫外還有降低TOC的作用。

有實驗數據表明,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

2.1在一級RO膜和二級RO膜中分別增加一個后段,在提升水質的同時最大限度提高其產水率

一級RO膜一段的成品水進入二級RO膜,如圖6所示,濃水再經過二段的RO膜提取一次。成品水合并進入二級RO膜,二段的濃水就沒有必要再利用了,一定要排放。有些供應商忽悠用戶將其回用,這樣做的結果實際上得不償失。純化水的制備過程實際上就是一個拆分過程,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原水,就是在做無用功。二級RO膜也通過類似方式進行處理,只是二級RO膜的成品水去EDI,且此處的濃水水質已經相當不錯了,所以這個水就不能夠排放,而是需要回到軟化器后的貯罐中。

2.2嚴格要求一級RO膜和二級RO膜的進水壓力

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

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

3在EDI后再加一個超濾模塊即可生產出高純水

在預處理單元已經使用了超濾設備,但該超濾設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。要達到高純水的質量指標,在上述配置的情況下,在EDI后面需要增加一個超濾單元,進行除熱原處理即可。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證被證明如同蒸餾法一樣有效且可靠的某些純化技術,如終端超濾和反滲透技術,可以用于注射用水的生產。在我國,隨著制藥用水系統(tǒng)產品的發(fā)展,用膜法生產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,所降低的生產成本是非?？捎^的。