工艺用水系统

2019/10/31工艺用水系统Water2019/10/32纯化水、注射用水系统工作原理概述纯化水、注射用水系统验证依据纯化水、注射用水系统验证(纯蒸汽的制备过程与用蒸馏制备注射用水的过程相同，可使用同一台多效蒸馏水机或单独的纯蒸汽发生器，故将纯蒸汽放在注射用水一起讨论。)2019/10/33源水纯化的意义为什么要纯化源水1.虽然看起来很纯净，它依然存在着很多可变因素2.季节的变化会对水产生影响3.一些地区的水质非常差4.必须除去水中的杂质以防止产品污染5.控制微生物以避免污染产品2019/10/34悬浮物(TSS)死的物质活的东西无机物－泥土砂字铁锈有机物－植物动物病毒－细菌Funghi－真菌溶解物(TDS)无机物(Salts盐)有机物(DOC)硬度－Ca+Mg中性盐腐败植物动物热源重金属CWK－矿物油水中需除去的物质水中杂质的组成：(悬浮物TSS/溶解物TDS)LOGO2019/10/35膜分离技术选用0.0010.010.1110100um离子高聚物微粒细粒粗粒颗粒大小分离方法微滤常规过滤超滤反渗透电渗析糖病毒胶体物质溶解盐热源细菌光学纤维观察肉眼可见各种去除颗粒直径及对应分离工艺2019/10/36工艺用水的种类与法规规定工艺用水的种类按药典分为三类，其微生物要求：饮用水符合环境卫生要求，无大肠杆菌，菌落数＜500CFU/ml；纯化水既符合饮用水的要求，又符合药典指标要求;菌落数＜100CFU/ml）；注射用水符合药典的要求，菌落数＜10CFU/100ml）；纯蒸汽：纯蒸汽冷凝水应符合药典注射用水标准1）需进入无菌作业区物料、容器、设备、无菌衣或其他物品2）培养基的湿热灭菌2019/10/37生产用水关键参数的设置Designcondition设计条件Normaloperatingrange正常运行范围Allowableoperatingrange允许运行范围电导率＜0.5μs/cm电导率＜1.3μs/cm电导率＜1.1μs/cmAlertlimit警戒限度Actionlimit纠正偏差限度2019/10/38工艺用水系统的关键参数关键参数的关系（三个标准的比较），应注意到：警戒和纠正偏差限度与工艺参数和产品标准的区别，警戒和纠正偏差限度只适用于工艺用水系统的运行监控；警戒标准和纠正偏差限度只能建立在工艺和产品质量标准内范围之内；超出警戒和纠正偏差限度不等于系统已危及产品质量。验证标准（设计条件－URS）运行标准(正常操作参数)法定标准(最大可允许参数)纠正偏差限度(ActionLimit)报警条件(AlertLimit)2019/10/39设计范围和常规操作范围设计参数(验证标准)：•设计者选定的参数的精度范围。如纯化水电导0.5µs/cm，以水源水质特性及用水要求为依据，应考虑源水一年甚至数年的水质数据。正常操作参数(运行标准)：•选用适当的，经济的技术手段，选择生产者/操作者的实际正常运行参数。如纯化水电导1.1µs/cm。最大可允许参数(法定标准)：•生产者/操作者最大可允许的参数。如纯化水电导1.3µs/cm。同时需要建立警戒标准(ActionLimit)和纠偏限度标准(AlertLimit)，通常要注意：•警戒和纠正偏差限度应来源于验证的性能确认PQ工艺用水系统的关键参数2019/10/310工艺用水系统处理流程前处理系统：物理方法、化学方法和电化学等方法；脱盐系统：电渗析、反渗透、离子交换等；后处理系统：一般包括用终端离子交换去除离子痕菌、臭氧杀菌、超过滤、微孔过滤等；循环系统(分配系统)2019/10/311纯化水制备——流程图饮用水原水泵石英砂过滤器活性碳过滤器5um保安过滤一级RO二级RO高压泵中间水箱纯化水箱紫外杀菌除菌过滤使用点1使用点2使用点3絮凝剂阻诟剂2019/10/312原料水(饮用水)预处理原料水必须符合国家的饮用水标准。目的：去除原水中的悬浮物、胶体、微生物；去除原水中过高的浊度和硬度。工艺用水的制备(源水预处理)物理方法：澄清、沙滤、活性碳(除氯离子)化学方法：加药杀菌、混凝、络合、离子交换等电化学方法：电凝聚2019/10/313电解质各类可溶性无机物、有机物，离子状态在水中；因具有导电性，可通过测量水的电导率反映这类电解质在水中的含量；理想的纯化水（不含杂质）在25℃下的电阻率为18.2兆欧.厘米（0.055µS/cm)；水的电导率随温度变化，温度越高，电导率越大。溶解气体水中的溶解气体包括CO2、CO、H2S、Cl2、O2、CH4、N2等，通常用气相/液相色谱测定其含量；工艺用水的制备(源水预处理)2019/10/314有机物有机酸、有机金属化合物等在水中常以阴性或中性状态存在，分子量大，通常用总有机炭（TOC)和化学耗氧量(COD)反映这类物质在水中相对含量；悬浮颗粒泥沙、尘埃、微生物、胶化颗粒、有机物等，用颗粒计数器反映这类杂质在水中的含量；微生物包括细菌、浮游生物、藻类、病毒、热原等。水中的微生物具有个体非常微小、种类繁杂、分布广、繁殖快、容易发生变异等特点，并且条件适当时它们就会在离子交换树脂、活性炭、贮水罐以及各种阀门与管道中高速繁殖。工艺用水的制备(源水预处理)2019/10/315原水中悬浮物含量较高的需设砂滤（多介质）；原水中硬度较高时，需增加软化工序；原水中有机物含量较高，需增加凝聚、活性炭；原水中氯离子较高，为防止对后工序如离子交换、反渗透的影响，需加氧化－还原（NaHSO3)原水中CO2含量高时，需采用脱气装置。对含细菌多的原水需采用加氯或紫外灯或臭氧杀菌。预处理系统2019/10/316进源水水封至下水道水维持循环到水软化器和去离子器预处理简明流程图筒式过滤器孔径：5微米活性碳过滤器喷淋器缓冲罐空气隔断至地漏离心泵空气过滤器浮动控制阀沙滤器去离子器的过剩水再循环预处理系统2019/10/317盐水罐盐水进“硬”水沸石水软化器-交换-用钠交换Ca和Mg地漏“软”水至渗析器旁路阀水软化器–简明工作流程预处理系统2019/10/318预处理系统砂滤工艺源水中的固体物质进入过滤器的上层滤料形成的微小空隙时，因受到机械阻挠和吸附作用，被滤料截留在过滤层的表面。悬浮颗粒•泥砂、管道残渣和凝胶→有机物或无机物•结果：堵塞RO，干扰控制阀和仪表操作•测试：可用浊度法2019/10/319预处理系统活性炭处理含有大量的微孔：2x10－3～2x10－5um巨大的比表面积500～2000m2/g极大的物理吸附作用:与孔径大小有关2019/10/320预处理系统活性炭过滤的作用：去掉水中的自由氯和有机物，保护离子交换树脂和反渗透装置特点：是微生物生长的“温床”控制措施：保持合适的压力和流速经常反洗巴氏消毒定期更换2019/10/321预处理系统离子交换法用离子交换树脂上的离子和水中的离子进行交换而除去水中有害离子的方法。根据离子交换的深度可以制取脱盐水、纯水和高纯化水。NaCl(H2O)HOHNa+Cl-AnionResinOH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-Cl-CationResinH+H+H+H+H+H+H+Na+H+OH-2019/10/322阳离子柱阴离子柱卫生泵出口或储存.臭氧发生器紫外装置HClNaOH洗出液进行中和处理“漏斗”装置至下水道排水管来自水软化器水必须保持循环状态典型的去离子（交换）装置示意图123456123456回到去离子装置5µm过滤装置1µm过滤装置预处理系统2019/10/323预处理系统脱盐设备的配备：去离子装置应在线再生，酸、碱的装卸、贮存、输送所需罐、泵、管材、阀、计量仪表需防腐；若采用反渗透装置，其进口处需安装3~5μm过滤器；通过混床的水直接进入纯化水罐前，应设3~5μm滤器，以防止细小树脂残片进入，过滤器应设置压差表；通过混床的纯化水可保持循环流动，使水质稳定，循环管线上应设电导仪。2019/10/324脱盐设备预处理系统2019/10/325纯化系统工艺二级反渗透一级反渗透＋树脂树脂􀂃超滤蒸馏……2019/10/326纯化水系统流程EDI技术：电导率0.1µS/cm，TOC50ppb，细菌总数10cfu。符合美国药典注射用水要求。EDI技术保持了离子交换混床对水中离子去除能力强的优点，同时又克服了传统离子交换混床大量使用酸碱再生，腐蚀严重的缺点；传统处理工艺原水预处理阳/阴床混床现代处理工艺最新处理工艺纯化水原水预处理一级反渗透二级反渗透纯化水原水预处理一级反渗透纯化水电混床(EDI)消耗大量酸碱、严重污染环境对有机离子处理能力强同时强化有机离子和无机离子的处理能力2019/10/327BranchBranch二部储罐1µm过滤装置2步反渗透装置1步透过水一部分作为2步反渗透装置的源水，另一多出的水回到1步储罐.1步未透过浓缩水“漏斗”装置至下水道2步未透过水回到1步储罐2步反渗透后符合标准的水出水或储存1步储罐经过软化或去离子的水水回到1步储罐典型的二级反渗透装置示意图卫生泵1步反渗透装置高压泵2019/10/328源水高压进水加压未透过水半透膜透过水排出或再循环低压纯化水反渗透原理主要去除污染物￠＜1nm的污染物去除率≥90％分子量＞300道尔顿去除率100％反渗透原理有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、重金属离子、有机物等；2019/10/329截留效率Ions离子95-99%removalTOC有机物95-99%removalParticles颗粒99%removalMicrobiological微生物99%removal对于硅和其它带电物的去除率95%膜容易被污染•可有效地去除大部分杂质和污染物2019/10/330反渗透阻垢剂与絮凝剂1）絮凝剂：凝聚水中悬浮物有机物及胶体成较大絮状物使其在多介质过滤器中被过滤掉。（PAC又称碱式氯化铝，配药浓度1.5%,加药浓度1-20%；PAM即聚丙烯酰胺，作为助凝剂，增加凝聚效果。加入适当的PAC和PAM混合絮凝后能进行有效的接触过滤。）2）阻垢剂：反渗透在运行过程中，浓水中的Ca2+、Mg2+等结垢性离子严重超标，为避免反渗透膜上结垢而影响使用寿命，投加阻垢剂。主要是分散作用，阻止晶体形成。（PC-191配药浓度10%，加药浓度3ppm）2019/10/331卷式膜元件结构示意图2019/10/3321）给水PH值：醋酸纤维素膜PH=5-6，芳香聚酰胺膜PH=3-11，复合膜PH=2-11。否则会加速膜的水解和老化，除盐能力降低直至损坏。2）给水温度：温度升高，水粘度降低。11℃升至25℃产水量提高50%，5-8℃时渗透速率最低，30℃以上膜不稳定。卷式复合膜推荐温度10-35℃(25℃)3）运转压力：渗透压力与源水含盐率和水温成正比，与膜无关。复合膜工作压力1.47MPa左右。压力过高，会使膜衰老，压实变形，透水能力衰退；压力过低，产水量降低，盐透过率升高。反渗透装置运行工作条件2019/10/3334）膜组件清洗：A膜组件性能下降因素：化学变化：膜水解，游离氯的作用，强酸强碱使膜溶解等。物理变化：膜的压密化，使透水率下降，除盐率上升。膜污染如结垢，微生物或固体颗粒在膜表面或膜内污染堵塞。B膜清洗给水低压清洗：用经精密过滤器过滤的二次过滤水做洗净水。化学清洗：根据污染物成分采用不同化学药品清洗。反渗透装置运行工作条件2019/10/334反渗透系统化学清洗的一般方法清洗原则(当下列情形之一发生时应进行清洗):1在正常压力下如产品水流量降至正常值的10～15%。2为了维持正常的产品水流量，经温度校正后的给水压力增加了10～15%。3产品水质降低10～15%。盐透过率增加10～15%。4使用压力增加10～15%5RO各段间的压差增加明显(也许没有仪表来监测这一迹象)。2019/10/335反渗透膜污染特征及处理方法污染物一般特征处理方法钙类沉积物(碳酸钙及磷酸钙