第六章 工艺用水

第六章工艺用水一、工艺用水分类及标准1.工艺用水分类药品生产工艺中使用的水统称工艺用水。工艺用水分饮用水、纯化水和注射用水等三类二、工艺用水的水质标准1.饮用水饮用水水质必须符合国家《生活饮用水水质标准》的要求，具体标准要求见表6－1。2.纯化水纯化水为蒸馏法、离子交换法、反渗透法其它适宜的方法制得供药用的水，不含任何附加剂。纯化水水质应符合《中国药典》（1995年版）1998年增补标准。详见P79。3．注射用水为纯化水经蒸馏所得的水，水质应符合《中国药典》（1995版）的注射用水标准。详见P80。生活饮用水水质标准（GB5749－85）表6－1序号项目标准感官生状和一般化学指标1色色度不超过15度，并不得呈现其他异色2混浊度不超过3度，特殊情况不超过5度。3嗅和味不得有异嗅、异味。4肉眼可见物不得含有5Ph6.5~8.56总硬度（以碳酸钙计）450mg/l7铁0.3mg/l8锰0.1mg/l9铜1.0mg/l10锌1.0mg/l11挥发酚类（以苯酚计）0.002mg/l12阳离子合成洗涤剂0.3mg/l13硫酸盐250mg/l14氧化物1000mg/l15溶解性总固体毒理学指标16氟化物1.0mg/l17氰化物0.05mg/l18砷0.05mg/l19硒0.01mg/l20汞0.001mg/l21镉0.01mg/l22铬（六价）0.05mg/l23铅0.05mg/l24银0.05mg/l25硝酸盐（以氨计）20mg/l26氯仿60mm27四氯化碳3mm28苯并（a）芘0.01mm29滴滴涕1mm30六六六细菌学指标5mm31细菌总数100个／ml32总大肠菌群3个／l33游离余氯放射性指标在接触30min后应不低于0.3m／l。集中式给水除出厂水应符合上述要求外，管网未稍水不应低于0.05gm/l。34总a放射性0.1Bq/l35总b放射性1Bq/l3.各类工艺用水应范围药品生产工艺用水的应用范围表6－2类别应用范围饮用水药品包装材料粗洗用水、中药材和中药饮片的清洗、浸润、提取等用水。纯化水非无菌药品的配料、直接接触药品的设备、器具和包装材料最后一次洗涤用水、非无菌原料药精制工艺用水、制备注射用水的水源、直接接触非最终灭菌棉织品的包装材料粗洗用水等。注射用水直接接触无菌药品的包装材料的最后一次精洗用水、无菌原料药精制工艺用水、直接接触无菌原料药的包装材料的最后洗涤用水、无菌制剂的配料用水等第二节药品工艺用水的制备与设施一、工艺用水的重要性与水处理意义药品生产离不开水，且用量很大。工艺用水的质量直接影响药品质量和用药的安全、有效，工艺用水质量必须得到的保障。作为药品工艺用水的水源有城市自来水和天然水（包括井水、深井水及江河湖泊水）。这些水源的水质受自然界地理环境影响及人为的三废排放污染的影响，往往含有悬浮杂质、有机物、细菌、热源、各种无机盐及溶解于水的各种气体等有害物质。水处理就是根据各种工艺用水的水质要求，采取有效措施，除去相关的有害物质，制备符合标准的各种工艺用。二、工艺用水的制备《药品生产质量管理规范》（1998年修订）附录的总则等5条规定：“水处理及其配套系统的设计、安装和维护应确保供水达到设定的质量标准”。1．饮用水的制备制备饮用水的工艺流程：（见下页）预处理的工艺设施：用机械过滤器（砂滤）粗滤，活性炭吸附器（炭滤）或大孔树脂吸附器吸附，蜂房式过滤器或陶瓷烧结滤棒等深度过滤装置精密过滤。预处理通常用来减少进水的悬浮杂质、有机物质、细菌及含氯量等。如果预处理后，细菌和大肠菌群仍不符合要求，可增设紫外线消毒器灭菌。若自来水受海水倒灌影响，可采用电渗析或反渗透膜淡化器来降低水中的含盐量。紫外线杀菌，用波长253.7nm的紫外线照射，破坏细菌细胞内的核酸或使其遗传因子发生突变，改变细胞遗传特性，阻滞细菌生长，杀灭细菌。杀灭水中的细菌所需的最低照射量Q值＝Et毫瓦·秒／厘米2式中：E为照射强度毫瓦·秒／厘米2t为照射时间秒杀灭大肠杆菌的Q值＝900毫瓦·秒／厘米2杀灭大肠炎杆菌的Q值＝1200毫瓦·秒／厘米2杀灭绿浓杆菌的Q值＝10500毫瓦·秒／厘米2电渗析：电渗析是利用电渗析膜只允许与膜同电荷的离子透过，不允许异电荷的离子透过的原理，在电场作用下，以电位差为推动力，使电介质溶液中的电介质迁移，达到浓缩分离效果。反渗透：反渗透是利用溶质在机械压力的推动下能透过半透膜（反渗透膜）的原理，使溶质从溶液中分离出来,达到分离溶质，浓缩溶液的效果。其过程与自然渗透相反，自然渗透是溶质与溶液在相同外压下，溶质自然透过半透膜，使溶液变稀的过程。2.纯化水的制备：制备纯化水的工艺流程：（1）蒸馏法处理500~40000mg／l的高含盐量原水时，离子交换柱再生频繁，不能保证正常供水，可在离子交换器前加设电渗析器作预脱盐处理。电渗析能除去原水中80％左右的盐类，出水的纯度不高，但不需酸碱再生。利用电渗析和离子交换组合在一起使用，可获得高纯度的离子水，又可以减轻离子交换柱负荷，延长使用周期，降低再生剂耗量和保证供用量；另一方法是加反渗透装置作预处理，在一次纯化水系统中，其除盐作用使离子交换柱负荷至1／10，相应再生费用大大降低，且可除去一般方法不易去除的胶体物质、有机物质等，明显延长过滤器的寿命，并使纯化水系统能较适应原水水质的变化，起缓冲作用，保证纯化水系统制水水质稳定。3.注射用水的制备注射用水的一项非常重要的指标是每毫升中含内毒素量不得超过0.5EU（EndotoxinunitEU内毒素单位）。内毒素是热源性物质，能引起恒温动物体温升高，让人发冷、发热、颤抖、出汗、昏晕。呕吐，甚至危及生命，所以制备注射用水时内毒素含量是严格控制的指标。由于内毒素固有的特征，增加了水处理工艺的难度和复杂性.。热原存在于细菌的细胞外膜，是细菌内毒素，当细菌死亡后，细胞膜破裂就释放出来，是由蛋白质与磷脂多糖组成的高分子复合物，热源体积微小，其粒径约在1~5毫微米（Nanotexnm，为千分之一微米1×10－3mm），一般认为其分子量在1000以上。具有水溶性、不挥发性、不带有正电性和负电性等特征。其耐热性，一般在60℃加热1小时无影响，100℃不裂解，120℃加热四小时能破坏98％，180－200℃干热2小时或250℃加热半小时才能完全破坏。1.制备注射用水的工艺流程①传统的蒸馏法此法经两次蒸馏、能有效地除去热源、无机盐和挥发性气体CO2、NH3等，可得到合格的注射用水。但其铵盐含量、热源、电阻率等指标不很稳定。且能耗较大，成本高，已较少采用。②现代的蒸馏法：蒸馏法能除去水中在于1μm的所有不挥发物质和大部份0.09~1μm的可溶性小分子无机盐，因而能有效除去水中细菌、热源和其它大部份有机物质，方法简单可靠。热源具有不挥发性，用蒸馏的办法可以除去，但热源又具有水容性，可随水蒸汽的雾滴带入蒸馏水中，故蒸馏水器均有隔沫装置；故结构简单的塔式蒸馏水器生产的注射用水质量不够稳定。现代的多效或气压式蒸馏水器分多段蒸馏、冷凝、蒸馏、冷凝，因而能有效地去除热原等杂质，获得优质注射用水。多效蒸馏器通过多效蒸发、冷凝的办法分段截留去除各种杂质既可制得高质量的注射用水，又使热量得到充分利用，大大节省蒸汽和冷凝水。据资料介绍，与传统塔式蒸馏器相比，两效蒸馏器可节省蒸汽43％、三效的节省65％、四效的节省70％、五效的节省80％。因而为八、九十年代使用。现在，国产多效蒸馏水器的质量了不错。塔式蒸馏水器、多效蒸馏水器、气压式蒸馏水器等性能对比表6－3。蒸馏水器性能对比表6－3项目单位塔式蒸馏器多效蒸馏器气压式蒸馏器进水电阻率W·cm³100万³20万³100万出水电阻率W·cm³100万³100万³100万进水量m3/m3蒸馏水1.1~1.21.151.15~1.2耗汽量Kgm3蒸馏水14004.3567.3耗冷却水量m3/m3蒸馏水63.52.2¾耗动力K/Wm3蒸馏水¾¾14.5③超滤法a.饮用水→预处理→反渗透→微孔过滤→注射用水。此法美国药典19版收载。b.自来水→预处理→电渗析→离子交换→超滤→注射用水。此法我国有部分兽药厂在使用。三、膜分离技术是本世纪未迅速发展的先进技术，在医药、生物工程领域中得到广泛应用。现代的药品工艺用水的制备已离不开膜分离技术。1.水处理几种常用的半透膜水处理常用的半透膜有电渗析膜、微孔滤膜、反渗透膜、超滤膜等。电渗析膜只允许与膜同电荷的离子透过，而不充许异电荷离子透过，反渗透膜只允许水透过，而不允许大部分离子透过。反渗透过程与电渗析、自然渗析的过程刚相反。微孔滤膜的孔径为0.025~14mm,超滤膜的孔径为1~20nm，反渗透膜的孔径0.1~1nm，毫微米过滤器平均孔径2nm。这些高分子分离膜化学物理性能稳定，强度高，表面光洁，开孔率高，孔径比较均匀，孔内表光洁，分离膜很薄，介质透过的路径很短，因而对透过的介质阻力特别小，过滤快速流畅，透过量大，节约能源。适宜用于药品工艺用水制备和药液生产中除去微粒、细菌和热源。微孔过滤器能除去介质中0.05~5mm的混浊物质；超滤可除去1.2~50nm的溶质分子（分子量为103~107），主要为高分子化合物、大分子化合物、胶体、病毒等；反渗透可除去0.3~1.2nm溶质分子，主要为有机低分子和除氢离子、氢氧根离子外的无机离子；毫微米过滤可除去分子量在300~1000的小分子。2.几种膜分离技术资料1.反渗透法、电渗析法、与多级闪蒸法等淡化水的能耗对比，见表6－4。几种淡化方法能耗比较表表6－4方法理论值反渗透法电渗析法多级闪蒸法能耗（KW·h/m3）11.36~816~1815.5(2)反渗透对水中各种杂质的去除能力（见表6－5）反渗透去除杂质能力表表6－5杂质Mn4＋Al3＋Ca2＋Hg2＋Na＋K＋SO42－NO3－1Cl－1HCO3－1微粒细菌有机物M300去除率（％）95│9996│9992│9992│9975│9575│9590│9950│7585│9580│959999992.反渗透膜、超滤、微孔过滤、电渗析等膜分离技术对比（见表6－6）几种膜分离技术比较表表6－7类别项目反渗透超滤微孔过滤电渗析作用机理电场作用下离子迁移溥膜孔径0.1-1nm1-20nm0.025-14mm截留粒子尺寸1nm1-100nm³0.1mm工作压力（Mpa）1-100.2-0.70.3水回收率（％）50-7590100注：1mm＝100nm3．纯化水、注射用水制备中五种方法截留污染物质的对比（见表6－7）五种方法截留污染物质对比表表6－7方法项目蒸馏离子交换超滤微孔过滤反渗透截留的污染物盐、胶体、热源、细菌、微粒盐胶体、热源细菌、微粒微粒、细菌盐、胶体热原细菌、微粒可通过污染物胶体、热源微粒、细菌盐盐、胶体、热源2.反渗透装置目前超过纯水系统中普遍采用反渗透装置，虽然设备投资高，但从总体技术经济效果来衡量，其优越性显著，特别是对提高整个纯水系统的水质起着重要作用。在二次纯化水系统中使用，能充分截留纯化水中的微粒和细菌。滤膜品种主要有醋酸纤维膜（CA膜）、芳香聚酰膜胺（PA膜）、复合膜（RFC膜）。反渗透组件型式有卷式和中空纤维式。1.反渗透装置的组成：a.预处理设备；b.贮水箱；c.水泵；d.保安过滤器；e.高压泵f.反渗透组件；g.膜清洗设备h.淡水箱。（见图6－1）图6－1反渗透装置图（2）反渗透组件的组合方式主要有：a.单级单段式，只适用于小量除盐；b.多级式，提高装置脱盐率，适用于海水淡化；c.多段式，提高装置的水回收率。（见图6－2－1、图6－2－2）。图6－2－2多段式组合图1.影响反渗透性能的主要因素2.操作压力操作压力与膜透水率成正比，在一定范围内操作压力变低，脱盐率会急聚下降。②原水含盐量原水含盐量高，渗透压大，需要较高的操作压力。如海水淡化压力需要5Mpa－10Mpa压力，一般天然水渗透压都在0.1Mpa以下，可以不考滤渗透压。③水温水温变化引起溶液粘滞系数变化，导致产水量变化，这个因素影响较大，以25℃为基准，水温变化1℃产水量约变化3％。④回收率运行回收率决定了浓缩水的含盐量。