純化水制備工藝在生物制品生產(chǎn)中的應(yīng)用和發(fā)展

生物制品是人類用于預(yù)防疾?。ㄆ渲幸詡魅静橹鳎?、臨床治療、急救和診斷疾病的具有生物活性的制品，其質(zhì)量具有自身的特殊性和重要性，必須更加強調(diào)質(zhì)量第一的原則，這是因為：第一，所有預(yù)防制品均主要直接用于大量健康人群特別是大量兒童，包括嬰幼兒的免疫接種，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到千百萬人的健康和生命安危；第二，所有治療制品如血液制劑等都是通過非胃腸途徑直接用于特定患者，往往是危重病人的治療或急救，其質(zhì)量關(guān)系到患者的療效和安全；第三，即使是體外用于診斷試劑，其質(zhì)量則關(guān)系到能否對患者或監(jiān)測樣品做出特異、靈敏、正確的診斷和分析，從而不至誤判或貽誤病情導(dǎo)致不應(yīng)有的結(jié)果。

生物制品是應(yīng)用普通的或以基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程、發(fā)酵工程等生物技術(shù)獲得的微生物、細(xì)胞及各種動物和人源的組織和液體等生物材料制備，用于人類預(yù)防、治療和診斷的藥品。生產(chǎn)環(huán)境應(yīng)按生產(chǎn)

工藝流程及所要求的空氣潔凈度級別進(jìn)行合理布局，符合《藥品GMP認(rèn)證檢查評定標(biāo)準(zhǔn)》的各項要求。

純化水作為生物制品生產(chǎn)過程中工藝用水的一種類型的水，是生物制品質(zhì)量保證非常重要的方面，承擔(dān)著制備注射用水、潔凈蒸汽的原料水；用于配制各種化學(xué)試劑；用于診斷試劑的制備；用于玻璃器皿、發(fā)酵罐的清洗；純化水質(zhì)量應(yīng)符合《中國藥典》2005版“純化水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求”.

一、純化水制備工藝的歷史回顧

純化水制備工藝在應(yīng)用反滲透技術(shù)之前一直使用傳統(tǒng)的工藝：離子交換技術(shù)、電滲析技術(shù)。

從認(rèn)識到實踐反滲透技術(shù)經(jīng)歷了多年的過程反滲透裝置的脫鹽率一般可穩(wěn)定在90%以上，因而使離子交換樹脂的負(fù)荷減輕到1/10，從而減少了樹脂再生的成本，這相當(dāng)于是樹脂的產(chǎn)水量增加10倍，這樣可以使設(shè)備小型化，并使再生頻率減少10倍以上。同時減少了樹脂再生時排放廢酸廢堿對環(huán)境的污染。最初實踐反滲透＋離子交換工藝中，反滲透膜是CAB 系列醋酸纖維素膜，PH值要求的范圍是5.0~6.0，反滲透膜對PH值要求很高，后來工藝中反滲透膜采用ESPA系列（節(jié)能型復(fù)合膜），這種反滲透膜PH值應(yīng)用范圍廣，PH值允許在3~10。自此，反滲透為預(yù)處理主工藝的處理流程開始全面應(yīng)用于生物制品純化水制備工藝中。

初期實施的單級反滲透＋離子交換工藝是反滲透自動運行與離子交換手動運行相結(jié)合，后來實施雙級反滲透工藝流程中控制方式以液位輸出信號至PLC程序控制器，全工藝系統(tǒng)設(shè)置為采用PLC控制方式實現(xiàn)全自動控制，由PLC完成整個工藝系統(tǒng)的邏輯聯(lián)鎖控制，對水質(zhì)實行有效的自動監(jiān)控運行。2000年開始使用反滲透＋EDI工藝（即單級反滲透＋電去離子技術(shù)），純化水制備工藝的應(yīng)用技術(shù)有了迅速的發(fā)展。

二、目前應(yīng)用的純化水制備工藝流程：

（一）工藝流程簡介：

純化水制備工藝目前應(yīng)用有五種流程：離子交換工藝、單級反滲透＋離子交換工藝、雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝、雙級反滲透＋EDI工藝，同種工藝流程在不同應(yīng)用范圍略有區(qū)別。

（二）、工藝流程描述

1、離子交換工藝流程：

離子交換工藝是傳統(tǒng)的純化水制備工藝，離子交換化學(xué)除鹽水技術(shù)，由陽離子交換器，兩級陰離子交換器和單級混合離子交換器組成。樹脂再生使用鹽酸和氫氧化鈉。樹脂再生排放的廢液排到廢液中和水箱處理達(dá)到PH值中性后排放，避免對環(huán)境的污染，工藝中設(shè)置了簡單實用控制和在線儀表顯示，使傳統(tǒng)的運行和管理變得更加簡單。離子交換工藝工程投資最小，適用于科研及用水量不大的中試及生產(chǎn)車間。

2、以反滲透為預(yù)處理的幾種工藝流程：

單級反滲透＋離子交換工藝、雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝、雙級反滲透＋EDI工藝都是以一級反滲透作為預(yù)處理的一部分，對水進(jìn)行初步脫鹽，去除原水中大部分鹽類、有機物、菌類、內(nèi)毒素、并大大降低原水中的TOC（總有機碳），然后進(jìn)入后續(xù)處理進(jìn)行深度脫鹽。

（1）、多介質(zhì)過濾器

自動精砂過濾器和多介質(zhì)過濾器有效的除去懸浮雜質(zhì)，降低污染指數(shù)。

（2）、活性炭處理器

活性炭處理器中的活性炭有大量的空隙，高比表面，活性炭表面吸附既有物理吸附，又呈現(xiàn)一定的化學(xué)吸附，原水中無論是有機物或無機物均能被活性炭吸附；活性炭處理器為反滲透膜作技術(shù)準(zhǔn)備，保證余氯<0.1PPm，（反滲透復(fù)合膜抗氧化性差，而自由氯是一種強氧化劑，影響膜的壽命）。活性炭吸附飽和后應(yīng)再生或更換。

(3) 、全自動軟化器

全自動軟化器是利用鈉型陽離子樹脂中有可交換的Na+陽離子，將水中的鈣、鎂離子交換出來，使原水軟化成軟化水，這對降低原水中的硬度，防止反滲透膜表面結(jié)垢，提高反滲透膜的工作壽命和處理效果意義極大。樹脂定期用食鹽（NaCl）再生。

(4) 、保安過濾器

保安過濾器為5微米的精密過濾器，濾除細(xì)小的懸浮物，通常是原水進(jìn)入反滲透膜前的最后一道工藝，作用是防止前一道過濾工序有可能存在泄漏，會將部分固體微粒滲透反滲透膜中，使反滲透膜阻塞。

(5) 、反滲透裝置

反滲透是預(yù)處理工藝的核心單元，反滲透膜可去除水中約100%的菌體、微生物、大于98%的細(xì)菌內(nèi)毒素，大于95%的無機鹽和有機物，有效降低TOC（總有機碳）換言之，反滲透膜對水中所有溶質(zhì)都有極高的脫除作用。反滲透裝置對原水的利用率為50-75%，脫鹽率大于95%，反滲透系統(tǒng)的控制系統(tǒng)可采用微電腦PLC控制，來實現(xiàn)反滲透膜組件的順洗、制水、水箱水位控制、藥洗、高壓泵的高低壓保護(hù)、過熱保護(hù)等工藝過程的全自動控制，并帶有電導(dǎo)率的隨機顯示。

（6）、EDI電去離子裝置

EDI電去離子技術(shù)是二十世紀(jì)八十年代逐漸興起的凈水新技術(shù)，進(jìn)入2000年以來，已在北美及歐洲占據(jù)了純水超純水設(shè)備相當(dāng)?shù)氖袌觯珽DI裝置是將兩種很成熟的水凈化技術(shù)

——離子交換和電滲析相結(jié)合，結(jié)合了離子交換樹脂和離子選擇性通透膜，并結(jié)合直流電去除水中離子化雜質(zhì)的技術(shù)，通過這樣的技術(shù)更新，溶解的鹽可以在低能耗的條件下被去除，并且EDI模塊不需要化學(xué)再生，可連續(xù)制備高質(zhì)量的純化水。

（7）、在線紫外線滅菌器

在線紫外線滅菌器不改變水的物理化學(xué)性質(zhì)，殺菌效率98%以上。其工作原理是：波長在200-300nm的紫外線有殺菌作用，以波長在254-257nm波段的紫外線殺菌作用最強。當(dāng)水中微生物被紫外線照射時，由于細(xì)胞的核酸生物活性因吸收紫外線而可能改變，從而引起菌體內(nèi)蛋白和酶的合成障礙，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變異，功能遭到破壞，致使微生物死亡。紫外線殺菌具有殺菌能力強，速度快，效率高，效果好，對所有菌種都有效。

3、控制系統(tǒng)的應(yīng)用：

單級反滲透＋離子交換工藝是應(yīng)用較早的工藝流程，未能實現(xiàn)系統(tǒng)全自動控制，雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝、雙級反滲透＋EDI工藝均采用可編程PLC程序控制器，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備的程序控制，可連續(xù)在線監(jiān)測過程及終端純水的電導(dǎo)值，保證制備高質(zhì)量的純水，并根據(jù)生產(chǎn)需要實現(xiàn)了系統(tǒng)全自動運行方式、單元連鎖方式以及軟操作方式。

三、純化水制備各工藝流程運行水質(zhì)比較：

（一）、過程及終端水質(zhì)電導(dǎo)率比較

通過對不同工藝流程的運行情況調(diào)查，過程及終端水質(zhì)電導(dǎo)率情況如下：

 五種純化水制備工藝流程過程及終端水質(zhì)電導(dǎo)率表

（二）、流程分析結(jié)論

1、單級反滲透＋EDI工藝和雙級反滲透＋EDI工藝流程的出水水質(zhì)優(yōu)于其它的工藝流程。

2、在滿足純化水電導(dǎo)值情況下，前端預(yù)處理流程完備則系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝和雙級反滲透＋EDI工藝在預(yù)處理流程中設(shè)置了全自動軟水器使原水軟化成軟化水，這對降低原水中的硬度，防止反滲透膜表面結(jié)垢，提高反滲透膜的工作壽命和處理效果意義極大，這幾種流程中間過程水質(zhì)電導(dǎo)率優(yōu)于沒有設(shè)置自動軟水器的單級反滲透＋離子交換工藝。

四、對生物制品純化水制備工藝流程的認(rèn)識和今后的努力方向

根據(jù)調(diào)查實踐運行情況，了解同行業(yè)純化水制備工藝國內(nèi)外的應(yīng)用及發(fā)展，在以下方面需要給以重視：

1、掌握原水日常水質(zhì)全分析非常必要，這樣可以針對不同季節(jié)水質(zhì)各項指標(biāo)的曲線進(jìn)行因地制宜的設(shè)計，合理利用資金，更好地提高用水效率和效益，節(jié)約水資源、保護(hù)環(huán)境；掌握原水日常水質(zhì)全分析也是純化水制備設(shè)備優(yōu)良運行的指標(biāo)的參考。

2、了解《歐洲藥典》和《美國藥典》對純化水的要求，縮短技術(shù)水平差距，歐、美、中現(xiàn)行藥典純化水質(zhì)量規(guī)定中的總有機碳（TOC）和細(xì)菌內(nèi)毒素，《中國藥典》2005版沒有具體數(shù)據(jù)要求，《美國藥典》中對總有機碳有具體數(shù)據(jù)要求，《歐洲藥典》中對總有機碳和細(xì)菌內(nèi)毒素均有具體數(shù)據(jù)要求，測定TOC間接檢測水中有機物分子存在指標(biāo)，主要作用是監(jiān)測和掌控趨勢，對于總有機碳的檢測，最好采用在線儀器；另外在制備系統(tǒng)中考慮系統(tǒng)消毒滅菌等內(nèi)容，建議采用耐高溫型的反滲透膜。

今后的項目力求有進(jìn)步、有發(fā)展，兼顧工程投資與運行成本，兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，更好的落實科學(xué)發(fā)展觀，生物制品純化水制備工藝流程做到先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠是努力方向。