GMP制药企业纯化水预处理超滤工艺探讨

李想 闫美辰

摘要：在制药企业进行制药操作的过程中，确保制药用水符合质量标准至关重要。在原材料、生产中间体、产品分离纯化以及产品设备工器具清洗过程中都需要使用制药用水。在研究中对制药企业纯化水预处理工艺进行分析，探索纯化水预处理的重要性，从超滤工艺的特点和优势出发，探索超滤工艺的应用流程。

关键词：甲制药企业；纯化水；预处理；超滤工艺

前言

现阶段，大多数制药企业纯化水系统主要是利用预处理工艺，也就是超滤作为纯化水的预处理环节，但是这种纯水预处理工艺对一些处理量比较大的项目具有突出的应用优势，例如在10吨/小时用量以上时，超滤前期投入、运行成本与出水质量具有突出的优势。在此次研究过程中，主要对制药生产用纯水与超滤工艺进行分析。

1. 制药企业纯化水预处理的重要性

《中国药典》中规定的纯化水是标准用水在通过蒸馏、离子交换法、反渗透法或者其他方法制备获取的制药用水^[1]。在制药企业纯化水用过程中，对电导率、总有机碳、微生物限度、细菌、毒素等检测指标都有明确的要求。目前，比较常用的纯化水制备方法包括离子交换法、蒸馏法以及膜过滤法。其中膜过滤法也包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等不同类型。现阶段，制药企业使用的纯化水制备系统一般包括预处理系统和纯化系统两部分。其中预处理系统包括原水箱、多介质过滤器、微滤、超滤、纳滤或正常过滤以及软化器等不同单元。在预处理系统运行过程中需要去除原水内的不溶性杂质、有机物和微生物以及可溶性杂质等，保证纯化水的相关指标能够满足制药用水的相关要求，降低后续纯化系统中的杂质负荷，防止对纯化系统产生损坏或者污染，能够保证纯化系统的使用寿命。

2. 制药企业纯化水预处理超滤工艺分析

1. 超滤工艺原理分析

在传统制药软化水运行过程中，包括多介质过滤器、软化进口和活性炭等，将其作为纯化后处理工序可以制备原水。而超滤工艺能够完全取代多介质过滤器，并且出水品质比多介质过滤器更高，能够减轻后续水处理过程中存在的负担。

完整的超滤水处理系统一般包括预处理系统、超滤膜装置和辅助设备装置。辅助设备装置包括反洗器、化学清洗设备等超滤系统。在应用过程中可以去除水中的悬浮物、胶体颗粒、细菌和大多数病毒以及大分子有机质。根据制药技术要求不同，为了保证纯化水的水质要求，还需要利用纳滤或者反渗透离子交换方法等进行除盐。

超滤膜装置包含超滤膜组件、进水泵和恢复超滤膜过滤性能的反洗泵、气擦洗压缩空气系统、仪表、管道、阀门等。在超滤系统设计过程中，还包括就地化学清洗设备，才能够对超滤膜进行定期清洗。根据原水的类型或者超滤进水水质的波动情况，可以对其他预处理技术进行应用。例如凝聚、澄清、沉淀或者颗粒介质过滤等。原水水质能够达到超滤净水标准的情况下，并不需要进行预处理工作，只需要通过预过滤器进行过滤即可。超滤工艺作为过滤精度比较高的水处理技术，其具有突出的抗污染、药剂用量少、水回收率比较高等特点，是当前反渗透系统在预处理过程中的最佳选择^[2]。

2. 超滤膜特点

超滤膜组件主要利用高强度中空纤维膜制作而成，其主要优势是能够有效滤除细菌病毒和胶体微粒，能够保护反渗透膜。在超滤膜组件应用过程中，PVDF聚合中空纤维强度比较高，具有较强的耐化学物腐蚀性能，能够提高超滤膜的使用寿命。亲水纤维膜丝的清洗过程比较简单方便，可以确保超滤膜性能长期稳定。

3. 超滤工艺流程

在超滤工艺运行过程中需要从以下流程出发进行分析：（1）清洗与消毒过程。在超滤膜上的固体物质积累会对膜通量产生影响。利用周期性频繁反冲洗能够恢复膜通量。膜本身具有良好的防污染和化学清洗的特点，可以满足化学清洗的需求。因为超滤工艺在使用过程中不会配置活性炭处理工艺，因此，在纯化水预处理过程中都有余氯。超滤不能利用巴氏消毒法，主要是因为中空超滤膜不耐高温，因此，主要是以化学消毒法进行消毒。（2）除余氯的过程。进入反渗透膜之前，必须去除纯化水预处理过程中的余氯。因为反渗透膜不耐受余氯，可以利用紫外方法，如果余氯未达标可以利用加药进行补充。因此，不需要利用活性炭处理工艺。虽然在去除余氯的过程中不需要使用活性炭，但是活性炭仍然具有去除异味和有机物的作用。利用活性炭能够有效去除微小颗粒、胶体细菌病毒和大分子有机物^[3]。（3）软化器设置。在传统的软化器设置过程中，主要是将其安排在超滤工艺之后，软化器能够降低水的硬度，能够保护反渗透膜，并且与传统工艺使用的消毒方法一致。目前，也有一些工艺不会设置软化器，主要利用除垢剂，但是其化学成分和残留情况还需要进行深入分析。因此，在此次超滤工艺设置过程中，并不推荐引入其他化学物质。（4）其他设计思考。在超滤设计过程中利用两路设计可以同时使用50%负荷，在一路超滤进行清洗、更换或者磨损的情况，另一路超滤可以单独运行，确保生产稳定性。要注意在两路超滤设计过程中，需要通过在线完整性测试、跨膜压差监测，如果发现磨损坏，需要关闭膜两端的阀门，并利用其他未损坏的滤膜，达到生产要求。在两极反渗透膜中第1级反渗透膜主要利用非耐高温膜作为预处理，而第2级反渗透膜为后处理工艺，可以利用非耐高温滤膜，降低膜成本。

3. 结语

现阶段，在纯化水制备过程中对超滤工艺进行应用十分重要。目前，大多数制药企业使用纯化水预处理工艺仍然是以传统的预处理工艺为主，主要是在超滤工艺应用过程中成本比传统多介质过滤器更高，在处理水量比较高的工厂能够实现收支平衡。除此之外，在超滤工艺预处理技术应用过程中，操作人员更加倾向于传统工艺，不愿意接受新的工艺，担心在超滤工艺使用过程中存在风险或者未完全理解超滤工艺的要求以及工艺设计的风险控制手段，可能会影响超滤工艺的运行水平。在超滤工艺纯化水预处理工艺过程中，出水水质比传统多介质过滤器更佳，可以减轻后续工艺的压力，保证纯化水或者注射用水的整体品质。并且超滤工艺的维护工作比较简单，反洗为自动持续进行，能够根据跨膜压差和产能下降的具体程度开展化学清洗过程，每3~5年更换超滤膜即可。因此，超滤工艺具有突出的应用优势，随着膜技术的不断发展，制药企业在纯化水制备过程中，对超滤工艺的应用也越来越普遍。

参考文献：

[1]田欣. 制药行业纯化水系统预处理工艺[J]. 化工管理, 2020(6):2.

[2]张元志. 一种超滤+反渗透工艺制取医药纯化水装置: CN212174532U[P]. 2020.

[3]沈晓强. 制药废水氮磷零排放技术研究[D]. 华东理工大学， 2017.