反渗透在制药纯水工艺中的应用.docx

反渗透在制药纯水工艺中的应用 石药集团中诺药业（石家庄）有限公司罗婷婷摘要：反渗透技术是一种新兴的液体分离技术，具有分离效率高，操作简单，环境友好等优点。文章介绍了反渗透的原理和常见流程，论述了反渗透在制药纯水工艺中的应用。关键词：反渗透；RO；应用自从20世纪50年代末至60年代初期，反渗透技术产品开始商品化并投放市场。由于反渗透分离无相变，除盐效率高，在制药工艺用水中使用还具有较高的除热原能力，反渗透设备可模块化，自动化程度高，能耗低，环境友好，因此成为制药用水工艺中首选的水处理单元。一、反渗透常用的工艺流程反渗透是利用RO膜的选择性，以膜两侧静压差为动力，克服溶剂的渗透压，允许溶剂通过而截留离子物质，对液体混合物进行分离的膜过程。RO膜表面微孔孔径一般小于1nm，对绝大部分无机盐、溶解性有机物、溶解性固体、生物和胶体都有很高的去除率。常见的流程有：原水原水箱原水泵机械过滤器活性炭过滤器软化器保安过滤器双级RO装置EID装置产品水箱分配管网1、单组件系统在单组件系统中，常常需要浓水回流以满足设计导则对元件回收率的要求，为了达到系统回收率高于50%，离开组件的浓水部分排放而其余部分则回流到高压泵入口，这样就增加了组件内的流速，高比例的浓水回流能帮助降低元件回收率，降低膜受污染的风险，但另一方面，它也存在以下缺点：需较大的高压泵；浓水回流比例越高，产品水质越低；2、多段式排列系统当要求系统回收率更高时采用一段以上的排列系统，就不会超过单支元件回收率极限，通常两段式排列系统就可实现75%的系统回收率，回收率的确定是按照每一段采用6支膜元件的组件推算出来的。一般而言，要求的回收率越高，必须串联在一起的膜元件就要越多；一个典型的排列比例为2：1，排列比例定义为两个相邻段内压力容器数量之比；往往由于常规产水水质不符合需要，不允许采用离子交换作为后处理，脱除细菌、微生物、热源和有机物特别重要，或系统需要极高的稳定性，需要设计多级RO系统。二、反渗透在制药用水工艺的应用我国在纯水、超纯水制备系统中，采用以RO和离子交换为主导工艺，比单一离子交换工艺，其制水成本约下降30%，节省酸、碱耗量约90%，提高树脂再生周期产水量约20倍。纯水、超纯水制备系统RO工艺的市场占有率高达95%以上。随着药品生产质量管理规范技术标准的深入贯彻与实施，RO水处理技术及设备已被制药行业广泛采用。以下举例说明药厂制药用水RO工艺。某厂需一套出水能力为10T/H反渗透系统，其水源为市政管网水。以下为其主要工艺流程：原水原水箱原水泵机械过滤器活性炭过滤器软化器保安过滤器双级RO装置EID装置产品水箱分配管网主要设计及参数（1）一级RO系统原水为市政自来水，溶解性总固体含量（TDS）为500mg/L；由于医药纯水系统采用巴氏消毒，故RO系统选用美国陶氏（DOW）RO卫生级反渗透膜元件；陶氏FILMTECTMRO型卫生级反渗透膜元件产水量高、产水水质好，能接受热水的消毒。元件采用无外壳的full-fit设计，消除了标准膜元件与压力容器内壁间的死水区，适用于有特殊卫生要求的应用场合，且所有的部件均符合FDA的标准。以下为该膜元件性能参数：一级RO系统选用RO-390-FF膜元件15支，每支膜壳5支，按照一级两段2：1杉形排列，设计回收率75%，产水量13.32m/h。（2）二级RO系统为避免外界环境对系统的污染，双级RO系统不设置中间水箱，一级产水直接进入二级RO系统。二级RO系统选用RO-390-FF膜元件12支，每支膜壳4支，按照一级两段2：1杉形排列，二级RO系统设计回收率78.61%，产水量10.47m/h。设计概要设计思路总结本套系统设计用于医药纯水，其关键思路有如下几点：1）考虑医药系统卫生等级要求，采用巴氏消毒（定期80热水消毒），选用可接受热水消毒的卫生级HSRO-390-FF膜元件（HSRO热消毒反渗透膜元件首次使用前应用热水进行热稳定性处理）；2）2）考虑医药系统卫生等级要求，降低外界对系统的影响，一级和二级RO之间避免使用中间水箱；3）为提高系统回收率和一级RO膜元件流速，一级部分浓水和二级全部浓水回流至一级进水口；4）由于RO膜元件对CO2去除率很低，导致二级RO产水电导率不理想；在一级RO至二级RO进水管路设置NaOH加药装置，使一级产水中CO2转化为HCO3-，利用反渗透对HCO3-高去除率，使产水电导率进一步降低；5）本系统设计系统通量（见上表）均满足陶氏膜设计导则；单支膜元件回收率（见上表）满足膜元件回收率要求；6）本设计二级RO浓水未满足5.7m/h（Fuil-Fit膜元件最低浓水流量）；本人认为要求RO浓水侧有足够的流量/流速是为了保证浓水侧错流，避免进水中微生物、有机物等在膜表面沉积，但本设计二级反渗透进水为一级RO产水，并且封闭式管道（无中间水箱），从设计上避免了有机物等杂质在膜表面沉积的可能；因此二级RO浓水流量低于膜供应商要求的最低流量是可以接受的。参考文献：1陶氏化学公司.陶氏膜产品与技术手册 -全文完-