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應(yīng)用：制藥水處理中的水處理和消毒
閱讀：5 發(fā)布時間：2024-8-6
制藥用水儲存和分配系統(tǒng)的臭氧消毒和消毒
在制藥工業(yè)中，軟化水在生產(chǎn)和工廠清潔中用途廣泛。生產(chǎn)和提供穩(wěn)定可靠的水質(zhì)具有重要的經(jīng)濟和技術(shù)意義。根據(jù)歐洲藥典（PH.EUR），飲用水被規(guī)定為起始培養(yǎng)基。由此生產(chǎn)的不同水質(zhì)（PW純凈水，HPW高純水和WFI注射用水）均受藥典中規(guī)定的嚴格質(zhì)量標(biāo)準的約束。
水處理和超純水生產(chǎn)通常由以下符合制藥要求的主要成分組成：
可反沖洗預(yù)過濾
雙軟化設(shè)備
兩級反滲透裝置
CO2膜脫氣
EDI電去離子
由工廠工程公司根據(jù)制藥廠的用水需求和特殊要求設(shè)計的冷 WFI 生成超濾。
制藥用水水處理示例示例
通常，處理廠和發(fā)電廠連續(xù)運行，從而生產(chǎn)庫存水。儲存在水箱中的水通過環(huán)形總管泵送到各個消耗點，并通過回水管返回水箱。
在操作實踐中，所需的水質(zhì)并不總是一個恒定的參數(shù)。由于儲存和分配系統(tǒng)中的各種影響因素，化學(xué)參數(shù)，尤其是微生物水參數(shù)——電導(dǎo)率、TOC、細菌計數(shù) （CFU/ml）、內(nèi)毒素——可能會發(fā)生變化。因此，在工廠設(shè)計過程中，必須考慮存儲和分配系統(tǒng)的可持續(xù)消毒。
首先，避免微生物和相關(guān)污染的進入以及潛在的生物膜形成被認為是一個重要目標(biāo)。
超純水污染的主要來源是：
從水處理廠進入
通過系統(tǒng)開口（如配件）進入
通過攻絲點和閥門造成的回污染
安裝和維修工作期間的進入
為了避免這些對環(huán)形總管和水箱中的制藥水質(zhì)產(chǎn)生危險的破壞性影響，必須計劃、實施和驗證一致的措施：
材料及材料：
為管道和容器施工選擇合適和允許的不銹鋼部件（1.4404、1.4435）;使用由不銹鋼或塑料材料（PTFE、PFA、PVDF）制成的介質(zhì)接觸配件和儀器，符合符合制藥標(biāo)準的 GMP 標(biāo)準;必要時進行冗余設(shè)計。
管道和容器結(jié)構(gòu)考慮到低表面粗糙度（最小< 0.8 μm）、無死角和避免短截線。
水消毒和消毒
確定由于細菌計數(shù)增加和細菌內(nèi)毒素增加而導(dǎo)致微生物生長的消毒程序。
實施儲罐和環(huán)管水消毒和消毒工藝工程的策略，特別是防止生物膜形成的策略。
使用合適的材料和設(shè)備技術(shù)，如儀器和配件，來建造和運行制藥用水儲存和分配系統(tǒng)是當(dāng)今的“****"。金屬和聚合物材料的質(zhì)量可以通過符合 DIN EN 10204 3.1 或 21 CfR 177ff（FDA 符合性）和歐盟指令 1935/2004 的材料證書來驗證。
接液部件的衛(wèi)生設(shè)計是環(huán)形管道系統(tǒng)規(guī)劃和實施的一個組成部分。
因此，在新設(shè)計和工廠擴建中不應(yīng)發(fā)現(xiàn)不合適的材料或劣質(zhì)材料。在較老的植物中，例如具有短線的植物，不能排除這種情況。例如，沉積物或生物膜可能在流動不良的管段中形成，這些管段在很長一段時間內(nèi)無法識別，如果它們因流動而斷裂或微生物擴散到水相中，則會導(dǎo)致相當(dāng)高的風(fēng)險。
這個問題清楚地表明，水基質(zhì)，特別是藥用水的微生物質(zhì)量可能會發(fā)生變化，部分原因是在短期內(nèi)由于閥門缺陷，或者由于未被識別的生物膜生長而隱蔽地發(fā)生變化。同時，已經(jīng)證明即使在非常低的TOC水平下，細菌繁殖和生物膜基質(zhì)的形成也是可能的，特別是在次優(yōu)的水力條件和流動條件下。
潑水、管道清潔、組件更換以及相關(guān)的工廠和生產(chǎn)停機造成的財務(wù)負擔(dān)和損失可能是巨大的。因此，當(dāng)務(wù)之急是制定并在技術(shù)上實施一個全面的概念，通過對環(huán)管進行消毒來對儲存的藥用水進行可靠的消毒。
循環(huán)水的連續(xù)紫外線照射不足以確保對罐體容積和環(huán)線的可靠網(wǎng)絡(luò)保護。254 nm 處的紫外線輻射的殺菌效果**于紫外線反應(yīng)器的照射場。
在操作實踐中，使用多種消毒過程來保持儲存和分配的水的微生物質(zhì)量。對于冷藏的PW和HPW系統(tǒng)，使用85°C的熱水消毒，并越來越多地使用臭氧消毒;對于WFI，純蒸汽消毒，121°C的加壓熱水消毒，以及較新的冷操作系統(tǒng)，臭氧處理。
純蒸汽和加壓熱水：
純蒸汽是通過各種蒸發(fā)過程產(chǎn)生的，就像在壓力下產(chǎn)生熱水一樣，幾十年來已被證明是一種的消毒和/或熱儲存方法。工廠和絕緣技術(shù)可以被認為是復(fù)雜的，投資和運營成本高于熱水或臭氧消毒。
熱水
通過熱交換器生產(chǎn)熱水是對PW和HPW回路系統(tǒng)進行定期熱消毒的常用方法。安裝成本通常較低，有效能源成本取決于加熱頻率。
臭氧
臭氧作為一種溶解在水中的殺菌劑，滿足儲罐和管道中持續(xù)可靠水質(zhì)的要求。與熱消毒相比，臭氧具有優(yōu)勢，即系統(tǒng)中 99% 的水可以持續(xù)暴露在儲罐中的低臭氧濃度下。這使得臭氧儲存相當(dāng)于一個自我消毒系統(tǒng)，可與帶有熱儲存的WFI相媲美。
電解產(chǎn)生的臭氧
臭氧由超純水在現(xiàn)場原位電解產(chǎn)生，并直接混合到環(huán)管中。臭氧被認為是技術(shù)上的消毒劑，具有非常高的氧化電位（EOP 2.08）。在20-50 ppb溶解臭氧的范圍內(nèi)，對微生物生長的有效性已被證明。
多年來，電解產(chǎn)生的臭氧在PW或HPW儲存和分配系統(tǒng)中的使用非常成功，無需進行熱消毒。該工藝具有可靠性高、操作安全、能耗低等特點。
根據(jù)美國USP和歐洲藥典，現(xiàn)在允許通過膜設(shè)備冷生產(chǎn)WFI。該工廠技術(shù)使用超濾作為最終的微生物屏障，與蒸餾技術(shù)相比，可以降低運營成本并顯著降低能耗。因此，WFI可以在低臭氧濃度下可靠地冷藏（15-25°C）儲存在儲罐中，并泵送到環(huán)管中的消耗點。
電解臭氧的產(chǎn)生發(fā)生在一個緊湊的流通式電解槽中，該電解槽內(nèi)置了特殊電極（陽極、陰極、固體電解質(zhì)）?；诖呋娊庠?，氧氣/臭氧以陽極產(chǎn)生，氫氣以陰極方式產(chǎn)生。半透膜同時充當(dāng)電解質(zhì)和隔膜，安裝在多孔陽極和陰極盤之間：
陽極和陰極工藝電解槽結(jié)構(gòu)示意圖
帶流量計的MkIV電解槽;** 4 g/h 臭氧
活性陽極表面約為 30 cm2 的臭氧池在 60 A 電解電流和 100 l/h 超純水流速下產(chǎn)生** 4 g/h 臭氧。在陽極以氣態(tài)形式產(chǎn)生的臭氧溶解在連續(xù)的水流中，并從電解池的旁路管線輸送到儲存和分配系統(tǒng)。臭氧生成和混入超純水的技術(shù)工作量很低。沒有像傳統(tǒng)臭氧發(fā)生器那樣的工作氣體、空氣或氧氣，也不需要噴射器或擴散器技術(shù)來溶解水中的臭氧。含臭氧的水與主流混合，并通過潛水噴槍分散到儲罐中。
在環(huán)線的進料管路中安裝了帶有低壓燈的紫外線系統(tǒng)，通過波長為 254 nm 的光化學(xué)分裂，可靠地將物理溶解的臭氧轉(zhuǎn)化為氧氣。在采樣點，制藥用水必須可核實無臭氧。使用電化學(xué)測量探頭或紫外光度計連續(xù)監(jiān)測環(huán)線流動和返回中的無臭氧水和臭氧濃度。
圖4示意性地顯示了用于生產(chǎn)PW或HPW的主要水處理組件，以及具有電解臭氧發(fā)生器的儲存和分配系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，用于分解溶解臭氧的UV系統(tǒng)和臭氧測量技術(shù)QIC。
建造一個帶有水箱和環(huán)線的制藥用水生產(chǎn)廠;包括臭氧發(fā)生器、紫外線系統(tǒng)和臭氧測量技術(shù)
來自儲罐的廢氣可能含有氣態(tài)臭氧，應(yīng)在安裝在排氣管路中的無菌過濾器下游催化破壞臭氧。臭氧破壞器反應(yīng)器安裝在生產(chǎn)線中，并使用由混合氧化物或貴金屬顆粒制成的特定臭氧催化劑工作。
通常，在許多系統(tǒng)中，儲罐持續(xù)暴露在30-50 ppb的臭氧中，從而保護系統(tǒng)中**體積的水免受微生物污染。
當(dāng)不需要去除超純水時，例如在晚上或周末，始終可以對環(huán)線進行定期臭氧消毒。紫外線系統(tǒng)被關(guān)閉，整個環(huán)線和水箱在可調(diào)節(jié)的時間段內(nèi)暴露在臭氧中。如果在回流中連續(xù)測量到80 ppb臭氧的設(shè)定值，例如，在5小時的時間間隔內(nèi)，可以假定消毒過程成功。操作員可以根據(jù)同時測量的微生物污染和TOC濃度數(shù)據(jù)，檢查和評估特定工廠所需的臭氧劑量（濃度x時間段）。
與在121°C或無菌蒸汽下產(chǎn)生熱量相比，生產(chǎn)4 g/h臭氧的耗電量非常低，約為300 W，即約75 W/g臭氧。帶有 20 m3 儲罐的循環(huán)系統(tǒng)可以可靠地防止微生物污染和生物膜形成，臭氧輸出**功率為 4 g/h。
臭氧系統(tǒng)技術(shù)是根據(jù)儲存和分配系統(tǒng)的規(guī)格和水力數(shù)據(jù)設(shè)計的，由以下主要部件組成，集成在環(huán)形管道系統(tǒng)中：
電解臭氧發(fā)生器 MkIV
帶有集成、可調(diào)節(jié)電解槽（1、2 或 3 個）的發(fā)生器系統(tǒng)，每個單元** 4 g/h 臭氧
UV系統(tǒng) UVprofessional PHARMA
帶有單射流和多射流低壓發(fā)射器的不銹鋼反應(yīng)器，用于分解溶解臭氧，包括校準的紫外線傳感器系統(tǒng)
催化殘留臭氧破壞臭氧破壞
反應(yīng)器系統(tǒng)采用混合氧化物催化劑填充和供風(fēng)加熱，用于船舶排氣
用于溶解臭氧和環(huán)境空氣監(jiān)測的在線測量技術(shù)
用于液相和氣相測量的電化學(xué)和電化學(xué)傳感器技術(shù)
