全膜法水处理工艺在制药行业中的应用(一)

         在制药工业中引进和利用全膜法水处理工艺来代替传统的旧工艺进行纯水的制作和提炼，不仅可以获得符合制药要求的纯水，还可在制作过程中减少对自然环境的污染以及手工劳动力，获得纯水制备的高效率和低成本效益。本篇文章以某水站对纯水的制备为例，从水站的工艺设计以及运行优势两大方面作相关论述，得出全膜法处理水工艺在制取和制备高纯水工业中发挥着巨大的作用，适合在制药行业中广泛的推广。

       作为制药原料之一的纯水制备的需求量及要求也越来越高，原纯水站为离子交换制水工艺，因其水量及环保方面不能满足要求，而且太湖蓝藻污染所带来的危害愈发严重，故新水站采用了现今先进的高纯水处理工 艺，即全膜法水处理工艺，既能减少酸碱排放量又 能抵御日趋严重的水环境污染，并且便于管理，自动化可靠性强。

1.新水站工艺设计

1.1 工艺设计对比　

在设计本次新水站的基本工艺时，对传统水处 理工艺与我们准备采用的工艺进行了比对和研究：

（1）预处理系统

传统砂、炭过滤与砂、UF 作对比。炭与UF 的主要作用是去除有机物，但活性炭吸 附有机物后滋生细菌，细菌的排泄物又再次污染水 质，同时活性炭在水流作用下会释放出微细炭粒， 会污染后续工艺中膜表面。 在医药行业水处理中采用UF 膜的优点在于不会产生活性炭的种种弊端，而且可根据水质要求选择不同分子量的UF 膜，以满足用户的需求。

（2）除盐系统

传统软化一级RO 除盐与二级 RO 作对比。软化系统的失效是一个逐步的过程，其 终点难以掌握，靠定时抽查分析，往往会失效后还 在使用。而一级RO 去除率是一个常数。原水的硬度 高了，处理后产水的硬度也会高，软化工艺往往因 原水波动大造成泄漏过多而影响后续的处理效果。 二级RO 的除盐率高达99 %以上，除硬水以外，通 常都能满足要求。

（3）深度除盐系统

传统混床除盐与EDI比对。混床除盐效果很好，问题是操作麻烦，需要消耗大 量的药剂再生，同时带来环保问题，混床用强酸性阳树脂再生剂HCl 的比耗（按100 %计）50~ 150 g/L， 浓度5 %~8 %。强碱性阴树脂再生剂NaOH 的比耗 60~150g/L，浓度2 %~4 % 。制取高纯水的离子 交换树脂往往都采用高比耗的再生剂，所以酸碱的 用量非常大。由此造成的运输、储存、使用、废液等 问题。而EDI 结构紧密，占地小，操作简单，完全自 动化，水质稳定，运行可靠。EDI系统运行只要严格控制好RO纯水水质符合EDI进水要求，就可确保EDI 长期稳定运行，产水水质稳定。

1.2 全膜法水处理工艺

全膜法是将“超滤—反渗透—EDI”三种膜分离 的技术相组合，分别作为预处理、预脱盐和精脱盐， 达到高效去除污染物以及深度脱盐的目的 ，工艺流程如图1所示。 全膜法水处理工艺弥补了传统水处理技术上的不足，解决了日益增加的高难度、复杂水质处理 的市场需求，这种工艺可有效改进整个水处理系统 的性能和可靠性，节约成本，提高系统稳定性，以更加紧凑、可靠的膜工艺流程，实现高性能、高效率、 低成本的处理效果 。

1.2.1 采用两套并列运行的预处理设计

进水量设计在 60 m³ /h，预处理产水量要求50 m ³ /h。预处理采用双线设计：即两套并联的30 m ³ /h 的砂滤+25m ³ /h的超滤（UF），2 条处理线 相对独立但也有相关。有效降低产水的波动程度， 大大减小单个设备体量，故障时有缓冲余地。 两套平行运行的砂滤、超滤实现完全自动运 行、水反洗、气洗、超滤在线清洗和药洗，自控程序 中设定好所有步骤，并采取措施防止两套装置同时 反洗的情况发生，使两套系统至少有一套处于运行 状态，不影响后续设备的正常运行。

1.2.2 进水温控保持进水温度恒定

考虑到水温的变化对于进水设有板式热交换 器，控制水温恒定在25 益左右，换热介质为冷冻水 及蒸汽，夏天水温高于设定温度时采用冷冻水降 温，冬天当水温低于设定温度时采用纯蒸汽加热升 温，可使后续设备产水不受外界温度变化影响。因 为反渗透的产水在不同温度时变化很大，温度每降 低1 益，产水量下降约3 %耀4 %  ，水温控制稳定 后，反渗透产水水量稳定。

1.2.3 超滤设计

设计选用耐污性能好、并且易于反洗恢复通量 的聚偏氟乙烯（PVDF）双皮层中空纤维结构的外压 式超滤膜，截留分子量为10 万Dalton。超滤运行设 计通过增加气冲，在线自动化学清洗，降低回收率， 浓水循环等手段，减小设备的污染速度，以期尽可 能地延长药洗周期，降低停工频率。特别是超滤有 每半小时一次的反洗程序，包括有气水双洗、水反 洗、正洗，及时阻止污染物在膜表面的堆积，运行稳 定，使超滤膜化学清洗的周期大大延长。 超滤比原有的活性炭工艺，在制药行业的GMP 验证中有明显的优势。由于活性炭容易孳生细菌， 故还需配备活性炭杀菌消毒系统，但实际应用下来，活性炭的杀菌工艺总不能达到理想效果。

1.2.4 反渗透设计

设计中考虑采用抗污染性较好的苦咸水元件， 并采用一壳五芯设计，提高设备的处理性能。一级 反渗透用BW30-365 共40 支，一壳五芯、5-3 排列； 二级反渗透用BW30-400 共25 支，一壳五芯、3-2 排列；一级进水加药有阻垢剂、亚硫酸氢钠，分别用 以防止结垢和去除余氯；二级加药为氢氧化钠用以 调节pH。 二级浓水用部分回流至高压泵前，因为二级的 回收率高，浓水侧流速偏低，这样的设计可以加快 进水侧的流速，在湍流的情况下，破坏了滞留层，膜 表面不易结垢，增加除盐效果。同时因为浓水是偏 碱性的，而一级产水是偏酸性的，可以起到中和作用，减少碱的加入量。

1.2.5 EDI设计

设计采用了8 台GE MK-2 模块，每台设计产 水2.75 m ³ /h，最终产水22 m ³ /h，同样考虑到以后 扩大生产时需水量上升所需，设计余量为20 %。多台模块并联的情况，必须注意每台模块的进水量和 出水量的一致恒定，所以本次设计安装时为每个模 块都配有独立的调节流量装置，做到每个模块浓 水、产水、极水的流量基本一致，运行稳定，延长模 块运行使用寿命。