纯化水制水系统设计方案

A. 浅谈药用纯化水制备系统的设计:制备纯化水的方法有

摘 要:制备出符合GMP标准的药用纯化水是制药生产的首要保障,两级RO+EDI的制水方式满足了现今生产用水需要。本文对二级RO+EDI的系统设计进行了简要介绍。关键词:药用纯化水 制备 设计
中图分类号:R658 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0195-01
药用纯化水对医药生产影响深远,由于它在药物生产中不仅作为清洗剂还同时作为原料参与生产,所以纯化水水质的优劣直接影响药物产品的质量。因此,制备出符合制药用水要求的纯化水是生产合格药品的首要保证,药用纯化水系统的设计又是所有一切的先决条件。因此,本文对纯化水制备系统设计进行简要分析。
1 纯化水制备系统概述
随着科学技术的长足发展,纯化水制备系统也有了很大改观,其处理技术先后经历了蒸馏法、离子交换技术、膜分离、反渗透(RO)和电法去离子(EDI),其设备也由单台制备机组发展到一整套完整的模块化制备流程。由于世界范围内对药物安全问题关注度日益提高,各国药典对制药用水的质量标准和用途都有了明确的定义和要求,为与国际接轨,严谨制水系统,现今纯化水制备过程多采用当今主流的二级RO+EDI的制备工艺来满足生产用水要求,力保产出符合各国GMP需求的水质。
扰伍2 纯化水制备系统的设计
由符合一定要求的饮用水到制备出符合药典标准的纯化水,整个制备流程可由预处理、初级除盐系统和深度除盐系统三部分组成。
2.1 预处理
预处理是制备纯化水的第一步,其主要功能是在保证不同进水情况下,去除水中微生物及化学物质,使两级RO系统获得一个稳定、合格的的进水水质,其主要包括:多介质过滤器、活性炭过滤器和软化器。
2.1.1 多介质过滤器
多介质一般由石英砂或者无烟煤为滤料,二者按粒径大小,由上到下填充于过滤器内,截留水中的大颗粒、悬浮物、胶体及泥沙等,使SDI值＜5,出水浊度＜1,保证达到后续进水要求。随着设备的持续运转,压差将不断升高,以3～10倍流速的清洁原水反冲洗可以去除滤料沉积物,降低过滤器压力,滤料得以再生。
2.1.2 活性炭过滤器
过滤介质通常由颗粒活性炭如椰壳炭、无烟煤等构成的固定层,不仅可以有效吸附水中的部分有机物(吸附率约为`60%左右),同时由于大量平均孔径在2mm～5nm的微孔和粒隙,使活性炭吸附表面积能达到500～2000m2/g,对水中的残余余氯离子有很强的脱氯能力,其次还能有效除去水中臭味、色度,以及残留的浊度。综合处理后,应保证出水余氯＜0.1ppm,SDI≤4。由于活性炭内部表面积大,流速缓慢,微生物易于滋生。为保证活性炭的吸附活性,应定期采用巴氏消毒控制微生物污染。
2.1.3 软化器
原水中的硬度主要由Ca2+、Mg2+组成,如在RO膜表面结垢,将堵塞反渗透膜,影响水的通量。衫逗因此,为防止钙镁盐的沉积结或李卖垢,目前软化器使用钠型阳离子树脂,利用树脂中可交换的Na+将水中的Ca2+、Mg2+交换出来,使原水软化成软化水,降低水的硬度,提高后续反渗透膜的使用寿命。生产中,软化器通常用一备一,利用PLC自动控制,完成树脂的转换和吸盐再生。
2.2 初级除盐系统
两级RO系统作为初级除盐,是整个制备过程的主要脱盐设备,它主要包括膜保安过滤器、高压泵、NaOH加药箱,两级RO装置。
2.2.1 膜保安过滤器
预处理阶段的小颗粒滤料由于泄漏的原因可能会随管路进入反渗透单元,从而阻塞反渗透膜,膜保安过滤器作为原水进入除盐系统的最后一层过滤屏障,能滤除原水中粒径≥5μm的微粒,为后续除盐系统提供可靠水源。因此,膜保安过滤也称精滤。
2.2.2 高压泵
反渗透需在较高的压力作用下才能使原水从浓溶液侧向稀溶液侧流动,高压泵就为该系统提供了这样的稳定动力源,保证了二级RO系统持续不断的稳定运行。由于高压泵的持续运转,宜配备高低压保护及过热保护,防止泵的损坏。
2.2.3 NaOH加药箱
溶解于水中的二氧化碳会使纯化水电导率变大,对于两级RO系统,NaOH加药箱放置于一级反渗透之后,用于调节一级出水pH值,使水中CO2气体分子在碱性环境中转换成CO32-离子溶解于水中,增加二级脱盐效果。
2.2.4 两级RO装置
两级反渗透过程是一种物理除盐过程,它利用半透膜的选择透过性,使原水中的水分子在压力作用下由浓溶液侧向稀溶液侧流动,经汇聚后进入后续EDI单元;而原水中的微生物、内毒素、胶体和各种盐类被截留下来,随浓水排放,系统脱盐率可达98%以上,排放的浓水收集后续可用做冷却塔的补水或用于厂区绿化。
2.3 深度除盐系统
EDI是两级RO之后的深度除盐,它是将电渗析和离子交换相结合的处理技术,利用阴、阳离子的选择性透过膜,在外加电场的作用下,完成阴、阳离子的定向迁移,达到深度除盐目的,制备出的纯化水电阻率可达15MΩ·cm以上。在整个除盐过程中,系统借助持续电解出的H+和OH-进行树脂再生,而不借助酸、碱试剂,保证了制备过程的连续、稳定、无污染。
3 结语
综上,两级RO+EDI的纯化水制备方式为药物生产提供了符合GMP标准的纯化水,并且整个制备过程节能、环保,符合当今药用纯化水制备的发展趋势,为药物生产提供了更好的保障。

B. 纯净水反渗透设备制取纯净水的工艺流程及方案

水厂纯净水设备制取纯净水的方案：纯净水系统的设计
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纯净水又名太空水，最初是美国太空总署为太空航行中的宇航员开发的，是无色、无味、无菌、无有害矿物质的高品质水。其生产技术核心为反渗透技术（RO法），采用孔径为0.2 nm的反渗透膜。反渗透的原水可采用自来水或泉水、井水，但必须配备一定的预处理。其供应方式可以采用集中管路供应和集中处理、分散供水两种形式。有益于人体的有机矿物质仅有1%来自水中，其他绝大多数来自食物，因此饮用纯净水不会造成生活中微量元素的缺乏。

1 纯净水给水系统设计

目前纯净水系统设计还存在一个逐渐系统与完善的过程，一般依经验进行设计。现介绍重庆某生活小区纯净水分质供水系统的设计。

1.1 饮水器与饮水定额

饮水器喷嘴设计参数：额定流量0.05 L/s，当量0.25，支管管径15 mm，配水点前所需流出水头0.020 MPa。饮水器管道最好不要暗埋，以有利于检修。

每户人口：4人

饮水定额：4L/(人．d)

用水小时：6:00-24:00，共18 h

时变化系数Kh：4.0

1.2 纯净水生产工艺流程

纯净水生产工艺包括预处理、反渗透、供水循环设施和监测控制设施及系统四部分。预处理包括砂滤、炭滤和软化等，用以去除原水中的悬浮物和胶体，去除余氯，降低浊度和硬度，以保证反渗透系统进水水质满足：〔Cl-〕＜0.1 mg/L，SDI＜4.0。

在上述工艺中，砂过滤器应保证出水浊度＜5 NTU；20μm精密过滤器是截留前工艺中被带出的活性炭粉末及软化罐中树脂溶出物（依工程实际情况有时可以不用）；保安过滤器是去除5μm以上悬浮物，保护反渗透膜；供水设施——加压采用变频调速系统，管材推荐采用不锈钢材质，立管用设计秒流量进行设计，供水泵、小区配水管等采用最高日用水量进行设计。

上述工艺的处理效果为：原水总固体从200mg/L左右可降到1.6mg/L，电导率从300μS/cm左右可降到3μS/cm（原水电导率＜800μS/cm时，可保证出水电导率<10μS/cm）。

目前国产产品可以替代除高压泵和膜元件以外几乎所有的设备和配件，在保证产水质量的基础上，价格较进口设备降低1/3～1/2。例如：国产开发的光氧化消毒器是一种高效的灭菌装置，已在很大程度上取代了紫外杀菌器，造价仅为后者的2/3。
2 各种管材对纯水水质的污染比较
就纯净水供水管材对纯净水水质的影响作了调研，这种影响可以用材料对净水的污染值指标来衡量。单位面积的材料使单位体积去离子水（纯净水）电阻率的增加值叫该材料对净水的污染值。不同材料对净水的污染值见表1，不同时间内溶出的Na、Fe、Ca量见表2。

表1 不同材料对纯净水的污染值 材料 聚四氟

乙烯管 聚丙

烯管 ABS管 有机玻

璃管 不锈

钢管 硬聚氯

乙烯管 灰聚氯

乙烯管

污染值 0.070 0.138 0.210 0.810 1.000 4.250 4.460

表2 各种材料在不同时间内溶出的Na、Fe、Ca量 材 料 1.0 h 24.0 h 48.0 h 72.0 h

Na Fe Ca Na Fe Ca Na Fe Ca Na Fe Ca

聚四氟乙烯管 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

聚丙烯管 0 0 0 0.10 0.25 0.15 0.12 0.19 0.04 0.20 0.25 0.15

ABS管 0 0 0 0.10 0.20 0.25 0.10 0.20 0.20 0.20 0.25 0.20

有机玻璃管 0 0 0 0.20 0.20 0 0.40 0.50 0 0.40 0.50 0.30

聚氯乙烯硬管 0.33 0.35 0.50 0.50 0.83 1.2 2.5 2.0 11 2.66 2.0 12.0

聚氯乙烯灰塑料管 0.63 0 1 1.90 1 5.30 2.50 2 11 2.50 2 15.5

不锈钢管 0 0 0.2 0 0.35 0.17 0.35 0.17

聚乙烯水龙头 0.14 1 20 0.71 1.5 3.5 0.85 2 4.5 1.6 2 4.5

国外聚丙烯 0 0 0 0.46 0 0.46 0.58 0.38 0.85 0.58 0.38 1.0

注 表中离子浓度通过无火焰原子吸收分光光度法测定。

由表1不难看出，不锈钢管材对纯净水的污染较PVC管等其他塑料管的污染都小，因此从保证供水水质角度出发，宜采用不锈钢管作为纯净水的输配水设备。

另外从不同管材运行安装情况来看，钢塑管的内层塑料接口不易紧密，小管径管中钢塑两层间易起泡及脱层；铝塑管的铝皮在土建与安装中易损坏，接口处易产生相对较大的温度应力，接头易老化与漏水；UPVC管的粘接接头易老化，长期使用水中易产生臭味，承高压有一定问题。因此从实际使用情况出发，推荐使用不锈钢管作为直接饮用水的输水管道。经分析，北京生产的CPD不锈钢管性能较好，但限于产量原因，价格要高一些；日本的薄壁不锈钢管的性能价格比较好。

3 循环管网的序批循环供水方式

循环管网为供水管网服务，其作用有二：保证在夜间无用水时净水站供水泵正常运行；保证管网中给水干管和立管内水的水质。为减少能耗，在保证水质的情况下，应当尽量减少循环水回水流量。建议采用部分管网水循环回水的（立管）序批循环供水方式，回水由干管控制阀门自动控制即时的回水立管和立管回水水量，回水水质可进行连续监测。各立管循环回水历时依不同立管回水时的回水管网中水容积占总供水管网（含循环管网）容积的比例确定。循环过程中切换历时为10 min。如：某一时刻立管1正在循环回水，此时其他立管未回水，在经过一定的时间后，立管1停止回水，由控制阀门控制立管2开始循环回水，此时除立管2外，没有立管在循环回水。经过设定时间后，又切换为立管3开始循环回水，……最后又依设定顺序切换回立管1回水。采用（立管）序批循环供水方式后，设计工作量减小，循环管管径大大减小，同时运行时的能耗也大大降低。

4 监测与控制系统设计内容
监测与控制系统设计内容包括水质监测方式，水质监测，水压控制，水质控制，水量控制方式，循环控制方式，事故报警系统等。

纯净饮水的供水系统可以采用全自动、变频调速恒压供水方式，采用可扩展的上位机联接接口，以及出口流量计，并提供通讯协议及上位机所用的驱动程序。具体如下：

① 上位控制计算机：考虑到降低控制成本和提高计算机综合利用率，上位控制计算机选用工业级PC，它同时也作为售水管理系统用计算机。

② 数据库：可采用Microsoft Access。

③ 接口卡：12位16路双端输入2路输出A/D-D/A卡（用于模拟量采集和调节阀门控制）。

④ RS485×2串口卡：电量的采集和下位机联接等。

⑤ 24路双向可控硅接口：用于控制元件驱动。

⑥ 一次仪表：压力变送器（近、远供水端压力测量）；浊度变送器（处理前、后水浊度测量）；电导变送器（处理后水电导率测量）；二氧化氯含量变送器（处理后水二氧化氯含量测量）；电量变送器（电耗测量后作经济运行方案和成本计算）；流量变送器；控制阀门；二位阀（制水、供水工艺过程完成执行控制）；调节阀（进水量调节控制）；上位机检测、控制软件（根据详细的工艺要求而编制）；售水管理系统（根据管理和销售的要求而编制）；供水分析系统（水质、水压、水量分析等）。

我国城市人均生活用水量195.4 L/d（普及率为93%），时变化系数为1.5～1.7。人均饮水量为1.5～2.5 L/d，上海地区为2～3 L/d，占生活用水总量的2.5%左右。饮用水按天然水、自来水、开水、矿泉水、蒸馏水、纯净水的顺序发展，美国1991年纯净水产量为19.3×105 m3，营业额高达20亿美元，目前欧美国家纯净水销售量已经是矿泉水的70倍。区域性缺水、水源的污染造成自来水水质下降以及不断提高的生活水平是目前推行纯净水的主要原因，不过有必要说明的是，目前我国的水质满足GB 5749—85就可以饮用，纯净水的出现是人们生活水平提高的一种体现

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C. 纯化水系统设计 储罐和制备系统大小应该怎么分配

还是要根据你的最大用水量来决定的

储罐一般是你最大用水量的1~1.5倍
制备系统可以略小，0.8~1倍的最大用水量，制备小了，水罐就要大点。

尽量不要选择过大储罐，会造成水的积存，不符合GMP要求

D. 医疗器械清洗用纯化水设备用水要求及解决方案

医疗器械清洗用纯化水设备用水要求符合2012版中国药典就可以了，设计解决方案包含内容比较多，涉及到企业内部资料，也不适宜在此出现，先讲下解决方案中的工艺流程：
医药行业制备纯化的工艺大致分成以下几种：
1、原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器（可选）→保安过滤器→一级反渗透设备→无菌纯水箱→纯水增压泵→紫外线杀菌器→微孔过滤器→EDI系统→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线杀菌器→微孔过滤器→用水点
2、原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器（可选）→保安过滤器→第一级反渗透→纯水箱→纯水增压泵→第二级反渗透→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线杀菌器→微孔过滤器→用水点
3、原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器（可选）→保安过滤器→第一级反渗透机→纯水箱→纯水增压泵→第二级反渗透→无菌纯水箱→纯水增压泵→紫外线杀菌器→微孔过滤器→EDI系统→菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线杀菌器→微孔过滤器→用水点（原水水质电导率1000μS以上建议使用此工艺流程）

以上资料来自：十大优秀水处理工程商-科瑞环保，仅供参考！

E. 制水系统的流程图和各个设备的作用

纯化水设备处理工艺流程：

1、原水→原水增压泵→多介质过滤器→软水器→活性碳过滤器→精密过滤器→一级反渗透→中间水箱→中间水泵→离子交换器→纯化水箱→纯水泵→用水点→紫外线杀菌器→消毒装置

2、原水→原水增压泵→多介质过滤器→软水器→活性碳过滤器→精密过滤器→一级反渗透 →PH调节→二级反渗透→纯化水箱→纯水泵→用水点→紫外线杀菌器→消毒装置

3、原水→原水增压泵→多介质过滤器→软水器→活性碳过滤器→精密过滤器→一级反渗透 →PH调节→二级反渗透→EDI系统→纯化水箱纯水泵→用水点→紫外线杀菌器→消毒装置

超纯水系统设备的脱盐核心部件为进口反渗透膜组件，超纯水系统设备通常由预处理部分，反渗透主机部分，后处理部分共同组成。

1、预处理由石英砂过滤器、活性碳过滤器、全自动软水器、精密过滤器组成(我司采用全自动控制阀头)，也可选用超滤系统作为预处理，但通常工程造价要高。预处理主要目的是去除原水中含有的泥沙，铁锈、胶体物质、悬浮物、色度、异味、生化有机物。当原水中硬度较高时，可选择全自动软水器，这样有效的保护了反渗透膜，从而延长了反渗透膜的使用寿命。

2、反渗透主机主要由高压泵、膜壳、进口反渗透膜组件，在线仪表、控制电气等组成。只要膜的数量及泵的型号选型得当，反渗透主机脱盐率及产水量都能达到额定指标，出水电导率可保证在≤10us.CM以下，(原水电导率小于500us/cm,工作温度：1～40℃)

F. 纯水设备的工作流程是什么

纯水设备制备工艺流程

一、传统工艺

1、预处理系统→反渗透系统→中间水箱→版粗混合床→精混权合床→纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→抛光混床→精密过滤器→用水对象 （≥18MΩ.CM）

2、预处理系统→反渗透系统→中间水箱→纯水泵→粗混合床→精混合床→紫外线杀菌器→精密过滤器→用水对象 （≥15MΩ.CM）

二、最新工艺

1、预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯化水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→抛光混床→0.2或0.5μm精密过滤器→用水对象（≥18MΩ.CM）

2、预处理→一级反渗透→加药机（PH调节）→中间水箱→第二级反渗透（正电荷反渗膜）→纯水箱→纯水泵→EDI装置→紫外线杀菌器→0.2或0.5μm精密过滤器→用水对象（≥17MΩ.CM）

3、预处理→反渗透→中间水箱→水泵→EDI装置→纯水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→0.2或0.5μm精密过滤器→用水对象（≥15MΩ.CM）

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G. 纯化水的制备方法

纯化水制备主要由五个部分组成：预处理、初级除盐装置、深度除盐装置、后处理装置、纯化水输送分配系统。工艺流程包括：原水→原水加压泵→多介质过滤器→活性炭过滤器→软水器(或阻垢加药装置)→精密过滤器→第一级反渗透 →PH调节→中间水箱(可选)→第二级反渗透(反渗透膜表面带正电荷)→纯化水箱→纯水泵→紫外线杀菌器→ 微孔过滤器→用水点。
万达环保为您解答

H. 如何生产纯水

如果在实验室的话，你可以通过蒸馏的办法,如果生产的话可以用电渗析方法或反渗透法，或者二者组合使用再加上紫外杀菌仪器生产。

I. 纯化水设备设计应该遵循哪些原则

良好的设计才能够保障设备稳定的运行，为制药企业提供优质符合标准的生产水源，满足最新版GMP标准要求，另外，纯化水设备也根据用户实际需求设计。
纯化水设备设计遵循原则
1、整套装置遵循一个程序运行。即使无用水需求，纯化水制备系统也保持循环运行。
2、RO装置带有自循环管路，在储罐液位满，不需进水时，设备自动切换至小循环运行状态，二级RO产水返回中间水储罐。
3、对一级，二级RO产水的电导率、一级产水PH值进行连续性的监控，带有不合格水排放和自动报警功能。
4、系统为24h不间断运行，无用水需求时保持布水管路内低流速循环防止死水产生。
5、为方便验证每个处理单元的出水质量，对单体设备的性能进行确认，各设备单元设置取样点。
6、在线监测RO进水的温度、流量、压力和产水电导率、pH值、流量和压力等，RO进水的温度、产水电导率、pH值等具有记录、不低于6个月储存空间和打印功能。
7、系统消毒：系统使用巴氏消毒;配置独立的清洗系统，纯水分配系统设计巴氏消毒。
8、设备的安全性可靠，在首先保护操作人的前提下保护设备的安全，对安全隐患处加装保护装置和警示标志。
9、所有与产品水接触部件采用316L不锈钢，纯水罐机械抛光后内表面Ra<0.4μm，外表面哑光处理。
除了设备整体配置结构设计要遵循相关原则外，水质输送管道的设计和安装也应避免死角、盲管，接口和弯头处光滑平整，医药纯化水设备出水水质不受到二次污染，安全供应!