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水處理知識(shí) 制藥用水技術(shù) 生產(chǎn)部 一 制藥用水的概念 制藥用水是成方及單方制劑生產(chǎn) 使用過程中用作藥材的凈制 提取或制劑配制和使用時(shí)的溶劑 稀釋及制藥器具的洗滌清潔用水 二 制藥用水的分類 包括飲用水 純化水 注射用水和滅菌注射用水 應(yīng)根據(jù)各生產(chǎn)工序的使用目的和要求生產(chǎn)與選擇適宜的制藥用水 天然水不得用作制藥用水 飲用水為天然水經(jīng)凈化處理所得 其質(zhì)量應(yīng)符合中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB5749 85 生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 純化水為飲用水經(jīng)蒸餾法 離子交換法 反滲透法或其他適宜方法制備的制藥用水 純化水有多種制備方法 應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)測(cè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié) 防止微生物污染 注射用水為純化水經(jīng)蒸餾所得的制藥用水 滅菌注射用水為注射用水經(jīng)滅菌所得的制藥用水 三 常用哪些方法對(duì)水進(jìn)行預(yù)處理 原水一般含有較多機(jī)械介質(zhì) 膠體物質(zhì) 微生物和活性剩余氯等 在制備制藥用水前 必須先進(jìn)行預(yù)處理 原水預(yù)處理通常是指凝聚澄清 濾過 吸附 軟化 脫氣和殺菌消毒等工序 有下列常見預(yù)處理方法 含鐵 硅離子量較高的原水 即使?jié)岫炔桓?由于對(duì)離子交換樹脂和反滲透膜有嚴(yán)重危害 通常要用凝聚澄清法促使其沉淀除去 凝聚澄清一般采用投用藥劑的方法 常用藥劑有 0 1 0 2g硫酸鋁鉀 10L水 0 5 1 0g羥基氯化鋁 10L及0 001 0 02 硫酸鋁等 影響凝聚效果的主要因素有水的pH值 水溫 水中含鹽成分等 投加藥劑可用旋流式反應(yīng)器 泵前投料 管內(nèi)投料等方式 原水通過以石英砂為濾材的濾過器粗濾除去懸浮粒子以及通過燒結(jié) 線繞或纖維膜的深層濾過裝置等精密濾器 除去粒徑5 m以上的懸浮顆粒和膠體顆粒 原水通過以活性炭顆粒為吸附濾過填料的吸附柱 顆粒粒經(jīng)0 4 1 6mm 平均微孔孔徑2 5nm 比表面500 2000m2 g 通常填料層高0 75 3m 濾速6 12m h 吸附除去膠體及溶解的有機(jī)物 脫除余氯 可保護(hù)后續(xù)制水工藝中的離子交換樹脂或反滲透 原水中Ca2 Mg2 含量較高 含鹽量超過1000mg L 時(shí) 為減少反滲透和電滲析裝置的鈣鎂沉積 應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行軟化處理 軟化處理可用鈉離子交換法 交換劑可用Na型陽離子交換樹脂或硫化煤 軟化裝置用離子交換器 原水中含有大量H2CO3時(shí) 用脫氣的方式脫除 以減輕陰離子交換樹脂的負(fù)擔(dān) 脫氣在脫氣塔內(nèi)進(jìn)行 利用H2CO3 HCO3 在pH 4時(shí) 基本以CO2存在的特點(diǎn) 鼓風(fēng)驅(qū)除或抽除之 在純化水系統(tǒng)中 宜采用真空式脫氣塔 如采用鼓風(fēng)式脫氣塔則應(yīng)在進(jìn)口處設(shè)置空氣濾過裝置 水珠的細(xì)小顆粒和空氣中CO2的濃度是影響脫氣效率的主要因素 6 如何用紫外線對(duì)水進(jìn)行消毒滅菌波長為254nm的紫外光 可作用于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的核酸蛋白使其變性 從而殺滅細(xì)菌或阻礙其生長 四 純化水的制備 純化水系指用蒸餾法 離子交換法 反滲透法或其他適宜的方法制得供藥用的水 純化水化學(xué)純度較高 但在除熱原上不如重蒸餾法可靠 故一般供洗滌 粗洗 或作制備注射用水的水源 一 離子交換法 一 離子交換樹脂的類型我國醫(yī)藥生產(chǎn)中 常用的樹脂有兩種 一種是762型苯乙烯強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂 另一種是717型苯乙烯強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂 二 交換的基本原理陽 陰樹脂在水中是解離的 當(dāng)原水通過陽樹脂時(shí) 水中陽離子被樹脂所吸附 樹脂上的陽離子H 被置換到水中 并和水中的陰離子組成相應(yīng)的無機(jī)酸 含無機(jī)酸的水再通過陰樹脂時(shí) 水中陰離子被樹脂所吸附 樹脂上的陰離子OH 被置換到水中 并和水中的H 結(jié)合成水 如此原水不斷地通過陽 陰樹脂進(jìn)行交換 得到去離子水 三 新樹脂的處理和轉(zhuǎn)型新樹脂往往混有可溶的低聚物及其它雜質(zhì) 影響樹脂的交換反應(yīng)及出水質(zhì)量 為此 新樹脂在使用前必須進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)型 市售的陽樹脂多為鈉型 陰樹脂多為氯型 故須轉(zhuǎn)換成有活性的氫型和氫氧型 新的陽樹脂用常水浸泡1 2天使其充分吸水膨脹 反復(fù)用常水沖洗 去除水中可溶物至洗出水澄明為止 并將余水盡量除去 加入等量7 鹽酸溶液浸泡約1小時(shí)并隨時(shí)攪拌 去除酸液 再用常水洗至洗出水pH3 0 4 0為止 傾除余水 接著加入等量8 氫氧化鈉溶液浸泡1小時(shí) 并隨時(shí)攪拌 去除堿液 用通過陽樹脂交換的水或去離子水洗至洗出液pH9 0 傾去余水 最后加入3倍體積的7 鹽酸溶液浸泡2小時(shí)并攪拌 使陽樹脂轉(zhuǎn)為氫型 傾去酸液 用去離子水洗至pH3 0 4 0即可裝柱 新的陰樹脂用常水浸泡 再用水反復(fù)洗滌以除去濃厚的氣味 如氣味洗除不盡 可用95 乙醇浸泡除去氣味 倒去乙醇 再用常水洗至澄明無臭 加入等量8 氫氧化鈉溶液浸泡1小時(shí)并攪拌 去除堿液 再用通過陽樹脂的水或去離子水洗至洗出液pH9 0 不宜用常水洗 因常水中的Ca2 Mg2 遇堿液生成不溶性的氫氧化物沉淀 傾去余水 加入等量7 鹽酸溶液浸泡1小時(shí) 去除酸液 再用常水洗至洗出液pH3 0 傾去余水 最后加入3倍量的8 氫氧化鈉溶液浸泡2小時(shí)并攪拌 使陰樹脂轉(zhuǎn)為氫氧型 傾去堿液 用去離子水洗至pH8 0 9 0即可應(yīng)用 四 樹脂柱的組合一般有四種形式 1 單床 2 復(fù)合床 3 聯(lián)合床 4 混合床 在各種組合中 除混合床外 陽樹脂床需排在首位 不可顛倒 因?yàn)樗泻袎A土金屬離子 Ca2 Mg2 如不首先經(jīng)過陽樹脂床而進(jìn)入陰樹脂后 陰樹脂與水中陰離子進(jìn)行交換 交換下來的OH 就與堿土金屬離子生成沉淀包在陰樹脂外面 而影響交換能力 五 樹脂的再生當(dāng)離子交換樹脂交換一定量的水后 樹脂分子上可交換的H OH 逐漸減少 交換能力下降 出現(xiàn)交換水質(zhì)量不合格 此時(shí)通稱為樹脂失效或老化 此時(shí)就要再生 樹脂的再生 即利用酸 堿溶液中的H OH 離子分別與失活了的樹脂相作用 將所吸附的陰 陽離子置換下來 具體操作如下 將樹脂置于容器中 用水洗滌后 加入樹脂體積3 5倍量的再生劑浸泡2小時(shí) 并隨時(shí)攪拌 傾出再生劑 最后用水洗除再生劑即可 陽樹脂常水洗至出水pH3 0 4 0 陰樹脂用經(jīng)過陽樹脂交換的水洗至pH8 0 9 0 混合床樹脂的再生 先用水反沖 由于兩種樹脂的濕真相對(duì)密度不同 陽樹脂重下沉 陰樹脂輕而上浮 加以分離 再按陽 陰樹脂再生法再生 六 去離子水的質(zhì)量檢查1 Ca2 Mg2 的檢查 當(dāng)交換水中出現(xiàn)Ca2 Mg2 時(shí) 可能是陽樹脂老化或操作不當(dāng)?shù)人?檢查方法 取交換水10ml 加氨 氯化銨緩沖液10滴 鉻黑T指示液2 3滴 應(yīng)呈純藍(lán)色 不得呈紫紅 2 Cl 的檢查 當(dāng)其在交換水出現(xiàn) 可能是陰樹脂老化或操作不當(dāng) 檢查方法 取交換水10ml 加硝酸銀試液4滴 不得發(fā)生渾濁 3 pH值的檢查 如果原水中陽離子不能完全吸附 而陰離子均完全吸附 這時(shí)出水的pH值將偏堿 反之 出水將偏酸 檢查方法 取交換水10ml 加甲基紅指示液2滴不得顯紅色 另取交換水10ml 加溴麝香草酚藍(lán)指示液5滴 不得顯藍(lán)色 4 比電阻的測(cè)定 水中各種離子總量的變化 可以通過水的比電阻的大小來反映 水中總離子量愈小 比電阻愈大 二 反滲透法用一個(gè)半透膜將U型管內(nèi)的純水與鹽水隔開 則純水就透過半透膜擴(kuò)散到鹽溶液一側(cè) 這就是滲透過程 兩側(cè)液柱產(chǎn)生的高度差 即表示此鹽溶液所具有的滲透壓 但若在滲透開始時(shí)就在鹽溶液一側(cè)施加一個(gè)大于此鹽溶液滲透壓的力 則鹽溶液中的水將向純水一側(cè)滲透 結(jié)果水就從鹽溶液中分離出來 這一過程就稱作反滲透 實(shí)踐證明 一級(jí)反滲透裝置除去氯離子的能力達(dá)不到藥典的要求 只有二級(jí)反滲透裝置才能較徹底地除去氯離子 分子量大于300的有機(jī)物幾乎全部除去 熱原的分子量在1000以上 故可除去 反滲透法制備注射用水的流程 進(jìn)水 膜過濾 5 m 一級(jí)泵 一級(jí)滲透器 二級(jí)泵 二級(jí)滲透器 純水 進(jìn)入滲透器的原水可用離子交換 過濾等方法處理 只要原水質(zhì)量較好 此種裝置可較長期地使用 必要時(shí)可定期消毒 三 電滲析法當(dāng)原水含鹽量高達(dá)3000mg L時(shí) 離子交換法不宜制純化水 但可采用電滲析法處理 本法原理為 將陽離子交換膜裝在陰極端 顯示負(fù)電場(chǎng) 陰離子交換膜裝在陽極端 顯示正電場(chǎng) 在電場(chǎng)作用下 負(fù)離子向陽極遷移 正離子向陰極遷移 從而去除水中的電解質(zhì)而得純化水 典型純化水系統(tǒng)工藝流程示意圖 五 注射用水 注射用水是指不含熱原 專供注射的重蒸餾水和高純水 注射用水與純化水的區(qū)別就在于無熱原 注射用水再經(jīng)滅菌得滅菌注射用水 作為粉針的溶劑或注射劑的稀釋劑 一 注射用水的質(zhì)量要求注射用水的質(zhì)量要求較為嚴(yán)格 除一般蒸餾水的檢查應(yīng)符合藥典規(guī)定外 還必須通過熱原試驗(yàn) 尤其在制備靜脈注射劑時(shí)注射用水的質(zhì)量要求更應(yīng)嚴(yán)格控制 中國藥典 2005年版 規(guī)定 每ml中內(nèi)毒素含量不得超過0 25EU pH要求5 0 7 0 氨含量不超過0 00002 二 制備方法蒸餾法本法是我國藥典法定的制備注射用水的方法 供制備注射用水的原水必須是純化水 制備注射用水的蒸餾水器 其原理是利用熱交換管中的高壓蒸汽在熱交換中 作為蒸發(fā)進(jìn)料原水的能源 而本身同時(shí)冷凝成為一次蒸餾水 將此一次蒸餾水導(dǎo)入蒸發(fā)鍋中作為進(jìn)料原水 然后又被熱交換管中的高壓蒸汽加熱汽化再冷凝成二次蒸餾水 因此 看似蒸餾水器只有一次蒸餾 實(shí)際所出之水已是二次蒸餾水 生產(chǎn)上制備注射用水的設(shè)備常用塔式蒸餾水器與多效蒸餾水器 1 塔式蒸餾水器小量生產(chǎn)一般用塔式蒸餾水器制備 基本結(jié)構(gòu)如圖12 1 主要包括蒸發(fā)鍋 隔沫裝置和冷凝器三部分 圖13 1塔式蒸餾水器結(jié)構(gòu)示意圖1 蒸氣進(jìn)口 2 蒸氣選擇器 3 加熱蛇管 4 廢氣排出 5 溢流管 6 水位玻管 7 隔沫裝置 8 擋水罩 9 第一冷凝器 10 第二冷凝器 11 排氣孔 圖13 1塔式蒸餾水器結(jié)構(gòu)示意圖1 蒸氣進(jìn)口 2 蒸氣選擇器 3 加熱蛇管 4 廢氣排出 5 溢流管 6 水位玻管 7 隔沫裝置 8 擋水罩 9 第一冷凝器 10 第二冷凝器 11 排氣孔 使用時(shí)蒸發(fā)鍋內(nèi)放入大半鍋純化水 開蒸汽閥輸入蒸汽 蒸汽從進(jìn)口處經(jīng)蒸汽選擇器 除去夾帶的水珠后進(jìn)入加熱蛇管 放出熱量后變成回汽水噴入廢氣排出器中 裝有中性硬質(zhì)短玻璃 用來增加回汽水與空氣的接觸面積 有利于揮發(fā)性氣體如二氧化碳及氨氣逸出 回汽水又流入蒸發(fā)鍋蒸發(fā) 產(chǎn)生二次蒸汽 二次蒸汽經(jīng)過隔沫裝置上升到第一冷凝器 冷凝成蒸餾水滴于擋板上 然后流入第二冷凝器 進(jìn)一步冷卻后流出 即重蒸餾水 該器利用回汽水作為水源 并有放廢氣隔沫裝置 可保證氨含量 pH值和熱原的合格 所以重蒸餾水質(zhì)量好 產(chǎn)量高 但拆洗和維修困難 2 多效蒸餾水器大量生產(chǎn)時(shí) 常用多效蒸餾水器 可視為將多個(gè)單效蒸餾水器 一組蒸發(fā)鍋與冷凝器 相互串連 目的是提高生產(chǎn)能力 充分利用熱能 通常前一蒸餾塔經(jīng)熱交換后所得的蒸汽 在本身冷凝成注射用水的同時(shí) 作為后一塔的進(jìn)料原水的加熱能量 另外 進(jìn)入第一塔的進(jìn)料原水作為冷卻水 依次通過冷凝器及塔5 4 3 2的冷卻水 最后進(jìn)入塔1 因此 進(jìn)入塔1的原水溫度可達(dá)130 以上 六 如何進(jìn)行純化水和注射用水不銹鋼管道的清洗 鈍化和消毒 純化水 注射用水不銹鋼管道的處理 包括清洗 鈍化 消毒 大致可分為去離子水循環(huán)預(yù)沖洗 堿液循環(huán)清洗 去離子水沖洗 酸鈍化 去離子水再?zèng)_洗 純蒸汽消毒等步驟 去離子水循環(huán)預(yù)沖洗 準(zhǔn)備一個(gè)貯液罐和一臺(tái)水泵 與需要處理的管道連接成循環(huán)管道 貯液罐中注入常溫去離子水 用水泵循環(huán)15分鐘以上 然后邊循環(huán)邊排放 堿液循環(huán)清洗 用70 以上的熱水配制1 體積濃度 的氫氧化鈉 化學(xué)純 溶液 用泵循環(huán)不少于30分鐘后排放 去離子水沖洗 加去離子水至貯液罐 啟動(dòng)水泵排放 如此沖洗至各出口點(diǎn)水的電阻率與罐中水的電阻率一致 沖洗排放時(shí)間至少30分鐘 酸鈍化 用去離子水配制8 的硝酸 化學(xué)純 溶液 在49 52 下循環(huán)60分鐘后排放 或用3 氫氟酸 20 硝酸 77 去離子水配制的溶液 在25 35 下循環(huán)處理10 20分鐘后排放 去離子水再?zèng)_洗 用常溫去離子水反復(fù)沖洗至進(jìn)出水口水的電阻率一致 純蒸汽消毒 將清潔蒸汽通入整個(gè)不銹鋼桶管道系統(tǒng) 每個(gè)使用點(diǎn)至少?zèng)_洗15分鐘 七 純化水和注射用水的貯存和管理中應(yīng)注意的問題 我國 藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范 1998年修訂 第34條規(guī)定 1 純化水 注射用水的制備 儲(chǔ)存 分配應(yīng)能防止微生物滋生和污染 2 儲(chǔ)