制藥車間的空氣凈化技術解析

1、制藥車間的空氣凈化技術解析時間:2010-11-12 04:02來源：過濾棉網 作者：陳曉啟 點擊：國77次我國的空氣凈化技術研究始丁20世紀50年代，伴隨著電子、航空、精密機械、 制藥、食品等行業(yè)的發(fā)展及對空氣潔凈程度要求的不斷提高，空氣凈化技術獲得快速發(fā)展。目前常用的空氣凈化技術有纖維過濾技術、吸附法、非平衡等離子體技術、靜電除塵技術、生物過濾法我國的空氣凈化技術研究始丁20世紀50年代，伴隨著電子、航空、精密機械、 制藥、食品等行業(yè)的發(fā)展及對空氣潔凈程度要求的不斷提高，空氣凈化技術獲得快速發(fā)展。目前常用的空氣凈化技術有纖維過濾技術、吸附法、非平衡等離子體技術、靜電除塵技術、生物過濾法、負

2、離子法、膜分離技術等，在具體應用上， 可以是采用某一種方法，或幾種方法耦聯(lián)來去除空氣中的固體微粒、微生物和有 害氣體，達到凈化空氣的目的13。近些年我國的制藥工業(yè)發(fā)展迅速， 在制藥企業(yè)的GM政造和認證中，空氣凈 化系統(tǒng)占有重要位置，其硬件建設和改造是企業(yè)資金投入的重點方向之一。GMP對藥品生產潔凈室（區(qū)）的空氣凈化系統(tǒng)設置、空氣潔凈度等級、壓差、溫濕度 等都有明確規(guī)定。因此，藥品生產過程中須采取一定的空氣凈化措施，以達到一定的潔凈度?？諝庵泻瑝m濃度是指單位體積空氣中所含浮游塵粒的數量。潔凈度是指空氣中含塵量的多少。含塵濃度越高，則潔凈度越低。另外，微生物數量也 是醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房污染控制的主要

3、對象。在中國GM稱準新修訂稿（2009年）中，充分借鑒歐盟GM稱準，特別是對無菌藥品生產區(qū)空氣潔凈等級提出了更高 要求。無菌潔凈室（區(qū)）是指醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房中用丁無菌作業(yè)的潔凈室（區(qū)），如無菌凍干粉注射劑、無菌分裝注射劑、無菌原料藥等生產的關鍵操作區(qū)， 無菌 藥品的取樣、稱量和質量檢驗室的無菌檢查、微生物限度檢測等區(qū)域。目前在醫(yī)藥生產領域空氣凈化工程中廣泛采用的是纖維過濾技術，當空氣中的塵埃粒子隨氣流作慣性運動，或作無規(guī)則布朗運動，或受某種場力的作用移動 而撞到其他物體時，物體表面問存在的范德華力使它們粘在一起。微小粉塵問相 互碰撞也會凝并成容易沉降的大顆粒， 所以空氣中粉塵的顆粒度相對穩(wěn)定。

4、 進入 過濾介質的粉塵有更多機會撞擊介質，一旦撞上介質就會被粘住。因此采用一定 等級的過濾材料就能控制粉塵粒度。1空氣凈化技術的理論研究空氣過濾理論的研究始丁20世紀,1936年Kaufmann首先把布朗運動和慣 性沉淀的概念一同應用到纖維過濾理論中，推導出過濾作用的數學公式。隨后Langmuir和Davies等對過濾理論進行發(fā)展，最終形成主要以“單一纖維模型” 為基礎的經典理論，認為過濾效率由慣性效應、截留效應和擴散效應3種機制決 定，整個顆粒的捕集是多種效應的結合1?，F(xiàn)代過濾理論證明了慣性沉淀的正確性和最大穿透力粒子的存在，認為過濾效率是截留效率、布朗擴散效應、重大效應、沉淀效應與壓力效應

5、的集合4。1992年Payet等考慮了氣體在單一纖維上的滑動，對經典理論引入修正系數， 使理論與實驗數據更好地吻合。1995年Rosnert提出了分散在單一纖維體表面 的顆粒以不規(guī)則的分布和常形成樹枝狀結構為特征，建立了最新改善的理論和顆 粒在單一纖維體上的空間分布。2001年，Thoma爵5對過濾器在產牛阻塞的情 況下進行了空氣過濾的理論與實驗研究，提出了過濾器在濾餅存在的情況下， 過濾效率及壓力損失的計算模型。捕集效率和壓力損失是評價過濾效果的兩個最重要指標。 研究過程中，必須把壓力損失和過濾效率都表示為微粒特性、 的參數的函數，研究壓力損失和過濾效率與其他參數的關系， 濾效率及降低過濾器

6、壓力損失是過濾理論及實驗研究的核心任務2纖維過濾材料在控制空氣中粉塵粒度的同時也需注意空氣的流量問題， 擇依據是既能有效地攔截塵埃粒子， 料是各種非織造布（無紡布）,其雜人* 維問寬闊的空間允許氣流順利通過。為了達到良好的過濾效率，過濾介質中的纖 維數量要盡可能多；而為了減小氣流阻力，纖維要盡可能細。此外，作為過濾材 料的纖維介質應安全、不易老化、成本低。目前廣泛使用的材料有玻璃纖維、 聚 丙烯纖維、聚酯纖維、植物纖維等。實驗研究也表明6,纖維材料的過濾性能 與其生產工藝密切相關，荷電纖維濾料具有阻力低、過濾效率較高的特點。不帶 有荷電的纖維濾料過濾效率比較低， 熔噴濾料過濾效率比較高，但濾料

7、阻力也比 較大,尤其是過濾風速變大時阻力增加明顯。一般潔凈室空調系統(tǒng)需設置3道纖維過濾器，即粗效、中效和 高效過濾器。粗效過濾器多采用玻璃纖維，PP、PET金屆絲網等材料，能濾去5 m以上的塵 埃；中效過濾器除金屆絲網外,其他材料與粗效類似，不過其纖維直徑更小，能 將1訴m以上的塵埃粒子除去；高效過濾器（HEPA主要用超細玻璃纖維和PP材料做成。3空氣凈化的基本流程制藥生產潔凈空間的空氣凈化流程如圖1所示。即由送風口（裝高效過濾器） 把經過凈化處理的來自送風管路系統(tǒng)的潔凈空氣送入潔凈室，室內產生的塵菌被潔凈空氣稀釋后強迫其由回風口進入回風管系統(tǒng)，在空調機組的混合段與從室外引入的經過初步過濾的新

8、風混合， 再經空調機組初、中效和送風口高效3級過濾 后乂送入潔凈室。潔凈室空氣經過如此反復循環(huán)，就可以在相當一段時期內把污 染控制在一個穩(wěn)定的水平，保持一個適宜的潔凈度等級。在潔凈空間凈化設計及 實施過程中，還需考慮室內氣流流向、換氣次數和氣流速度等因素的影響。3.1氣流組織潔凈室的氣流組織主要有3種形式：亂流式、層流式和局部層流式7。亂流式氣流組織是依靠氣流的混合作用，把室內塵粒逐漸排出直至達到平衡。由丁是亂流，室內產生的塵?？梢韵蛉我稽c擴散， 其所能達到的潔凈度有一 個界限。其設計要點是保持正壓。優(yōu)點：簡單、方便、費用低；缺點：室內潔凈 度易受作業(yè)人員干擾，易產生渦流。層流式乂分垂直層流和

9、水平層流2種形式，層流潔凈室內以平行氣流為主方向氣流， 幾乎沒有橫向之間混摻，平行氣流形成 一個“活塞”，迅速排除室內產生的污染。優(yōu)點：不受室內作業(yè)人員干擾，能保 持高潔凈度。換氣次數非常多，幾乎在運行同時成穩(wěn)定狀態(tài)；缺點：費用高、安 裝麻煩、擴大規(guī)模困難。局部層流式是集亂流和層流的優(yōu)點而避免其不足，具體 做因此在過濾理論的分散介質和過濾器努力提高過濾器過因此過濾材料的選乂不對氣流形成過大的阻力。常用的過濾材織的纖維形成對粉塵的無數道屏障， 纖法是在亂流潔凈室內加局部層流或加 潔凈工作臺或加層流罩以滿足生產工藝 所需要的局部層流，而大面積亂流可以使結構簡單、費用減少。在藥品制劑生產 中使用較多

10、的就是這種氣流組織形式。此外，對丁固體制劑車間，由丁散塵較多，不宜采用常用的頂送頂回的氣流 組織形式，因為這樣做既容易引起氣流的短路， 乂容易使本已離開工作區(qū)的粉塵 乂重新回到工作區(qū)，即形成二次粉塵的飛揚；現(xiàn)在工程中比較常用的做法是采用 雙層墻的形式頂送側下回，代替了原來利用內走廊回風的做法8。后者雖然系統(tǒng)簡單且投資少，但由丁內走廊相對丁各房間為負壓，便容易使某些散塵房間粉 塵通過內走廊產生交義污染。為防止交義污染，還需控制各級壓強差，阻止室外 或鄰室污染空氣的侵入，為此，各級潔凈區(qū)域壓差至少保證5 Pa的正壓，潔凈區(qū)與室外的壓差保證在10 Pa以上，使空氣的流向必須是從關鍵區(qū)或更活潔的區(qū) 域

11、到環(huán)繞區(qū)域或低級別的區(qū)域。3.2換氣次數潔凈度水平的高低，除由凈化空調系統(tǒng)3級過濾效果控制外，還由換氣次數 控制。在凈化系統(tǒng)處丁穩(wěn)定狀態(tài)時，潔凈室內的潔凈度與發(fā)塵量成正比， 與進風 量成反比。當空氣過濾器效率很高時,進風量越大，微塵經稀釋，室內潔凈度也 越高。換氣次數是通過室內的潔凈空氣量相當丁房間體積的倍數（單位是次Ph）來表示的。換氣次數越大，潔凈度級別越高，相應能耗也越高。 潔凈廠房設計 規(guī)范和GMP（ 1998）給出了動態(tài)下的最低換氣次數：1萬級20次、10萬級15次。3.3氣流速度氣流速度對潔凈度是一個重要的影響因素，因為室內微粒污染為均勻分布， 凈化過程是潔凈空氣與微?；旌舷♂尯蠡?/p>

12、除的過程。低流速的有序狀態(tài)不利丁室內微塵的活除，適當的返混是必要的。我國GMIR1998）規(guī)定對丁100級潔凈室， 垂直層流為0.3m/s,水平層流為0.4m/s。4潔凈空間微生物的控制作為醫(yī)藥工 業(yè)潔凈廠房污染控制對象的微生物， 一般多為細菌。細菌形體大小不一，多數在110門 個別小丁1 m由丁細菌需要水分和營養(yǎng)，所以通常依附丁塵粒才 能生存，有實驗證明空氣中浮游菌的含量及變化規(guī)律與35 m的塵粒變化規(guī)律具有相關性，即細菌的當量直徑相當丁35 m實驗表明，多種濾材過濾器的 除菌效率，粗效為31.5 %81.6%,中效為50吩93.8%,業(yè)高效為94.7% 100%9。但在微生物的控制上常期存

13、在一個誤區(qū)，認為只要提高過濾器效率就 能達到潔凈度等級要求，實際上潔凈室空氣中的細菌并不完全來自新風，凈化空調系統(tǒng)可能積聚細菌，并有可能穿透過濾器進入潔凈室。另外，生產所用的物料、 設備以及生產過程中操作人員都可能攜帶、產生大量微生物，這些微生物除一部分進入潔凈室空間，由空氣凈化措施處理外，大部分沉積在設備、容器具及人體 表面，對丁這部分微生物，空氣凈化措施卻無能為力。因此，單靠3級過濾是解 決不了細菌污染問題，必須采取活場、活洗、消蠹、滅菌等專門技術。對丁可搬 出潔凈室的容器具則送入活洗室活洗、 消蠹、滅菌，大部分不能移動的設備、生 產線，必須在潔凈室內進行活洗和滅菌，并定期對空調風管系統(tǒng)進

14、行臭氧滅菌處 理。5空氣凈化系統(tǒng)的測試與驗證為保證空氣凈化系統(tǒng)的安全有效實施， 確保潔凈空間的空氣質量，需定期檢 測以下幾個重要指標。5.1過濾器的完整性包括過濾器的過濾效率和泄漏測試2個環(huán)節(jié)，完整性測試是證明高效過濾器 滿足制藥潔凈室要求的物理性測試，適用于高效過濾器更換后的確認和確定高效 過濾器滿足要求的周期性測試。測試前對潔凈室及其潔凈空調系統(tǒng)進行徹底活 潔，在潔凈空調系統(tǒng)正常運行時間不少于30 min后開始測試。采用塵埃粒子計 數器對高效過濾器整個斷面及連接處進行掃描。測試用氣溶膠可以是單分散或多 分散液體或固體物質，目前常采用多分散氣溶膠，通過測試上下游側粒子濃度值 來評估10。5.

15、2風量測定、氣流流向和房間微壓差的測定(1)風量測定：采用風速X截面積法，送風口的風量由測定的截面積與流經該截面上的氣流平均速度相乘求得。(2)室內氣流流向的檢測：應考慮好測點布置，對不同的氣流組織形式應選擇相應的測試點。測定方法：用發(fā)煙器或懸掛單絲線 的方法逐點觀察和記錄氣流流向，并在有測點布置的剖面圖上標出流向。(3)房間微壓差：測定前將所有門關閉，空調系統(tǒng)正常運行，使用傾斜式微壓差計、微壓表等儀器測量不同房間的靜壓差； 此外 還可以通過薄紙條、絲線、或煙霧隔著門縫測試不同房間的氣流流向， 以判定正 負壓。5.3房問潔凈度的測試5.3.1懸:浮粒子的測定懸浮粒子的測定必須在潔凈區(qū)風量測定、

16、高效過濾器完整性測試、房間壓差 測試合格后方可進行。懸浮粒子的測定必須在潔凈區(qū)空氣凈化系統(tǒng)正常運行30min后進行，選擇合適的測點，將采樣器置于測點，操作者離開測試區(qū)，用粒子 記數器至少檢測3次該點粒子濃度，潔凈區(qū)各點粒子濃度的平均值為該潔凈空間 的懸浮粒子的測試結果，每個采樣點的平均粒子濃度必須低于或等于規(guī)定的級別 界限，全部采樣點的粒子濃度平均值的置信上限必須低于或等于規(guī)定的級別界 限。置信上限11UCL=M+tX SE式中UC-平均值均值的95唯信上限，個/m3;M-平均值的均值，個/m3;SE-平均值均值的標準誤差，個/m3;t-95咐信上限的t分布系數，如表1所示。5.3.2微生物的

17、測定微生物的檢測是潔凈空間潔凈度測試的主要指標，包括沉降菌、浮游菌和物 體表面微生物的測試3部分。(1)沉降菌測試：采用沉降法，即通過自然沉降原理收集空氣中的生物粒 子于培養(yǎng)基也中，經若十時間，在適宜的條件下讓其繁殖到可見的菌落進行計數， 以平板培養(yǎng)血中的菌落數來判定潔凈環(huán)境內的活微生物數，并以此來評定潔凈室(區(qū))的潔凈度；(2)浮游菌：浮游菌濃度是指單位體積空氣中含浮游菌菌落 數的多少，以計數濃度表示，單位是個/m3或個/L,檢測儀器為浮游菌采樣器， 一股米用撞擊法機理的米樣器(狹縫式米樣器或離心式米樣器);(3)物體表面微生物的測試：一般用棉簽間接取樣后培養(yǎng)和直接接觸法2種測試方法，其中

18、接觸法使用Rodac培養(yǎng)也，測試方法是將培養(yǎng)也直接接觸需要采樣的物體表面，培養(yǎng)長出菌落后，計數。6其他新型空氣凈化技術6.1 CosaTron技術12CosaTro (nControlof SecondaryAirelectronically)技術， 是針對空間粒 子運動的特性，在過濾器前設置一組激勵電場發(fā)生器，形成高壓一高頻復合交變電場，在風機的導流作用下,空間的塵埃微粒經過這組激勵電場，動量增大，并呈電中性，在空間內碰撞、捕捉其他塵埃粒子，從而凝聚增大體積，而后隨氣流 循環(huán)，被低效率的過濾器所捕集。運用CosaTron技術能有效改變循環(huán)空間中小 顆粒數量，提高過濾器對塵埃、臭氣及刺激物的捕

19、集效率，從而不斷提高環(huán)境的 潔凈度，與普通電除塵器相比，具有節(jié)能、高效的特點。6.2膜分離技術膜過濾技術與傳統(tǒng)過濾方法主要的區(qū)別為：后者所依據的是深層過濾的機 理，前者則是以表面過濾為機理，其過濾過程只在膜表面發(fā)生。以超濾膜作為過 濾介質的空氣過濾實驗顯示13,由丁集聚在膜表面的粉塵顆粒很容易被活除， 且在每次反吹后，壓降均能恢復到初始狀態(tài)，從而大大延長了膜過濾器的使用壽 命。同時由丁粉塵完全被截留在膜表面，而超濾膜面較光滑，粉塵容易脫落，過濾阻力有保持定值的趨勢。因此，在達到標準的情況下，選擇孔隙率大的膜作為 過濾介質會使過濾阻力降低，從而節(jié)約能源。在保證達到過濾所要求的效率的同 時選擇大孔

20、徑的膜材料，更利丁過濾過程的進行。此外，由丁超濾膜的孔徑為幾 白nmi在去除固體粉塵的同時，還能有效除去空氣中的大部分細菌等微生物14。7結語制藥潔凈空間采用一定空氣凈化技術的目的是控制或去除污染物質(微粒和微生物)對藥品的污染，即通過除菌過濾提供潔凈無菌空氣，采取合理的氣流組織形式，控制壓差，設置區(qū)域控制等綜合手段來保障潔凈空間達到所需的潔凈等 級要求。自空氣凈化技術引入醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房后，由丁認識不足，至今仍把提高空氣潔凈度等級作為確保藥品質量的主要依托，使GM或施陷入誤區(qū)?？諝鉂?凈技術是一項綜合性技術，在選擇合適的凈化技術手段的同時，還需合理設計空氣凈化系統(tǒng)，堅持日常維護、監(jiān)測與管理，強調生產全過程控制，加強凈化系統(tǒng) 的驗證工作等，以確保藥品質量。正確對待醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房中的空氣凈化措施， 客觀評價空氣凈化技術的作用，將有助丁我國GMP勺深化實施。參考文獻1吳忠標，趙偉榮.室內空氣污染及凈化技術.北京：化學工業(yè)出版社，20052丁照兵等.室內空氣凈化技