純化水制備工藝在生物制品生產中的應用和發展

生物制品是人類用于預防疾病（其中以傳染病為主）、臨床治療、急救和診斷疾病的具有生物活性的制品，其質量具有自身的特殊性和重要性，必須更加強調質量第一的原則，這是因為：第一，所有預防制品均主要直接用于大量健康人群特別是大量兒童，包括嬰幼兒的免疫接種，其質量的優劣直接關系到千百萬人的健康和生命安危；第二，所有治療制品如血液制劑等都是通過非胃腸途徑直接用于特定患者，往往是危重病人的治療或急救，其質量關系到患者的療效和安全；第三，即使是體外用于診斷試劑，其質量則關系到能否對患者或監測樣品做出特異、靈敏、正確的診斷和分析，從而不至誤判或貽誤病情導致不應有的結果。

生物制品是應用普通的或以基因工程、細胞工程、蛋白質工程、發酵工程等生物技術獲得的微生物、細胞及各種動物和人源的組織和液體等生物材料制備，用于人類預防、治療和診斷的藥品。生產環境應按生產

工藝流程及所要求的空氣潔凈度級別進行合理布局，符合《藥品GMP認證檢查評定標準》的各項要求。

純化水作為生物制品生產過程中工藝用水的一種類型的水，是生物制品質量保證非常重要的方面，承擔著制備注射用水、潔凈蒸汽的原料水；用于配制各種化學試劑；用于診斷試劑的制備；用于玻璃器皿、發酵罐的清洗；純化水質量應符合《中國藥典》2005版“純化水質量標準要求”.

一、純化水制備工藝的歷史回顧

純化水制備工藝在應用反滲透技術之前一直使用傳統的工藝：離子交換技術、電滲析技術。

從認識到實踐反滲透技術經歷了多年的過程反滲透裝置的脫鹽率一般可穩定在90%以上，因而使離子交換樹脂的負荷減輕到1/10，從而減少了樹脂再生的成本，這相當于是樹脂的產水量增加10倍，這樣可以使設備小型化，并使再生頻率減少10倍以上。同時減少了樹脂再生時排放廢酸廢堿對環境的污染。最初實踐反滲透＋離子交換工藝中，反滲透膜是CAB 系列醋酸纖維素膜，PH值要求的范圍是5.0~6.0，反滲透膜對PH值要求很高，后來工藝中反滲透膜采用ESPA系列（節能型復合膜），這種反滲透膜PH值應用范圍廣，PH值允許在3~10。自此，反滲透為預處理主工藝的處理流程開始全面應用于生物制品純化水制備工藝中。

初期實施的單級反滲透＋離子交換工藝是反滲透自動運行與離子交換手動運行相結合，后來實施雙級反滲透工藝流程中控制方式以液位輸出信號至PLC程序控制器，全工藝系統設置為采用PLC控制方式實現全自動控制，由PLC完成整個工藝系統的邏輯聯鎖控制，對水質實行有效的自動監控運行。2000年開始使用反滲透＋EDI工藝（即單級反滲透＋電去離子技術），純化水制備工藝的應用技術有了迅速的發展。

二、目前應用的純化水制備工藝流程：

（一）工藝流程簡介：

純化水制備工藝目前應用有五種流程：離子交換工藝、單級反滲透＋離子交換工藝、雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝、雙級反滲透＋EDI工藝，同種工藝流程在不同應用范圍略有區別。

（二）、工藝流程描述

1、離子交換工藝流程：

離子交換工藝是傳統的純化水制備工藝，離子交換化學除鹽水技術，由陽離子交換器，兩級陰離子交換器和單級混合離子交換器組成。樹脂再生使用鹽酸和氫氧化鈉。樹脂再生排放的廢液排到廢液中和水箱處理達到PH值中性后排放，避免對環境的污染，工藝中設置了簡單實用控制和在線儀表顯示，使傳統的運行和管理變得更加簡單。離子交換工藝工程投資最小，適用于科研及用水量不大的中試及生產車間。

2、以反滲透為預處理的幾種工藝流程：

單級反滲透＋離子交換工藝、雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝、雙級反滲透＋EDI工藝都是以一級反滲透作為預處理的一部分，對水進行初步脫鹽，去除原水中大部分鹽類、有機物、菌類、內毒素、并大大降低原水中的TOC（總有機碳），然后進入后續處理進行深度脫鹽。

（1）、多介質過濾器

自動精砂過濾器和多介質過濾器有效的除去懸浮雜質，降低污染指數。

（2）、活性炭處理器

活性炭處理器中的活性炭有大量的空隙，高比表面，活性炭表面吸附既有物理吸附，又呈現一定的化學吸附，原水中無論是有機物或無機物均能被活性炭吸附；活性炭處理器為反滲透膜作技術準備，保證余氯<0.1PPm，（反滲透復合膜抗氧化性差，而自由氯是一種強氧化劑，影響膜的壽命）。活性炭吸附飽和后應再生或更換。

(3) 、全自動軟化器

全自動軟化器是利用鈉型陽離子樹脂中有可交換的Na+陽離子，將水中的鈣、鎂離子交換出來，使原水軟化成軟化水，這對降低原水中的硬度，防止反滲透膜表面結垢，提高反滲透膜的工作壽命和處理效果意義極大。樹脂定期用食鹽（NaCl）再生。

(4) 、保安過濾器

保安過濾器為5微米的精密過濾器，濾除細小的懸浮物，通常是原水進入反滲透膜前的最后一道工藝，作用是防止前一道過濾工序有可能存在泄漏，會將部分固體微粒滲透反滲透膜中，使反滲透膜阻塞。

(5) 、反滲透裝置

反滲透是預處理工藝的核心單元，反滲透膜可去除水中約100%的菌體、微生物、大于98%的細菌內毒素，大于95%的無機鹽和有機物，有效降低TOC（總有機碳）換言之，反滲透膜對水中所有溶質都有極高的脫除作用。反滲透裝置對原水的利用率為50-75%，脫鹽率大于95%，反滲透系統的控制系統可采用微電腦PLC控制，來實現反滲透膜組件的順洗、制水、水箱水位控制、藥洗、高壓泵的高低壓保護、過熱保護等工藝過程的全自動控制，并帶有電導率的隨機顯示。

（6）、EDI電去離子裝置

EDI電去離子技術是二十世紀八十年代逐漸興起的凈水新技術，進入2000年以來，已在北美及歐洲占據了純水超純水設備相當的市場，EDI裝置是將兩種很成熟的水凈化技術

——離子交換和電滲析相結合，結合了離子交換樹脂和離子選擇性通透膜，并結合直流電去除水中離子化雜質的技術，通過這樣的技術更新，溶解的鹽可以在低能耗的條件下被去除，并且EDI模塊不需要化學再生，可連續制備高質量的純化水。

（7）、在線紫外線滅菌器

在線紫外線滅菌器不改變水的物理化學性質，殺菌效率98%以上。其工作原理是：波長在200-300nm的紫外線有殺菌作用，以波長在254-257nm波段的紫外線殺菌作用最強。當水中微生物被紫外線照射時，由于細胞的核酸生物活性因吸收紫外線而可能改變，從而引起菌體內蛋白和酶的合成障礙，導致結構發生變異，功能遭到破壞，致使微生物死亡。紫外線殺菌具有殺菌能力強，速度快，效率高，效果好，對所有菌種都有效。

3、控制系統的應用：

單級反滲透＋離子交換工藝是應用較早的工藝流程，未能實現系統全自動控制，雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝、雙級反滲透＋EDI工藝均采用可編程PLC程序控制器，進行系統設備的程序控制，可連續在線監測過程及終端純水的電導值，保證制備高質量的純水，并根據生產需要實現了系統全自動運行方式、單元連鎖方式以及軟操作方式。

三、純化水制備各工藝流程運行水質比較：

（一）、過程及終端水質電導率比較

通過對不同工藝流程的運行情況調查，過程及終端水質電導率情況如下：

 五種純化水制備工藝流程過程及終端水質電導率表

（二）、流程分析結論

1、單級反滲透＋EDI工藝和雙級反滲透＋EDI工藝流程的出水水質優于其它的工藝流程。

2、在滿足純化水電導值情況下，前端預處理流程完備則系統運行更加穩定，雙級反滲透工藝、單級反滲透＋EDI工藝和雙級反滲透＋EDI工藝在預處理流程中設置了全自動軟水器使原水軟化成軟化水，這對降低原水中的硬度，防止反滲透膜表面結垢，提高反滲透膜的工作壽命和處理效果意義極大，這幾種流程中間過程水質電導率優于沒有設置自動軟水器的單級反滲透＋離子交換工藝。

四、對生物制品純化水制備工藝流程的認識和今后的努力方向

根據調查實踐運行情況，了解同行業純化水制備工藝國內外的應用及發展，在以下方面需要給以重視：

1、掌握原水日常水質全分析非常必要，這樣可以針對不同季節水質各項指標的曲線進行因地制宜的設計，合理利用資金，更好地提高用水效率和效益，節約水資源、保護環境；掌握原水日常水質全分析也是純化水制備設備優良運行的指標的參考。

2、了解《歐洲藥典》和《美國藥典》對純化水的要求，縮短技術水平差距，歐、美、中現行藥典純化水質量規定中的總有機碳（TOC）和細菌內毒素，《中國藥典》2005版沒有具體數據要求，《美國藥典》中對總有機碳有具體數據要求，《歐洲藥典》中對總有機碳和細菌內毒素均有具體數據要求，測定TOC間接檢測水中有機物分子存在指標，主要作用是監測和掌控趨勢，對于總有機碳的檢測，最好采用在線儀器；另外在制備系統中考慮系統消毒滅菌等內容，建議采用耐高溫型的反滲透膜。

今后的項目力求有進步、有發展，兼顧工程投資與運行成本，兼顧經濟效益和環境效益，更好的落實科學發展觀，生物制品純化水制備工藝流程做到先進、穩定、可靠是努力方向。