应用：制药水处理中的水处理和消毒
时间：2024-09-08 阅读：1
制药用水储存和分配系统的臭氧消毒和消毒
在制药工业中，软化水在生产和工厂清洁中用途广泛。生产和提供稳定可靠的水质具有重要的经济和技术意义。根据欧洲药典（PH.EUR），饮用水被规定为起始培养基。由此生产的不同水质（PW纯净水，HPW高纯水和WFI注射用水）均受药典中规定的严格质量标准的约束。
水处理和超纯水生产通常由以下符合制药要求的主要成分组成：
可反冲洗预过滤
双软化设备
两级反渗透装置
CO2膜脱气
EDI电去离子
由工厂工程公司根据制药厂的用水需求和特殊要求设计的冷 WFI 生成超滤。
制药用水水处理示例示例
通常，处理厂和发电厂连续运行，从而生产库存水。储存在水箱中的水通过环形总管泵送到各个消耗点，并通过回水管返回水箱。
在操作实践中，所需的水质并不总是一个恒定的参数。由于储存和分配系统中的各种影响因素，化学参数，尤其是微生物水参数——电导率、TOC、细菌计数 （CFU/ml）、内毒素——可能会发生变化。因此，在工厂设计过程中，必须考虑存储和分配系统的可持续消毒。
首先，避免微生物和相关污染的进入以及潜在的生物膜形成被认为是一个重要目标。
超纯水污染的主要来源是：
从水处理厂进入
通过系统开口（如配件）进入
通过攻丝点和阀门造成的回污染
安装和维修工作期间的进入
为了避免这些对环形总管和水箱中的制药水质产生危险的破坏性影响，必须计划、实施和验证一致的措施：
材料及材料：
为管道和容器施工选择合适和允许的不锈钢部件（1.4404、1.4435）;使用由不锈钢或塑料材料（PTFE、PFA、PVDF）制成的介质接触配件和仪器，符合符合制药标准的 GMP 标准;必要时进行冗余设计。
管道和容器结构考虑到低表面粗糙度（最小< 0.8 μm）、无死角和避免短截线。
水消毒和消毒
确定由于细菌计数增加和细菌内毒素增加而导致微生物生长的消毒程序。
实施储罐和环管水消毒和消毒工艺工程的策略，特别是防止生物膜形成的策略。
使用合适的材料和设备技术，如仪器和配件，来建造和运行制药用水储存和分配系统是当今的“****”。金属和聚合物材料的质量可以通过符合 DIN EN 10204 3.1 或 21 CfR 177ff（FDA 符合性）和欧盟指令 1935/2004 的材料证书来验证。
接液部件的卫生设计是环形管道系统规划和实施的一个组成部分。
因此，在新设计和工厂扩建中不应发现不合适的材料或劣质材料。在较老的植物中，例如具有短线的植物，不能排除这种情况。例如，沉积物或生物膜可能在流动不良的管段中形成，这些管段在很长一段时间内无法识别，如果它们因流动而断裂或微生物扩散到水相中，则会导致相当高的风险。
这个问题清楚地表明，水基质，特别是药用水的微生物质量可能会发生变化，部分原因是在短期内由于阀门缺陷，或者由于未被识别的生物膜生长而隐蔽地发生变化。同时，已经证明即使在非常低的TOC水平下，细菌繁殖和生物膜基质的形成也是可能的，特别是在次优的水力条件和流动条件下。
泼水、管道清洁、组件更换以及相关的工厂和生产停机造成的财务负担和损失可能是巨大的。因此，当务之急是制定并在技术上实施一个全面的概念，通过对环管进行消毒来对储存的药用水进行可靠的消毒。
循环水的连续紫外线照射不足以确保对罐体容积和环线的可靠网络保护。254 nm 处的紫外线辐射的杀菌效果**于紫外线反应器的照射场。
在操作实践中，使用多种消毒过程来保持储存和分配的水的微生物质量。对于冷藏的PW和HPW系统，使用85°C的热水消毒，并越来越多地使用臭氧消毒;对于WFI，纯蒸汽消毒，121°C的加压热水消毒，以及较新的冷操作系统，臭氧处理。
纯蒸汽和加压热水：
纯蒸汽是通过各种蒸发过程产生的，就像在压力下产生热水一样，几十年来已被证明是一种的消毒和/或热储存方法。工厂和绝缘技术可以被认为是复杂的，投资和运营成本高于热水或臭氧消毒。
热水
通过热交换器生产热水是对PW和HPW回路系统进行定期热消毒的常用方法。安装成本通常较低，有效能源成本取决于加热频率。
臭氧
臭氧作为一种溶解在水中的杀菌剂，满足储罐和管道中持续可靠水质的要求。与热消毒相比，臭氧具有优势，即系统中 99% 的水可以持续暴露在储罐中的低臭氧浓度下。这使得臭氧储存相当于一个自我消毒系统，可与带有热储存的WFI相媲美。
电解产生的臭氧
臭氧由超纯水在现场原位电解产生，并直接混合到环管中。臭氧被认为是技术上的消毒剂，具有非常高的氧化电位（EOP 2.08）。在20-50 ppb溶解臭氧的范围内，对微生物生长的有效性已被证明。
多年来，电解产生的臭氧在PW或HPW储存和分配系统中的使用非常成功，无需进行热消毒。该工艺具有可靠性高、操作安全、能耗低等特点。
根据美国USP和欧洲药典，现在允许通过膜设备冷生产WFI。该工厂技术使用超滤作为最终的微生物屏障，与蒸馏技术相比，可以降低运营成本并显着降低能耗。因此，WFI可以在低臭氧浓度下可靠地冷藏（15-25°C）储存在储罐中，并泵送到环管中的消耗点。
电解臭氧的产生发生在一个紧凑的流通式电解槽中，该电解槽内置了特殊电极（阳极、阴极、固体电解质）。基于催化水电解原理，氧气/臭氧以阳极产生，氢气以阴极方式产生。半透膜同时充当电解质和隔膜，安装在多孔阳极和阴极盘之间：
阳极和阴极工艺电解槽结构示意图
带流量计的MkIV电解槽;** 4 g/h 臭氧
活性阳极表面约为 30 cm2 的臭氧池在 60 A 电解电流和 100 l/h 超纯水流速下产生** 4 g/h 臭氧。在阳极以气态形式产生的臭氧溶解在连续的水流中，并从电解池的旁路管线输送到储存和分配系统。臭氧生成和混入超纯水的技术工作量很低。没有像传统臭氧发生器那样的工作气体、空气或氧气，也不需要喷射器或扩散器技术来溶解水中的臭氧。含臭氧的水与主流混合，并通过潜水喷枪分散到储罐中。
在环线的进料管路中安装了带有低压灯的紫外线系统，通过波长为 254 nm 的光化学分裂，可靠地将物理溶解的臭氧转化为氧气。在采样点，制药用水必须可核实无臭氧。使用电化学测量探头或紫外光度计连续监测环线流动和返回中的无臭氧水和臭氧浓度。
图4示意性地显示了用于生产PW或HPW的主要水处理组件，以及具有电解臭氧发生器的储存和分配系统的结构，用于分解溶解臭氧的UV系统和臭氧测量技术QIC。
建造一个带有水箱和环线的制药用水生产厂;包括臭氧发生器、紫外线系统和臭氧测量技术
来自储罐的废气可能含有气态臭氧，应在安装在排气管路中的无菌过滤器下游催化破坏臭氧。臭氧破坏器反应器安装在生产线中，并使用由混合氧化物或贵金属颗粒制成的特定臭氧催化剂工作。
通常，在许多系统中，储罐持续暴露在30-50 ppb的臭氧中，从而保护系统中**体积的水免受微生物污染。
当不需要去除超纯水时，例如在晚上或周末，始终可以对环线进行定期臭氧消毒。紫外线系统被关闭，整个环线和水箱在可调节的时间段内暴露在臭氧中。如果在回流中连续测量到80 ppb臭氧的设定值，例如，在5小时的时间间隔内，可以假定消毒过程成功。操作员可以根据同时测量的微生物污染和TOC浓度数据，检查和评估特定工厂所需的臭氧剂量（浓度x时间段）。
与在121°C或无菌蒸汽下产生热量相比，生产4 g/h臭氧的耗电量非常低，约为300 W，即约75 W/g臭氧。带有 20 m3 储罐的循环系统可以可靠地防止微生物污染和生物膜形成，臭氧输出**功率为 4 g/h。
臭氧系统技术是根据储存和分配系统的规格和水力数据设计的，由以下主要部件组成，集成在环形管道系统中：
电解臭氧发生器 MkIV
带有集成、可调节电解槽（1、2 或 3 个）的发生器系统，每个单元** 4 g/h 臭氧
UV系统 UVprofessional PHARMA
带有单射流和多射流低压发射器的不锈钢反应器，用于分解溶解臭氧，包括校准的紫外线传感器系统
催化残留臭氧破坏臭氧破坏
反应器系统采用混合氧化物催化剂填充和供风加热，用于船舶排气
用于溶解臭氧和环境空气监测的在线测量技术
用于液相和气相测量的电化学和电化学传感器技术
