反滲透技術(shù)在制藥用水系統(tǒng)中的應(yīng)用

關(guān)金龍

（西華大學(xué)，四川 成都610039）

0 引言

水是藥品生產(chǎn)制備中常用的輔料之一，作為制藥工藝用水的離子水、純化水、注射用水和生物技術(shù)用水等工藝過程中重要的液態(tài)原材料，制藥工程用水水質(zhì)的優(yōu)劣程度能直接影響藥品生產(chǎn)的質(zhì)量。

反滲透技術(shù)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新的薄膜分離技術(shù)，是依靠反滲透膜在壓力作用下使溶液中的溶劑與溶質(zhì)進(jìn)行分離的過程。隨著醫(yī)藥業(yè)的發(fā)展，制藥用水的水質(zhì)要求也在逐步提高，傳統(tǒng)的制水工藝，如離子交換法等已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足制藥用水的要求。在各種膜分離技術(shù)中，反滲透技術(shù)是近年來國內(nèi)應(yīng)用最成功、發(fā)展最快、普及最廣的一種膜分離技術(shù)。為了適應(yīng)制藥業(yè)的發(fā)展需要，反滲透技術(shù)作為先進(jìn)、有效的水質(zhì)凈化技術(shù)被廣泛應(yīng)用在制藥行業(yè)的水處理系統(tǒng)中[1]。

1 反滲透分離系統(tǒng)

1.1 反滲透分離系統(tǒng)的原理

滲透水會(huì)自發(fā)地經(jīng)過半透膜從溶液稀的一邊流向溶液濃的一邊，間隔的半透膜只允許水通過，不允許其他溶解后的顆粒物質(zhì)通過，由于水的這種自發(fā)流動(dòng)，使得濃溶液也逐漸被稀釋。

反滲透是滲透的逆過程，李莉楠[2]認(rèn)為實(shí)現(xiàn)反滲透需要具備兩個(gè)條件：（1）外界施壓大于溶液滲透壓；（2）有半透膜存在。

在流動(dòng)的過程中，當(dāng)間隔的兩種溶液產(chǎn)生的壓力差與水的繼續(xù)流動(dòng)力相平衡時(shí)，就形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)并不是完全靜止不動(dòng)的，它是指水雖然在任意向兩邊流動(dòng)，但數(shù)量上是相等的，所以用肉眼觀察到的是一個(gè)相對(duì)靜止的狀態(tài)。在不受外力的情況下，這種平衡不會(huì)被打破，只有當(dāng)壓力大于滲透壓時(shí)，兩邊的水才會(huì)又一次流動(dòng)直到新的平衡產(chǎn)生。

1.2 影響反滲透系統(tǒng)運(yùn)行的因素

1.2.1 溫度

反滲透膜的產(chǎn)水量對(duì)水溫的變化十分敏感。由于透過膜的水分子黏度下降、擴(kuò)散性能增強(qiáng)，因此，水溫每升高1 ℃，產(chǎn)水量就增加2.5%～3.0%[3]。

1.2.2 壓力

進(jìn)水壓力本身并不會(huì)影響鹽透過量，但壓力升高使得凈壓力升高，產(chǎn)水量加大，同時(shí)鹽透過量幾乎不變，增加的產(chǎn)水量稀釋了透過膜的鹽分，降低了透鹽率，提高了脫鹽率。在膜正常工作壓力范圍內(nèi)，脫鹽率隨壓力的上升而提高。

1.2.3 pH值

進(jìn)水的pH值對(duì)產(chǎn)水量幾乎沒有影響，而對(duì)脫鹽率有較大影響。pH值低時(shí)，水中溶解的CO2以氣體形態(tài)存在，容易透過反滲透膜，使脫鹽率降低；隨著進(jìn)水的pH值升高，氣態(tài)的CO2轉(zhuǎn)化為HCO3-和CO32-離子，脫鹽率逐漸上升。當(dāng)pH值在7.5～8.5之間時(shí)，脫鹽率達(dá)到最高[4]。

1.2.4 鹽濃度

滲透壓是水中所含鹽分的函數(shù)，含鹽量越高，滲透壓也越高，在進(jìn)水壓力不變的情況下，兩種溶液間的壓力差將減小，產(chǎn)水量降低。

1.2.5 膜污染

膜污染包括膜表面的結(jié)垢、金屬氧化物的污染、污堵、膠體污染和微生物污染等。污染物作為額外的濾層，既增加了操作壓力，又降低了分離性能。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并清除膜表面的污垢對(duì)恢復(fù)膜組件的分離性能和延長(zhǎng)膜的使用壽命顯得極其重要[5]。

2 反滲透技術(shù)在制藥工程中的應(yīng)用

2.1 純化水水質(zhì)

純化水的水質(zhì)指標(biāo)有兩套評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：第一套評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是《中國藥典（2000年版）》二部規(guī)定的純化水的各項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)，包括酸堿度、硫酸鹽與鈣鹽、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、二氧化碳、易氧化物、不揮發(fā)物和重金屬等共11項(xiàng)指標(biāo)；第二套評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是以電導(dǎo)率為指標(biāo)，在《藥品生產(chǎn)驗(yàn)證指南（2003年版）》中規(guī)定的參考合格標(biāo)準(zhǔn)為電導(dǎo)率＜11 μS/cm[6]。

2.2 純化水的處理

我國的制藥工程用水采用多介質(zhì)過濾器、活性炭過濾器、加阻垢劑裝置及保安過濾器作為反滲透的預(yù)處理系統(tǒng)，有效除去原水中的懸浮物、泥砂、微粒、有機(jī)硅膠體、有機(jī)物、異味、余氯等雜質(zhì)，使經(jīng)過預(yù)處理后的水質(zhì)符合反滲透的進(jìn)水要求，然后進(jìn)入程控二級(jí)反滲透裝置[7]。經(jīng)過預(yù)處理的水含鹽量（TDS）一般為100～300 ppm，利用一級(jí)反滲透裝置可去除水中98%的鹽分，并除去幾乎100%的懸浮物、膠體及有機(jī)物。之后通過調(diào)整pH值，使水中的游離狀氣體轉(zhuǎn)化為離子狀態(tài)，由第二級(jí)RO裝置去除，達(dá)到進(jìn)一步除鹽的目的[8]。

二級(jí)反滲透裝置的出水在反滲透后端用紫外線殺菌器和精密過濾器進(jìn)行殺菌和過濾，使其產(chǎn)水電導(dǎo)率≤2 μS/cm，且符合《中國藥典（2010年版）》純化水各項(xiàng)指標(biāo)和《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

2.3 反滲透技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

雖然目前反滲透技術(shù)比較成熟，但仍然需要繼續(xù)發(fā)展和完善，為了提高反滲透技術(shù)在未來發(fā)展過程中的經(jīng)濟(jì)效益，我們必須對(duì)其進(jìn)行全面的研究和開發(fā)。在反滲透系統(tǒng)中最重要的是膜的選擇，膜的功能最終決定工作質(zhì)量，因此我們需要開發(fā)多效抗氧化、耐腐蝕、抗污染的新的膜材料。

除此之外，將其他膜分離技術(shù)和新型膜分離技術(shù)相結(jié)合，通過膜蒸餾、膜萃取等工藝流程來達(dá)到預(yù)期的目的。反滲透技術(shù)研發(fā)的方向是以開發(fā)膜組件和實(shí)際運(yùn)用處理為主，以減少膜污染為主要目的，進(jìn)行相關(guān)研究。

3 結(jié)語

反滲透技術(shù)是一項(xiàng)成熟又高效的水處理方法，在制藥業(yè)中得到了充分的應(yīng)用，同時(shí)隨著反滲透膜材料成本的下降，在自動(dòng)化生產(chǎn)中，反滲透水處理方法相對(duì)其他水處理方法的優(yōu)勢(shì)也愈來愈明顯。

二級(jí)反滲透水水質(zhì)可達(dá)到《中國藥典（2010年版）》和《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范驗(yàn)證指南》的要求，在制藥工程行業(yè)中做出了卓越的貢獻(xiàn)，制藥工程中的針劑、片劑、大輸液、生化制品的設(shè)備清洗等都要運(yùn)用反滲透技術(shù)。反滲透技術(shù)同時(shí)避免了傳統(tǒng)的離子交換法酸堿排放對(duì)環(huán)境的污染[9]。

綜上所述，建議在純化水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用二級(jí)反滲透水處理系統(tǒng)，同時(shí)選用合適的預(yù)處理和后續(xù)消毒系統(tǒng)就可以使得純化水系統(tǒng)水質(zhì)符合相關(guān)要求。

[1]張葆宗.反滲透水處理應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004：24.

[2]李莉楠.淺析在制藥工程中應(yīng)用反滲透技術(shù)[J].中小企業(yè)管理與科技，2013（5）：314.

[3]張躍民.制藥工程中反滲透技術(shù)的應(yīng)用[J].黑龍江科技信息，2009（17）：200.

[4]張盛英.反滲透水處理方法及其在制藥工程設(shè)計(jì)中的運(yùn)用[J].中國科技信息，2008（9）：186-188.

[5]張青松，文明通，劉華.反滲透膜的污染及清洗[J].廣東化工，2008，35（8）：100.

[6]安伯忠，劉玉波，劉志莊，等.制藥工程中反滲透技術(shù)的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2008（12）：27-28.

[7]王璐.兩級(jí)反滲透在制藥行業(yè)應(yīng)用的技術(shù)探討[J].黑龍江科技信息，2010（33）：67.

[8]李繼陽.兩級(jí)反滲透在制藥行業(yè)應(yīng)用的技術(shù)探討[J].科技風(fēng)，2009（10）：96，185.

[9]趙文華.反滲透膜技術(shù)在制藥行業(yè)的應(yīng)用[J].太原科技，2000（6）：35-36.