制yao用水问答集锦

问题36：为什么国内的臭氧浓度已经达到了1ppm级别，都控制不了纯化水分配系统微生物水平？

主要是因为国内采用的是“空气源/氧气源制备臭氧”的臭氧发生器，制备出来的臭氧为气态，很难快速融入纯化水中，因此，即使臭氧浓度已经达到了1ppm级别，因溶解度较低，纯化水分配系统微生物水平还是不容易控制下来。而欧洲主要采用的是“水电解法制备臭氧”。

臭氧是一种广谱杀菌剂，通过氧化作用破坏微生物膜的结构而实现杀菌效果，可有效杀灭细菌繁殖体、芽孢、病毒和真菌等，并可破坏肉毒杆菌毒素。臭氧灭活病毒机理：首先作用于细胞膜，使膜构成成份受损伤而导致新陈代谢障碍，臭氧继续渗透穿透膜并破坏膜内脂蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，通过氧化作用破坏其RNA或脱氧糖酸DNA物质，从而导致细胞溶解、死亡。

臭氧的半衰期仅为30－60min，高浓度臭氧水的杀菌速度极快，100ppb臭氧浓度在1min内能杀死60000个微生物[1]。研究表明，水中臭氧浓度超过8ppb时，微生物即停止繁殖（图1），水中臭氧浓度超过50ppb时，系统能有效杀菌微生物和细菌，ISPE建议水中臭氧浓度控制在20－200ppb[2]。臭氧能刺激人的呼吸系统，造成呼吸系统的应激性反应，严重时会造成可逆性伤害。臭氧的毒性主要表现在其强氧化能力，臭氧浓度在20ppb时，嗅觉灵敏的人便可觉察，称为感觉临界值，浓度在150ppb时为嗅觉临界值，一般人都能嗅出，当浓度达到1～10ppm时，称为刺激范围，10ppm以上时为中毒限。

图1 臭氧的杀菌浓度

制yao用水储存与分配管网系统会不断滋生微生物，臭氧能有效杀灭水中的微生物并有效降解已经形成生物膜，臭氧经紫外灯破除后完全无残留，臭氧杀菌法已成为常温制yao用水储存与分配管网系统中能连续去除细菌和病毒的好方法之一。与巴氏消毒相比，臭氧杀菌系统除了具有操作简单、水温无波动、无需工业蒸汽、消毒时间短和降解生物膜等优势外，管道材质选择余地也非常大，臭氧杀菌系统为常温运行系统，可采用不锈钢材质或PVDF材质进行建造，选择PVDF材质建造的纯化水臭氧杀菌系统能有效降低系统投资。

水电解臭氧发生器（图2）是欧美主流的臭氧发生设备，其工作原理为：来自制yao用水循环管路的纯化水或高纯水进入反应单元的阳极室，在阳极和电化稳定膜之间的接触表面被分成两种成分，氢质子进入膜并在阴极一侧被压缩为氢气后释放到大气中，而在阳极一侧的自由氧则转化为臭氧，快速溶于水中形成高浓度的臭氧水，并重新回到制yao用水储存与分配系统中。水电解臭氧发生器的优点是采用待消毒处理的纯化水来产生臭氧，从而有效绝了来自系统外部的其它污染。

图2 水电解臭氧发生器工作机理

中国GMP、欧盟GMP和美国FDA cGMP要求制yao用水的制备、储存和分配系统应当能够防止微生物的滋生。同时，中国药典、欧盟药典和美国药典对制yao用水中的微生物含量有着严格的要求，表1为各国药典对原料水微生物限度的详细要求。实践表明，臭氧浓度达到100－200ppb时，能有效保证制yao用水储存与分配系统中微生物含量不超过1CFU/100ml。

表1 各国药典对原料水微生物限度的要求

水电解臭氧杀菌法主要分为连续型和间歇型两种。图3为典型的连续型臭氧杀菌原理，可以广泛应用于常温储存的纯化水分配系统与注射用水分配系统，整个系统采用三个在线臭氧探头对储罐、管网入口端和管网回水端的臭氧浓度进行实时监测，系统水温控制在20度左右，呼吸器出口采用活性炭吸附或加热的方式进行臭氧破除。正常生产时，臭氧发生器和紫外灯均处于开启状态，纯化水储存系统始终处于臭氧保护状态，用点管网采用253.7nm波长的紫外灯将臭氧从循环管网系统中完全破除，以保证使用时纯化水中无残留臭氧；周期性杀菌时，将紫外灯关闭，维持水中臭氧浓度并保持一段时间，杀菌即可结束。

图3 连续型臭氧消毒系统

图4为典型的间歇型臭氧杀菌原理，可以广泛应用于常温储存的纯化水分配系统，整个系统采用一个在线臭氧探头对管网回水端的臭氧浓度进行实时监测，系统水温控制在20度左右。正常生产时，臭氧发生器处于关闭状态；周期性杀菌时，开启臭氧发生器，维持水中臭氧浓度并保持时间，杀菌结束后，采用253.7nm波长的紫外灯将臭氧从循环管网系统中完全破除，以保证使用时纯化水中无残留臭氧。

图4 间歇型臭氧消毒系统

制yao用水分配系统推荐采用三维设计软件进行框架模块化设计并指导组装。模块化设计主要有按图组装、形式多样、即插即用、实现工厂性能测试（FAT）、节省占地面积、美观大方和便于操作等优点，符合美国机械工程师协会生物加工设备（American Society of Mechanical Engineers Bioprocessing Equipment，ASME BPE）的设计理念[8]。水电解臭氧杀菌的分配框架系统主要由如下元器件组成：水电解臭氧发生器、紫外灯、带变频控制的输送泵、换热器及其冷却调节装置、取样阀、隔膜阀、管道管件、温度传感器、压力传感器、臭氧传感器、电导率传感器、TOC在线监测仪器、备压阀及其配套的集成控制系统（含控制柜、I/O模块、触摸屏、有纸记录仪等），图5是笔者实践的一个典型的水电解臭氧杀菌分配框架系统。

图5 模块化设计的臭氧消毒系统

当前，现代工业大发展提出越来越苛刻的节能、环保、等要求，体现当代科学技术水平的用水产品进入一个发展的历史新时期。水电解臭氧杀菌法已成为欧美主流的常温消毒方式，随着我国新版GMP和新版药典的正式颁布，我国制药行业对用水系统设计、安装和水质质量等方面的要求更加严格，水电解臭氧杀菌法将在国内制水系统中得到更加广泛地推广和应用。

问题37：RO/RO与RO/EDI的主要水质指标区别是什么？

电去离子系统简称EDI 系统，主要功能是深度除盐。EDI系统是一种电渗析工艺和离子交换工艺结合的系统，这种离子交换系统使用一个混合树脂床，采用选择性的渗透膜，其主要功能是为了进一步除盐。EDI 系统中设备主要包括EDI 装置及相关的阀门、连接管道、仪表及控制系统等。

EDI工作原理是利用混和离子交换树脂吸附水中的阴阳离子，同时这些被吸附的离子又在直流电场的作用下，分别透过阴阳离子交换膜而被去除。面向正极的阴离子交换膜（只允许阳离子可以透过）与面向负极的阳离子交换膜（只允许阴离子可以透过）之间构成淡水室；面向负极的阴离子膜与面向正极的阳离子膜之间组成浓水室。在淡水室和浓水室中间夹着阴、阳离子树脂，当水从淡水室和浓水室流过时，离子交换树脂吸附了水中的离子，在EDI模块两端的电极提供了横向的直流电场，直流电场驱动离子交换树脂所吸附的离子穿过离子交换膜，其结果是降低了淡水室中水的离子浓度和增加了浓水室中水的离子浓度，从而使得淡水室中水的纯度越来越高。与此同时，电位的势能又将一部分水电解成氢离子和氢氧根离子，从而使树脂得以连续再生，且不需要添加再生剂（图1）。

图1 EDI的运行原理

美国药典要求纯化水电导率值不高于1.3μs/cm@25℃，与RO/RO系统相比，RO/EDI系统电导率值更加稳定并始终处于较低水平（图2），因此，为获得更加、稳定的纯化水水质，RO/EDI已得到越来越多制药企业用户的应用与推广。有一些企业喜欢采用RO/RO/EDI工艺进行纯化水制备，该工艺本身并没有任何问题，但如果将预处理的设计及稳定性处理好，采用RO/EDI工艺的纯化水机水质稳定性也非常的好。

图2 RO/EDI产水的低电导率优势

问题38：纯化水洗手还是饮用水洗手？

洗手完全可以用非药典水（饮用水、软化水等），我国制药企业用纯化水洗手，主要是基于传统习惯且企业本身没有使用非药典水，采用了更高质量标准的纯化水用于洗手。

问题39：双板板式换热器为什么大家用的少了？

板式换热器属于典型的间壁式换热器（图1），它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。板式换热器的主体结构由换热板片以及板间的胶条组成，主要应用于液体/液体、与液体/蒸汽之间的换热。为提高管外流体给热系数，通常在壳体内安装数量的横向折流档板，折流档板不仅可防止流体短路，增加流体速度，还迫使流体按规定路径多次错流通过管束，使湍动程度大为增加。

图1 板式换热器结构图

板式换热器其体积小，维修与安装方便，可随意增加板片来增加换热器的换热面积。板式换热器也可设计为双板板式结构（图2），虽然双板板式换热器价格相对便宜，其不可自排净的特性导致它具有的微生物污染风险，因此，ISPE建议，板式换热器不允许使用在储存与分配系统中，但可以用在纯化水的预处理与纯化单元中使用。

图2 双板板式设计原理

问题40：SUS316L，1.4404，1.4435到底有何区别？

参考ASME BPE这张表