药用纯化水制备技术及装备发展研究

任红兵

（江苏省连云港中医药高等职业技术学校，江苏连云港222000）

0 引言

药用纯化水几乎贯穿于药品生产的各个环节，因此，它被喻为药品生产的“生命线”。近年来，随着科学技术的不断进步，我国药用纯化水的制备技术及装备取得了显著进展。

1 药用纯化水的概述

1.1 药用纯化水的定义

《中华人民共和国药典（2010版）》附录中对药用纯化水的定义为：饮用水经蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其他适宜的方法制得的制药用水。不含任何添加剂，其质量应符合纯化水项下的规定。采用离子交换法、反渗透法、超滤法等非热处理制备的纯化水一般又称去离子水。

1.2 药用纯化水质量标准

在《中华人民共和国药典（2010版）》中规定，纯化水检查项目包括酸碱度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、电导率、总有机碳、易氧化物、不挥发物、重金属、微生物限度。其中，总有机碳和易氧化物两项可选做一项。与2005版药典相比，增加了电导率和总有机碳的要求，取消了氯化物、硫酸盐与钙盐的检验项目。在制水工艺中通常采用在线检测纯化水的电阻率值的大小，来反映水中各种离子的浓度。

制药行业纯化水的电阻率应≥0.5 MΩ·cm/25 ℃，对于注射剂、滴眼液容器冲洗用的纯化水的电阻率应≥1 MΩ·cm/25 ℃。

1.3 药用纯化水的应用范围

纯化水可作为非无菌药品的配料、直接接触药品的设备、器具和包装材料最后一次洗涤用水、非无菌原料药精制工艺用水、制备注射用水的水源、直接接触非最终灭菌棉织品的包装材料粗洗用水等。

纯化水还可作为配制普通药物制剂用的溶剂或试验用水；可作为中药注射剂、滴眼剂等灭菌制剂所用饮片的提取溶剂；口服、外用制剂配制用溶剂或稀释剂；非灭菌制剂用器具的精洗用水。也用作非灭菌制剂所用饮片的提取溶剂。纯化水不得用于注射剂的配制与稀释。

2 药用纯化水的检验项目

《中华人民共和国药典（2010版）》中规定，纯化水的性状要求为无色的澄清液体，无臭、无味，对检查项目规定如下：

2.1 酸碱度

取本品10 mL，加甲基红指示液2滴，不得显红色；另取10 mL，加溴麝香草酚蓝指示液5滴，不得显蓝色。

2.2 硝酸盐

取本品5 mL置试管中，于冰浴中冷却，加10%氯化钾溶液0.4 mL与0.1%二苯胺硫酸溶液0.1 mL，摇匀，缓缓滴加硫酸5 mL，摇匀，将试管于50 ℃水浴中放置15 min，溶液产生的蓝色与标准硝酸盐溶液[取硝酸钾0.163 g，加水溶解并稀释至100 mL，摇匀，精密量取1 mL，加水稀释成100 mL，再精密量取10 mL，加水稀释成100 mL，摇匀，即得（每1 mL相当于1 μg NO3）]0.3 mL，加无硝酸盐的水4.7 mL，用同一方法与处理后的颜色比较，不得更深（0.000 006%）。

2.3 亚硝酸盐

取本品10 mL，置纳氏管中，加对氨基苯磺酰胺的稀盐酸溶液（1→100）1 mL及盐酸萘乙二胺溶液（0.1→100）1 mL，产生的粉红色，与标准亚硝酸盐溶液[取亚硝酸钠0.750 g（按干燥品计算），加水溶解，稀释至100 mL，摇匀，精密量取1 mL，加水稀释成100 mL，摇匀，再精密量取1 mL，加水稀释成50 mL，摇匀，即得（每1 mL相当于1 μg NO2）]0.2 mL，加无亚硝酸盐的水9.8 mL，用同一方法与处理后的颜色比较，不得更深（0.000 002%）。

2.4 氨

取本品50 mL，加碱性碘化汞钾试液2 mL，放置15 min；如显色，与氯化铵溶液（取氯化铵31.5 mg，加无氨水适量使溶解并稀释成1 000 mL）1.5 mL，加无氨水48 mL与碱性碘化汞钾试液2 mL制成的对照液进行比较，不得更深（0.000 03%）。

2.5 电导率

药用纯化水的电导率应符合规定（附录ⅧS）。温度和电导率的限度关系如表1所示。

表1 温度和电导率的限度关系

2.6 总有机碳

药用纯化水的总有机碳不得超过0.50 mg/L（附录ⅧR）。

2.7 易氧化物

取本品100 mL，加稀硫酸10 mL，煮沸后，加高锰酸钾滴定液（0.02 mol/L）0.10 mL，再煮沸10 min，粉红色不得完全消失。

以上总有机碳和易氧化物两项可选做一项。

2.8 不挥发物

取本品100 mL，置105 ℃恒重的蒸发皿中，在水浴上蒸干，并在105 ℃干燥至恒重，遗留残渣不得超过1 mg。

2.9 重金属

取本品100 mL，加水19 mL，蒸发至20 mL，放冷，加醋酸盐缓冲液（pH3.5）2 mL与水适量使其达25 mL，加硫代乙酰胺试液2 mL，摇匀，放置2 min，与标准铅溶液1.0 mL加水19 mL，用同一方法与处理后的颜色进行比较，不得更深（0.000 01%）。

2.10 微生物限度

取本品，采用薄膜过滤法处理后，依法检查药用纯化水的微生物限度（附录ⅪJ），细菌、霉菌和酵母菌总数每1 mL不得超过100个。

3 GMP认证制药用纯化水设备要求

（1）结构设计应简单、可靠、拆装简便。

（2）为便于拆装、更换、清洗零件，执行机构的设计尽量采用标准化、通用化、系统化零部件。

（3）设备内外壁表面，要求光滑平整、无死角，容易清洗、灭菌。零件表面应做镀铬等表面处理，以耐腐蚀，防止生锈。设备外面避免用油漆，以防剥落。

（4）制备纯化水设备应采用低碳不锈钢或其他经验证不污染水质的材料。制备纯化水的设备应定期清洗，并对清洗效果进行验证。

（5）注射用水接触的材料必须是优质低碳不锈钢或其他经验证不对水质产生污染的材料。制备注射用水的设备应定期清洗，并对清洗效果进行验证。

（6）纯化水储存周期不宜大于24 h，其储罐宜采用不锈钢材料或经验证无毒、耐腐蚀、不渗出污染离子的其他材料制作。为保护其通气口应安装不脱落纤维的疏水性除菌过滤器。储罐内壁应光滑，接管和焊缝不应有死角和沙眼。应采用不会形成滞水污染的显示液面、温度压力等参数的传感器。对储罐要定期清洗、消毒灭菌，并对清洗、灭菌效果进行验证。

（7）制药用水的输送：1）纯化水和制药用水宜采用易拆卸清洗、消毒的不锈钢泵输送。在需用压缩空气或氮气压送的纯化水和注射用水的场合，压缩空气和氮气需经过净化处理。2）纯化水宜采用循环管路输送。管路设计应简洁，应避免盲管和死角。管路应采用不锈钢管或经验证无毒、耐腐蚀、不渗出污染离子的其他管材。阀门宜采用无死角的卫生级阀门，输送纯化水应标明流向。3）输送纯化水和注射用水的管道、输送泵应定期清洗、消毒灭菌，验证合格后方可投入使用。

（8）压力容器的设计，需由有许可证的单位及合格人员承担，需按中华人民共和国国家标准《钢制压力容器》（GB150—80）及“压力容器安全技术监察规程”的有关规定办理。

4 药用纯化水设备对水质的要求

我国地域辽阔，水资源丰富，水质因地域的不同而差异很大。

如果原水是井水，则有机物负荷不会很大；如果是地表水（湖水、河水或水库水），可能含有较高水平的有机物，并且有机物的组成和数量可能受季节变化影响；市政供水（自来水）通常是经过氯处理的，在去除氯之前，其中微生物的含量是比较低的，且其生长通常是受到抑制的。

这里需要提及的一点是，原水水质应达到饮用水标准，方可作为制药用水或纯化水的起始用水，如果原水达不到饮用水标准，那么就要将原水首先处理到饮用水的标准，再进一步处理成为符合药典要求的纯化水。

纯化水系统需要进行定期的消毒和水质的监测以确保所有使用点的水符合药典对纯化水的要求。

通常情况下，纯化水制备系统的配置方式根据地域和水源的不同而不同，纯化水制备系统应根据不同的原水水质情况进行分析与计算，然后配置相应的组件来依次把各指标处理到允许的范围之内。目前在国内纯化水制备系统的主要配置方式如图1所示，但并不局限于只有这一种。

图1 纯化水制备方法

5 药用纯化水设备主要组件

5.1 多介质过滤器

一般称为多机械过滤器或砂滤，过滤介质为不同直径的石英砂分层填装，较大直径的介质通常位于过滤器顶端，水流自上而下通过逐渐精细的介质层，通常情况下，介质床的孔隙率应允许去除微粒的尺寸最小为10～40 μm，介质床主要用于过滤除去原水中的大颗粒、悬浮物、胶体及泥沙等，以降低原水浊度对膜系统的影响，同时降低SDI（污染指数）值，出水浊度＜1，SDI＜5，达到反渗透系统进水要求。

根据原水水质的情况，有时要通过在进水管道投加絮凝剂，采用直流凝聚方式，使水中大部分悬浮物和胶体变成微絮体在多介质滤层中截留而去除。

根据压差的升高以及时间的推移，可通过反向冲洗操作来去除沉积的微粒，同时反向冲洗也可以降低过滤器的压力。一般情况下，反向冲洗液可以采用清洁的原水，通常以3～10倍设计流速冲洗约30 min，反向冲洗后，再以操作流方向进行短暂正向冲洗，使介质床复位。通常情况下反洗泵多采用立式多级泵。

5.2 活性炭过滤器

活性炭过滤器主要用于去除水中的游离氯、色素、微生物、有机物以及部分重金属等有害物质，以防止它们对反渗透膜系统造成影响。过滤介质通常由颗粒活性炭（如椰壳、褐煤或无烟煤）构成的固定层组成。经过处理后的出水余氯应＜0.1 ppm。

微生物的生长是一个关键的考虑因素，出现这种情况的原因是过滤器内部的表面面积大以及相对低的流速，同时过滤介质还是一个细菌滋生的温床。由于活性炭过滤器会截留住大部分的有机物和杂质等，使其吸附在表面，因此可以采用定期的巴氏消毒来保证活性炭的吸附作用。其反洗和正洗可参照多介质过滤器。

5.3 软化器

软化器通常由盛装树脂的容器、树脂、阀或调节器以及控制系统组成。介质为树脂，目前主要是用钠型阳离子树脂中可交换的Na+阳离子来交换出原水中的钙、镁离子而降低水的硬度，以防止钙、镁等离子在RO膜表面结垢，使原水变成软化水后出水硬度能达到＜1.5 ppm。

软化器通常的配备是两个，当一个进行再生时，另一个可以继续运行，确保生产的连续性。容器的简体部分通常由玻璃钢或碳钢内部衬胶制成。通常使用PVC或PP/ABS或不锈钢材质的管材和多接口阀门对过滤器进行连接。通过PLC控制系统对软化器进行控制。系统提供一个盐水储罐和耐腐蚀的泵，用于树脂的再生。

5.4 膜技术

5.4.1 微滤

微滤是用于去除细微颗粒和微生物的膜工艺。在微滤工艺中没有废水流产生。如果滤芯的尺寸相同，微孔过滤器的壳体是可以通用的，只不过是滤芯的材料和孔径不同。在最终过滤的过滤器中，孔径的大小通常是0.04～0.45 μm。微滤应用的范围很广，包括不进行最终灭菌药液的无菌过滤。

微孔过滤器一般应用于纯化水系统中一些组件后的微生物的截留，那里可能存在微生物的增长，微孔过滤器在这个区域内的效果非常明显，但是必须要采取适当的操作步骤来保证在安装和更换膜的过程中过滤器的完整性，从而确保其固有的性能。微孔过滤器最适合应用于纯化水制备系统的中间过程，而不适用于循环分配系统。过滤器在系统中不应是唯一的微生物控制单元，它们应当是全面微生物控制措施当中的一部分。减少微孔过滤器位置及数量使维护更容易些。

微滤在减少微生物方面的效率和超滤一样，但不会产生废水。但是，微滤不能像超滤一样降低溶解有机物的水平，由于孔径大小不一样，微滤不能去除超滤所能去除的更小的微粒。如果选择合适的材料，微孔过滤器可以耐受加热和化学消毒。

5.4.2 超滤

超滤系统可作为反渗透的前处理，用于去除水中的有机物、细菌，以及病毒和热原等，确保反渗透进水品质。超滤与反渗透采用相似的错流工艺，进水通过加压平行流向多孔的膜过滤表面，通过压差使水流过膜，微粒、有机物、微生物、热原和其他的污染物不能通过膜，进入浓缩水流中（通常是给水的5%～10%）排掉，这使过滤器可以进行自清洁，并减少更换过滤器的频率。和反渗透一样，超滤不能抑制低分子量的离子污染。

超滤系统的设备主要包括原水箱、原水泵、盘式过滤器、超滤装置、超滤产水箱、反洗泵、氧化剂加药装置等。

膜的材质是聚合体或陶瓷物质。聚合膜元件可以是卷式和中空纤维的结构。陶瓷的模块可以是单通道或多通道结构。

超滤膜可以用很多种方式消毒。大多数聚合膜能承受多种化学药剂清洗，如次氯酸盐、过氧化氢、高酸、氢氧化钠及其他药剂，有些聚合膜能用热水消毒，有些甚至能用蒸汽消毒。陶瓷超滤材料能承受所有普通的化学消毒剂、热水、蒸汽消毒或除菌工艺中的臭氧消毒。

超滤不能完全去除水中的污染物。离子和有机物的去除随着不同的膜材料、结构和孔隙率的不同而不同，对于许多不同的有机物分子的去除非常有效。超滤不能阻隔溶解的气体。

大多数超滤通过连续的废水流来除去污染物，通常情况下废水流是变化的，通常是2%～10%的变化。有些超滤系统运行可能导致堵塞，要及时地进行处理。

超滤流通量和清洁频率根据进水的水质和预处理的不同而变化。很多超滤膜是耐氯的，不需要从进水中去除氯。

超滤系统的主要处理装置为超滤装置。超滤膜分离技术具有占地面积小、出水水质好（出水SDI＜3）、自动化程度高等特点。

SFP超滤装置采用全流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式，运行60 min，反冲洗60～120 s。系统采用PLC控制。化学清洗频率1～3个月，化学清洗时间60～90 min。

SFP超滤装置的主要特点：

（1）中空纤维外表面活化层孔隙率高，故纤维单位面积产水量大；（2）中空纤维强度高，采用反向冲洗和气洗工艺，使组件可在全流过滤状态下工作，化学清洗周期大大延长；（3）较低的操作成本；（4）操作、维护简单。

采用超滤系统作为反渗透的预处理，系统可适应较大范围的进水水质变化，浊度＜50 NTU的情况下均可使用，且产水水质较好，产水SDI＜3。超滤的采用可以更有效地保护反渗透装置，使反渗透膜免受污染，通常情况下使用寿命可从3年延长至5年，甚至更长时间；同时可提高反渗透膜的设计通水量，即在产水量不变的前提下可减少膜的使用数量，从而减少反渗透装置的设备投资。

5.4.3 纳滤

纳滤是一种介于反渗透和超滤之间的压力驱动膜分离方法，纳滤膜的理论孔径是1 nm（10-9m）。纳米膜有时被称为“软化膜”，能去除阴离子和阳离子，较大阴离子（如硫酸盐）要比较小阴离子（氯化物）更易于去除。纳米过滤膜对二价阴离子盐以及分子量大于200的有机物有较好的截留作用，这包括有色体、三卤甲烷前体细胞以及硫酸盐。它对一价阴离子或分子量大于150的非离子的有机物的截留较差，但是也有效。

与其他压力驱动型膜分离工艺相比，纳滤出现较晚。纳滤膜大多从反渗透膜衍化而来，如CA、CTA膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等。但与反渗透相比，其操作压力要求更低，一般为（4.76～10.2）×105Pa，因此纳滤又被称作“低压反渗透”或“疏松反渗透”。

经过纳滤的最终产水的电导率范围是40～200 μS/cm，但这还取决于进水的溶解总固体含量和矿物质的种类，一个单通道RO单元的产水电导率是5～20 μS/cm。

目前在我国的纯化水制备系统当中，纳滤还没有普遍使用。

5.4.4 反渗透系统

反渗透系统承担了主要的脱盐任务。典型的反渗透系统包括反渗透给水泵、阻垢剂加药装置、还原剂加药装置、5 μm精密过滤器、一级高压泵、一级反渗透装置、CO2脱气装置或NaOH加药装置、二级高压泵、二级反渗透装置以及反渗透清洗装置等。

5.4.4.1 阻垢剂加药装置

阻垢剂加药系统在反渗透进水中加入阻垢剂，防止反渗透浓水中碳酸钙、碳酸镁、硫酸钙等难溶盐浓缩后析出结垢堵塞反渗透膜，从而损坏膜元件的应用特性，因此在进入膜元件之前设置了阻垢剂加药装置。阻垢剂是一种有机化合物质，除了能在朗格利尔指数（LSI）=2.6情况下运行之外，还能阻止SO42-的结垢，它的主要作用是相对增加水中结垢物质的溶解性，以防止碳酸钙、硫酸钙等物质对膜的阻碍，同时它也可以降低铁离子堵塞膜。

系统中是否要安装阻垢剂加药装置，这取决于原水水质与使用者要求的实际情况。

5.4.4.2 NaOH加药装置

如果采用的是双级反渗透，在二级反渗透高压泵前加入NaOH溶液，用以调节进水pH值，使二级反渗透进水中CO2气体以离子形式溶解于水中，并通过二级反渗透去除，使产水满足EDI装置进水要求，减轻EDI的负担。

5.4.4.3 反渗透装置

反渗透（RO）是压力驱动工艺，利用半渗透膜去除水中溶解盐类，同时去除一些有机大分子、前阶段没有去除的小颗粒等。半渗透的膜可以渗透水，而不可以渗透其他的物质，如很多盐、酸、沉淀、胶体、细菌和内毒素。通常情况下，反渗透膜单根膜脱盐率可大于99.5%。

反渗透单元如图2所示。

图2 反渗透单元示意图

预处理系统的产水进入反渗透膜组，在压力作用下，大部分水分子和微量其他离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后序设备；水中的大部分盐分、胶体和有机物等不能透过反渗透膜，残留在少量浓水中，由浓水管道排出。

在反渗透装置停止运行时，自动冲洗3～5 min，以去除沉积在膜表面的污垢，对装置和反渗透膜进行有效的保养。

反渗透膜经过长期运行后会沉积某些难以冲洗的污垢，如有机物、无机盐结垢等，造成反渗透膜性能下降，这类污垢必须使用化学药品进行清洗才能去除，以恢复反渗透膜的性能。化学清洗使用反渗透清洗装置进行，装置通常包括清洗液箱、清洗过滤器、清洗泵以及配套管道、阀门和仪表，当膜组件受污染时，可以用清洗装置进行RO膜组件的化学清洗。

目前市场上反渗透膜多数采用卷式结构作为制药用水生产用。膜可以从两种基本的材料中生产：醋酸纤维素和薄膜状合成物（聚酰胺）。典型膜操作参数如表2所示。

反渗透不能完全去除水中的污染物，很难甚至不能去除极小分子量的溶解有机物。但是反渗透能大量去除水中细菌、内毒素、胶体和有机大分子。

表2 典型RO膜操作参数表

反渗透不能完全纯化进料水，通常是用浓水流来去除被膜截留的污染物。很多反渗透的用户利用反渗透单元的浓水作为冷却塔的补充水或压缩机的冷却水等。

二氧化碳可以直接通过反渗透膜，反渗透产水的二氧化碳含量和进水的二氧化碳含量一样。反渗透产水中过量的二氧化碳可能会引起产水的电导率达不到药典的要求。二氧化碳将增加反渗透单元后面的混床中阴离子树脂的负担，所以在进入反渗透前可以通过加NaOH除去二氧化碳，如果水中的二氧化碳水平很高，可通过脱气将其浓度降低到大约5～10 ppm，脱气有增加细菌负荷的可能性，应将其安装在有细菌控制措施的地方，例如将脱气器安在一级与二级反渗透之间。

反渗透在实际操作中有温度的限制。大多数反渗透系统对进水的操作都是在5～28 ℃之间进行的。

反渗透膜必须防止水垢的形成、膜的污染和膜的退化。水垢的控制通常是通过膜前水的软化过程来实现。反渗透膜污垢的减少可通过前期可靠的预处理来减少杂质及微生物污染。

引起膜的退化的主要原因是某个膜单元的氧化和加热退化。膜一般来说不耐氯，通常要用活性炭和NaHSO3去除氯。

所有的反渗透膜都能用化学剂消毒，这些化学剂因膜的选择不同而不同。特殊制造的膜可以采用80 ℃左右的热水消毒。

5.5 离子交换（DI）

离子交换系统包括阳离子和阴离子树脂及相关的容器、阀门、连接管道、仪表及再生装置等，主要作用是去除盐类。

阳离子和阴离子交换树脂分别被酸和碱性溶液再生。当水经过离子交换床，水流中的离子交换了树脂中的氢和氢氧离子，在浓度的驱动下，这些交换是很容易发生的。因此，再生工艺是受高的化学品浓度的驱动。在此系统的重要的参数包括树脂质量、再生系统、容器的衬里及废水中和系统。通过监测产水的电导率或电阻可以监控系统的操作。

离子交换树脂有在线和离线再生系统，在线再生需要化学处理，但是允许内部工艺控制和微生物控制；离线再生可以通过更换一次新树脂完成，或通过现有树脂的反复再生完成。新树脂具有更大的处理能力和较好的质量控制等优点，但是成本相对较高一些。树脂的再生操作成本相对较低，但是可能引起质量控制问题，如树脂分离和再生质量等。

由于离子交换树脂的再生对环境的污染和操作比较繁琐，所以目前在国内不建议使用离子交换装置，而趋向于使用连续电去离子装置即通常我们所说的EDI（下面将作介绍）。

5.6 电去离子装置（EDI）

EDI系统主要功能是为了进一步除盐。EDI系统中的设备主要包括反渗透产水箱、EDI给水泵、EDI装置及相关的阀门、连接管道、仪表及控制系统等。电去离子利用电的活性介质和电压来达到离子的运送目的，从水中去除电离的或可以离子化的物质。电去离子与电渗析或通过电的活性介质来进行氧化/还原的工艺是有区别的，EDI的工作原理如图3所示。

图3 EDI的工作原理

电的活性介质在电去离子装置当中用于交替收集和释放可以离子化的物质，便于利用离子或电子替代装置来连续输送离子。电去离子装置包括永久的或临时的填料，操作可能是分批式、间歇的或连续的。对装置进行操作可以引起电化学反应，可能包括电活性膜，如半渗透的离子交换膜或两极膜。这些电化学反应是专门设计来达到或加强其输送离子的性能的目的。

连续的电去离子（EDI）工艺区别于收集/排放工艺（如电化学离子交换或电容性去离子），这个工艺过程是连续的，而不是分批的或间歇的。相对于离子的能力而言，活性介质的离子输送特性是一个主要的选型参数。典型连续的电离子装置包括半渗透离子交换膜、永久通电的介质和用来产生直流电的电源。

EDI单元是由两个相邻的离子交换膜或由一个膜和一个相邻的电极组成。EDI单元一般有交替离子损耗和离子集中单元，这些单元可以用相同的进水源，也可以用不同的进水源。水在EDI装置中通过离子转移被纯化。被电离的或可电离的物质从经过离子损耗的单元的水中分离出来而流入到离子浓缩单元的浓缩水中。

在EDI单元中被纯化的水只经过通电的离子交换介质，而不是通过离子交换膜。离子交换膜能透过离子化的或可电离的物质，而不能透过水。

纯化单元一般在一对离子交换膜中能永久地对离子交换介质进行通电。在阳离子和阴离子膜之间，通过有些单元混合（阳离子和阴离子）离子交换介质来组成纯化单元；有些单元在离子交换膜之间通过阳离子和阴离子交换介质结合层形成了纯化单元；其他的装置通过在离子交换膜之间的单一离子交换介质产生单一的纯化水单元（阳离子或阴离子）。EDI单元可以是板框结构或螺旋卷式结构。

通电时在EDI装置的阳极和阴极之间产生一个直流电场，原料水中的阳离子在通过纯化单元时被吸引到阴极，通过阳离子交换介质来输送，其输送或是通过阳离子渗透膜或是被阴离子渗透膜排斥；阴离子被吸引到阳极，并通过阴离子交换介质来输送，其输送或是通过阴离子渗透膜或是被阳离子渗透膜排斥。离子交换膜包括在浓缩单元中在纯化单元中去除的阳离子和阴离子，因此离子污染就从EDI单元里去除了。有些EDI单元利用浓缩单元中的离子交换介质。

EDI技术是将电渗析和离子交换相结合的除盐工艺，该装置取电渗析和混床离子交换两者之长，弥补对方之短，即可利用离子交换做深度处理，且不用药剂进行再生，利用电离产生的H+和OH-达到再生树脂的目的。由于纯化水流中的离子浓度降低了水离子交换介质界面的高电压梯度，导致水分解为离子（H+和OH-），在纯化单元的出口末端，H+和OH-离子连续产生，分别重新生成阳离子和阴离子交换介质。离子交换介质的连续高水平的再生使CEDL工艺中可以产生高纯水（1～8 MΩ）。

通常EDI有如下特点：

（1）可连续生产符合用户要求的合格超纯水，产水稳定；

（2）无需化学药品进行再生，没有化学物质排放，属绿色环保产品；

（3）结构紧凑，占地面积小，制水成本低；

（4）出厂前完成装置调试，现场安装调试简单；

（5）运行操作简单，劳动强度极低，培训容易。

好的EDI还具有如下独到之处：

（1）独特先进的卷式结构，流道畅通，压降低；

（2）全封闭设计，完全杜绝泄漏，日常维护、保养简便；

（3）特殊材料外壳，绝缘性能好，轻巧美观，更换便利；

（4）独有的元件和膜壳可分离结构，可方便地更换树脂与元件；

（5）更宽松的进水指标，适应性更广；

（6）模块化组合，便于系统水量的调整；

（7）运行电压低能耗小。

EDI单元不能去除水中所有的污染物，主要是去除离子的或可离子化的物质。CEDI单元不能完全纯化进水流，系统中的污染物是通过浓缩水流来排掉。CEDI在实际操作中是有温度限制的，大多数EDI单元是在10～40 ℃进行操作。

EDI单元必须避免水垢的形成，还要避免污垢和受热或氧化退化。预处理及反渗透装置能明显地降低硬度、有机物、悬浮固体和氧化剂，从而达到可以接受的水平。

EDI单元主要用一些化学剂消毒，包括无机酸、碳酸钠、氢氧化钠、过氧化氢等。特殊制造的EDI模块可以采用80 ℃左右的热水消毒。

5.7 紫外灯

紫外灯使用方便，是一种非常普遍地用来抑制微生物生长的装置，通常配有强度指示器或时间记录器。水以控制的流速暴露在紫外灯下，紫外灯发出紫外线可以消灭微生物（细菌、病毒、酵母、真菌或藻类）并穿透它们的外膜修改DNA并阻止其复制，使细菌减少。在预处理系统中，当使用氯/氯胺以及加热法无效或不可行时，可以使用紫外灯，进入紫外灯的给水必须去除悬浮固体，因为它们可以“遮避”细菌，阻止了细菌与紫外线的充分接触。紫外灯通常用于控制RO单元的给水，如果给水是不能用氯或不能进行加热消毒的，还用于控制在系统闲置时的非氯处理水的再循环。

紫外灯的特点：

（1）紫外线不能完全“灭菌”；

（2）对水的流速有严格的要求；

（3）带来的辐射的再污染值得关注；

（4）紫外灯管寿命有限。

5.8 换热器

换热器可以是板式的或列管式的，主要用于预处理部分、反渗透装置及EDI装置的消毒。

6 典型纯化水系统的设计过程概述

6.1 设计依据

原水水质和工艺用水水质要求。

6.2 原水水源及水质

原水水源：见用户提供的水质报告单。鉴于季节对水质的很大影响，应有一年四季的原水水质分析报告。

6.3 设计规模

产水量：根据客户提供的用水量统计或要求而定。

6.4 工艺用水水质

满足相关药典质量要求的水。如采用RO+EDI的纯水制备系统，最终纯水质量符合最新版的欧盟药典、美国药典和中国药典的质量要求。

6.5 公用系统要求

（1）原水应满足或处理成饮用水标准，其供给能力大于纯水设备的生产能力；

（2）如果系统中配置换热器进行消毒，一般需要3×105Pa以上的工业蒸汽；

（3）用于控制系统的压缩空气的压力一般为（5.5～8）×105Pa；用于预处理部分反洗的压缩空气压力一般为2×105Pa，不同生产能力的设备对电源功率的要求不一样。

6.6 控制系统

控制系统通常采用PLC自动控制和手动控制。如果设备正常运行时采用PLC控制，遇到紧急情况或设备处于非正常工作时系统可采用手动控制。控制系统要监控操作参数，如进水的pH值、进水电导率、进水温度和终端产品质量（如pH、电导率和温度等），这些参数可校验并可用追踪的仪表来测量，可以用手写或电子记录，包括有纸的或无纸的记录系统来记录相关数据。

通常情况下，控制系统要求如下：

（1）符合或接近CE要求，保证电器安全和仪表的可靠。自控系统的建立体系可参考GAMP。

（2）要有过程参数的显示、检测、记录及报警。

通常的检测项目及报警如表3所示。

6.7 常用的工艺流程

医药行业制备的纯化水主要的工艺过程可描述为预处理+脱盐+后处理，从工艺主要分成以下3种，可在实际中根据不同的工艺要求选择合适的制备方法。

表3 通常的检测项目及报警

（1）原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器（可选）→保安过滤器→一级反渗透设备→无菌纯水箱→纯水增压泵→紫外线杀菌器→微孔过滤器→EDI系统→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线杀菌器→微孔过滤器→用水点。

（2）原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器（可选）→保安过滤器→一级反渗透设备→纯水箱→纯水增压泵→二级反渗透→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线杀菌器→微孔过滤器→用水点。

（3）原水→原水加压泵→石英砂过滤器→活性炭过滤器→软水器（可选）→保安过滤器→一级反渗透→纯水箱→纯水增压泵→二级反渗透→无菌纯化水箱→纯水增压泵→紫外线杀菌器→微孔过滤器→EDI系统→无菌纯化水箱→臭氧杀菌器→纯化水增压泵→臭氧杀菌器→紫外线灭菌器→微孔过滤器→用水点（原水水质电导率1 000 μS/cm以上建议使用此工艺流程）。

6.8 典型的工艺流程

其中一种典型的工艺流程如图4所示。

图4 典型的工艺流程图

7 结语

药用纯化水是保证药品质量和安全的重要前提，要实现药品的质量达标，首先应确保药用纯化水的制备和灭菌处理满足工艺标准要求。要获得质量合格的药用纯化水，不能单靠批检来保证，而是要通过合理设计、精心安装且经过验证的程序来控制，并建立日常监控、检测和报告制度。

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