浅析在制药工程中应用反渗透技术

浅析在制药工程中应用反渗透技术

肖爱荣韩欧张亭亭

山东金城生物药业有限公司山东淄博25000

摘要：反渗透技术（ReverseOsmosis）是20世纪60年代发展起来的一项新的膜分离技术，是依靠反渗透膜在压力作用下使溶液中的溶剂与溶质进行分离的过程。随着医药业的发展，制药用水的水质要求也在逐步提高，传统的工艺，如离子交换法等已远远不能满足制药的要求。在各种膜分离技术中，反渗透技术是近年来国内应用最成功、发展最快、普及最广的一种膜分离技术。为了适应制药行业的发展需要，反渗透技术作为先进、有效的水质净化技术被广泛应用在制药行业的处理系统中。

关键词：制药工程；反渗透技术；应用研究

反渗透系统是以反渗透膜的过滤选择特征为原理，实现不同物质的分离。实际是以水作为主要溶剂而将其他物质分离的情况。早在1748年，就有法国的科学家通过水扩散到装有酒精的猪身体中这一案例，揭示了膜分离现象[1]。在后续科学技术的不断发展过程中，膜分离技术经过辗转被运用到食品、环境工程、气体分离、生物工程、制药工程、市政给水、直饮水等方面，本文主要介绍膜分离技术在制药工程中的运用。

1反渗透技术的工作原理

1.1原理

渗透水在密度的分配上，从密度高的一边流向密度低的一边，即从浓度高的地方流向浓度低的地方，且只有水能够穿过半透膜，溶解后的固体物质不能穿过，溶液的自发性流动，稀释了溶液的浓度。当流动过程产生的压力和水的流动力平衡时，就能够达到内部的稳定，这种稳定的状态并不是指完全静止，而是水内溶剂的浓度是一样的，分子可以在两边进行任意的流动，密度、体积与水量都是相当的。但是分子的运动过程是微小的，且用肉眼无法直接观察到，因此我们看到的状态就是一个相对静止的状态。如果外部压力和内部压力保持在统一水平时，这种平衡维系的时间就会久。反渗透是渗透的一种逆向过程，因此反渗透技术的使用必须要具备两个条件，即溶液内的渗透压低于外界施压以及存在半透膜[2]。

1.2构成

反渗透系统由两部分构成：一是预处理系统；二是反渗透系统。预处理系统的主要功能是改善供水条件，保护反渗透主机，保证进入渗透装置的原水达到反渗透系统进水的标准，从而提高反渗透膜的生命周期。目前市场上对原水处理的设备主要是多介质过滤器。这种过滤器过滤功能比较突出，通过过滤器直接滤掉直径大于10微米的悬浮颗粒；同时加上活性炭，活性炭在过滤反应中的主要作用是去除水中的异味、有机物等。为了更好地去除污垢，还需要安装阻垢加药装置、精密过滤器等设备。阻垢剂加药装置的作用是防止钙、镁等金属物质凝结成垢。精密过滤装置可以直接过滤水中精度5微米的颗粒物质[3]。

2制约反渗透技术的因素

影响反渗透技术的渗透效果因素有很多，主要集中在压力、温度、盐的浓密和渗透膜污染等因素。在渗透过程过程中，反渗透技术对水温比较敏感，水温的变化会影响水产量，水温和水产量呈正比关系，温度升高，水产量也增加，这也是造成渗透膜水分子的粘度下降的主要因素。第二压力，只有当压力达到一定的强度，才能达到渗透的效果，一般反渗透的压力比较大，压力越大，净压越高，水中的盐透度会增加，从而影响渗透膜的含盐量，影响反渗透装置的脱盐效果。第三盐浓度，在渗透反应中，渗透压表示水中的含盐量，如果溶液中的含盐量越高，那么就表示渗透膜的压力越高；如果进水压力不便，净压降低产水量也会降低。第四就是反渗透膜的污染问题。渗透膜是渗透反应技术最关键的环节，渗透膜的质量好坏直接关系到整个渗透质量，所以在生产过程中，必须保证渗透膜处在一个干净、无污染的环境下，避免在渗透过程中受到其他物质的污染。渗透膜污染的主要形式有金属氧化污染、膜表面的污垢堆积、污染物堵塞、微生物污染和胶体污染。这些污染物质会影响透水量。

3反渗透技术在制药工程中的应用

3.1在纯水系统中的应用

在《中国药典（2015年版）》二部规定有纯化水的各项指标，包括性状、酸碱度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨、电导率、总有机碳、易氧化物、不挥发物和重金属等指标；在《药品生产验证指南（2003年版）》中也有GMP对工艺用水的要求及相关系统的验证。

经过预处理的水含盐量（TDS）一般为100～300ppm，利用一级反渗透装置可去除水中98%的盐分，并除去几乎100%的悬浮物、胶体及有机物。之后通过调整pH值，使水中的游离状气体转化为离子状态，由第二级RO装置去除，达到进一步除盐的目的[4]。二级反渗透装置的出水在反渗透后端用紫外线杀菌器和精密过滤器进行杀菌和过滤，使其产水电导率≤2μS/cm，且符合《中国药典（2010年版）》纯化水各项指标和《洁净厂房设计规范》的要求[5]。

下面以某公司的综合制剂车间的纯水设计为例进行讲解，反渗透膜技术是如何发挥其功效的。在纯化水处理的系统中安装了多种过滤器，分别是活性炭过滤器、多介质过滤器和保安过滤器。这些过滤器都是反渗透的预处理系统，其作用是将原水中的泥沙、颗粒、悬浮物、有机硅胶体、异味、有机物等做一个全面有效地清理[6]。在经过这样严格的过滤处理以后确保欲处理的水能符合反渗透的进水要求。经过一系列的操作过后，这些水才可以进入到下一步的反渗透装置中去，这一步的主要任务是除去水中一些溶解性盐。经过这两步后的水需要用特殊的仪器对其消毒处理，需要用到的杀毒器是紫外线杀菌器和精密过滤器。经过这三大步的处理后，使最后的结果符合国家规定的数据范围。

3.2发展趋势

从上个世纪九十年代开始到现在反渗透技术的应用以每年20%以上的增速发展，已经遍布全国的医疗卫生、电子生产、酒类生产、冶金等多个行业。国内不少企业开始生产成套的设备。比如莱特莱德水处理科技有限公司，生产的反渗透设备已经广泛应用在饮料食品、化工、制药、电力和电子等领域，涵盖设备的范围有反渗透装置、矿泉水生产线、软化水设备、纯净水生产等多个领域和砂滤器、除氟装置等各种不同型号的水处理设备和相关的配件。反渗透技术在制药工程中的分离效果是其他技术无法达到的，随着科学技术的进步，反渗透技术也得到了一定的提高和发展，反渗透这种无污染、低成本的优势将给企业带来更多的效益。因此未来越多的企业开始研究反渗透技术，渗透膜是反渗透技术实施的关键，反渗透系统的工作质量直接决定了渗透膜的渗透功能，因此相关技术人员应该加大渗透膜的研发，研发出抗氧化能力、抗污染和抗腐蚀能力强的新型渗透膜。

综上所述，反渗透膜是一种操作简单、成本低的分离技术，因此在众多领域广泛应用。反渗透膜应用在制药工程中，极大地改善了制药生产过程中的分离难题，进一步推动了制药工程的快速发展。但是目前反渗透技术在应用过程中，容易受到温度、压力、膜污染等问题的影响，致使反渗透效果极差。因此，还需要相关技术人员进一步对反渗透技术进行研究，创新反渗透技术的工艺，推动反渗透膜技术在制药工程中的发展，为我国医药事业做出一定的贡献。

参考文献

[1]李莉楠.浅析在制药工程中应用反渗透技术[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2013(05):314.

[2]张伟.反渗透膜清洗药剂和设备的研究[D].大连交通大学,2010,12-20.

[3]安伯忠，刘玉波，刘志庄，等.制药工程中反渗透技术的应用[J].技术与市场,2008(12):27-28.