二级反渗透设备制备纯化水的生产工艺与水质控制

二级反渗透设备制备纯化水的生产工艺与水质控制

刘宝成

(身份证号码：2113811979****3613辽宁大连116100)

摘要：天然状态的水极易滋生微生物，不能直接被用于制药工业中。制药用水作为工艺原料，被用作药品的组成成分、溶剂、稀释剂，就需要分离出盐、有机物和细菌成分。目前，纯水的制造方法基本有4种：蒸馏法、电渗析法、离子交换法和反渗透法（简称RO）。其中，反渗透技术是当今最先进、最节能、效率最高的分离技术。本文分析了二级反渗透设备制备纯化水的生产工艺与水质控制。

关键词：二级反渗透；纯化水；生产工艺；水质控制；

前言：纯化水制备经过多年的发展，从单件、单台设备的制造、组装发展到目前使用的一套完整的纯化水制备流程。蒸馏法制水电导率有点高，满足不了现在新工艺的要求；电渗析法制水对水的利用率为50%，利用率低；离子交换法有废酸碱液排放，污染环境。而反渗透法在制取纯水过程中，是以压力作为动力，使纯水透过反渗透膜，后将其收集而制得，因而在整个制水过程中，不发生相变，电导率很低，水的利用率也比较高，且对环境没有污染。反渗透法是目前应用最广的脱盐技术。

1原理

反渗透原理在一个装有水的烧杯中，中间隔着一个只有水分子才能透过的半透膜，这时水的液面是平的。在右边的水中加入盐，则右边的水变成了盐水溶液，过一段时间就可以发现水液面降低了，而盐水的液面升高了。人们把水分子透过这个隔膜迁移到盐水中的现象叫做渗透。盐水液面升高到了一定高度就会达到平衡，这时隔膜两端液面高度差所代表的压力称为渗透压。在达到平衡后，如果在盐水端液面上施加一定压力，此时水分子就会由盐水端向水端迁移。液剂分子在压力作用下由稀溶液向浓溶液迁移的过程称为反渗透。反渗透设施生产纯化水的关键有2个：一是一个有选择性的膜，称之为半透膜；二是一定的压力。简单地说，反渗透半透膜上有众多的孔，这些孔的大小与水分子的大小相当，由于细菌、病毒、大部分有机污染物和水合离子均比水分子大得多，因此不能透过反渗透半透膜，使其与透过反渗透膜的水相分离。在水的众多种杂质中，溶解性盐类是最难清除的，因此，经常根据除盐率的高低来确定反渗透的净水效果。目前，有较高选择性的反渗透膜元件的除盐率可以高达99.7%。

2生产工艺

（1）预处理。预处理装置的主要作用是使外网原水处理后达到反渗透装置对进水水质的要求：浊度<1NTU、SDI<5[2010版指南是SDI<5]、余氯<0.1mg/l反渗透装置的传统预处理一般为多介质过滤器、活性炭过滤器和保安过滤器的组合。多介质过滤器内一般装填无烟煤与石英砂等滤料，用于截留进水中的悬浮物、胶体杂质，降低出水浊度。为了强化滤料截留效果，一般在预处理进水中投加絮凝剂（如碱式氯化铝等），以有效凝聚进水中的悬浮物和胶体杂质，使其易被石英砂滤料截留；活性炭过滤器内装填净水专用活性炭，用于吸附进水中的余氯、有机物等，降低进水的COD含量。这样，原水通过石英砂滤料截留和活性炭滤料吸附及保安滤器过滤后，预处理产水水质可达到反渗透装置的进水要求。近几年新兴的超滤膜过滤（精度一般<1μm），大大优于传统的石英砂过滤精度，因而超滤膜具有过滤精度高、产水浊度低等优点。但由于超滤膜过滤精度高也导致了超滤膜易受到污染、过滤性能不易恢复，使其在预处理中的应用受到限制。目前，随着可反冲超滤装置的出现，用反冲洗超滤膜的方法，以冲洗超滤膜面的污染物，使受污染的超滤膜性能得到恢复，这样就使超滤装置在反渗透装置的预处理中的广泛应用成为可能。

为防止硬度离子在反渗透系统中由于浓缩结垢而污染反渗透膜，导致反渗透装置的性能下降，可以在反渗透装置进水中加入阻垢剂或在预处理设备中增加软化器，来达到保护反渗透装置的目的。

（2）二级反渗透。一般一级反渗透产水不能达到纯化水水质要求，这时需用二级反渗透作进一步处理，使其达到要求的水质标准。由于反渗透膜不能脱除溶于水中的二氧化碳气体，当原水中含有较多二氧化碳时，一般在一级反渗透装置后设立脱气装置，用于脱除进水中的二氧化碳气体。常用脱气装置为脱气塔，采用脱气方式为鼓风脱气和真空脱气。但是脱气装置有增加细菌负荷的可能，因而脱气装置一般是加在有细菌控制措施的地方：如一级反渗透与二级反渗透之间。由于脱气塔不能完全脱除二氧化碳气体，因而在二级反渗透装置进水中加入氢氧化钠，用于调节进水pH值，使二氧化碳转化为碳酸氢根，被反渗透膜除去，降低终端出水电导率。经以上处理过程后，一般二级反渗透产水水质可达到的指标：电导率≤2μs/cm、重金属≤0.3μg/L[应该是0.1ppm吧？2010版指南的标准是0.00001%]、TOC≤500μg/L。由此可见，二级反渗透产水水质完全能达到医药纯化水水质要求。

（3）杀菌处理。终端杀菌处理主要用于杀灭纯水中可能存在的细菌和微生物，如果使用点对纯化水的微生物限度要求很低的话需要在终端加装杀菌器。杀菌装置一般为紫外线杀菌器。

3水质控制

（1）生产过程控制。纯化水制备过程中，操作人员应密切关注系统各参数，包括总进水口压力、一级反渗透进水压力、二级反渗透进水压力、一级反渗透产水电导率、二级反渗透产水电导率、酸碱度等。使用电导率仪在线检测电导率，并参与系统控制，一旦电导率变高，达到控制设定值时，系统自动控制气动阀门停止向储罐内供水，并且报警，提示操作人员找原因并处理。每月对所有的电器进行一次点检，同时每天对膜组件进行一次反冲洗，并根据使用中膜的进水压力、系统回收率、产水电导率等实际情况对膜进行化学清洗。

（2）纯化水在贮存以及分配过程中的控制。应该严格防止微生物的污染。在储罐以及输送管道的材料配置上，需要保证无毒性、耐磨性以及耐蚀性。管道在设计以及安装的过程中，需要防止死角以及盲管的出现。同时需要按时对储罐以及输送管道进行清洗，保持卫生。在纯化水分配系统中，应用循环供应系统。在回水管道加装电导率仪及流量计，分别对纯化水的回水电阻率和流量进行在线监测，并参与控制。当检测到电导率不符合要求时，自动打开循环系统旁通气动阀门，关闭回水进储罐的气动阀门，将超标水排放掉；当检测到回水流量达不到设定值时，能自动调节纯化水循环泵变频器的频率来满足回水流量的要求，是回水流量始终稳定的控制在设定的流量值，目的是为了保证管道内的水始终是湍流，而与湍流相结合的剪切力可以抑制微生物聚集和细菌在系统表面的附着。

二级反渗透工艺由于具有高脱盐率、自动化程度高、环保等优点，对大部分水源来说，其产水水质能达到医药纯化水的要求，因而二级反渗透技术在制取医药纯化水中的应用必然越来越广。

参考文献：

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[2]杜春明．制药纯化水反渗透设备的选择及应用[J]．医药工程设计，2015；(3)：3-8

[3]张卫星．几种膜技术制备制药用水的比较[J]．中国医院药学杂志，2015；(6)：47-48