工艺用水

工艺用水（精选九篇）

工艺用水 篇1

随着工业发展和水资源短缺的矛盾日显突出,工业的有效用水和用水管理成为工业用水的关键问题。合理高效的用水管理对工业企业来讲能节约用水,减少浪费,提高用水效率,增加工业产值,这对于企业和社会都具有重要的现实意义。

根据相关资料查阅,传统工业企业用水管理中存在的主要问题如下:

1)工业用水缺乏微观分析。多数工业用水问题的研究,停留在宏观层次,缺乏微观的分析。企业中的用水管理是对整个系统做定额定量分析[1,2],选取用水指标,但对于各个生产工艺环节的用水情况的具体分析却很少。对于用水工艺复杂繁多的工业来讲,“跑冒滴漏”的现象就会凸显出来,宏观的用水管理方式会使得工业节水量有偏差,节水潜力挖掘不深,造成一定隐性的经济损失。

2)用水信息不完善。85% 以上的企业用水管理存在漏洞,企业二级、三级水表系统不健全,有的企业虽然安装了水表,但是缺乏管理或管理不当。缺乏用水信息化管理,造成历史数据残缺不全,用水管理工作“断代”情况比较普遍[3]。

3)用水管理效率低。由于节水信息不系统,不完整,大多数工业没有节水的完备资料,给工业节水管理工作带来了很大的困难。由于统计口径、基础数据获取方式不同及工业企业的基础计量系统不健全,很难系统、准确地反映工业的用水情况[4]。

为此提出将工业中的用水系统分解成一个个独立的用水工艺环节,将每一个用水环节划分成单一模块,细化每一个模块的用、排水量,从部分到整体,通过对每一个用水工艺过程的管理达到对整个工业用水的高效管理。将所有划分好的模块组合在一起搭建在平台上,从而形成一个以用水工艺过程为主题的用水管理系统。通过组件技术封装各用水工艺模块,以知识图描述各个用水工艺过程,订制相关服务。对各环节用水情况做水量平衡分析,计算出取用、损失水量,从而更大限度地挖掘节水潜力,分析用水效率及各工序的取用水分类,最终根据实际情况选取用水指标,制定合理的用水定额。

1 高效用水管理研究路线

1.1 用水工艺主题化

提出的面向用水工艺过程主题的高效用水管理,将整个企业用水系统的所有相关用水环节分解开,组合在节水管理系统中,对每一项用水工艺过程都能做出微观定量的水量分析,计算出各个用水工艺过程的损失、复用等水量,分析取用水的合理性,评估节水潜力,从而实现各用水工艺过程的合理用水。在微观上,如果企业中每一道用水工艺过程的取用水量都能严格、科学地管理,那么整个系统上的用水效率也会得到更大的提升,企业中的用水管理自然会高效地实现。用水工艺主题化流程图如图1 所示。

1.2 用水管理业务化

以各用水工艺为主题进行用水管理,将工业用水整个系统分解成一个个独立的用水工艺环节,并将每一个环节划分为一个模块,每一个模块功能由相应Java代码实现。用Web Service技术将各个模块封装成组件存入组件库。在综合集成支持平台上,绘制用水工艺过程为主题的知识图,订制相应服务,将服务与知识图相关联,从而实现工业用水管理系统的搭建。通过面向主题的思想,以用水工艺过程作为用水管理的主题,围绕用水管理的应用组织用水工艺主题的信息和资源,为高效用水管理的业务应用服务。应用系统的总体框架如图2 如示。

2 高效用水管理相关技术

搭建以用水工艺过程为主题的用水管理系统,将用水管理模型组件化,采用Web Service技术将模型封装成标准组件,形成节水管理组件库,绘制各用水工艺知识图,订制和修改相关服务,以知识化综合集成支持平台[5,6]为基础,将组件和知识图关联起来搭建高效用水管理系统,可实现以用水工艺过程为主题的高效用水管理应用[7]。主要技术如下:

1)组件技术。每个组件会提供一些标准且简单的应用接口,允许使用者设置和调整参数及属性。用户可以将不同来源的多个组件有机地结合在一起,快速构成符合实际需要的复杂应用程序。组件技术提供了第3 种途径,将库的可重用性与特定程序的可定制性结合起来,让用户可以用可重用的组件定制自己特定的应用程序。

2)Web Service技术。Web Service是一种跨编程语言和操作系统平台的远程调用技术,能使得运行在不同机器上的不同应用无须借助附加的、专门的第三方软件或硬件,就可相互交换数据或集成。依据Web Service规范实施的应用之间,无论所使用的语言、平台或内部协议是什么,都可以相互交换数据。Web Service是自描述、包含的可用网络模块,可以执行具体的业务功能。

3)SOA架构。面向服务的体系结构,是一个组件模型,将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的,应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以1 种统一和通用的方式进行交互。

3 高效用水管理应用实例

以秦岭电厂用水管理系统为例,以用水工艺过程为主题的节水管理,强调将各个用水工艺过程分化开来,将每一个用水流程点都进行平衡水量的分析,得出各个环节的用水量、回用水量、损失水量,分析过程中的用水效率和节水潜力,最终制定电厂的用水定额和指标。

组件开发完成后,根据实例需求所需组件搭建用水管理系统,系统在知识化综合集成支持平台上制订以用水工艺为主题的知识图,在平台上展示各个组件的运行情况,实现对秦岭电厂各用水工艺过程的模拟。

图3 所示为秦岭电厂工艺用水管理系统的主界面,以用水工艺过程为主题,由各用水工艺模块和知识图组合搭建成系统。其中每个文本框代表着电厂每一项取用水工艺环节,文本框后链接相应的组件,点击各用水工艺过程的文本框可查看组件的运行结果,也就是用水工艺过程各个环节的用、排水量,重复利用和损耗的水量,如图4 所示。其中不同颜色的线路代表着取用水的不同分类,具体分类如图5 所示,箭头表示的是取用水的流程走向,在线路中链接了节点组件,量化取用水,从而能清楚地知晓各工艺取用水的来源和分类。根据水量平衡分析,可以得到各工艺环节的损耗水量。秦岭电厂中损失水量的工艺过程有空分、聚乙烯、聚丙烯等装置,以及脱盐水站、循环水系统、生活用水和污水处理站,用水总量为6 697 200 m2/d,回用水量为6 590 832 m2/d,重复利用率为98.41% ,分析其中主要损耗水量的取用水工艺环节,发掘节水潜力的可行性,最终根据分析得到适用的用水指标,制订合理的用水定额。

4 结语

考虑到传统工业企业用水存在取用水量的动态变化性,难以给定合理的用水定额和适用的用水指标。提出面向用水工艺过程的高效节水管理方式,结合平台、组件等计算机技术手段,将工业中的用水工艺过程以知识图、组件的形式搭建在平台上,对系统进行全面的水量平衡分析,制订合理的用水定额和指标,形成以用水工艺为主题的用水管理。与其他用水管理方式相比,以用水工艺过程为主题的用水管理有如下特点:

1)微观性。系统以用水工艺过程为主题,借用计算机手段实现对用水过程管理的微观分析,可以对每一项用水工艺的取用水状况都能进行微观细致的分析。层层管理,环环相扣,以此能管理到每一步的节水量,更细致具体地提高水在企业中的利用率,从而实现高效的用水管理,这对现在工业企业中的用水管理具有很大的实用意义。

2)水量信息完善。通过计算机相关技术管理用水信息,完善了各环节对用水信息的量化,以用水工艺为主题的用水管理系统能查看各模块取用水量的明细,整个系统的用水数据细致具体,为决策者提供了详细直观的数据。

3)可拓展性。按照不同工业用水流程的特点,只需改动或添加部分组件,即可在平台上搭建其他行业用水工艺主题的用水管理系统,对任何工业的用水管理都适用。

4)组件复用率高。系统中许多流程的功能可通过同一组件实现,从而实现代码的重用。

参考文献

[1]张士锋,贾绍风.北京市水资源安全与工业用水管理方法探讨[J].地理科学进展,2002(11):627-630.

[2]刘强,桑连海.我国用水定额管理存在的问题及对策[J].长江科学院院报,2007(2):16-17.

[3]左建兵,陈远生.北京市工业用水分析与对策[J].地理与地理信息科学,2005(3):88-89.

[4]岳立,赵海涛.环境约束下的中国工业用水效率研究[J].华北电力大学,2011(11):2072-2078.

[5]解建仓,张刚,魏娜,等.基于综合集成平台的洪水演进及错峰调度[J].水利信息化,2011(1):19-24.

[6]解建仓,罗军刚.水利信息化综合集成服务平台及应用模式[J].水利信息化,2010(5):18-22.

汽车涂装工艺用水的处理设计 篇2

以某汽车生产涂装车间工艺用水的.处理为例,根据工艺用水的用途和水质要求,确定工艺方案,详细介绍设计方案和技术参数,并结合现场实际运行情况对处理效果进行了评价和分析.

作 者：赵媛媛 张建功 作者单位：赵媛媛(上海欧陆环境工程有限公司,上海,06)

张建功(鲁能煤电股份有限公司阳城电厂,山东,济宁,272502)

工艺用水 篇3

【关键词】城轨车辆；用水性环氧底漆；涂装工艺

随着我国城市轨道交通建设的不断发展，预计在2016年总建设里程会达到2500km，这就需要配备1万辆左右的车。目前，国内的城轨车辆表面涂漆大多采用溶剂型涂料，而溶剂型涂料内含有重金属等有害物质，近年来，对溶剂型涂料的有害物质的掌控更加严格，具有较高的防腐性能且环保的水性涂料成为人们关注的重点。水性涂料自身较强的防火、防腐和耐化学性能，也成为我国未来城轨车辆涂装施工的选择方向。

一、水性环氧涂料的性能

（一）防腐性能

城轨车辆的底材是由不锈钢、玻璃钢、铝合金等不相应的材料组合而成，水性环氧底漆使用在这种底材上需要有强大的附着力、防腐蚀性能。水性环氧底漆要想获取与溶剂型相似的性能，在技术上有一定的困难，水性涂料与溶剂型涂料成膜机理有所不同导致两者涂抹性能有相应的偏差。溶剂型环氧涂料的成膜机理是由环氧树脂同固化剂运用分子形式溶解于有机溶液内部，有很高的防腐性能。水性环氧树脂涂料成膜机理是因为多数水分不断蒸发，环氧树脂粒子实施接触，进而形成紧密堆积的结构状态，剩下的水分及固化分子都处于分散粒子内部，水分经过蒸发，进而分散相粒子产生凝结，形成较为紧密的六边形结构。与此同时，固化剂分子导致分子相粒子的界面及内部出现固化反应，树脂的玻璃的温度不断上升，扩散变慢粒子不容易进行凝结。固化反应无法完全展开，无法形成计较均匀的涂抹，致使防腐性能与溶剂型涂料出现较大差异。

（二）施工性能

现阶段，城轨车辆涂装工艺要求水性环氧底漆应该具有下列功能。根据现今溶剂型施工工艺，底漆施工的不同工序一般间隔24小时，水性环氧底漆无法改变其生产效率。进行底漆施工采用高压无气展开喷涂，通常给予两次喷涂直至达到要求的厚度。湿碰湿施工环节每次的间隔时间为20—30min。底漆完工之后开始烘烤，烘烤的温度设置在70oC，要求良好的涂膜外观。之后采用砂纸进行打磨。由此得出，该水性环氧底漆可以用于高压无气喷涂，可以选择不同型号的枪嘴。底漆干燥的速度为表面干为0.5小时，实干为4个小时。底漆在70oC烘烤一个小时之后第二天就可进行打磨。水性环氧底漆固化速度很快，不用阻碍这道工序的施工效率。

（三）配套性能

底层涂膜施涂或进行干燥时涂膜会产生软化、隆起等情况这种现象称为咬底。如果产生咬底情况，底层的涂膜就会产生移位、发皱、鼓起的情况，严重的甚至出现涂层丧失附着力出现脱离的情况。如若没有对上述问题进行及时合理的处理，那么后期会产生严重的负面影响和损失。因此可以得出涂层间的配套情况最为重要。在为城轨车辆展开涂装施工的时候，环氧底漆涂装完工后运用不饱和腻子对车身的平整度展开修整，这充分展现底漆必须具有较强的抗咬性能。不饱和聚酯腻子出现咬底情况的主因是苯乙烯，苯乙烯是一种小分子单体，具有调节黏度的功能，同时也有相应的溶解力和渗透性。它是不饱和腻子重要的组成部分之一，涂装在车体上苯乙烯情况会因腻子层的厚薄度的改变而有所变化。如果水性环氧底漆腻子交联过强会导致苯乙烯对底漆层的溶解性能增大，从而引发咬底现象。

二、简述城轨车辆涂料涂装工艺要求

城轨车辆具有一定的特殊性，进行涂抹工艺时要在每24小时内完成一个涂装环节，需要全天候进行涂装施工，1辆车由底材处理直至涂装彻底完成的周期约为2周，现在溶剂型涂料涂装工作流程如下：

（一）喷涂前表面处理

实施喷涂工艺时，车辆表面不能出现污泥、潮气、油脂等情况，如果出现上述情况必须采用环保除油剂进行除油。铝合进部件则采用打磨或喷砂确保部件表面粗糙度达到施工要求。处理之后的表面需要在24小时进行底漆涂抹工艺。不锈钢部件通常采用喷砂以保证部件表面的粗糙度可以满足施工标准，随之在干燥工期进行部件的清理工作，过处理之后的表面要在24小时之内完成底漆涂抹工艺。碳钢部件、不锈钢部件、玻璃部件表面都无法沾上铸蜡，选用180—220号的砂纸对其表面进行打磨，表面的粗糙度打磨至Ral.8—2.5，之后用干燥空气对部件加以清洁，随之进行底漆涂抹施工。

（二）喷涂施工参数

运用低压环保式喷涂设备，采用的喷枪口径是1.2—1.4mm，喷枪压力的设置如下，枪嘴口处的空气压力为0.7bar，进行喷枪施工时喷枪距离车体的距离为10—15cm。依照国内外有关标准，水性涂料的喷涂质量必须达到以下要求：剥离强度试验要大于4.5N/mn，它的附着力等级为0级。恒定条件下的耐潮湿试验为480小时，密度没有明显变化，没有观测到起泡的情况，锈蚀等级处在Ri0，没有一丁点锈蚀出现。

三、分析水性环氧涂料在国内城轨车辆上的应用前景

（一）不利因素

我国城轨车辆上主要依赖于进口的水性涂料，水性涂料对储运条件有严格的要求，同时国内用量还比较少，其价格也比溶剂性油漆高出许多。国内很多城轨车辆没有应用业绩，不能充分掌握该工艺流程。国内地铁业主对水性环氧底漆涂料没有足够的了解和认识。

（二）有利因素

环氧底漆涂料具有较好的环保性能，对人体和环境几乎不造成危害，采用这类涂料可以缩减环保设备的购买和应用。地铁车辆维修基地采用的防腐初始设施可以简化，不用设立甲醛。苯挥发有害气体的净化装置。水性环氧底漆涂料具有比较稳定的化学性、良好的腐蚀性、抗老化性、附着力等优点，因此水性防腐涂料的使用年限一般为15年。如果依照地铁车辆使用周期为30年进行计算，地铁车辆使用时间里秩序在进行一次喷涂就可以了，采用溶剂型油漆最少需要进行三次喷涂。城轨车辆一般运用机械化展开清洗，因机械、水、清洁剂的多种物质的综合作用，会致使轻轨车辆表面出现一定的磨损或锈蚀。水性环氧涂料内没有重金属元素，被磨下的颗粒会融入水流之中，通过不断沉淀及能量转化，减少水体污染。

综上所述，水性涂料是未来城规车辆表面防腐主要使用的涂料。文中从城轨车辆上应用水性环氧涂料在为研究依据，介绍了水性环氧涂料的性能及涂料涂装工艺要求，分析出水性环氧底漆涂料在国内城轨车辆上的应用前景。

参考文献

[1]戴惠新，赵世红，郑云昊等.水性环氧底漆在城轨车辆上应用的难点[J].中国涂料，2014，29（1）：53-55.

[2]陈旭，赵民.水性环氧底漆与不饱和聚酯腻子层间附着力的影响因素及机理分析[J].现代涂料与涂装，2012，15（11）：25-27.

[3]高新华，王丹，王华进等.铝合金用水性无铬防腐底漆的研制[J].涂料工业，2013，43（1）：63-66.

[4]李锐，林安.水性聚酯/环氧卷材底漆的研究[J].电镀与涂饰，2012，31（5）：56-59.

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制药工艺用水制备流程分析 篇4

1.1 制药工艺用水概念。制药工艺用水按使用的范围将其分为3种:纯化水、注射用水及灭菌注射用水。

纯化水是蒸馏法、离子交换法、法渗透法等适宜的方法所制备的供药用的水, 纯化水不含任何其他的添加剂。

注射用水为纯化水经蒸馏所得到的水。

灭菌注射用水为注射用水按照注射剂生产工艺制备所得的水。

1.2 制药工艺用水在制药过程中的应用。

纯化水在制药过程中的主要用途有几点, 分别为:配置普通药物制剂的容器或试验用水, 可做为中药注射剂、滴眼剂等灭菌制剂所用药材的溶剂, 口服、外用制剂配制用溶剂或稀释剂。

注射用水主要作用为:它是无菌原料药, 可以直接接触无菌原料药包装材料的最后洗涤用水, 可以做为无菌制剂的配料, 可以做为无菌制剂包装材料的最后精洗用水。

2 制药工艺用水的制备流程

2.1 水的纯化。

2.1.1 前处理。

通过初滤和多介质过滤器来达到除去悬浮物的目的, 然后通过凝聚或絮凝除去胶体, 再用活性炭吸附杂质, 最后通过软化去除离子。

2.1.2 纯化。纯化包括过滤、消毒、去除离子、微生物、蒸馏等。

2.2 水纯化技术和系统设计。

2.2.1 制药用水系统。

制药用水系统应有效的控制微粒污染、细菌内毒素等危害水质量安全的因素。制药用水系统采用蒸馏法去除细菌内毒素。去除细菌内毒素是制药用水系统设计建造中的重要目标。从纯化水的第一步开始, 水处理的许多工艺环节都涉及到去除细菌内毒素。国内制药企业大多采用连续的处理步骤生产制药用水, 每一步都有水质控制要求, 它必须达到设定的处理能力, 才能保护其后续步骤的有效运行。

2.2.2 水系统设计。水系统设计包括:配管的坡度、管道内部的设计流速、确定输水管径、管道与分配系统等。

配管的坡度:配管设计中管道的铺设需要有适当的坡度, 以利于管道的排水。排水坡度一般为1%或1cm/m, 此要求对纯化水和注射用水系统均适用。

管道内部的设计流速:制药工艺管道内满足微生物控制的流速采用2~3m/s, 因为此种流速不利于微生物的生长和繁殖, 可以有效的避免微生物污染。

确定输水管径:在求得轴测图中各管段的设计秒流量后, 一旦流速确定, 自然就得到了对应流量的直径。管径和秒流量的关系为:d=1.13 (Qg/v) 1/2, d代表管道的内径, 单位为m;Qg表示各管道的设计秒流量, 单位m/s;v表示管内流速, 单位m/s。

管道与分配系统:管道应倾斜设计, 确保水不积聚;使用隔膜阀和单向阀, 不允许使用球阀, 管材应为316L不锈钢的材料, 内壁抛光并钝化处理;分配系统循环应做到无死角、无滞留点和盲管。

制水设备:包括去离子可用的设备;有能再生并能在无流量和低流量时连续流动的设备;反渗透系统中的进水口须安装保安过滤器;有自动测量和控制设备 (温度、电导率、自动制水和排水) 。

2.3 制药用水的贮存。

2.3.1 贮罐及其选用。

大的贮罐具有内表面积大、水流动速度低, 容易长菌的特点。在用水量不同时, 贮罐需要以通气等方式保持适当的压力平衡。贮罐内的水位不得低于输送泵所要求的水位。贮罐分立式与卧式两种。贮罐的容积不十分大时, 一般采用立式贮罐比较合理, 立式贮罐容积的利用率较高, 容易满足输送泵对水位的要求。贮罐还应设有纯蒸汽灭菌装置, 必要时可对整个工艺用水系统灭菌。贮罐中的过滤器积存冷凝水易于长菌, 贮罐中应有防止此现象发生的措施, 而且也应该对过滤器进行定期检查。

2.3.2 贮罐的材料。

与制药用水直接接触的贮罐罐体应采用耐腐蚀、无污染、无毒、无味、易清洗、耐高温的材料。而不直接与工艺用水接触的罐体则可以使用不锈钢的材料。

3 我国制药工艺用水制备简介

3.1 我国制药用水制备的现状。

我国制药用水制备工业的发展是随着我国制药业的发展而兴起的, 我国制药业兴起于20世纪80年代, 当时国内只有三十余家制药装备生产商, 掌握着当时的制药装备市场。经过30多年的发展, 我国制药装备行业企业已达800余家, 产品达3000多种, 年产值约150亿元, 具有一定的制药能力。但我国制药行业还是存在一定的问题, 其中包括:制药装备产品创新能力不强, 行业整体生产工艺水平不高, 高技术含量产品不多, 设备的兼容性差, 设备的备件和易损件互换性差, 性能一般, 使用寿命不够长。当然, 我国制药设备中存在的问题也是制药用水设备的主要问题。

3.2 目前我国制药用水制备中存在的问题。

3.2.1 装置系统匹配性差。

很多先进的装置没有相应的配套措施, 需要有人工操作, 降低了先进设备的利用率, 而且频繁的人员进出增加了制药用水污染的可能。

3.2.2 装置结构功能设计不完善。

装备结构设计不健全, 结构不能满足工艺要求。如:带有传动装置的设备, 由于密封不严, 会造成机械磨损和润滑油渗漏而污染制药用水的现象。

3.2.3 控制参数不先进。

有些国产设备需手动控制, 不能实现自动控制。而且虽然显示屏上有部分参数可作为数据源, 但与工艺验证息息相关的参数却无法直接采集, 不能形成电子记录, 无法达到c GMP要求的可追溯性及数据的可靠性。

3.2.4 设计及制造水平低。

我国的制药用水设备普遍存在设计及加工制造水平低的现象, 主要由于一些生产单位不具备有设计资历的技术人员。

3.3 对发展我国制药用水的思路。

从改革开放以来, 经过多年的发展, 我国的制药用水的制备技术取得了一定的成果, 但与国外先进技术相比, 还是存在着较大的差距, 为促进我国制药工艺用水的发展, 我们需要做的主要工作有:注重人才培养, 健全行业规范;高校与企业联合, 强化企业研发能力;开创高校及企业的联合培训机制, 普遍提高行业水平。

4 制药用水制备的发展方向

代表当今制药用水最高制备工艺技术水平的是电去离子技术。电去离子技术的工作原理为:借助离子交换树脂的离子交换作用以及阴阳离子交换膜对阴、阳离子的选择性透过作用, 在直流电场的作用下, 实现离子定向迁移, 从而完成对水的深度除盐。电去离子技术脱盐效果良好, 可有效降低原水硬度, 有利于电去离子膜堆长期稳定运行;有利于电去离子淡室水的解离。电去离子淡室中树脂表面水解离不断产生的H+和OH-, 可改变淡室水的局部p H值, 形成不利于细菌生长的环境条件, 有效防止细菌对制药用水的污染。

改革开放及入世给我国制药用水系统理论的研究及应用技术的发展提供了良好契机, 我国制药用水系统及标准取得了较大的进步。随着定义的更趋科学及标准的进一步提升, 人们已不单纯的关注最终检验, 而是更多的关注水系统的设计、监控、验证等方面, 从生产过程把关, 力争稳定的生产出符合质量要求的制药用水, 相信在《中国药典》的不断改进中, 新的制药用水系统及更高的制药用水标准将不断涌现, 从而为我国药品安全提供更多的保障。

摘要：近年来, 国内药品安全问题频发, 而影响药品安全的主要因素之一是制药用水。本文简介了制药工艺用水的制备流程、发展方向等问题。

工艺用水 篇5

1 水的纯化

1.1 前处理步骤:

初滤和多介质过滤器 (除去悬浮物) →凝聚或絮凝 (除去胶体) →活性炭过滤或亚硫酸氢盐处理 (吸附杂质) →软化 (去除离子) 。

1.2 纯化步骤:

过滤→消毒→反渗透或去离子 (去除离子、微生物) →蒸馏 (制备注射用水、纯净蒸汽) 。

2 水纯化技术及系统设计

2.1 制药用水系统应控制化学指标、微粒污染、微生物及细菌内毒素 (热原) 。

纯化水系统可采用反渗透, 注射用水系统使用蒸馏法。去除热原是制药用水系统设计建造的重要目标之一。自水的预处理开始, 水处理的许多工艺环节都应考虑去除热原的要求, 如活性炭过滤、有机物去除器、反渗透、超过滤及蒸馏。国内注射用水均采用蒸馏法, 制备得到符合标准的注射用水。制药用水的生产采用连续的处理步骤, 每一步均有其特殊的水质控制要求, 它必须达到设定的处理能力, 才能保护其后道步骤的有效运行。

从微粒控制的角度看, 反渗透、超滤及蒸馏可以认为是制水工艺的适当选择。表1所列数据表明了杂质颗粒大小与水处理的关系。

2.2 水系统设计

2.2.1 配管的坡度。

配管设计中应为管道的敷设考虑适当的坡度, 以利于管道的排水。排水坡度一般取1%或1cm/m。这个要求对纯化水和注射用水系统均适用。

2.2.2 管道内部的设计流速。

制药工艺管道内满足微生物控制的流速采用2~3m/s。在设计达到要求, 安装后进行流速确认即可。只讲管道内部水的流动, 不足以构成控制微生物污染的必要条件, 只有当水流过程的雷诺数Re达到10000, 真正形成了稳定的湍流时, 才能够有效造成不利于微生物生长的水流环境条件。

2.2.3 确定输水管径。

在求得轴测图中各管段的设计秒流量后, 一旦流速确定, 自然就得到了对应流量的直径。根据下述水力学公式计算和控制流速, 选择管径:di=1.13 (Qg/υ) 1/2;di—管道的内径, m;Qg—各管段的设计秒流量, m3/s;υ—管内流速, m/s。

2.2.4 管道与分配系统。

管道应倾斜设计, 确保水不积聚并容易排尽;禁止使用球阀, 应使用隔膜阀和单向阀;采用316L不锈钢管材, 内壁抛光并钝化处理;氩弧焊接或卫生夹头连接;焊接质量检查 (X光拍片) ;分配系统循环, 无死角、无滞留点和盲管;注射用水热交换:如需换热需使用终端换热方式, 换热后的水不宜再回到大循环中。换热器不得有死角、盲管和水滞留点;不得使用侧管水位测量装置, 应使用无盲端和死角的设施 (如电子压感式水位计) ;使用卫生泵、316L不锈钢、抛光并钝化。

2.2.5 制水设备。

去离子可用混床:能再生并有在无流量和低流量时连续流动的措施;反渗透:进水口须安装保安过滤器 (3或5μm亲水性过滤器) ;注射用水和清洁蒸汽:采用316L不锈钢的多效蒸馏水机或清洁蒸汽发生器;抛光并钝化;有自动测量和控制设施 (温度、电导率、自动制水和排水) ;贮罐:采用316L不锈钢并且内壁抛光和钝化;安装0.22μm疏水性呼吸器、有可以加热消毒的夹套和保温;各部件能耐受121℃蒸汽消毒;纯蒸汽发生器:只有纯蒸汽才能与产品表面直接接触。

2.2.6 常见的管道配件。

在纯化水或蒸馏水入贮罐的进水管道上应安装适当的阀门。贮罐进水管的管径按照输送水泵的流量或工艺用水的最大设计秒流量计算。出水管的安装应当考虑到必要时将贮罐内的水全部排空的要求, 因此通常设置在贮罐的底部。出水管的管径按照工艺用水的最大设计秒流量计算。如果纯化水系统没有水位自动控制, 纯化水贮罐上可设置溢流水管 (注射用水贮罐一般不设溢流管) , 用于控制贮罐内部的最高水位。贮罐水位指示装置:可视液位计, 例如玻璃管水位计 (存在污染的风险) , 玻璃管水位计中的水在一定程度上说是死水, 容易长菌, 也不便清洁和消毒;电信号水位控制装置, 这类水位控制装置的使用越来越多。排水管:排水管口可由贮罐底部接出, 排水管道上应安装阀门, 用于隔离贮罐内外。排水管径一般在40~50mm左右。在贮罐的顶部需安装孔径为0.22цm的除菌级疏水性过滤器。为满足定期清洁的要求, 贮罐顶部需设置喷淋装置 (喷淋球或喷淋管) 。为了避免贮罐内吸入的二氧化碳对水的电导率产生不良影响, 可以采用充氮保护的方法。

2.2.7 制药用水的贮存

2.2.7. 1 贮罐及其选用。

大的贮罐, 其内表面积大、水流动速度低, 容易长菌。在用水量不同时, 贮罐需要以通气 (充氮或以空气作动力学的补偿) 保持适当的压力平衡。贮罐内的水位不得低于输送泵所要求的水位 (通常为1.2m左右) 。贮罐分立式与卧式两种。按照贮罐能否进行在线灭菌来分, 分为受压 (压力容器) 和常压 (非压力容器) 。在大多数情况下, 贮罐的容积不十分大时, 采用立式贮罐比较合理的, 贮罐容积的利用率较高, 容易满足输送泵对水位的要求。贮罐还应设有纯蒸汽灭菌装置, 必要时可对整个工艺用水系统灭菌。贮罐可以设置高纯氮充氮保护功能, 根据用水量调整充氮量。贮罐还应有防止蒸汽在系统中过滤器积存冷凝水后长菌的措施, 应对过滤器定期进行检查。

2.2.7. 2 贮罐的材料及制造要求。

与制药用水接触的贮罐罐体材料应采用耐腐蚀、无污染、无毒、无味、易清洗、耐高温的材料制造。通常, 工艺用水贮罐采用316L不锈钢材料制造, 而不直接与工艺用水接触的部品、零件则可以使用304L或1Cr18Ni9Ti不锈钢材料制造。贮罐的罐盖、人孔和罐底阀门等零部件的设计应方便拆卸、方便清洗。贮罐上凡是可拆卸的零部件都应设计为卫生连接的方式, 以便于防止污染即可拆卸部位应不易贮存和滞留液体, 不易造成死水段, 以致使微生物容易滋生和繁殖。罐体结构件不得有裂纹、开焊和变形, 罐内表面和可拆卸的零部件的表面不得有毛刺、刻痕、尖锐突角等, 应避免死角、沙眼。可拆卸零部件与罐体之间的密封材料应无毒、无析出物、耐高温、寿命长、绝无脱落物, 各种物理化学性能指标符合注射级 (注射用水) 或卫生级 (纯化水) 工艺用水的质量要求。贮罐的内部表面应抛光, 光洁度达到Ra=0.6μm, 罐体外表面也应抛光。贮罐保温层的最外一层最好使用0.5mm左右厚的材质 (如304或304L的抛光不锈钢薄板) 完全密封, 以防潮湿空气进入。保温层必须光洁、平整, 无颗粒性物质脱落。贮罐的保温, 不允许使用石棉、水泥, 至少应使用铝合金一类的金属薄板包裹贮罐的保温层, 不允许有保温材料脱落物暴露在贮罐外部。采用多个贮罐时, 贮罐与贮罐之间, 应避免连接管道上可能出现的死水管或盲管。应特别注意采取预防措施, 确保有足够的水流流过所有的供水点和回水管道, 满足工艺用水系统对微生物控制的特殊要求。

工艺用水 篇6

现在讨论一下在线紫外线消毒装置的选型。

纯化水循环输配系统中安装在线紫外线消毒器主要是杀灭从纯化水制备系统中进入的微生物和循环管路中滋生的微生物, 保证输送出去的纯化水微生物限度在规定的质量标准内。目前大部分的纯化水循环系统中都安装波长为255nm的紫外消毒器。

1 紫外线的杀菌原理

所有微生物的体内都含有RNA (核糖核酸) 和DNA (脱氧核糖核酸) , 而RNA和DNA都是由磷酸二酯按照嘌呤与嘧啶碱基配对的原则相连的多核酸链组成的, 它对紫外光线具有十分强烈的吸收作用。紫外线杀菌的原理就是它可以破坏在细胞内对代谢、遗传、变异等现象起着决定性作用的核酸。紫外线的波长在200~300nm之间的有杀灭作用, 其中以255nm波长的紫外线灭菌效果最好, 这是因为微生物细胞中的DNA核蛋白的紫外线吸收峰值正好在254~257nm之间。

2 中、低压紫外杀菌装置

目前在线紫外杀菌装置中的紫外线灯管一般有低压灯管和中压灯管两种。低压紫外灯管管内的气压小于103Pa, 其紫外灯管发出的是波长为255nm单色紫外光, 单只紫外灯管的功率小于100W;中压紫外灯管管内气压10KPa~103KPa, 其紫外灯管发出的是波长为200~300nm多谱段连续紫外光, 单只紫外灯管的功率高达7000W。

微生物经过波长255nm的单色紫外光线照射以后, 其DNA和RNA就会被破坏, 但是有些不会被完全的杀灭。因为从微生物方面来说, 所有的细菌、病菌和病毒长期暴露在太阳光下面, 日光中包括大量的紫外线, 经过几千年的时间, 这些细菌、病菌和病毒必然会对紫外线产生一定的抗体, 而这种抗体现在被人们称之为活化酶。活化酶是存在于细菌和病毒的细胞内的, 一旦细菌和病菌的DNA和RNA由于紫外线的照射受到损伤, 这种活化酶就会发挥作用, 帮助受损部分迅速恢复成原来的状态。以上这样的一个反应过程被称之为细菌和病菌的复活反应。在有太阳光的情况下此种反应能非常迅速地进行, 但同时也会发生在没有太阳光的状态下。

低压单色光谱杀菌过程的杀菌效果常常以99.9%来作为衡量指标, 或者说是3-log的去除。那些没有被完全杀灭的微生物只是受到损伤, 经过一定的时间尤其是在太阳光的照射下以后, 其DNA和RNA会由复活反应而自我修复, 所以传统的低压紫外线消毒装置不能有效的控制微生物的数量。

多谱段中压紫外线灯管在作用于细菌和病菌的DNA和RNA的同时, 也作用于这种活化酶上, 理论上有可能彻底地杀灭处于生长状态的微生物。实际的试验数据也证明了这种理论, 2002年加拿大科学家曾经在实验室做了个对比试验, 试验在完全相同的实验条件下进行, 试验结果真实有效。在两个培养皿中均有108这个数量级的大肠杆菌, 分别经过中压紫外灯管和低压紫外灯管照射后, 大肠杆菌的数量均会迅速下降为102数量级。可是经过一定的时间之后, 受到低压紫外灯管照射后的大肠杆菌迅速地复活再生, 在有日光条件下数量能够反弹到106数量级, 在黑暗的情况下数量能够反弹到103数量级。而受到中压紫外灯管照射后的大肠杆菌, 无论是在有日光的条件下还是黑暗的条件下, 其数量级一直保持在102没有变, 说明复活反应完全没有进行。从上述的试验结果来看中压紫外线技术是比低压紫外线技术更持久、更有效地杀菌技术。

由于微生物的种类很多, 有些微生物在紫外线波长为255nm的时候不敏感, 但是由于中压紫外灯管发出的是多谱段紫外光线, 所以对那些紫外线波长为255nm不敏感的微生物也有很好的杀灭效果。而且波长为185nm的紫外线对TOC (总有机碳) 有降解作用。多谱段紫外光对纯化水输配循环管道用臭氧、双氧水进行消毒后的消毒介质残留也有分解作用。

3 紫外灯的光强检测

在我所的《工艺用水控制程序》PF-15中对在线紫外消毒装置的要求是:如采用紫外灯进行系统消毒, 由于紫外灯激发的255nm波长的光强与时间成反比, 要求有记录时间的仪表和光强度仪表, 其浸水部分采用316L不锈钢, 石英灯罩应可拆卸。可见紫外灯管的光强度是很重要的影响杀菌效率的指标。

紫外灯管实际的输出功率对杀菌效果影响很大, 随着紫外灯管运行时间的增加紫外灯管的照射能量随之降低, 杀菌效果就会下降, 紫外灯管通常是运行8000小时以后杀菌效果就会下降到原来照射能量的60%以下。因此紫外灯管运行8000小时就是我们通常更换紫外灯管的运行时间。

紫外灯管杀菌效果也是由微生物所接受的照射剂量来决定的, 表1是不同微生物对于紫外线照射剂量的要求。

下面有一公式:

UV剂量 (mj/cm2) =UV强度 (mw/cm2) *停留时间 (s)

UV强度:灯管输出功率 (w) 水质 (T10)

停留时间:纯化水输送量 (m3/h) 反应器尺寸

由上述公式可以看出, 照射剂量不仅与紫外灯管的功率有关, 同时与水的流量也有关系, 水的流量越大停留时间就越短, 照射剂量就会变小。在线紫外灭菌装置上的相对光强度显示器显示的数值仅能反应紫外灯管的光照强度, 并不能代表纯化水输配管路中微生物的照射剂量。在纯化水输配管路中纯化水的使用量瞬间增大时, 相对的光强度指示就不能准确的反应杀菌效果。由表一中不同微生物对于紫外线照射剂量的要求和大量实验数据总结出以30mj/cm2的绝对照射剂量更能保证纯化水输配管路中微生物的在线杀菌效果。紫外灯管从开始使用到最终更换, 其照射功率也会不断下降, 在纯化水使用量很大的情况下照射剂量就会达不到30mj/cm2, 如果在自控系统上设定一个照射剂量大于而且接近30mj/cm2的报警值, 提醒运行或维护人员更换紫外灯管, 使得纯化水输配系统的照射剂量一直保持在30mj/cm2以上的安全剂量运行。而且如果在纯化水输配管路中使用中压紫外灯管的话, 它的功率很大、价格相对较高, 以30mj/cm2的绝对照射剂量来作为更换灯管的指标, 就废弃了8000小时更换灯管的指标, 提高了紫外灯管的利用率, 节约了成本。

由以上讲述可以得出以下结论, 利用在线紫外线灭菌装置可以最大有效地杀灭各种微生物, 保证纯化水输配管路中微生物限度的持续受控是有积极意义的。

参考文献

[1]王涛.中压紫外科技在游泳池中的应用[M].长沙:湖南科学技术出版社, 2005.

高氟地区饮用水除氟工艺研究 篇7

氟广泛地存在于地下水中。地下水流经富氟岩矿, 如磷灰石3Ca3 (PO4) 2·CaF2、水晶石Na3ALF3、萤石CaF时, 经过长年的物理、化学作用, 氟由固态迁移入地下水, 一般地下水含氟≤1 m g/L。由于地理、环境、地质构造等因素的影响, 我国部分地区特别是矿区地下水含氟超标, 其含量为1.1~15mg/L不等, 其中以≤10mg/L居多。

1.1 氟的危害

氟和其他元素一样, 过量和不足都对人体健康有害, 过量的氟会导致氟中毒, 表现为以侵犯牙齿和骨骼为主的全身性慢性损害。主要临床表现为氟斑牙和氟骨症。氟斑牙既不美观, 又影响咀嚼及消化功能, 并可导致牙齿过早脱落。氟骨症对骨骼及其他软组织的损害, 可表现为腰、腿及全身关节麻木、疼痛、关节变形、出现弯腰驼背、功能障碍乃至瘫痪、丧失劳动力、生活不能自理。

氟化物可通过简单扩散分布到机体所有组织中, 氟离子也能迅速穿透细胞膜, 分布到骨骼、心肌、肝、皮肤、红细胞。

综上所述, 过量氟化物的长期摄入严重威胁人体健康。

1.2 高氟地下水的现状

天津市涉及高氟水的共有11个区县、110个乡镇、1652个村。在涉及高氟水的1652个村中, 含氟量在1~2mg/L之间的有793个村, 占总数的48%;含氟量在2~5mg/L之间的有859个村, 占总数的52%。农村共有生活机井3 5 1 8眼, 其中高氟区生活机井1375眼。该市涉及高氟水的11个农业区县总人口3 7 2.4 5万, 其中高氟区总人口1 9 3.1 7万、占农业总人口的5 1.8 6%。另外, 有10.95万头大牲畜饮用高氟水。高氟水已严重影响广大农村人民群众的身体健康。

2 处理含氟地下水的意义

地下水作为水资源的重要组成部分, 其开发利用必然会对生态环境产生巨大影响。水资源的价值是其有用性和稀缺性决定的。因此, 加强对有限资源的科学、合理地评价和预测, 包括对地下水资源科学、合理地评价和预测是十分必要的, 已成为水资源可持续利用, 人口、资源、环境和经济社会协调发展的迫切要求。

2.1 经济意义

我国是一个水资源严重短缺的国家, 不仅表现为资源性缺水, 还突出地表现为水质性缺水, 而且地下水资源的污染也越来越严重, 这更加剧了我国水资源短缺的态势。水资源污染的主要原因之一, 是人们长期以来, 受到“环境资源无价值”错误观念的影响, 把水这种资源当作无价值的资源开发利用, 而不计入生产成本。

2.2 社会意义

许多资料表明, 除氟改水控制氟中毒的发生已成为现实。同时为了控制肠道传染病的流行也起到了重要作用。氟中毒病区往往都是贫困地区, 群众长期处于因病致贫, 贫病交加的恶性循环之中, 严重制约农村经济的发展。国家也采取了治因治本的措施, 对含氟地下水的处理与整治, 不仅保护了高氟地区人民的健康, 促进当地经济的发展, 而且也为我国农村实现世界卫生组织提出的“2000年人人享有卫生保健”的规划目标提供了可靠的保障。

2.3 生态意义

地下水水质的好坏不仅取决于其本身的物理性质、化学组成及生物特性, 而且与其具体用途有关。某些地下水对某种用途可能是不合格的, 但对另一种用途可能是优质水。

浅层地下水是重要的水资源。我国北方6流域片平原区地下水平均年可开采量合计为1022.72亿平方米, 约相当两条黄河的年径流量。改善高氟地区地下水的水质, 适当的开发浅层地下水, 进行灌溉, 对农业发展具有深远的意义。

3 目前含氟处理工艺

近二、三十年来, 国内外对含氟水的处理进行了大量的研究, 对除氟工艺及相关的基础理论的研究也取得了一些进展。目前, 含氟水的除氟方法主要有吸附法、电凝聚法、反渗透法、离子交换法、化学沉淀法和混凝沉降法等。这些方法中, 离子交换法费用高, 且对废水水质要求严格;电凝聚法及反渗透法装置复杂, 耗电量大, 因而都极少采用。经常采用的是吸附法、化学沉淀法和混凝沉降法。下面就这几种方法的研究进展情况进行介绍。

3.1 吸附法

用于除氟的常用吸附剂主要有活性氧化铝、斜发沸石、活性氧化镁等, 近年来还报导了氟吸附容量较高的羟基磷灰石、氧化锆等。利用这些吸附剂可将氟质量浓度在10mg/L以下的天然水处理至1.0mg/L以下, 达到饮用水标准。这些吸附剂的基本情况总结于表1。由于吸附剂的吸附容量随原水中氟含量和运行条件的不同会有所变化, 表1列出的为原水氟质量浓度为10mg/L左右和最佳运行条件下的吸附容量变化范围。

吸附法一般将吸附剂装入填充柱, 采用动态吸附方式进行, 操作简便, 除氟效果稳定, 但存在如下缺点。

(1) 吸附剂吸附容量低。由表1可见, 常用的吸附剂如斜发沸石和活性氧化铝的氟吸附量都不大, 在0.06~2.0mg/g之间。用质量分数2%的H2SO4溶液对斜发沸石进行浸泡活化处理, 可提高其氟吸附容量和再生性能。新近报导的羟基磷酸钙的氟吸附量可达3.5mg/g, 活性氧化镁的氟吸附量可达6~14mg/g, 但使用过程中易流失;以稀土氧化锆为主制成的氟吸附剂的吸附容量可高达30mg/g。这些新型的吸附剂虽价格较贵, 但再生处理后, 吸附容量下降比较缓慢, 可反复使用。粉煤灰中含有活性氧化铝, 也可处理含氟水, 可直接往废水里投加, 以废治废, 成本低廉, 缺点是氟吸附量小, 投加量大, 通常每升废水需投加40g~100g才能使出水氟质量浓度达到排放标准, 就近有粉煤灰时才适用。

(2) 处理水量小。当水中氟质量浓度为5 m g/L时, 每千克吸附剂一般只能处理10L~1000L水, 吸附时间一般都在半小时以上。吸附法只适用于处理水量较小场合, 如饮用水的除氟处理, 一般不用于含氟量较高的工业废水的处理。

3.2 化学沉淀法

对于高浓度含氟工业废水, 一般采用钙盐沉淀法处理, 即向废水中投加石灰和可溶性钙盐 (硫酸钙和氯化钙等) 使F-和Ca2+生成CaF2沉淀而除去。

用水溶性较好的CaCl2除氟, 其用量一般也需维持在理论用量的2~5倍。这主要是因为:Ca 2+和F-生成CaF2的反应速度较慢, 达到平衡需较长的时间。为使反应加快, 需加入过量的Ca2+, 使投加的钙盐与水中F-的摩尔比达2倍以上, CaCl2的投加量常高达500~1200mg/L。

3.3 混凝沉降法

铁盐和铝盐是最常用的两类无机混凝剂。据我们的实际工作经验, 对氟质量浓度为20~50mg/L的废水, 铁盐混凝剂的除氟率较低, 在10%~30%之间, 而铝盐混凝剂可达50%~80%。铁盐要达到较高的除氟率, 需配合Ca (OH) 2使用, 最后用酸将pH调至中性才能排放, 工艺复杂。而铝盐则可在接近中性的条件下除氟。铝盐投加到水中后, 利用Al3+与F-的络合以及铝盐水解中间产物和最后生成的Al (OH) 3 (am) 矾花对F-的配位体交换、物理吸附、卷扫等作用去除水中的氟离子。与钙盐沉淀法相比, 铝盐混凝沉降法具有药剂投加量少、处理水量大、成本低、一次处理后出水即可达到国家排放标准的优点, 适用于工业废水处理。

4 结语

(1) 高氟水对人体的牙齿和骨骼等方面都造成损害, 严重影响广大农村人民群众的身体健康。

(2) 目前存在的针对高氟水的处理方法主要有吸附法、化学沉淀法、混凝沉降法。其中吸附法中的活性氧化铝法具有吸附容量较高, 强度好, 耐磨, 使用寿命长, 性能稳定, 除氟后的水质符合国家规定的卫生标准。

(3) 活性氧化铝的吸附交换容量EW为1.2~2.0mg/g (Ev为960~1600g/m3) 。粒径级配以0.5mm~2.5mm为宜, 滤料不均匀系数K≤2。滤料层厚度宜采用H=700mm~1000mm。接触时间一般以不小于20min为宜, 过滤速度v=2~3m/h。除氟装置的工作周期T, 一般为2h~4h。

(4) 针对1万人的用水进行了工艺方案, 日设计产水量为96m3/d, 高峰时的小时供水量为16m3/h, 除氟池面积为1.6m2, 滤料层厚度宜采用H=1000mm, 除氟器的吸附交换工作时间160h。同时从经济投资上分析人均投资为20.6元即可建设该处理站。

参考文献

[1]杨克敌.环境卫生学[M].北京:人民卫生出版社, 2004.

[2]刘昌汉.地方性氟中毒防治指南[M].北京:人民卫生出版社, 1998.

[3]王五一, 李永华.氟与健康的环境流行病学研究[J].土壤与环境, 2002.

工艺用水 篇8

注射用水是指符合《中国药典》注射用水项下规定的水。注射用水为蒸馏水或去离子经蒸馏所得的水, 故又称重蒸馏水。

现在制造注射用水的设备有很多种, 结构不尽相同, 但是为了有效控制微生物污染和细菌内毒素水平, 注射用水系统的设计和制造有其共同点: (1) 注射用水的制备、贮存和分配为防止微生物的滋生和污染, 在注射用水储罐的通气口安装了不脱落纤维的疏水性除菌过滤器, 管路分配系统从传统的送水管路演变为循环管路, 考虑到了管内流速对微生物繁殖的影响, 避免了流速过低、管壁粗糙或管路存在盲管等问题, 雷诺数Re达到10 000形成稳定的流速, 创造了不利于微生物生长的环境条件; (2) 注射用水储罐和输送管道所用材料是无毒、耐腐蚀, 且适应化学消毒、巴氏消毒、热力灭菌等的316L不锈钢材质, 为耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢, 并具有不锈性; (3) 采用了过热水灭菌循环系统或者纯蒸汽发生器制备纯蒸汽对整个注射用水系统进行在线灭菌, 同时注射用水的检测方法和监控手段也越来越简便、严格, 安装了流量、压力、温度、电导率和总有机碳等在线检测仪表, 热原的检测也采用了内毒素检测法。

2 注射用水的制备工艺

《中国药典》2010版规定:注射用水是使用纯化水作为原料水, 通过蒸馏的方法获得。

蒸馏是通过气液相变法和分离法来对原料水进行化学和微生物纯化的工艺过程。在此工艺当中原料水被蒸发, 产生的蒸汽从水中脱离出来, 经分离装置后冷凝成为注射用水, 而未蒸发的原料水溶解了固体、不挥发物质和高分子杂质经末效排放。

在蒸馏过程中, 低分子杂质可能被夹带在水蒸气中, 以水雾或水滴的形式被携带, 所以需通过分离装置来去除细小的水雾、杂质、内毒素等。通过蒸馏的方法至少能减少99.99%的内毒素含量。

3 注射用水的制备设备

3.1 多效蒸馏水机

多效蒸馏水机具有节能、高效、产量大的特点。

3.1.1 结构组成

多效蒸馏设备 (图1) 通常由两个或多个蒸发器、预热器、分离装置、两个冷凝器、阀门、仪表和控制部分组成。一般的蒸馏系统有3~8效, 每效包括一个蒸发器、一个分离装置和一个预热器。

3.1.2 蒸发器工作原理

多效蒸馏设备采用列管式热交换“闪蒸”, 使原料水生成蒸汽, 同时将纯蒸汽冷凝成注射用水。其核心部分为分离结构, 如图2所示。

工业蒸汽经过一效蒸发器蒸汽入口进入到壳程, 与进入蒸发器管程的原料水进行热交换, 所产生的凝结水通过压力驱动和重力沉降由凝结水出口排出蒸发器。原料水经过蒸发器上部的进水口进入, 并均匀喷淋沿着列管管壁形成降液膜, 与经过壳程的蒸汽进行热交换, 产生的汽水混合物下沉进入分离器, 在连续的压力作用下使混合物中的蒸汽上升, 上升的蒸汽与夹带的小液滴进入分离器后, 小液滴从蒸汽中分离出来聚集沉降到底部, 产生的纯蒸汽由纯蒸汽出口进入下一效作为加热源。

混合物中未蒸发的原料水与被分离下来的小液滴在两个蒸发器间的压差作用下进入下一效蒸发器继续蒸发。依此类推, 后面的蒸发器原理与之相同, 第一效以后的蒸发器用的是前一效蒸发器产生的纯蒸汽作为加热源。纯蒸汽在二效开始冷凝并被收集输送到冷凝器的壳程中。末效产生的纯蒸汽进入冷凝器壳程与进入的注射用水混合。

3.1.3 预热器工作原理

蒸馏水机中预热器 (图3) 的加热源是蒸汽或蒸汽凝结水, 来自蒸发器的蒸汽或蒸汽凝结水进入预热器的壳程, 与经过管程的原料水进行换热。预热器对原料水是逐级预热的, 经过冷凝器的原料水温度在80℃以上, 这个温度的原料水经过预热器逐级加热直到终端达到沸点后进入蒸发器蒸发。

3.1.4 冷凝器工作原理

冷凝器 (图4) 内部是列管多导程结构, 原料水经过管程后进入预热器, 末效产生的纯蒸汽和前面产生的注射用水进入壳程, 与经过管程的原料水换热, 产生的注射用水流过上冷凝器由底部注射用水出口进入到下冷凝器, 再从注射用水总出口流入储罐进行储存。冷凝器的上部通常安装一个0.22μm的呼吸器, 呼吸器可以防止停机后设备内产生真空, 可以防止微生物及杂质进入冷凝器中污染设备, 也可以对不凝气体和挥发性杂质进行排放。

3.2 热压式蒸馏水机

热压式蒸馏水机用于企业生产时相对多效蒸馏水机更节能, 但设备投资较大。

3.2.1 结构组成

热压式蒸馏水机 (图5) 由自动进水器、蒸馏水换热器、不凝性气体换热器、加热室、蒸发室、冷凝器、蒸汽压缩机、泵等组成。

3.2.2 工作流程

热压式蒸馏水机的工作流程如图6所示。

3.2.3 工作原理

热压式蒸馏水机的工作原理:去离子水→蒸馏水换热器 (预热并将热蒸馏水冷却) →不凝性气体换热器进一步预热→加热室管内→受热沸腾→二次蒸汽→蒸发室除沫→蒸汽压缩机压缩→高温高压二次蒸汽→加热室管内→加热原水至沸腾, 并被冷凝成热蒸馏水→经不凝性气体换热器、蒸馏水换热器进一步冷却, 并预热原水。

3.2.4 特点

(1) 热压式蒸馏水机的优点是不用冷却水, 耗汽量很少, 具有明显的节能效果; (2) 热压式蒸馏水器运转正常后即可实现自动控制, 产水量大, 能满足各种类型的制药生产的需要; (3) 价格较高。

4 注射用水系统的储存与分配

4.1 系统的组成

储存与分配系统由储罐、分配泵、换热器、过滤器、管件、阀门、仪器仪表等组成。

4.1.1 储罐

(1) 材质应为316L不锈钢;

(2) 表面粗糙度Ra≤0.4, 先机械抛光后电抛光;

(3) 接口卫生型快开连接, 材料一致, 如图7所示;

(4) 有入孔;

(5) 需加热的罐要有加热 (盘管式、夹套式) 和保温装置;

(6) 罐顶要有清洗球, 并能保证每个角落被喷淋到位。

(7) 带有一个防止过压的卫生爆破片;

(8) 较小的死水容积, 具有系统排净能力;

(9) 安装了不脱落纤维的疏水性除菌过滤器, 如图8所示。

4.1.2 分配泵

(1) 材质应为316L不锈钢;

(2) 表面粗糙度Ra≤0.4, 先机械抛光后电抛光;

(3) 接口卫生型快开连接, 材料一致;

(4) 密封面硬对硬 (碳化硅/碳化硅) , 双机械密封比较好, 单机械密封可以接受, 双机械密封要有纯水等做润滑冲洗系统;

(5) 泵要有底排放口。

4.1.3 换热器

(1) 材质应为316L不锈钢;

(2) 表面粗糙度Ra≤0.4, 先机械抛光后电抛光;

(3) 接口卫生型快开连接, 材料一致;

(4) 管壳式换热器为直管设计与U型管设计, 管束可拆卸, 壳程为冷冻水与蒸汽, 纯水与注射用水走管程, 板式换热器主要有低速区或无流速区;

(5) 管层设计为双层;

(6) 管壳式换热器产品端要保持比较高的压力;

(7) 产品与换热器需要设计有排水功能。

4.1.4 过滤器

(1) 与产品接触部分为316L不锈钢材质;

(2) 内部表面粗糙度Ra≤0.4;

(3) 无菌0.2μm疏水性滤芯;

(4) 过滤器夹套蒸汽加热或电加热;

(5) 卫生连接;

(6) 过滤器的尺寸要考虑最大的泵流量或蒸汽消毒时迅速冷凝的最快速度。

4.1.5 管件和阀门

(1) 材质应为316L不锈钢;

(2) 表面粗糙度Ra≤0.4, 先机械抛光后电抛光, 管件抛光前后效果对比如图9所示;

(3) 接口卫生型快开连接, 材料一致;

(4) 接口形式:自动焊接;

(5) 管件:满足自动焊接要求, 其他与管道相同;

(6) 密封圈:推荐硅胶、PTFE;

(7) 手动阀门:隔膜阀门焊接或卡箍;

(8) 隔膜片:PTFE与EPDM双层;

(9) 阀帽 (手动阀门) :聚砜手柄, 有行程显示;

(10) 开关气动头:气动弹簧复位带位置显示、行程开关、电磁阀。

4.2 焊接与要求

管件焊接后, 焊缝不得有裂纹、气孔、弧坑等缺陷。管件焊接后的效果如图10所示。

4.3 流速与死角

在注射用水系统的安装及使用过程中, 为使流速符合要求, 避免死角产生, 很多相关组织都制定了相应的技术标准和参数。

1993年, 美国高纯水检查指南规定:由主管中心开始测到阀门密封点的长度L≤6倍支管直径D。

2009年, 美国机械工程师学会 (ASMEBPE) 定义:从主管内壁到支管盲端或阀门密封点长度为L, 支管内径为D, L≤2D。

2001年, 国际制药工程协会 (ISPE) 的水和蒸汽基准指南规定:从主管外壁到支管阀门密封点的长度L≤3倍支管直径D。

世界卫生组织 (WHO) 中建议的死角长度是1.5D或更小。管件焊接距离示意如图11所示。

我们应该认识到, 如果不经常冲洗或消毒, 任何系统都可能会存在死角。常见的做法是设计循环环路, 最小返回流速为0.9 m/s。

4.4 分配设计及常见方式

为保证注射用水的质量, 避免在储存和分配过程中受到污染, 目前已经有很多种储存和分配方式:

4.4.1 热储存、热分配

热储存、热分配方式是把新制的注射用水不进行降温直接储存和分配使用。热储存、热分配系统示意如图12所示。

4.4.2 热储存、冷却及重新加热

热储存、冷却及重新加热方式是在储存及分配系统上安装加热、冷却装置, 将注射用水加热储存或者冷却分配。热储存、冷却及重新加热分配系统示意如图13所示。

4.4.3 热储存及使用点前安装换热器

热储存及使用点前安装换热器方式是在储存系统上安装加热装置, 在终端各使用点前安装换热器。热储存及使用点前安装换热器分配系统示意如图14所示。

4.4.4 常温储存、臭氧消毒

常温储存、臭氧消毒方式是在储存及分配系统上没有安装加热、冷却装置, 而在储存及分配系统上安装臭氧发生器进行储存和分配。常温储存、臭氧消毒分配系统示意如图15所示。

4.4.5 常温储存及常温回路

常温储存及常温回路分配方式就是在储存及分配系统上没有安装加热、冷却装置而进行储存和分配。常温储存及常温回路分配系统示意如图16所示。

5 注射用水的质量控制

5.1注射用水系统的灭菌方法

5.1.1过热水灭菌

过热水灭菌采用回水换热器对注射用水进行加热, 当进入回水换热器的注射用水温度达到121℃时, 开始计时灭菌, 时间为30 min。

5.1.2纯蒸汽灭菌

纯蒸汽灭菌是利用纯蒸汽发生器制备纯蒸汽对整个注射用水系统进行灭菌, 当系统的最冷点的温度达到121℃时, 开始计时灭菌, 时间为30 min。

5.2注射用水系统的灭菌设施

纯蒸汽发生器如图17所示。

5.3在线检测项目及仪表

5.3.1注射用水流量

注射用水流量用流量计监测, 如图18所示。

5.3.2注射用水压力

注射用水压力用压力表监测, 如图19所示。

5.3.3注射用水温度

注射用水温度由温度显示仪监测, 如图20所示。

5.3.4注射用水电导率

注射用水电导率用电导率显示仪 (图21) 监测。

5.3.5注射用水总有机碳

注射用水总有机碳用总有机碳显示仪监测, 如图22所示。

5.4 热原的性质、去除与检测

5.4.1 热原定义

热原是微生物产生的内毒素, 微量即可引起恒温动物体温升高, 它是由磷脂、脂多糖、蛋白质组成。

5.4.2 热原的来源、性质及去除方法

热原的来源、性质及去除方法, 如图23所示。

5.4.3 热原的检查方法

5.4.3. 1 家兔法检查

灵敏度为0.001μg/m L, 试验结果接近人体真实情况, 操作繁琐费时。

5.4.3. 2 细菌内毒素检查法

鲎试剂检测或量化由革兰阴性菌产生的细菌内毒素, 比家兔法检查灵敏10倍, 操作简单易行, 其对革兰阴性菌以外的微生物产生的内毒素不灵敏, 尚不能完全代替家兔法检查。

鲎及细菌内毒素检查方法示意如图24所示。

5.4.3. 3 鲎试验法检测原理

鲎试验法 (图25) 是利用一种低温海洋动物鲎的血液变形细胞溶解物 (简称AC) 等微量细菌内毒素产生凝集反应, 从而检出微量细菌内毒素的存在, 一般认为是变形细胞中的凝固酶原经内毒素激活转化成具有活性的凝固酶。

在凝固酶的作用下, 变形细胞中的凝固蛋白原转变成凝固蛋白, 凝固蛋白相互聚合形成凝胶。

6 结语

工艺用水 篇9

关键词：饮用水,超滤膜,膜处理组合工艺

利用超滤膜技术可以及时去除水中悬浮物质、微生物和一些大分子有机物，而且去除效率不会受到超滤膜浓度、压力等的影响，已经成为饮用水净化工艺中常用的一种技术。随着超滤膜技术的不断发展，此种工艺已经成为当前水处理领域中的研究热点，并且给新型给水厂建设和改造升级等提供了性思路。已经成为替代传统工艺的最佳选择，具有很广的应用前景。

1 饮用水现状工艺存在问题

从我国当前水处理现状来看，我国水处理主要经过混凝、沉淀、过滤和消毒等常规操作工艺[1]，该项工艺可以有效解决水质浊度、病毒和细菌等问题，不能处理水中溶解有机物、氨氮和嗅味等严重性问题，影响了水质质量。随着环境恶化的影响，水质资源受到了严重影响，在此种状况下，必须根据时代发展要求，选择先进的水质处理工艺，增加水质处理深度，开发新技术，促进臭氧活性炭单元的处理，有效去除水中含有的有机物和嗅味物质，提高去除效率。但是从现阶段工艺发展的状况来看，依然存在以下几种问题：（1）藻及胞内物质较多。随着藻类植物的不断繁殖，导致传统工艺很难解决水中存在的嗅味、藻毒素等物质。（2）存在“两虫”风险。不能高效去除水中含有的贾第鞭毛虫和隐孢子虫。（3）微生物泄漏。活性炭滤池出现了严重的微生物泄漏问题。（4）有效控制溴酸盐。水中含有的臭氧活性炭在一些处理工艺的作用下，会被氧化产生溴酸盐和甲醛等危险人体健康的化学物质。

2 超滤膜技术存在优点

经过分析发现，超滤工艺主要具有以下优点：（1）除浊率高，可以将水浊保持在0.10 NTU以下；（2）可以有效去除去水中含有的细菌、微生物及病毒物质，减少了氯含量，抑制了氯代副产物；（3）占地面积小，能效高，操作简单，可以应用于旧水厂改造；（4）去除藻类效果较好，保证了水质稳定。

3 超滤膜组合工艺研究现状

超滤膜技术适应原水性强，可以快速去除水中含有的胶体、细菌和悬浮物质，但处理水中对氨氮、金属离子或一些小分子有机物的能力不足，而且单独使用此种工艺时，还会产生其他污染。现阶段人们开始不断进行超滤技术和其他技术组合的研究。经过分析发现，国内外学者研究的热点主要集中在粉末活性炭-超滤和混凝-超滤等组合工艺上。

3.1 混凝-超滤组合工艺

采用此种技术，可以快速去除水中金属离子、有机物溶解性盐等污染物，减小了膜过滤阻力，提高了水中污染物、小分子有机物及溶解性盐的效果。膜前混凝可以利用电性中和吸附等方式打乱水中悬浮粒子的分布，改变了悬浮物质性质，可以将小分子有机物形成絮体，利用膜表面超滤膜过滤掉絮体，及时去除水中含有的小分子及和大分子化合物。同时借助混凝技术，还可以改变颗粒物带电性，保证滤饼层不会粘附在膜表面，解决了膜污染问题。王晓昌主要对“混凝-超滤”工艺去除腐殖酸效果及膜污染状况进行分析[2]。实验结果表明利用“混凝-超滤”技术可以快速去除腐殖酸中的DOC和UV254，去除效率明显优于单独超滤，而且利用组合技术还可以提升天然有机物的去除效果，特别是分子量小的有机物。在混凝剂的作用，让小分子有机物形成微絮凝体，不仅减少了污染物膜孔吸附或膜表面停留产生的污染，还提升了超滤膜的渗透通量。

3.2“粉末活性炭-超滤”组合工艺

“粉末活性炭-超滤”组合工艺可以将吸附作用和超滤操作结合在一起，在一定程度上提高了有机物去除率，减少了膜污染。经过PAC-UF处理微污染原水结果分析发现，直接过滤原水，去除有机物的效果较差，特别是对水中含有的TOC、UV254的去除率较低。加入粉末活性炭后，增加了有机物去除效果，且随着PAC施加量的增多，有机物去除效果越明显。除此之外，实现PAC-UF组合工艺还可以去除小分子和大分子有机物。经过PAC预处理，色度、腐殖酸、苯酚的去除率分别为35%、48%、96%。由此可说明，借助活性炭在膜前进行的预处理，不仅可以及时去除小分子有机物，而且减少了膜污染。

3.3 其他类型超滤组合工艺

随着科学技术的发展，很多其他类型的组合工艺也得到了较广泛的应用。磁性离子交换树脂、臭氧和气浮等超滤膜预处理工艺已经得到了研究人员的重视，具有很广的应用前景。交换树脂属于新型处理剂，对饮用水中的有机物去除效果较显著，已经得到了城市供水行业的广泛关注。此种工艺不仅可以去除有效去除分子质量不同的有机物，还可以处理对UV254、HOM、弱疏水性有机物、和卤乙酸，去除效率都维持在80%以上，去除效果较明显。

4 结语

本文主要对超滤膜技术在饮用水净水工艺中的应用进行分析，随着技术的不断发展，各种新技术已经应用到饮用水净化中，很多性能高、成本低和工艺成熟的技术应更加广泛的应用到水处理中，与常规处理工艺超滤技术相比，具有很强的技术和经济优势。以超滤膜为核心的各种超滤组合工艺将会拥有更广的发展前景，对城市饮用水净化提供了新方向。希望本文的分析可以给相关研究人员提供参考。

参考文献

[1]李圭白,田家宇,齐鲁.第三代城市饮用水净化工艺及超滤的零污染通量[J].城镇给排水,2007,36(8):11-14.7-9.