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制药厂反渗透水处理技术存在问题及改进措施
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概述

制药生产工艺用水可分为原料药用水和制剂用水。制剂用水又分为口服药用水和注射药用水。除原料药配料用水可用自来水外,其余均须用纯水。

反渗透(RO)是水处理中高精技术,90年代中期起在我国的医药行业得到了广泛的应用,它的使用极大地延长了传统的离子交换设备的再生周期,减少了酸碱排放量,有利地保护了生态环境。随着《药品生产质量理规范》(GMP)技术标准的深入贯彻与实施,全国许多药厂相继进行技术改造,陆续引进国外的先进技术和装备,RO水处理技术及设备逐渐被制药行业所采用。

1常用的反渗透水处理工艺方案



2反渗透设备在应用中存在的问题

反渗透除盐较其他除盐装置,如:蒸发器、电渗析、复床等,有着独到的特点和优势,反渗透国产化的工作也日益得到重视。随着反渗透技术应用的增多,出现的问题也日益严重。近年来对反渗透水处理装置的应用进行了广泛调研,共收集了全国各地各行业的RO水处理装置99套资料,其中全套国外引进的76套,部分国产、部分引进的设备共同组成的有13套,全套设备均为国产的有10套。经整理研究发现,全套进口的正常使用率为30%;部分国产、部分引进的设备正常使用率为60%;全套国产的正常使用率为10%。上述问题的出现主要有以下几方面原因:

①全套进口设备由于原水水质的不同,缺乏技术论证及工艺修改,照搬照抄,不适合我国实情。所以反渗透进水一定要根据原水水质的不同进行预处理,以满足设备对进水水质的要求。

②有些技术能力较差的企业,不懂得反渗透装置膜元件及其数量的合理选择,膜元件的合理排列等,造成部分膜元件在非正常情况下运行。

③国产膜质量不过关。膜的质量的好坏直接影响到盐及其它杂质的去除率,美国陶氏化学公司生产的Filmtec复合膜,其截留率可稳定在90%以上。

④运行理不严。系统运行时,压力要处于膜的可承受的工作压力范围,防止超强度,超负荷运行,使膜产生机械性损伤,导致泄漏发生。当反渗透系统运行一段时间后,出现制水量锐减,制水水质恶化或者压差增高时,说明膜已需要清洗,此时应将机器转换成清洗状态,使系统自行清洗,即可恢复膜的功能。

3技术改进

机械过滤器的设计

进口设备正常使用率低的主要原因是预处理设备没有结合我国原水水质差的特点,机械过滤器反冲洗不彻底,上层滤砂结块,SDI(污染指标)升高,造成了膜的污堵,影响系统运行。RO装置一般要求SDI<4(各膜元件生产商对SDI有不同的要求),要达到上述要求,通过调研及实践提出以下建议:

(1)机械过滤器的选择

结合我国原水水质及设备材质、填料的情况,建议使用双层过滤料过滤器。从过滤的机理来说,应由大而小,而实际上机械过滤器都是通过上层最细的砂层来截留,故最上层砂容易堵塞、结块,水头损失增长快。若在砂上层再添加颗粒状无烟煤则增加容污能力,运行周期长,水头损失增长较慢,实践中应用效果良好。

(2)过滤器的反冲洗

机械过滤器由于内部装填石英砂比重较大,反冲不易,许多系统运行不稳定是忽视了反冲洗彻底、干净这个过程,系统上设置的反冲装置均达不到反冲洗强度的要求,这是许多水处理设备生产厂及工程公司存在的问题。经笔者与某处理设备有限公司共同研究及实践,采用气、水反复冲洗的方法,机械过滤器污堵后的反冲洗效果十分明显,砂层清洗情况十分干净,性能恢复良好,具体措施是:

①在设计反冲洗装置时,反冲道必须符合反冲洗量的要求,反冲洗强度为12-15L/(s·m2);

②采用压缩空气擦洗滤料,使滤料表面的污泥等物脱落,其强度为18-25L/(s·m2)。

(3)部填的选择

内部填料,根据其排水结构的不同可选用不同粒径的石英砂,但最上层石英砂粒径应在0.3MM。在最上部装填0.5-1.0MM颗粒无烟煤,其高度不低于200MM。

活性碳吸附的应用

活性碳吸附器主要有二个功能:

①吸附水中部分有机物,吸附率为60%左右;

②吸附水中余氯。对于直接抽取地下水的用户,可取消活性碳,若硬度较大则选用软水器,地表水则必须使用活性碳,因为水中杀菌剂活性余氯具有较强的氧化性,会损坏RO膜,根据RO系统进水要求余氯<0.1MG/L,所以用活性碳去吸附余氯。另外活性碳脱除余氯并不是单纯的吸附作用,而是在其表面发生催化作用,所以活性碳不存在吸附饱和的问题,只是损失碳而己。

混凝药剂的选择

在机械过滤器前加入各种凝聚剂及高分子絮凝剂,以去除水中悬浮物、胶体等杂质,但如果不根据水源实情,一味地添加,不仅改善不了水质,相反会因药剂本身或药剂中所含杂质而使水中带入对RO膜有害的物质,国内有许多制药厂水处理系统存在上述问题。所以药剂的选择大有讲究。根据RO膜的特点:

①凝聚剂应避免使用铝盐类。铝盐类凝聚剂使凝聚过程中易产生铝胶,进入RO表面后不易清洗;

②不应使用阳离子型高分子絮凝剂。RO膜为阴离子型,阳离子型高分子絮凝剂易与膜结合生成一种难以清洗的高分子膜。如果不重视上述情况,轻则减短膜寿命,重则部分膜元件报废。同时药剂之间的兼容性也不容忽视,如选用了ST高分子絮凝剂应配合ArgoAF150ul同时使用。

RO系统的探讨

(1)保安过滤器的重要性

保安过滤器主要目的是为了保证RO进水不损坏膜组件,一般选用过滤孔径为5μm,根据前后压差来确定调换滤芯,压差控制在58.8kPa以内。

滤芯使用时间也不宜过长,因为滤芯易滋长细菌,建议采用14~15t/(h·m2)(m2为滤芯过滤面积。)

(2)阻垢剂的使用

反渗透膜污染可分为:生物污染、悬浮物污染、化学污染、胶体污染、细菌污染等。目前反渗透系统中阻垢剂使用最多的为六偏磷酸钠,但六偏磷酸钠易分解成磷酸根,而磷酸根又是细菌的营养源,所以使用不当易造成生物污染。另外六偏磷酸钠不易溶解,本身的结垢也影响系统的运行。阻垢剂同时具有:

①可抑制细菌生长而延长清洗周期;

②可防止原水中溶解和不溶解的铁形成铁胶而影响系统运行和造成膜不可逆污染;

③提高了饱和临界值(LSI值可达2.5),对绝大部分原水可以不加酸,对小部分原水也可大量减少酸的投加,从而降低了反渗透出水中CO2;

④药剂的成份稳定,可以长时间存放及开盖使用。为了保证RO系统的正常运行,除了选用适宜的阻垢剂品种之外,还应根据原水水质对加药量进行计算。

(3) 大流量冲洗的配置

反渗透在水质分离过程中,膜表面含有许多污染物,由于水分离方向与水流方向呈90°关系,所以膜表面污染物部分可通过大量冲洗来去除,实际上原来国产组装设备均忽视了该清洗装置,而进口设备上均配备了清洗装置。目前笔者接触的一些水处理设备工程公司,均已开发PLC自控大流量冲洗系统,该套装置有利于RO膜使用寿命的延长。

(4)学清洗液的选择

RO系统在正常运行情况下,每年只需清洗3-4次,不同的污染应选用不同的药剂。国内一般选用柠檬酸及EDTA为主要成份,但往往清洗效果不佳,而进口清洗液清洗效果明显。

(5)渗透装置的设计

RO装置设计计算有一套复杂的计算方式,目前国外各膜元件商均已开发了专用软件,只要设计人员根据原水水质报告及各膜元件性能初步确定方案,然后将原水水质输入电脑,由程序软件来验证初步方案的可行性,若不行则发出警告,并告之哪一部分设计不合理。另外设计者应根据膜元件使用手册中的要求,注意设计应配备的各种保护措施。

混床紫外线杀菌器及膜滤的选用

混床是提高水质的最终手段,紫外线杀菌器能杀灭水中的细菌,然后通过膜滤,去除细菌尸体,这几套设计均可采用常规产品,在此不作叙述。

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