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东富龙之纯化水储存与分配系统水质污染原因及其降低方式

引      言
       纯化水作为非无菌产品的配料、直接接触药品的设备、器具和包装材料的清洗用水以及制备注射用水的水源,在制药工艺中扮演着重要的角色。《中国药典》以及欧盟药典都对纯化水的质量标准进行了明确要求。但是,纯化水储存与分配系统仅作用于调节高峰用水需求,以降低初期制备系统的资本投入,对于水质的处理并没有任何作用,而水又特别容易滋生微生物。因此,为了保证输送至使用点的纯化水水质能够满足用水要求,需要从设计阶段去尽量降低纯化水污染的可能性。
       谈到纯化水污染,大体可以分为外源性颗粒污染和内源性微生物污染。当我们充分了解这些污染发生的原因,才能更好从设计端或者制造端去降低污染的风险。

一、外源性颗粒污染

1.1 材质方面

      设备建造所选用的材料不当,会析出有害物质,溶于纯化水,污染纯化水质。因此,建议选用制药级材料,无析出、结构稳定的不锈钢。

1.2 酸洗钝化方面

      设备安装后,需要对不锈钢进行全面的酸洗钝化,清除不锈钢内壁的油污、焊渣、氧化物等污垢,且在金属表面形成一层钝化膜,提高不锈钢的耐腐蚀力。但是,如若酸洗钝化不彻底,就会产生红锈现象,污染水源。

1.3 储罐呼吸器方面

       纯化水储罐呼吸器的安装是为了保证系统正常运行,维持系统内外压平衡。但是,在纯化水系统运行中,呼吸器会出现破损或者颗粒堆积结构,造成脏空气进入或者颗粒掉入系统。因此,需要定期对呼吸器进行离线检测、定期更换滤芯。

1.4 系统负压方面

       纯化水系统设计时,没有考虑用点高峰需求,则瞬时大量用水,造成系统负压,外界脏空气从用点进入,污染系统。

二、内源性微生物污染

2.1 与纯化水直接接触表面粗糙度方面

       与纯化水直接接触表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小丰谷的不平度,图1为表面粗糙度微观放大与表面质量放大示意。从图可见,两个波峰之间的距离越小,它的表面粗糙度越小,表面越光滑。表面粗糙度越大的同时,外源性颗粒污染物残留至缝隙的几率越高,清洗彻底的几率越低,且清洗时间也会越长。另外,缝隙也会因为无法清洗彻底,滋生微生物。所以,在条件允许的情况下,可以选用表面粗糙度低的不锈钢,以及制后的抛光处理。




图1 表面粗糙度微观放大与表面质量放大示意

2.2 死角方面

        在错误的纯化水系统管路的设计和安装过程中,会形成盲端,造成液体不流动或者无法清洗的情况,长时间如此,该处就成为了微生物滋生的温床,引起微生物超标。

        ASMEBPE标准也对死角进行了一个相对比较明确的定义(图2)。图中,L是主管内壁至阀芯距离,D表示支管内径。当L≤3D时,主管流动的水能够带动支管的水流,降低微生物滋生的风险。



图2 死角/盲管定义图

2.3 流速方面

        ISPE法规对纯化水要求:对于常温储存与分配系统,建议末端回水流速大于3feet/s(相当于0.91m/s)。这样管道内才可以形成有效的清洗湍流,阻止微生物附着在管壁上形成菌落。图3为流体在湍流中的流速分析图及形成湍流图。

        当纯化水系统处于连续臭氧消毒、高温储存与分配或短时间最大峰值用水时,末端回水可低于3feet/s。因此,建议末端回水流速设定值:1.2~1.4m/s,而且当系统死角不理想、系统为常温时,可适当提高末端回水流速。



图3 流体在湍流中的流速分析图及形成湍流图

2.4 温度方面

       细菌的生长繁殖需要提供合适的环境条件,且不同种类的病菌,生长繁殖的条件不完全相同,个别种类要求特殊的环境条件。但其基本条件均包括营养、pH、温度、气体等方面。因此,在系统内无其他条件的情况下,可以通过控制系统的温度,来降低细菌、微生物滋生的风险。

      据研究表明,大多数病原菌生长适合温度为37℃,个别细菌如鼠疫杆菌在28℃~30℃的条件下生长更好。因此,在纯化水系统正常运行的过程中,将水温控制在25℃左右或保温循环,降低细菌、微生物滋生风险。


结      语

       纯化水储存与分配系统虽然是一个相对成熟且稳定的工艺设备,但是我相信在以后的设计和学习中,随着科技技术及工艺的改进,可以发现更多能够降低水质污染风险的可能性,为药品的生产保驾护航。