采用紫外線消毒器技術生產純化水明智之選:越來越多的制藥生產廠家需要遵照各種生產標準和產品質量標準,制藥、營養品、化妝品、醫療保*和生物科技等行業的純化水質量標準也變得越來越嚴格。在純化水制備過程中,紫外線技術將殺菌、降解TOC和脫除余氯結合起來以確保更高品質的純化水,同時紫外線技術的應用可以有效地減少生產廠家對化學消毒劑的依賴,避免反滲透膜的生物污染。

  UV技術最初應用于市政飲用水的消毒。自從40多年前這項技術面市以來,它在全*范圍內應用于包括制藥、生物制品、化妝品和營養品生產等眾多行業的純化水消毒殺菌、降解TOC(總有機碳量/總可氧化碳量)、脫除余氯、和臭氧及氯胺的降解。

  水在制藥、生物制品、化妝品和營養品生產過程中是用量*大的物料。由于生產標準的日趨嚴格,人們采用了越來越復雜的技術屏障和消毒方式,來確保純化水的安全。

  制藥業和其他行業的生產過程,由于生產工藝要求易造成微生物污染和生物污染,而紫外線可以作為一道有效的屏障,確保純化水水質不對任意生產工藝或階段產生影響,同時確保工藝下游的處理設備也能*優運行,從而減少停機頻次或時間。

  紫外線工作原理

  紫外線(UV)是介于可見光和X射線之間的電磁波譜。典型的紫外線消毒系統包含一個不銹鋼的紫外線反應器,一支石英套管,一支紫外線燈管和相應的電器配件。待處理的水從不銹鋼反應器的一端進入,經過整個處理器,再從另一端排出。

  依據不同類型的紫外線燈,紫外線消毒技術可分為兩種類型;低壓和中壓。低壓紫外線燈是單色紫外線輸出(單一波長限制在254nm),而中壓紫外線燈是多頻紫外線輸出(輸出范圍是185-400nm)。通常來說,低壓系統適用于流體小,間歇性流動的工況下,而中壓系統技術更適合大流量項目的使用。

  消毒

  波長在185-400nm之間的紫外線(也稱紫外線C)有強大的殺菌效果,其中波長為265nm時殺菌效果*佳。在這些波長范圍內,紫外線通過穿透微生物的細胞膜,破壞微生物的DNA,使得微生物不能繼續繁殖再生,從而有效地達到殺滅的效果。

  相比其他殺菌方法,紫外線有很多明顯的優勢。*別是與化學殺菌劑不同處在于,紫外線殺菌不會將有毒物質和殘余物質帶入純化水中,不會改變流體的化學成分、氣味和pH值。這一*點在制藥業和相關行業至關重要;進水的化學劑量往往能改變產品的特性。

  TOC的降解

  波長小于200nm的紫外線能有效分解水中的有機微粒,*別是低分子量的污染物,比如總有機碳(TOCs)。在這些波長范圍內,紫外線通過兩種方式起作用:*一種是紫外線的能量直接分解有機物內部的化學鍵,叫做直接光解;*二種是水分子的光解,分離出帶電羥基OH-同樣對有機物有分解作用。

  降低TOC在離子交換供水系統中*別重要。在離子交換供水系統中,有時官方藥典規定的有機物水平很可能達不到。使用紫外線減少TOC的另外一個優勢就是,降解TOC的紫外線燈也能產生高強度波長為254nm的紫外線,從而提供了相應的紫外線消毒。

  脫氯作用

  許多制藥廠的水源采用市政供水。50多年來,余氯被廣泛應用于對水的消毒。當氯被加入水中,與水中自然形成的腐殖酸、富里酸和其他物質發生反應,就形成了三鹵甲烷化合物(THMs)。由于某些三鹵甲烷化合物已被證實對實驗室動物有致癌作用,所以一些監管機構,比如*國環境總署(USEPA),就針對三鹵甲烷設定了個人飲用水污染物的*大限值。(自1979年以來,*國環境總署規定水中的三鹵甲烷的*大限值為100ppb)另外,由于氯的特性,會對凈化水設備,例如反滲透膜和DI樹脂設備造成損壞。因此,氯一旦完成了其消毒功能,就須去除掉。

  至今,有兩種脫氯法使用為廣泛,一種是粒狀活性炭(GAC)過濾器,另一種是添加中性化學物質,比如亞硫酸氫鈉和偏亞硫酸鈉。這兩種方法有各自的優點,但它們也有許多嚴重的缺點。粒狀活性炭過濾器因其自身多孔狀特性和飽含營養的環境,很容易變成一個細菌的滋生地。脫氯化學物質比如亞硫酸氫鈉,通常在反滲透膜之前的位置加入,一方面提供細菌滋生所需的條件,另一方面會導致生物膜的產生。另外,這些化學物質處理起來具有危險性,而且還會出現因人為失誤而造成過量投加或不足量投加的危險。紫外線技術在脫氯方面的應用日益流行,它有效避免了粒狀活性炭過濾器或者化學方法的缺點,并能夠有效去除游離氯和氯化合物,去除余氯、殺菌雙劍合并。

  波長在180-400nm的紫外線能產生將游離氯分離生成鹽酸的光化反應。分解游離氯的峰值波長是180nm-200nm,而分解氯化合物(mono-、di-、tri-氯化合物)的峰值波長范圍245nm-365nm。

  用于脫氯的紫外線用量的多少取決于氯的總含量、游離氯和化合氯之間的比率,有機物的背景值以及余氯的預期的目標濃度。

  使用紫外線脫氯的其他重要優勢在于:

  1. 可有效殺滅微生物,有效控制全線的微生物含量

  2. 可有效降解總有機碳(TOC)

  3. 可消除使用硫酸氫鹽的安全隱患

  4. 可排除微生物進入反滲透膜的風險(與活性炭或投加化學藥劑方式相比)

  5. 可總體改善水質

  和其他脫氯技術一樣,在既定流量下的紫外線用量取決于多個工藝參數,其中主要包括:

  1. 工藝用水的紫外線穿透率 (T10)

  2. 水中有機物含量

  3. 水中原始的氯含量和預期達到的氯含量

  紫外線系統的安裝位置及作用

  用于消毒、減少TOC、脫除余氯和其他非消毒應用的紫外線系統能安裝在純化水系統的各個環節,從專業角度分析我們為每一種應用定義了*佳安裝位置。

  大多數純化水系統可分為兩個階段:純化水生產系統和純化水分配系統。在純化水制備階段,通常使用紫外線設備對水進行消毒,去除水中余氯,或者用于對總有機碳(TOC)進行分解。在純化水的分配階段,紫外線設備可用于消毒和臭氧的分解。需要注意的是,當紫外線設備用于TOC降解時,在系外線設備后應加裝一套除鹽設備。需要輔助設備的原因是,紫外線對有機物經行光化學分解后,會產生一部分帶電分子,因此除鹽設備中的離子交換樹脂可將帶點分子去除。

  對現有管道和系統進行紫外線系統安裝或改造非常簡單, 只要做好場地的準備工作,安裝只需很短的時間,不會長時間影響生產。一旦安裝完成,處理廠可以一天24小時不間斷運行,在進行日常的系統維護和清洗(CIP)時,無需關閉紫外線系統。*新的、經過驗證的紫外線燈的使用壽命很長(通常超過12000小時)。當需要更換紫外線燈的時候,步驟相當簡單,通常由沒有經過專門訓練的現場人員就可以完成。

  結論

  紫外線設備在純化水生產過程中是非常關鍵的一部分,它可以實現對純化水中微生物的全線控制和確保純化水的品質。同時,它也大大減小了反滲透膜的生物污染,延長了兩次CIP之間的時間間隔,并減少就地CIP過程中的化學物品使用量。

  使用紫外線設備有諸多優勢,如:它安裝簡單,不會對生產過程造成任何干擾或導致停產,設備維護簡單,現場人員即能完成操作和維護。由于處理過程中沒有化學物質的參與,所以不會影響產品的穩定性。另外,產品也不會含有任何不需要的化學殘留物、顏色或者氣味。

2016年11月01日

采用紫外線消毒器技術生產純化水明智之選

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