采用紫外线消毒器技术生 产纯化水明智之选:越来越 多的制药生产厂家需要遵照各种生产标准和产品质量标准,制药、营养品、化妆品、医疗保*和生物 科技等行业的纯化水质量标准也变得越来越严格。在纯化水制备过程中,紫外线技术将杀菌、降解TOC和脱除 余氯结合起来以确保更高品质的纯化水,同时紫 外线技术的应用可以有效地减少生产厂家对化学消毒剂的依赖,避免反 渗透膜的生物污染。

  UV技术最 初应用于市政饮用水的消毒。自从40多年前 这项技术面市以来,它在全*范围内 应用于包括制药、生物制品、化妆品 和营养品生产等众多行业的纯化水消毒杀菌、降解TOC(总有机碳量/总可氧化碳量)、脱除余氯、和臭氧及氯胺的降解。

  水在制药、生物制品、化妆品 和营养品生产过程中是用量*大的物料。由于生 产标准的日趋严格,人们采 用了越来越复杂的技术屏障和消毒方式,来确保纯化水的安全。

  制药业 和其他行业的生产过程,由于生 产工艺要求易造成微生物污染和生物污染,而紫外 线可以作为一道有效的屏障,确保纯 化水水质不对任意生产工艺或阶段产生影响,同时确 保工艺下游的处理设备也能*优运行,从而减 少停机频次或时间。

  紫外线工作原理

  紫外线(UV)是介于可见光和X射线之间的电磁波谱。典型的 紫外线消毒系统包含一个不锈钢的紫外线反应器,一支石英套管,一支紫 外线灯管和相应的电器配件。待处理 的水从不锈钢反应器的一端进入,经过整个处理器,再从另一端排出。

  依据不 同类型的紫外线灯,紫外线 消毒技术可分为两种类型;低压和中压。低压紫 外线灯是单色紫外线输出(单一波长限制在254nm),而中压 紫外线灯是多频紫外线输出(输出范围是185-400nm)。通常来说,低压系 统适用于流体小,间歇性流动的工况下,而中压 系统技术更适合大流量项目的使用。

  消毒

  波长在185-400nm之间的紫外线(也称紫外线C)有强大的杀菌效果,其中波长为265nm时杀菌效果*佳。在这些波长范围内,紫外线 通过穿透微生物的细胞膜,破坏微生物的DNA,使得微 生物不能继续繁殖再生,从而有 效地达到杀灭的效果。

  相比其他杀菌方法,紫外线 有很多明显的优势。*别是与 化学杀菌剂不同处在于,紫外线 杀菌不会将有毒物质和残余物质带入纯化水中,不会改 变流体的化学成分、气味和pH值。这一*点在制 药业和相关行业至关重要;进水的 化学剂量往往能改变产品的特性。

  TOC的降解

  波长小于200nm的紫外 线能有效分解水中的有机微粒,*别是低 分子量的污染物,比如总有机碳(TOCs)。在这些波长范围内,紫外线 通过两种方式起作用:*一种是 紫外线的能量直接分解有机物内部的化学键,叫做直接光解;*二种是水分子的光解,分离出带电羟基OH-同样对 有机物有分解作用。

  降低TOC在离子 交换供水系统中*别重要。在离子 交换供水系统中,有时官 方药典规定的有机物水平很可能达不到。使用紫外线减少TOC的另外一个优势就是,降解TOC的紫外 线灯也能产生高强度波长为254nm的紫外线,从而提 供了相应的紫外线消毒。

  脱氯作用

  许多制 药厂的水源采用市政供水。50多年来,余氯被 广泛应用于对水的消毒。当氯被加入水中,与水中 自然形成的腐殖酸、富里酸 和其他物质发生反应,就形成 了三卤甲烷化合物(THMs)。由于某 些三卤甲烷化合物已被证实对实验室动物有致癌作用,所以一些监管机构,比如*国环境总署(USEPA),就针对 三卤甲烷设定了个人饮用水污染物的*大限值。(自1979年以来,*国环境 总署规定水中的三卤甲烷的*大限值为100ppb)另外,由于氯的特性,会对净化水设备,例如反渗透膜和DI树脂设备造成损坏。因此,氯一旦 完成了其消毒功能,就须去除掉。

  至今,有两种 脱氯法使用为广泛,一种是粒状活性炭(GAC)过滤器,另一种 是添加中性化学物质,比如亚 硫酸氢钠和偏亚硫酸钠。这两种 方法有各自的优点,但它们 也有许多严重的缺点。粒状活 性炭过滤器因其自身多孔状特性和饱含营养的环境,很容易 变成一个细菌的滋生地。脱氯化 学物质比如亚硫酸氢钠,通常在 反渗透膜之前的位置加入,一方面 提供细菌滋生所需的条件,另一方 面会导致生物膜的产生。另外,这些化 学物质处理起来具有危险性,而且还 会出现因人为失误而造成过量投加或不足量投加的危险。紫外线 技术在脱氯方面的应用日益流行,它有效 避免了粒状活性炭过滤器或者化学方法的缺点,并能够 有效去除游离氯和氯化合物,去除余氯、杀菌双剑合并。

  波长在180-400nm的紫外 线能产生将游离氯分离生成盐酸的光化反应。分解游 离氯的峰值波长是180nm-200nm,而分解氯化合物(mono-、di-、tri-氯化合物)的峰值波长范围245nm-365nm。

  用于脱 氯的紫外线用量的多少取决于氯的总含量、游离氯 和化合氯之间的比率,有机物 的背景值以及余氯的预期的目标浓度。

  使用紫 外线脱氯的其他重要优势在于:

  1. 可有效杀灭微生物,有效控 制全线的微生物含量

  2. 可有效降解总有机碳(TOC)

  3. 可消除 使用硫酸氢盐的安全隐患

  4. 可排除 微生物进入反渗透膜的风险(与活性 炭或投加化学药剂方式相比)

  5. 可总体改善水质

  和其他脱氯技术一样,在既定 流量下的紫外线用量取决于多个工艺参数,其中主要包括:

  1. 工艺用 水的紫外线穿透率 (T10)

  2. 水中有机物含量

  3. 水中原 始的氯含量和预期达到的氯含量

  紫外线 系统的安装位置及作用

  用于消毒、减少TOC、脱除余 氯和其他非消毒应用的紫外线系统能安装在纯化水系统的各个环节,从专业 角度分析我们为每一种应用定义了*佳安装位置。

  大多数 纯化水系统可分为两个阶段:纯化水 生产系统和纯化水分配系统。在纯化水制备阶段,通常使 用紫外线设备对水进行消毒,去除水中余氯,或者用于对总有机碳(TOC)进行分解。在纯化水的分配阶段,紫外线 设备可用于消毒和臭氧的分解。需要注意的是,当紫外线设备用于TOC降解时,在系外 线设备后应加装一套除盐设备。需要辅 助设备的原因是,紫外线 对有机物经行光化学分解后,会产生 一部分带电分子,因此除 盐设备中的离子交换树脂可将带点分子去除。

  对现有 管道和系统进行紫外线系统安装或改造非常简单, 只要做 好场地的准备工作,安装只需很短的时间,不会长时间影响生产。一旦安装完成,处理厂可以一天24小时不间断运行,在进行 日常的系统维护和清洗(CIP)时,无需关闭紫外线系统。*新的、经过验 证的紫外线灯的使用寿命很长(通常超过12000小时)。当需要 更换紫外线灯的时候,步骤相当简单,通常由 没有经过专门训练的现场人员就可以完成。

  结论

  紫外线 设备在纯化水生产过程中是非常关键的一部分,它可以 实现对纯化水中微生物的全线控制和确保纯化水的品质。同时,它也大 大减小了反渗透膜的生物污染,延长了两次CIP之间的时间间隔,并减少就地CIP过程中 的化学物品使用量。

  使用紫 外线设备有诸多优势,如:它安装简单,不会对 生产过程造成任何干扰或导致停产,设备维护简单,现场人 员即能完成操作和维护。由于处 理过程中没有化学物质的参与,所以不 会影响产品的稳定性。另外,产品也 不会含有任何不需要的化学残留物、颜色或者气味。

2016年11月01日

采用紫 外线消毒器技术生 产纯化水明智之选

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