ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМ. И.М. СЕЧЕНОВА
Фармацевтический факультет
Кафедра технологии готовых лекарственных средств и биотехнологии
ВОДА ОЧИЩЕННАЯ
Исполнитель:
Москва, 2008 г.
Содержание
Введение
1. Виды воды, используемой на фармацевтическом предприятии
1.1 Вода питьевая
1.2 Вода умягченная
1.3 Вода очищенная
1.4 Вода для инъекций
1.5 Вода очищенная
2. Схемы очистки воды
3. Методы очистки воды
3.1 Дистилляция
3.2 Ионный обмен
3.3 Фильтрация
4. Системы распределения воды очищенной
4.1 Состав и организация системы распределения воды очищенной
Заключение
Литература
Введение
Согласно статистическим данным и публикациям международных организаций, ущерб здоровью населения от потребления недоброкачественной питьевой воды соизмерим с потерями от стихийных бедствий, неблагоприятных экологических ситуаций, голода и других глобальных факторов. По сведениям ВОЗ, свыше 500 млн. человек в мире ежегодно болеет от потребления некачественной воды, до 80% кишечных инфекций обусловлено контактами с инфицированной водой.
Поскольку воду для фармацевтических целей получают из воды питьевой, источником которой служит природная вода, важным моментом является освобождение последней от присутствующих в ней примесей. В природной воде могут содержаться растворимые вещества, образующие ионы различных солей, суспензии типа гидроксидов металлов; органические кислоты, органические соединения хлора; вещества типа инертных газообразных органических соединений; микроорганизмы, планктоны, водоросли и т.д. Значительная часть этих веществ удаляется на стадии получения воды питьевой. Однако вода для фармацевтических целей должна соответствовать особым требованиям. Особые требования к ней на современном фармацевтическом предприятии обусловлены тем, что вода используется практически на всех стадиях производства. Это мойка помещений и оборудования, санитарно-гигиенические цели, приготовление аналитических растворов, использование в качестве теплоносителя и хладагента, приготовление компонентов и готового продукта.
Многообразие сфер использования воды определяет существование различных критериев качества, и, соответственно, применение различных методов очистки.
1. Виды воды, используемой на фармацевтическом предприятии
1.1 Вода питьевая
Вода питьевая должна удовлетворять требованиям СанПиН 2.1 4 559-96 "Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества". Проект систем распределения выполняется в соответствии с СНиП 2.04.01.85 "Внутренний водопровод и канализация зданий".
Вода питьевая вода (холодная и горячая) используется для мойки неклассифицированных помещений, для мойки оборудования, находящегося в неклассифицированных помещениях, для первичной мойки оборудования, находящегося в непосредственном контакте с продуктом, для приготовления пищи и санитарно-гигиенических нужд персонала. В качестве материала трубопроводов питьевой воды получили распространение пластиковые трубопроводы, собираемые на сварке.
Следует оговориться, что в случае использования любого вида воды в чистых помещениях необходимо соблюдать требования ОСТ 42 510-98, согласно которым трубопровод в пределах чистой зоны должен быть из нержавеющей стали, и перед вводом воды в чистое помещение необходимо установить стерилизующий фильтр. Как показала практика, эти меры целесообразно применять, начиная с класса чистых помещений С (10 000) и выше.
1.2 Вода умягченная
Вода умягченная получается из воды питьевой посредством фильтрации через смолу, в процессе которой замещаются ионы жесткости. Состав компонентов очистных систем варьирует в зависимости от результатов посезонного анализа исходной воды.
Вода умягченная используется в оборотных системах, в теплообменниках, для подачи в парогенераторы. В качестве материала трубопроводов воды умягченной так же используются пластиковые трубы.
Целесообразно применять непрерывную циркуляцию системы фильтрации, что, при использовании ультрафиолетового стерилизатора и правильном подборе корпусов (скорость движения воды должна быть не менее 12 м/ч), обеспечивает полное отсутствие микроорганизмов уже на этой стадии. При этом существенно снижается нагрузка на оборудование последующей очистки (обратный осмос, дистиллятор), увеличивает срок службы осмотических мембран, а самое главное, гарантирует качество воды, что гораздо важнее экономии капитальных затрат.
1.3 Вода очищенная
Вода очищенная должна соответствовать требованиям ФС 42 2619-97. Срок действия фармакопейной статьи в настоящее время истек, однако других документов в действие введено не было. Методами получения воды очищенной согласно ФС 42 2619-97 могут быть обратный осмос, деионизация, дистилляция.
Установки раздельного ионного обмена утрачивают свою популярность ввиду сложности и небезопасности их регенерации. Смешанные ионообменники, не требующие регенерации, существенно увеличивают эксплутационные расходы.
В последнее время большое развитие получили системы обратного осмоса, как энергетически выгодный и относительно безопасный метод. Конструкция установок обратного осмоса должна обеспечивать минимизацию застойных зон и предотвращать возможность адсорбции биопленки на мембранах.
Для гарантированного качества воды очищенной применяются двухступенчатые системы обратного осмоса. Однако с каждым годом на мировом рынке растут требования к технологическому оборудованию в плане безопасности, автоматизации, обеспечению гарантии качества.
В Европе в последнее время получают распространение мембраны, выдерживающие тепловую обработку. Часто после двух ступеней обратного осмоса устанавливают электродеионизатор для снижения электропроводности воды.
Конструктивно установка обратного осмоса состоит из мембран, установленных в корпусах, и насоса высокого давления, обеспечивающего условия для разделения пермеата и концентрата в мембранном блоке. Для обеспечения оптимального режима эксплуатации и автоматизации процессов установки обратного осмоса должны быть укомплектованы контроллером, комплектом автоматических клапанов и контрольно-измерительных приборов.
1.4 Вода для инъекций
Вода для инъекций, согласно требованиям ФС 42 2620-97 имеет такие же критерии качества, что и вода очищенная, однако для нее, дополнительно, установлен лимит пирогенности. В перспективе возможно ужесточение требований к воде для инъекций в части микробиологических показателей.
Перспективы
В последнее время были предприняты попытки выделить вид воды, промежуточный между очищенной и инъекционной, - так называемую "сверхочищенную воду" (Highly Purified Water).
Это вызвано, во-первых, тем, что зачастую трудно определить, какой вид воды необходим, например, при работе с субстанцией, имеющей лимит по пирогенности, но которая не является конечным продуктом, а во-вторых, тем, что вода очищенная служит сырьем для получения воды для инъекций.
Критерии качества сверхочищенной воды такие же, как у воды для инъекций, однако требования к системе приготовления и распределения такие же, как у воды очищенной.
Таблица 1.
Некоторые примеры по применению того или иного вида воды в технологии фармацевтических производств.
| Вода очищенная | Вода высокоочищенная | Вода для инъекций |
| Ректальные, вагинальные препараты нестерильные | Офтальмологические препараты | Парентеральные препараты |
| Нестерильные препараты для приема во внутрь | Стерильные препараты для носа и ушей | Стерильные гемофильтрационные и гемодиафильтрационные растворы |
| Препараты для носа и ушей нестерильные | Стерильные кожные препараты | Стерильные растворы для перитонального диализа. |
| Кожные, распылительные препараты нестерильные, без лимита пирогенности | Апирогенные субстанции | Стерильные растворы для орошения |
Следует подчеркнуть, что заявленный тип воды должен применяться на всех стадиях, связанных с формуляцией, окончательной мойки контейнеров, мойки деталей оборудования, находящихся в прямом или опосредованном контакте с продуктом. На стадиях синтеза и первичной мойки возможно применение воды с менее жесткими требованиями, что каждый раз оговаривается индивидуально.
1.5 Вода очищенная
Накопленный практический опыт производителей лекарственных препаратов (особенно растворов для парентерального применения большого объема (инфузионных растворов)) в России и за рубежом показывает, что причиной отзыва продукции и источником ее загрязнения является в большинстве случаев используемая вода неудовлетворительного качества. В связи с вышесказанным, подготовка и получение воды относятся к наиболее ответственным и сложным, так называемым критическим стадиям технологического процесса на любом фармацевтическом предприятии. Поэтому, для оценки и анализа существующей или проектируемой системы водоподготовки, безусловно, необходимо знать современные требования к качеству воды и понимать, в каком месте для каких целей и какой тип воды необходимо использовать.
Основными документами в нашей стране, регламентирующей требования к воде для фармацевтических целей ангро (“Water in bulk”), на настоящий момент является ФС 42-2619-97 "Вода очищенная".
В большинстве стран мира для оценки качества воды для фармацевтических целей наряду с национальными фармакопеями руководствуются Европейской (EP), Американской (USP), Британской (BP) и Японской (JP) фармакопеями, в которых наиболее полно представлены различные типы воды для фармацевтических целей (табл.1) и приведены требования к ее чистоте.
Таблица 2.
Типы воды для фармацевтических целей
| Типы воды | ГФ XI изд. |
EP 5-ое изд. 2005 г. |
BP 2004 г. |
JP 14-ое изд. 2002 г. |
USP 28-ое изд. 2005 г. |
| Вода для инъекций (ангро) | + | + | + | + | + |
Стерильная вода для инъекций (в упаковке) |
+ | + | + | + | + |
Бактериостатическая вода для инъекций (в упаковке) |
- | - | - | - | + |
| Высокоочищенная вода (ангро) | - | + | - | - | - |
| Вода очищенная (ангро) | + | + | + | + | + |
Вода очищенная (в упаковке) |
- | + | + | - | - |
| Стерильная вода очищенная (ангро) | - | - | - | + | - |
Стерильная вода очищенная (в упаковке) |
- | - | - | - | + |
Стерильная вода для ингаляций (в упаковке) |
- | - | - | - | + |
Стерильная вода для ирригаций (в упаковке) |
- | - | - | - | + |
| Вода для диализа (ангро и в упаковке) | - | + | - | - | - |
| Вода (водопроводная, артезианская) | - | - | - | + | - |
Вода очищенная
(ВО) используется для производства и/или изготовления нестерильных ЛС, а также для получения пара, санитарной обработки, мытья тары и укупорки (за исключением финишного ополаскивания при производстве и/или изготовлении стерильных ЛС), в лабораторной практике. На фармацевтическом производстве она является исходной при получении воды для инъекций.
Требования по физико-химическим показателям и микробиологической чистоте, предъявляемые к ВО различными фармакопеями, приведены в табл.2.
Согласно ФС 42-2619-97
"Вода очищенная" она может быть получена методами дистилляции, ионного обмена, обратного осмоса, комбинацией этих методов или другим способом.
Однако следует отметить, что дистилляция редко используется для получения ВО, т. к существуют более экономичные методы (ионный обмен, обратный осмос и др.).
Для оценки качества ВО проводятся испытания на содержание восстанавливающих веществ, диоксида углерода, хлоридов, сульфатов, аммиака, кальция, нитритов и нитратов, тяжелых металлов; определяются сухой остаток, рН воды и микробиологическая чистота.
В ЕР 5-ого изд. 2005 г
. требования к ВО регламентируются соответствующей ФС 0008 "Вода очищенная" ("Purified water"). Согласно EP ВО может быть получена дистилляцией, ионным обменом или другими подходящими методами. В качестве исходной служит вода, соответствующая требованиям на воду питьевую.
Среди показателей качества ВО нормируются содержание нитратов, тяжелых металлов; определяются удельная электропроводность (УЭ) и содержание общего органического углерода (ООУ). Как альтернатива определению ООУ в воде разрешается определение восстанавливающих веществ. Требования по микробиологической чистоте ВО носят рекомендательный характер и являются уровнем корректирующих действий (уровень корректирующих действий - уровень, при превышении которого технологический процесс действительно отклонился от нормальных условий и необходимо выполнить корректирующее действия для возвращения процесса к нормальным рабочим параметрам).
Требования ВР 2004 г., предъявляемые к ВО, соответствуют требованиям ЕР, т. к членами Европейского Фармакопейного комитета, ответственными за разработку фармакопейных статей на воду для фармацевтических целей, являются британские специалисты. Перед каждой из статей BP на ВО и ВДИ есть ссылка на то, что приведенные требования аналогичны требованиям соответствующих фармакопейных статей EP.
В JP 14-ого изд. 2002 г.
требования к ВО изложены в ФС "Вода очищенная" ("Purified water") в разделе Официальных монографий для части II (Official Monographs for Part II). Согласно JP ВО может быть получена дистилляцией, ионным обменом, ультрафильтрацией или комбинацией этих методов из воды, соответствующей требованиям ФС "Вода" ("Water"). Важно отметить, что для получения ВО в разделе "Получение" JP не приведен метод обратного осмоса, а используется ультрафильтрация, хотя данный метод не способен удалять из воды неорганические ионы.
Среди показателей качества ВО нормируются содержание нитратов, нитритов, тяжелых металлов, хлоридов, сульфатов, аммиака, восстанавливающих веществ, сухого остатка, определяется кислотность и щелочность воды.
Отсутствие требований по микробиологической чистоте объясняется тем, что они приведены в ФС "Вода" ("Water"), которая является исходной для получения ВО (? 100 м. о. /мл).
Требования USP 28-ого изд. 2005 г
., предъявляемые к BO, изложены в разделе официальных монографий на воду (Official Monographs/ Water).
Согласно USP BO может быть получена любым подходящим методом из воды, соответствующей Американским, Европейским или Японским стандартам качества на воду питьевую.
USP, в отличие от ГФ XI изд., EP, BP и JP, для оценки качества ВО использует только три показателя: УЭ, ООУ и микробиологическую чистоту. Требование по микробиологической чистоте - не более 100 КОЕ/мл, приведенное в ОФС "Вода для фармацевтических целей (General information / <1231> Water for pharmaceutical purposes"), носит рекомендательный характер и является уровнем корректирующих действий.
Таблица 3.
Требования к воде очищенной
| /Показатели | ФС 42-2619-97 |
EP 5-ое изд. 2005 г. |
BP 2004 г. |
JP 14-ое изд. 2002 г. |
USP 28-ое изд. 2005 г. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Методы получения | Дистилля-ция, ионный обмен, обратный осмос, комбинация этих методов или другим способом | Дистилляция, ионный обмен или другие подходящие методы | Дистилляция, ионный обмен или другие подходящие методы | Дистилляция, ионный обмен, ультрафильтрация или комбинация этих методов. В случае использования ионного обмена как финишного этапа, обеспечить надлежащую микробиологическую чистоту, либо использовать для удаления или разрушения бактерий дополнительный метод |
Любым подходящим методом |
| Описание | Бесцветная прозрачная жидкость без запаха и вкуса | Бесцветная прозрачная жидкость | Бесцветная прозрачная жидкость | Бесцветная прозрачная жидкость без запаха и вкуса | - |
| Качество исходной воды | - | Вода, соответствующая требованиям на воду питьевую, установлен-ным соответствую-щим уполномоченным органом власти | Вода, соответствую-щая требованиям на воду питьевую, установлен-ным соответствую-щим уполномочен-ным органом власти | - | Вода, соответствующая требованиям на питьевую воду Американского Национального ведомства по защите окружающей среды, или аналогичным требованиям на питьевую воду Европейско-го Союза или Японии |
| рН | 5,0-7,0 | - | - | - | - |
| Сухой остаток | ? 0,001% | - | - | ? 1 мг/ 100мл | - |
| Восстанавливающие вещества | ? 1мл 0,01 KMnO4/
100 мл |
Альтернативный ООУ ? 0,1мл 0,02 KMnO4/
|
Альтернативный ООУ ? 0,1мл 0,02 KMnO4/
|
? 0,1мл 0,02 KMnO4/
100 мл |
- |
| Диоксид углерода | Отсутствие1
|
- | - | - | - |
| Нитраты, нитриты | Отсутствие | ? 0,2 мг/л (нитраты) | ? 0,2 мг/л (нитраты) | Отсутствие (отдельно определяются нитратный и нитритный азот) | - |
| Аммиак | ? 0,00002% (в препарате) | - | - | ? 0,05 мг/л | - |
| Хлориды | Отсутствие | - | - | Отсутствие | - |
| Сульфаты | Отсутствие | - | - | Отсутствие | - |
| Кальций | Отсутствие | - | - | - | - |
| Тяжелые металлы | Отсутствие | ? 0,1 мг/л | ? 0,1 мг/л | Отсутствие | - |
| Кислотность/ щелочность | - | - | - | Тест с цветными индикаторами | - |
| Алюминий | - | ? 10мкг/л (для гемодиализа) | ? 10 мкг/л (для гемодиализа) | - | - |
| Общий органический углерод (ООУ) | - | ? 0,5 мг/л | ? 0,5 мг/л | - | ? 0,5 мг/л2
|
| Удельная электропроводность (УЭ) | - | ? 4,3 mS* см-1
в линии или в лаборатории |
? 4,3 mS* см-1 (
в линии или в лаборатории |
- | ? 1,3 mS* см-1
? 2,1 S* см-1
в лаборатории3
|
| Микробиологическая чистота | ? 100 м. о/мл при отсутствии сем Entero-bacteriaceae, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa | ? 100 м. о/ мл4
|
? 100 м. о/мл4
|
Соотв. ФС "Вода" (? 100 м. о/мл) |
? 100 м. о/мл5
|
| Бактериальные эндотоксины (БЭ) | - | ? 0,25 ЕЭ/мл для гемодиализа | ? 0,25 ЕЭ/мл для гемодиализа | - | - |
| Маркировка | - | На этикетке указывается, при необходимости, что вода может использоваться для приготовления диализных растворов | На этикетке указывается, при необходимости, что вода может использоваться для приготовления диализных растворов | - | - |
| Использование и хранение | Используют свежеприго-товленной или хранят в закрытых емкостях, изготовлен-ных из материалов, не изменяю-щих свойств воды и защищаю-щих ее от инородных частиц и микро-биологических загрязнений | Хранится и распределяется в условиях, предотвращающих рост микроорганизмов и попадание других видов загрязнений | Хранится и распределяется в условиях, предотвращающих рост микроорганизмов и попадание других видов загрязнений | Используют свежеприго-товленной или хранят в подходящих плотно закрытых емкостях в условиях, предотвращающих микробио
ло-гический рост |
В системах получения, хранения и распределения холодной ВО возможно образование биопленок из микро-организмов, которые могут стать источником микробиологического загрязнения и бактериаль-ных эндотоксинов, поэтому необходимо обеспечить периодичес-кую санитарную обработку и микробиоло-гический контроль6
|
Вода очищенная (ВО) используется для:
изготовления не инъекционных лекарственных средств;
получения пара;
санитарной обработки;
мытья посуды (за исключением финишного ополаскивания);
в лабораторной практике и др.;
На фармацевтическом производстве ВО является исходной при получении воды для инъекций. В зависимости от качества исходной воды в технологической схеме получения воды очищенной большое значение имеет предварительная подготовка воды, которая может включать несколько стадий.
Выбор технологической схемы получения воды очищенной обусловлен:
качеством исходной воды;
требованиями производителя лекарственных средств;
выбором конечной стадии получения воды;
требованиями, предъявляемыми к воде фармакопейной статьей;
требованиями, предъявляемыми определенными стадиями (например, дистилляцией, обратным осмосом) к качеству подаваемой (исходной) воды;
стадиями предварительной очистки, направленными на удаление примесей, содержание которых нормируется нормативной документацией или производителем фармацевтической продукции.
2. Схемы очистки воды
Для получения воды очищенной применяются последовательные многоступенчатые схемы. При выборе конкретной схемы необходимо учитывать результаты анализа исходной воды и имеющееся в наличии оборудование. Следует отметить, что в зависимости от конкретных условий, можно применять процессы, не упомянутые в них. Главное, чтобы в результате полученная вода соответствовала требованиям действующих нормативных документов. Схема получения любого типа воды, а также любые изменения в ней должны пройти валидацию.
1. схема включает следующие процессы:
грубая фильтрация
умягчение
фильтрация через угольный фильтр
дистилляция
При выборе схемы 1 требуются большие капитальные затраты. Расход энергоносителей значительно больше, чем в других вариантах. Он может быть целесообразен в случае, если предприятие уже имеет в наличии свободный дистиллятор и достаточное количество промышленного пара.
2. схема включает следующие процессы:
грубая фильтрация
умягчение
фильтрация через угольный фильтр
деионизация
При выборе схемы 2 требуются наименьшие капитальные затраты. Расходы энергоносителей невелики. Однако в эксплуатации часто возникают трудности в связи с необходимостью регенерации ионообменников кислотами и щелочами.
3. схема включает процессы:
подогрев и термостатирование
грубая фильтрация
умягчение
фильтрация через угольный фильтр
фильтрация через фильтр с диаметром отверстий 3 мкм
обратный осмос
Схема 3 наиболее оптимальна. При этом не требуются большие капитальные затраты. Оборудование не требует частой регенерации. Эксплуатационные расходы невысоки.
3. Методы очистки воды
3.1 Дистилляция
Дистилляция является традиционным, эффективным и надежным методом очистки воды, в процессе которого вода нагревается, испаряется и конденсируется. Оборудование для дистилляции сравнительно недорогое, но энергоемкое, типично затрачивается 1 кВт на 1 литр произведенного дистиллята. В зависимости от конструкции дистиллятора, дистиллированная вода имеет сопротивление ок.1 MW-см и сохраняет стерильность только при условии строжайшего соблюдения правил хранения. Кроме того, в обычных дистилляторах из воды не удаляются углекислый газ, соединения кремния, аммиак и органические примеси.
Для получения воды очищенной используют дистилляторы, которые отличаются друг от друга по способу нагрева, производительности и конструктивным особенностям.
Метод однократной дистилляции неэкономичен, так как при его использовании велики энергозатраты на нагрев и испарение воды (около 3000 кДж на кг пара), а также затраты воды на конденсацию пара (около 8 л воды 1 кг пара). Использование однократной дистилляции целесообразно для малых потреблений воды - 10-20 л/ч.
Более эффективным и экономичным, по сравнению с обычной дистилляцией, являются высокоэффективные многоколоночные дистилляторы.
Основной принцип многоколоночного дистилляционного аппарата состоит в том, что требующаяся для переноса тепла разница температур (что соответствует разнице давлений) получается при нагреве первой колонны паром с высокой температурой. Пар, полученный в первой колонне, охлаждается в дистиллят, давая ему немного подогреть работающую при более низкой температуре и давлении вторую колонну. Пар второй колонны, в свою очередь, подогревает третью колонну, которая функционирует при атмосферном давлении. Таких колонн может быть несколько. Только в последней колонне полученный пар требует для охлаждения в дистиллят типичного охладителя с холодной водой. Таким образом, энергию используют на подогрев только первой колонны дистиллятора, а охлаждающую воду - только в последней колонне для охлаждения пара. Увеличивая число колонн, можно уменьшить расход как пара, так и воды, так как в каждой колонне уменьшается количество испаряемой воды и пара в охладителе.
3.2 Ионный обмен
Является одним из эффективных методов удаления из воды анионов и катионов. Это одна из важнейших стадий очистки, используемая как этап предварительной очистки, так и для получения воды очищенной.
Принцип ионного обмена:
основан на использовании ионитов - сетчатых полимеров разной степени сшивки, гелевой микро- или макропористой структуры, ковалентно связанных с ионогенными группами. Диссоциация этих групп в воде или в растворах дает ионную пару - фиксированный на полимере ион и подвижный противоион, который обменивается на ионы одноименного заряда (катионы или анионы) из раствора. При химическом обессоливании обмен ионов является обратимым процессом между твердой и жидкой фазами. Включение в состав смол различных функциональных групп приводит к образованию смол избирательного действия.
Ионообменные смолы делятся на анионообменные и катионообменные. Катионообменные смолы содержат функциональные группы, способные к обмену положительных ионов, анионообменные - к обмену отрицательных.
Смолы могут быть дополнительно разделены на 4 основные группы: сильнокислотные, слабокислотные катионообменные смолы и сильноосновные и слабоосновные анионообменные смолы.
Существует два типа ионообменных аппаратов, наиболее часто используемых в фармацевтической практике, как правило, колоночных:
с раздельным слоем катионита и анионита;
со смешанным слоем.
Аппараты первого типа состоят из двух последовательно расположенных колонн, первая из которых по ходу обрабатываемой воды заполнена катионитом, а вторая - анионитом. Аппараты второго типа состоят из одной колонны, заполненной смесью этих ионообменных смол.
Преимуществами
ионного обмена являются малые капитальные затраты, простота, отсутствие принципиальных ограничений для достижения большей производительности.
Использование метода ионного обмена целесообразно при слабой минерализации воды: 100ё200 мг/л солей, т. к уже при умеренной (около 1 г/л содержании солей) для очистки 1 м3 воды будет необходимо затратить 5 л 30% раствора соляной кислоты и 4 л 50% раствора щелочи.
Смолы обладают рядом существенных недостатков
, затрудняющих их использование:
наличие химически агрессивного реагентного хозяйства и, соответственно, высокие эксплуатационные затраты на его приобретение и хранение;
ионообменные смолы требуют частой регенерации для восстановления обменной способности и повышенного внимания со стороны обслуживающего персонала;
большое количество химически агрессивных сточных вод после проведения регенерации фильтров и др.
Регенерация ионообменных смол производится как правило растворами кислоты хлористоводородной (для Н+-формы) и натрия гидроксида (для ОН-формы). На качество регенерации влияет выбор регенерирующего раствора, тип ионообменной смолы, скорость, температура, чистота, тип и концентрация регенерирующего раствора, время его контакта с ионитами. Для приготовления растворов кислоты хлористоводородной и натрия гидроксида, их хранения и защиты персонала от возможных утечек, необходимы специальные емкости.
Системы ионного обмена требуют предварительной очистки от нерастворимых твердых частиц, химически активных реагентов во избежание загрязнения ("отравления") смолы и ухудшения ее качества.
Ионный обмен удаляет только полярные органические соединения, а растворенная органика загрязняет гранулы ионообменных смол, снижая производительность. В случаях когда требуется вода очищенная от неорганики и органики, эффективным будет сочетание обратного осмоса и ионного обмена.
Ионообменная технология обеспечивает классическое обессоливание воды и является экономичной системой при получении воды очищенной. Данная технология позволяет получать воду с очень низким показателем удельной электропроводности. Поскольку данный метод не обеспечивает микробиологической чистоты из-за использования ионообменных смол, его использование для получения воды очищенной целесообразно в сочетании со стерилизующей (0,22 мкм) микрофильтрацией.
3.3 Фильтрация
Технология фильтрации играет важнейшую роль в системах обработки воды. Выпускается широкий диапазон конструкций фильтрующих устройств для различного применения. Устройства и конфигурации систем широко варьируют по типам фильтрующей среды и месту использования в технологическом процессе.
Одними из широко используемых в фармацевтической практике являются фильтры с активированным
углем
, адсорбирующим органические вещества с низким молекулярным весом, хлор и удаляют их из воды. Они используются для получения определенных качественных признаков (обесцвечивания воды и улучшения ее вкуса и др.), для защиты от реакции следующими за ними поверхностями из нержавеющей стали, резиновых изделий, мембран.
Следует отметить, что с момента удаления активного хлора вода лишается какого-либо бактерицидного агента и, как правило, происходит стремительный рост микроорганизмов. В угольных фильтрах имеются особенно благоприятные условия для развития микробиологической флоры из-за очень большой и развернутой поверхности. В последнее время в качестве фильтрующей среды применяется активированный уголь, импрегнированный серебром, применяемый для снижения микробиологического роста.
Осмос, обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация.
Получение сверх чистой воды - очистка воды от растворенных и не растворенных примесей осуществляется на молекулярном уровне мембранными методами очистки воды: осмос, обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация, микрофильтрация.
Таблица 4.
Классификации мембранных методов очистки воды, по размеру улавливаемых загрязнений
| Классификация мембранных методов очистки воды | |||
| Размер пор, рейтинг фильтрации, мкм | Виды загрязнений | Молекулярная масса загрязнений | Метод очистки воды |
| 1-100 | механические взвеси, окисленные загрязнения | - | Механическая очистка воды, макрофильтрация |
| 0,1-1 | бактерии, коллоиды, взвеси | >500 000 | Микрофильтрация |
| 0,002-0,1 | коллоиды, бактерии, вирусы, малекулы больших соединений | 10 000 - 500 000 | Ультрафильтрация |
| 0,002-0,001 | многозарядные ионы, молекулы, вирусы | 300 - 10 000 | Нанофильтрация |
| < 0,0001 | ионы | <300 | Обратный осмос, осмос |
Микрофильтрация - механическое фильтрование тонкодисперсных и коллоидных примесей размером, как правило, выше 0,1 мкм. Обычно элементы микрофильтрации устанавливаются в качестве подстраховки на последних ступенях очистки в комплексах водоподготовки. Микрофильтрация применяется в медицине, для очистки воды в системах водоподготовки, для фильтрования полуфабрикатов, ингредиентов, различных технологических сред, готового продукта перед фасовкой. Мембраны микропористой фильтрации являются физическим барьером для частиц и микроорганизмов размером до 0,1 микрон. Системы ELGA оборудованы ультрамикрофильтрами до 0,05 микрон. В большинстве случаев неочищенная вода содержит коллоиды со слабым отрицательным зарядом. Фильтр с модифицированной поверхностью мембраны позволяет фильтру удерживать естественные коллоиды, размеры которых меньше размера пор мембраны. В системах очистки воды широко применяются фильтры с абсолютным размером пор 0,2 микрон. Они удерживают частицы угольных фильтров, смол ионообменных фильтров, а также бактерии.
Микрофильтр может установлен непосредственно в диспенсер в качестве последней ступени очистки.
Микрофильтр может быть частью рециркуляционного контура. Таким образом бактерии непрерывно удаляются из воды. Микрофильтры также устанавливаются в критических точках для абсолютной защиты системы от контаминации.
Ультрафильтрация - по рейтингу фильтрации воды занимает промежуточное положение между нанофильтрацией и микрофильтрацией. Ультрафильтрационные мембраны имеют размер пор от 20 до 1000 A (или 0,002-0,1 мкм) и позволяют задерживать тонкодисперсные и коллоидные примеси, макромолекулы (нижний предел молекулярной массы составляет несколько тысяч), водоросли, одноклеточные микроорганизмы, цисты, бактерии, вирусы, цисты и т.д.
Нанофильтрация - применяется для получения особо чистой воды, очищенной от бактерий, вирусов, микроорганизмов, коллоидных частиц органических соединений (в том числе пестицидов), молекул солей тяжелых металлов, нитратов, нитритов и других вредных примесей. Большим преимуществом нанофильтрации перед обратным осмосом при производстве питьевой воды - является сохранение жизненно необходимых для здоровья человека солей и микроэлементов.
Обратный осмос - применяется для произвостдва сверх чистой воды, размеры пор в обратноосмостических мембранах сопоставимы с размером молекулы воды. В среднем содержание растворенных веществ после стадии обратного осмоса снижается до 1-9%, органических веществ - до 5%, коллоидные частицы, микроорганизмы, пирогены отсутствуют. Таким образом происходит очистка воды от всех растворимых и нерастворимых примесей.
На сегодняшний день мембранные технологии одни из самых надежных, эффективных и экономичных методов очистки воды. Фильтры для воды и системы, использующие для очистки воды обратный осмос, и нанофильтрацию устроены достаточно просто: основной элемент - это мембрана. Остальные элементы обеспечивают благоприятные условия работы таких систем.
Среди преимуществ обратного осмоса следует отметить простоту и независимость от солесодержания исходной воды, низкие энергетические затраты и значительно невысокие затраты на сервис и технический уход. Система достаточно легко подвергается мойке, дезинфекции и очистке, не требует использования сильных химических реагентов и необходимости их нейтрализации.
При осуществлении осмотического процесса определенную проблему представляет выбор мембран. Он должен быть основан на требованиях, предъявляемых к водоподготовке, рабочим условиям и характеристикам, условиям санации, безопасности, источнику подаваемой в систему воды.
Обратный осмос обычно используется в системах получения воды для фармацевтических целей в следующих случаях: для получения воды очищенной, и как подготовительный шаг перед дистилляцией для получения воды для инъекций; перед установками ионного обмена для снижения расхода кислоты и щелочи, необходимой для регенерации; как конечный этап для получения воды для инъекций (двухступенчатый осмос).
Для получения воды очищенной в последнее время применяют двухступенчатую систему обратного осмоса. Предварительно вода поступает на первую ступень обратного осмоса. Образующийся при этом концентрат сбрасывается. Пермеат подается на вторую ступень обратного осмоса и еще раз подвергается очистке. Так как концентрат от второй ступени обратного осмоса содержит меньше соли, чем питающая обратноосмотическую установку вода, его можно смешать с подаваемой водой и тем самым вернуть в систему.
При использовании обратного осмоса, как предварительной ступени очистки воды, возможно использование одноступенчатой установки. При большой солевой нагрузке и высоком содержании хлоридов в воде данная установка в большинстве случаев не сможет обеспечить качество получаемой воды, регламентированное Фармакопеей.
У этого метода есть свои недостатки
. Обратный осмос не способен полностью удалять все примеси из воды и обладает низкой способностью к удалению растворенных органических веществ с очень малым молекулярным весом.
Получаемая этим методом вода холодная (большинство систем используют воду с температурой от 5 до 28⁰С), что увеличивает возможность микробной контаминации.
По сравнению с системами ионного обмена обратный осмос не позволяет значительно снизить удельную электропроводность, в частности из-за высокого содержания углекислого газа в воде. Диоксид углерода обычно свободно минует обратноосмотические мембраны и попадает в пермеат в тех же количествах, что и в исходной воде. Во избежание этого, рекомендуется использовать анионообменные смолы перед обратноосмотическим модулем, либо декарбонизатор после модуля обратного осмоса.
Материал мембран является достаточно хрупким, возможно нарушение его целостности за счет превышения допустимого давления, либо за счет образования противодавления в линии фильтрата.
При использовании мембран, не выдерживающих воздействие свободного хлора, обязательным является предварительная установка угольного фильтра или дозирование соединений, содержащих натрия сульфит.
Обратноосмотические мембраны неустойчивы к воздействию высоких температур. Поэтому необходимо обеспечить охлаждение воды, если она поступает на установку нагретой.
Мембраны могут накапливать грязь. Поэтому их следует эксплуатировать в перекрестном потоке, т.е. вдоль поверхности мембраны всегда должен идти поток, который уносит отделенный материал, в связи с чем, наряду с фильтратом (пермеатом), образуется концентрат.
Некоторые вещества, такие как сульфаты бария, стронция, кальция карбонат, диоксид кремния, механические и коллоидные частицы могут приводить к забиванию пор мембранных элементов, "оштукатуриванию", "остеклению" их поверхности. Это можно предотвратить использованием стадий предварительной очистки.
Из выше сказанного следует, что для эффективной работы обратноосмотических установок необходимо учитывать качество исходной воды и осуществлять грамотный выбор методов ее предварительной обработки и конфигурацию системы в целом.
4. Системы распределения воды очищенной
Системы хранения и распределения воды очищенной представляют собой циркуляционный контур, в который включена емкость для хранения. Все поверхности, находящиеся в контакте с водой, должны быть выполнены из материалов, допущенных к контакту с жидкими лекарственными препаратами с соответствующей степенью обработки. Скорость движения воды по трубопроводам должна обеспечивать турбулентность потока. В системах не должно быть застойных зон, способных стать местом концентрации биопленки. Все датчики, клапана, соединения должны использоваться только санитарного типа. Расстояние от установки обратного осмоса или дистиллятора до накопительной емкости, а также от разборных клапанов до непосредственного места потребления воды должно быть сведено к минимуму. Необходимо обеспечение и возможность стерилизации этих участков. В случае подвода воды к оборудованию следует применять разборные клапана с автоматическим приводом. В системах распределения необходим контроль температуры. Трубопроводы, как правило, изолируются. Для достижения эффективности санитарной обработки необходимо обеспечение полной опорожняемости системы и отсутствие не смачиваемых поверхностей, а для гарантии бесперебойной работы - возможность оперативной замены или переключения циркуляционных насосов. Система распределения должна быть надежно изолирована от воздействия окружающей среды. Необходимо обеспечение возможности непрерывного мониторинга качества и периодического отбора проб для полного анализа.
Важным моментом является состыковка систем распределения с другими технологическими трубопроводами, в частности, с оборудованием для приготовления раствора и линией передачи продукта.
При монтаже трубопровода следует применять автоматическую орбитальную сварку, а для гарантии ее качества - соответствующие контрольные и регистрационные процедуры. Некачественная сварка, впоследствии, приводит к образованию биопленки в воде. При этом, ввиду недоступности внутренней поверхности сварных швов, критическое место определить невозможно.
4.1 Состав и организация системы распределения воды очищенной
В системе распределения воды очищенной поддерживается температура в пределах 15-30°С. Для поддержания микробиологической чистоты в циркуляционном контуре устанавливается ультрафиолетовый стерилизатор. В случае сверхочищенной воды для периодической санации применяют очистку озоном или пастеризацию.
Заключение
Без применения очищенной воды сегодня не обходится практически ни одно современной фармацевтическое предприятие, занятое производством лекарственных средств. Качество воды имеет большое значение. Вода очищенная используется для мойки помещений и оборудования, санитарно-гигиенических целей, приготовления аналитических растворов, а самое главное - для изготовления неинъекционных лекарственных средств.
Подводя итог, необходимо отметить, что для получения воды очищенной и выбора соответствующей технологии необходим индивидуальный и профессиональный подход в каждом конкретном случае, начиная с разработки, утверждения проекта и заканчивая его реализацией и техническим и технологическим сопровождением.
Литература
1. Валевко С.М. Вода для фармацевтических целей. Журнал "Фармацевтический вестник" №8 от 16.04.98г. - 15-17с.
2. Закотей М.В. Качество воды - один из важных факторов успешной работы фармацевтического предприятия. Журнал "Провизор" №5 от 28.05.04г. - 13-14с.
3. МовсесовС.Р. Вопросы обеспечения водой фармацевтических предприятий. Журнал "Чистые помещения и технологические среды"8.2004г. - 3-7с.
4. Приходько А.Е., Пантелеев А.А. Предварительная подготовка и получение воды очищенной // Медиана-фильтр. 2006. - 8с.
5. Приходько А.Е. Современные требования к качеству воды для фармацевтических целей // Медиана-фильтр. - 2005. - 11с.
6. Схемы очистки воды. № МУ-78-114 от 22.05.98.
7. http://prom-water.ru Осмос, обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация. - 2с.