آب یک ماده اولیه و کمکی مهم در تولید محصولات آرایشی و دارویی است. علاوه بر این، به‌عنوان مایع شست‌وشو برای تمیزکاری CIP اجزای تأسیسات و لوله‌ها به کار می‌رود – از این رو تأسیسات آب دیونیزه از سیستم‌های کلیدی تولید به شمار می‌آیند.
مروری بر کیفیت‌های آب
صنایع مختلف الزامات متفاوتی برای کیفیت آب دارند. عناوین رایج عبارت‌اند از:
- آب دیونیزه – آب کاملاً نمکزداییشده یا یونزداییشده (دیونات)
- PW – Purified Water
- HPW – Highly Purified Water
- WFI – Water for Injection
معمولاً هدایت الکتریکی بر حسب µS/cm به‌عنوان معیار درجه خلوص آب بدون املاح به کار می‌رود. دستگاه‌های سنجش هدایت آن را مستقیماً در تأسیسات اندازه‌گیری میکنند.
تولید آب با اسمز معکوس چگونه کار می‌کند
فرایند اسمز معکوس مواد محلول در آب خام را تا حد زیادی حذف می‌کند. یک زنجیره تصفیه معمولی به این شکل است:
- 1فیلتراسیونفیلترهای چندلایه، کارتریجی، اولترا یا میکرو، ذرات و کدورت را حذف میکنند.
- 2کربن فعالفیلترهای کربن فعال اکسیدکننده‌ها را کاهش می‌دهند و آلاینده‌های آلی با وزن مولکولی پایین را جذب میکنند.
- 3سختی‌گیریکلسیم، منیزیم و آهن دوظرفیتی با یون‌های سدیم تعویض می‌شوند – به‌ویژه در آب با آهک زیاد اهمیت دارد.
- 4اسمز معکوسغشا آب تغذیه را به پرمیت (آب خالص) و کنسانتره تفکیک می‌کند.
- 5EDI یا مرحله دومیک الکترودیونیزاسیون یا مرحله دوم اسمز، نمک باقی‌مانده را بیشتر کاهش میدهد.
- 6مخزن بافرآب دیونیزه ذخیره و از طریق خط حلقوی توزیع میشود.
سختی‌گیر به دلیل سطح داخلی بزرگ بستر رزین، از نظر میکروبی حساس‌ترین بخش کل زنجیره تصفیه است. ضدعفونی شیمیایی در حین احیا، تعداد میکروب‌ها را در سطح قابل قبولی نگه می‌دارد. با این حال، به‌طور فزاینده‌ای از تأسیساتی استفاده میشود که با آب داغ سانیتایز می‌شوند.
در تأسیسات مدرن، اسمز معکوس روش برگزیده برای نمک‌زدایی است، زیرا مزایای فراوانی نسبت به مبدل‌های یونی دارد. این روش به‌عنوان یک فرایند غشایی، هم فیلتراسیون مکانیکی و هم شیمیایی است. در این فرایند، تأسیسات آب تغذیه را با فشاری بالاتر از فشار اسمزی از یک غشای نیمهتراوا عبور میدهد.
به این ترتیب دو جریان ایجاد میشود: یک کنسانتره حاوی نمک‌ها و آلاینده‌های جداشده و یک پرمیت – آب خالص با مقدار نمک بسیار کم. اسمز معکوس به نرخ‌های جداسازی عالی برای نمک‌ها، ذرات، میکروارگانیسم‌ها و پیروژن‌ها دست می‌یابد. با این حال، غشاها نسبت به گرفتگی (Fouling)، رسوب‌گذاری (Scaling) و اکسیدکننده‌ها حساس‌اند.
برای رسیدن به هدایت الکتریکی مورد نیاز، یا مرحله دوم یا الکترودیونیزاسیون (EDI) به دنبال میآید. هر دو، نمک باقی‌مانده کمتر و در نتیجه حاشیه اطمینان بیشتری نسبت به مقادیر حدی فراهم میکنند.
کنترل و مخزن بافر
در سختی‌گیرهای تک‌واحدی، سیستم کنترل باید احیا را به ساعات شب منتقل کند. به لطف پیش‌تصفیه، راندمان تأسیسات اسمز معکوس به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد – از حدود 50 % به حدود 75 %. آب باقی‌مانده غلیظ به فاضلاب می‌رود، اما آب دیونیزه به یک مخزن بافر هدایت میشود.
حسگرها سطح مخزن بافر را پایش میکنند و مستقیماً بر سیستم کنترل اثر می‌گذارند. اگر سطح از حداقل پایین‌تر رود، تأسیسات اسمز معکوس تولید آب را آغاز می‌کند. در سطح حداکثر دوباره متوقف میشود. به این ترتیب از ظرفیت تأسیسات به‌طور بهینه استفاده میشود.
خطوط حلقوی تا نقاط برداشت
خطوط حلقوی از تانک ذخیره به نقاط برداشت منفرد می‌روند. آن‌ها از رشد میکروبی ناشی از آب راکد جلوگیری میکنند. سیستم حلقوی از کنار همه نقاط برداشت عبور می‌کند و شیرهای دستی یا خودکار آب را به مصرف‌کنندگان هدایت میکنند.
مواد
- PVDF – فقط به‌صورت شیمیایی قابل سانیتایز
- فولاد ضدزنگ 1.4404 / 1.4435 (316L) – قابل استریل
سطوح
- سطوح در تماس با آب: Ra < 0.8 µm
- خطوط WFI: Ra 0.6–0.4 µm، الکتروپولیش‌شده – بسته به الزامات مشتری
برای یک سیستم حلقوی بهداشتی، اصول زیر نیز برقرار است:
- اتصال فشرده همه اجزا با حداقل فضای مرده، شست‌وشوی همه بخش‌ها
- عدم استفاده از اتصالات دارای جابه‌جایی آب‌بند یا رزوه در خطوط حلقوی
- ترجیحاً اتصالات استریل مطابق DIN 11864، و در تغییرات گرم و سرد ترجیحاً اتصالات فلنجی استریل
- شیرهای دیافراگمی Tشکل با حداقل فضای مرده در نقاط برداشت
- مواد آب‌بندی دارای تأییدیه FDA (Food and Drug Administration)
- پسیواسیون پس از تکمیل خطوط حلقوی و اجزای تأسیسات
میکروب‌زدایی، سانیتیزاسیون و استریلیزاسیون
برای عاری نگه داشتن آب از میکروب، بهره‌برداران روش‌های مختلفی را ترکیب میکنند. سانیتیزاسیون و فرایندهای SIP در چرخه‌های مشخص اجرا می‌شوند. تأسیسات باید برای هر روش متناسب طراحی شده باشد.
ضدعفونی UV
نور فرابنفش با طول موج 254 nm، DNA، غشای سلولی و آنزیم‌های میکروارگانیسم‌ها را از بین می‌برد. آب پیش‌تصفیه‌شده به‌صورت کنترل‌شده از یک محفظه تابش عبور می‌کند. جریان هرچه متلاطم‌تر باشد، اثر بهتر است.
سانیتیزاسیون در 80 °C
یک تأسیسات آب دیونیزه باید دستکم چهار بار در سال سانیتایز شود. یک مبدل حرارتی مخزن و شبکه لوله را تا 80 °C گرم می‌کند. سپس آب داغ به مدت یک ساعت گردش می‌کند. پس از آن سیستم تخلیه و با آب سرد دوباره پر میشود – در صورت درخواست به‌صورت تمام‌خودکار.
استریلیزاسیون با آب داغ تحت فشار 110–130 °C
این روند شبیه سانیتیزاسیون است، اما در دماهای بالاتر. در دماهای بالاتر از 100 °C، علاوه بر فشار پمپ، فشار مثبت بخار نیز ایجاد میشود: در 110 °C حدود 0.5 bar و در 121 °C حدود 1 bar (حدود 2 bar مطلق). بنابراین تأسیسات باید متناسب با آن طراحی شده باشد.
از 100 °C به بالا، بخار هوای داخل مخزن را بیرون می‌راند. سپس شیر تهویه روی فیلتر استریل بسته میشود تا فشار و دما افزایش یافته و حفظ شوند. این روند نیز می‌تواند تمام‌خودکار انجام شود.
استریلیزاسیون با بخار خالص
این روش به سرمایه‌گذاری بیشتری نیاز دارد، زیرا اجزای تأسیسات باید الزامات سخت‌گیرانه‌تری را برآورده کنند، مثلاً مقررات AD 2000 یا EN ISO 17665. افزون بر این، تأیید صلاحیت و اعتبارسنجی جامعی لازم است. جزئیات روند را در بخش بعدی می‌یابید.
روند استریلیزاسیون با بخار خالص
برای استریلیزاسیون با بخار خالص، همه اجزای تأسیسات باید کاملاً تخلیه شده باشند. در نقاط برداشت و پایین‌ترین نقاط لوله‌ها، تله‌های بخار با شیرهای یک‌طرفه مناسب لازم است. میعانات باید به‌طور ایمن تخلیه شوند و هیچ‌کس نباید با خطوط داغ آسیب ببیند.
برای هواگیری مطمئن، توصیه میشود تانک ذخیره و شبکه لوله تحت خلأ قرار گیرند. سپس بخار خالص وارد میشود و دما از طریق فشار تنظیم می‌گردد. مهم است که لوله‌ها نیز به شبکه بخار متصل باشند. تنها در این صورت بخار تا نقاط تخلیه میعانات جریان می‌یابد.
در نقاطی که استریل کردن آن‌ها دشوار است و در خروجی‌های میعانات، حسگرهای دما مقادیر را ثبت و بخار را تنظیم میکنند. به محض آنکه همه حسگرها به دمای استریلیزاسیون تعیین‌شده (مثلاً 121 °C یا بالاتر) برسند، زمان استریلیزاسیون آغاز میشود. پیش‌نیازهای آن عبارت‌اند از:
- فرایندهای استریلیزاسیون با کنترل تکرارپذیر
- مقادیر اندازه‌گیری مرتبط با کیفیت که ذخیره و مستند شده‌اند
- روند استریلیزاسیون تمام‌خودکار
- SOP برای اجرای هر یک از روش‌های استریلیزاسیون
گرمایش مدارهای آب
مبدل‌های حرارتی پوسته و لوله ضدنشت، مدار آب را گرم میکنند. برای جلوگیری از رشد میکروبی، آب گرم باید در دمای 70–99 °C نگهداری شود. در مقابل، آب سرد باید زیر 18 °C بماند. یک خنک‌کن برگشتی در خط حلقوی این کار را انجام میدهد.
تأیید صلاحیت تأسیسات آب دیونیزه
برای برآورده کردن الزامات GMP برای تأسیسات آب، تأیید صلاحیت لازم است. این کار شامل مراحل زیر است:
کارهای تأیید صلاحیت باید از همان ابتدا در شرح نیازمندیها به‌دقت مشخص شوند.
فرایند SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH هم در طراحی و هم در تأیید صلاحیت تأسیسات آب دیونیزه از شما پشتیبانی می‌کند.
پرسش‌های متداول درباره تأسیسات آب دیونیزه و خطوط حلقوی
در داروسازی و صنایع آرایشی از چه کیفیتهایی از آب استفاده میشود؟
آب دیونیزه (آب کاملاً نمکزداییشده یا یونزداییشده)، Purified Water (PW)، Highly Purified Water (HPW) و Water for Injection (WFI) رایجاند. درجه خلوص معمولاً از طریق هدایت الکتریکی بر حسب µS/cm تعیین میشود.
آب دیونیزه چگونه با اسمز معکوس تولید میشود؟
پس از یک مرحله فیلتراسیون و در صورت نیاز فیلتر کربن فعال و سختیگیری، اسمز معکوس آب را از یک غشای نیمهتراوا عبور میدهد. برای هدایتهای بسیار پایین، یک مرحله دوم یا الکترودیونیزاسیون (EDI) به دنبال میآید. آب خالص در یک مخزن بافر ذخیره میشود.
چرا از خطوط حلقوی استفاده میشود؟
خطوط حلقوی آب را دائماً در حرکت نگه میدارند و از رشد میکروبی ناشی از آب راکد جلوگیری میکنند. فولاد ضدزنگ 316L یا PVDF با سطوح Ra < 0.8 µm، شیرهای دیافراگمی با حداقل فضای مرده و اتصالات استریل مطابق DIN 11864 رایجاند.
یک تأسیسات آب دیونیزه هر چند وقت یک بار باید سانیتایز شود؟
دستکم چهار بار در سال، معمولاً با گرم کردن تا 80 °C و یک ساعت گردش. گزینههای جایگزین، استریلیزاسیون با آب داغ تحت فشار در 110–130 °C یا استریلیزاسیون با بخار خالص هستند.
برای تأسیسات آب GMP چه تأیید صلاحیتی لازم است؟
تحلیل ریسک، DQ، IQ، کالیبراسیون، OQ، PQ و یک گزارش نهایی. کارهای تأیید صلاحیت باید از همان ابتدا در شرح نیازمندیها مشخص شوند.