水は、化粧品や医薬品の製造において重要な原料であり、補助材料でもあります。さらに、設備部品や配管の CIP洗浄 のすすぎ水としても使われます。そのため純水設備は、生産における基幹システムのひとつです。
水質の種類
業界ごとに、求められる水質は異なります。一般的な名称は次のとおりです：
- 純水 – 完全脱塩水または脱イオン水
- PW – Purified Water（精製水）
- HPW – Highly Purified Water（高度精製水）
- WFI – Water for Injection（注射用水）
脱塩水の純度の指標としては、通常µS/cm単位の電気伝導率が用いられます。導電率計で設備内で直接測定します。
逆浸透による水製造の仕組み
原水に溶けている成分の大部分は 逆浸透 によって除去されます。典型的な処理工程は次のとおりです：
- 1ろ過多層ろ過、カートリッジフィルター、限外ろ過膜、精密ろ過膜で粒子や濁りを除去します。
- 2活性炭活性炭フィルターで酸化剤を低減し、低分子の有機不純物を吸着します。
- 3軟水化カルシウム、マグネシウム、二価鉄をナトリウムイオンと交換します。硬度が高い場合に特に重要です。
- 4逆浸透膜が給水を透過水（純水）と濃縮水に分離します。
- 5EDIまたは2段目電気脱イオン（EDI）または2段目の逆浸透により、残留塩分をさらに低減します。
- 6バッファタンク純水を貯留し、循環配管を通じて供給します。
軟水器は、樹脂層の内部表面積が大きいため、処理工程全体の中で微生物学的に最も重要な管理ポイントです。再生時に薬剤消毒を行うことで、菌数を許容レベルに保ちます。ただし、温水サニタイズ対応の設備が増えています。
最新の設備では、逆浸透が脱塩の第一選択です。イオン交換に比べて多くの利点があるためです。膜プロセスとして、機械的ろ過と化学的ろ過の両方の役割を果たします。設備は浸透圧を上回る圧力で給水を半透膜に通します。
こうして2つの流れが生じます。除去された塩類や不純物を含む濃縮水と、塩分がごくわずかな透過水（純水）です。逆浸透は、塩類、粒子、微生物、パイロジェンに対して優れた除去率を発揮します。ただし、膜はファウリング、スケーリング、酸化剤に弱いという特性があります。
求められる導電率を達成するため、2段目の逆浸透または電気脱イオン（EDI）を追加します。いずれも残留塩分をさらに下げ、基準値に対する安全マージンを広げます。
制御システムとバッファタンク
単独の軟水器の場合、 制御システム で再生を夜間に行うよう設定すべきです。前処理により、逆浸透設備の回収率は約50%から約75%へと大幅に向上します。濃縮された残水は排水へ、純水はバッファタンクへ送られます。
センサーがバッファタンクの液位を監視し、制御システムに直接働きかけます。液位が下限を下回ると、逆浸透設備が造水を開始し、上限に達すると停止します。これにより設備を最適に稼働させます。
ユースポイントへの循環配管
貯蔵タンクから各ユースポイントへは循環配管が通じています。循環配管は滞留水による菌の繁殖を防ぎます。ループはすべてのユースポイントを通り、手動または自動バルブで水を使用箇所へ送ります。
材料
- PVDF – 薬剤によるサニタイズのみ可能
- ステンレス鋼 1.4404 / 1.4435（316L） – 滅菌対応
表面仕上げ
- 接水面：Ra < 0.8 µm
- WFI配管：Ra 0.6～0.4 µm、電解研磨――お客様の要件に応じて
サニタリーな循環システムには、さらに次の原則が適用されます：
- すべての機器をコンパクトかつデッドスペースを最小限にして接続し、すべての部位に液が行き渡るようにする
- 循環配管内では、シール段差のある継手やねじ込み継手を使用しない
- DIN 11864に準拠した無菌継手を優先し、温冷の切り替えがある箇所ではできるだけ無菌フランジ継手を使用する
- ユースポイントにはデッドスペースの少ないT型ダイヤフラムバルブを使用する
- FDA（Food and Drug Administration）認可のシール材を使用する
- 循環配管と設備部品の完成後に不動態化処理を行う
除菌、サニタイズ、滅菌
水を無菌に保つため、運用者はさまざまな方法を組み合わせます。サニタイズとSIPプロセスは定められたサイクルで行います。そのため、設備はそれぞれの方法に合わせて設計されている必要があります。
UV殺菌
波長254 nmの紫外線は、微生物のDNA、細胞膜、酵素を破壊します。前処理した水は、制御された状態で照射チャンバーを通過します。流れをできるだけ乱流にすることで効果が高まります。
80°Cでのサニタイズ
純水設備は少なくとも年4回サニタイズすべきです。熱交換器でタンクと配管網を80°Cまで加熱し、続いて温水を1時間循環させます。その後システムを排水し、冷水を再充填します。ご要望に応じて全自動化も可能です。
加圧熱水滅菌（110～130°C）
手順はサニタイズと似ていますが、より高い温度で行います。100°Cを超えると、ポンプ圧に加えて蒸気の加圧が生じます。110°Cで約0.5 bar、121°Cで約1 bar（絶対圧約2 bar）です。そのため、設備はそれに見合った設計でなければなりません。
100°Cに達すると、蒸気がタンク内の空気を押し出します。その後、無菌フィルターのベント弁が閉じ、圧力と温度が上昇して保持されます。この工程も全自動化が可能です。
ピュアスチームによる滅菌
この方法には、より高い投資が必要です。設備部品は、AD 2000規格やEN ISO 17665など、より厳しい要件を満たさなければならないためです。さらに、包括的な適格性評価とバリデーションも必要になります。手順の詳細は次のセクションをご覧ください。
ピュアスチーム滅菌の手順
ピュアスチーム滅菌では、すべての設備部品を完全に排水しておく必要があります。ユースポイントと配管の最低部には、適切な逆止弁付きのスチームトラップが必要です。凝縮水が確実に排出され、高温の配管で誰もけがをしないようにしなければなりません。
確実にエア抜きを行うには、貯蔵タンクと配管網を真空にすることをお勧めします。続いてピュアスチームを導入し、温度は圧力で制御します。重要なのは、配管も蒸気ネットワークに接続されていることです。そうすることで初めて、蒸気が凝縮水排出点まで行き渡ります。
滅菌しにくい箇所や凝縮水の排出部では、温度センサーが値を計測して蒸気を調整します。すべてのセンサーが規定の滅菌温度（例：121°C以上）に達した時点で、滅菌時間がスタートします。その前提条件は次のとおりです：
- 再現性をもって制御できる滅菌工程
- 品質に関わる測定値の保存と記録
- 全自動の滅菌シーケンス
- 各滅菌方法の取扱いに関するSOP
水循環系の加熱
漏れ防止構造のシェル＆チューブ式熱交換器で水循環系を加熱します。菌の繁殖を防ぐため、温水は70～99°Cで貯留すべきです。一方、冷水は18°C未満に保つ必要があり、循環配管内のリクーラーがこれを担います。
純水設備の適格性評価
水システムに対するGMP要件を満たすには、適格性評価が必要です。次のステップで構成されます：
適格性評価作業は、要求仕様書の段階で明確に規定しておくべきです。
原水に溶けている成分の大部分は SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH は、純水設備の設計から適格性評価までサポートします。
純水設備と循環配管に関するよくあるご質問
医薬品・化粧品ではどのような水質が使われますか？
一般的なのは、純水（完全脱塩水または脱イオン水）、Purified Water（PW）、Highly Purified Water（HPW）、Water for Injection（WFI）です。純度は通常、µS/cm単位の電気伝導率で判定します。
逆浸透で純水はどのように製造されますか？
ろ過工程と、必要に応じて活性炭フィルターと軟水化を経た後、逆浸透で水を半透膜に通します。非常に低い導電率が必要な場合は、2段目の逆浸透または電気脱イオン（EDI）を追加します。純水はバッファタンクに貯留します。
なぜ循環配管を使うのですか？
循環配管は水を常に流動させ、滞留水による菌の繁殖を防ぎます。一般的には、表面粗さRa < 0.8 µmのステンレス鋼316LまたはPVDF、デッドスペースの少ないダイヤフラムバルブ、DIN 11864準拠の無菌継手を使用します。
純水設備はどのくらいの頻度でサニタイズすべきですか？
少なくとも年4回です。通常は80°Cまで加熱し、1時間循環させます。代替手段として、110～130°Cでの加圧熱水滅菌やピュアスチームによる滅菌があります。
GMP対応の水システムにはどのような適格性評価が必要ですか？
リスク分析、DQ、IQ、校正、OQ、PQ、そして最終報告書です。適格性評価作業は、要求仕様書の段階で規定しておくべきです。