水是生产化妆品和药品的重要原料和辅料。此外，它还用作设备部件和管道 CIP 清洗 的冲洗介质——因此，去离子水设备是生产中的关键系统之一。
水质概览
各行业对水质的要求各不相同。常见名称包括：
- 去离子水——全脱盐水或去离子水
- PW – 纯化水（Purified Water）
- HPW – 高纯水（Highly Purified Water）
- WFI – 注射用水（Water for Injection）
衡量脱盐水纯度的指标通常是以 µS/cm 表示的电导率，电导率仪可直接在设备中进行测量。
反渗透制水原理
通过 反渗透 可在很大程度上去除原水中的溶解物质。典型的处理流程如下：
- 1过滤多介质过滤器、滤芯过滤器、超滤或微滤器去除颗粒和浊度。
- 2活性炭活性炭过滤器降低氧化剂含量，并吸附低分子有机杂质。
- 3软化钙、镁和二价铁与钠离子交换——在水的硬度较高时尤为重要。
- 4反渗透膜将给水分离为渗透液（纯水）和浓缩液。
- 5EDI 或二级反渗透电去离子或第二级反渗透进一步降低残余含盐量。
- 6缓冲罐去离子水储存后通过循环管路进行分配。
由于树脂床内表面积大，软化器是整个处理流程中微生物风险最高的环节。再生过程中的化学消毒可将微生物数量控制在可接受的水平。不过，越来越多的设备采用热水消毒方式。
在现代设备中，反渗透是脱盐的首选工艺，因为它与离子交换器相比具有诸多优势。作为一种膜分离工艺，它既是机械过滤，也是化学过滤。设备以高于渗透压的压力将给水压过半透膜。
由此形成两股水流：一股是含被截留盐分和杂质的浓缩液，另一股是渗透液，即含盐量极低的纯水。反渗透对盐分、颗粒、微生物和热原的截留率极高。不过，膜对污堵、结垢和氧化剂较为敏感。
为达到所要求的电导率，随后会进行第二级反渗透或电去离子（EDI）。两者都能实现更低的残余含盐量，从而与限值之间留有更大的安全余量。
控制系统与缓冲罐
对于单台软化设备， 控制系统 应将再生安排在夜间进行。通过预处理，反渗透设备的回收率可大幅提高——从约 50% 提高到约 75%。浓缩的废水排入下水道，而去离子水则流入缓冲罐。
传感器监测缓冲罐液位，并直接作用于控制系统。液位低于下限时，反渗透设备开始制水；达到上限时则停止。这样，设备即可得到最佳利用。
通往用水点的循环管路
循环管路从储罐通往各个用水点，可防止滞留水导致的微生物滋生。循环系统经过所有用水点，由手动或自动阀门将水分配给各用水设备。
材料
- PVDF——仅可化学消毒
- 不锈钢 1.4404 / 1.4435（316L）——可灭菌
表面
- 与水接触的表面：Ra < 0.8 µm
- WFI 管道：Ra 0.6–0.4 µm，电解抛光——视客户要求而定
对于卫生型循环系统，还应遵循以下原则：
- 所有部件紧凑连接，尽量减少死区，所有区域均可被冲刷到
- 循环管路中不得使用密封错位的连接或螺纹连接
- 优先采用符合 DIN 11864 的无菌连接，冷热交替时尽可能采用无菌法兰连接
- 用水点采用低死区 T 型隔膜阀
- 采用经 FDA（美国食品药品监督管理局）认可的密封材料
- 循环管路和设备部件完工后进行钝化处理
除菌、消毒与灭菌
为保持水的无菌状态，用户会组合使用多种方法。消毒和 SIP 过程按规定周期进行，设备必须针对相应方法进行设计。
紫外线杀菌
波长 254 nm 的紫外线可破坏微生物的 DNA、细胞膜和酶。经预处理的水以受控方式流过照射腔。尽可能湍流的流动可提高杀菌效果。
80 °C 热水消毒
去离子水设备每年应至少消毒四次。换热器将储罐和管网加热至 80 °C，然后热水循环一小时。之后排空系统并重新注入冷水——可根据需要全自动完成。
110–130 °C 过热水灭菌
流程与热水消毒类似，但温度更高。超过 100 °C 时，除泵压外还会产生蒸汽压力：110 °C 时约 0.5 bar，121 °C 时约 1 bar（绝对压力约 2 bar）。因此设备必须进行相应设计。
从 100 °C 起，蒸汽将罐内空气排出。随后无菌过滤器上的通气阀关闭，使压力和温度建立并保持。该流程同样可全自动完成。
纯蒸汽灭菌
该方法需要较高的投资，因为设备部件必须满足更高的要求，例如 AD 2000 规范或 EN ISO 17665。此外还需要进行全面的确认和验证。流程详情请参阅下一节。
纯蒸汽灭菌流程
进行纯蒸汽灭菌时，所有设备部件必须完全排空。在用水点和管道最低点需要设置配有合适止回阀的疏水阀。冷凝水必须安全排出，且不得有人被高温管线烫伤。
为确保可靠排气，建议对储罐和管网抽真空。随后通入纯蒸汽，并通过压力调节温度。重要的是，管道也要连接到蒸汽管网。只有这样，蒸汽才能到达各冷凝水排放点。
在难以灭菌的部位和冷凝水排放口，温度传感器采集数值并对蒸汽进行调节。一旦所有传感器达到规定的灭菌温度（例如 121 °C 或更高），灭菌计时即开始。前提条件包括：
- 灭菌过程可重复控制
- 与质量相关的测量值得到存储和记录
- 全自动灭菌流程
- 各灭菌方法的操作 SOP
水循环系统加热
防泄漏管壳式换热器为水循环系统加热。为防止微生物滋生，热水应在 70–99 °C 下储存，而冷水应保持在 18 °C 以下。这由循环管路中的回流冷却器来保证。
去离子水设备的确认
为满足 GMP 对水系统的要求，必须进行确认，包括以下步骤：
确认工作应在用户需求说明中就予以明确规定。
通过 SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH 可在去离子水设备的设计和确认方面为您提供支持。
关于去离子水设备和循环管路的常见问题
制药和化妆品行业使用哪些水质？
常用的有去离子水（全脱盐水或去离子水）、纯化水（PW）、高纯水（HPW）和注射用水（WFI）。纯度通常通过以 µS/cm 表示的电导率来确定。
如何通过反渗透制取去离子水？
经过过滤以及必要的活性炭过滤和软化之后，反渗透将水压过半透膜。如需极低电导率，则再进行第二级反渗透或电去离子（EDI）。纯水储存在缓冲罐中。
为什么要使用循环管路？
循环管路使水始终保持流动，防止滞留水导致微生物滋生。通常采用 316L 不锈钢或 PVDF，表面 Ra < 0.8 µm，配低死区隔膜阀和符合 DIN 11864 的无菌连接。
去离子水设备应多久消毒一次？
每年至少四次，通常是加热至 80 °C 并循环一小时。也可采用 110–130 °C 过热水灭菌或纯蒸汽灭菌。
GMP 水系统需要哪些确认？
风险分析、DQ、IQ、校准、OQ、PQ 以及最终报告。确认工作应在用户需求说明中就予以规定。