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制药工程中反渗透技术的应用

时间:2018-05-08     【转载】   来自:化学工程与装备

陈春宇      

(郑州市第四十七中学 ,河南   郑州  450008)

 

摘   要:反渗透技术是目前世界上发展速度最快、最先进、最节能的分离技术之一。上个世纪九十年代末期,反渗透技术在制药工程中的应用得到了推广和普及,已经成为了制药领域中应用最广的技术。近年来随着计算机信息技术的发展,反渗透技术不仅在制药工程方面得到了广泛的应用,在环境工程、食品、纯净水设备等各个领域也得到了广泛的应用,其中在制药生产过程中的纯化水系统中,具有其他技术无法比拟的优势。本文主要阐述了反渗透技术的概念,制约反渗透技术的因素、发展前景以及它在制药工程中纯净水水质和纯化水处理工艺方面的应用。

关键词:反渗透技术;制药工程;分离技术

 

反渗透技术主要是以水为溶剂,利用反渗透膜的过滤选择功能,分离水中不同物质。1748年法国的一位科学家实验过程中,发现水能自发地扩散到装有酒精的猪身体这个现象,从而首次揭示了膜分离现象。膜分离技术具有其他分离技术无法比拟的优势,它具有无污染、低能耗、操作简单等优点,因此膜分离技术应用在社会环境工程、食品生产、生物工程、制药工程、饮水等各个领域,并取得了一定的成效。

一、反渗透技术概述

(一)反渗透技术概念

反渗透技术的工作原理是将高于溶液渗透压力的压力作用下,利用只允许水透过而其他物质不能透过的半透膜截留和选择溶液中的溶质,将溶剂和溶质分离开来。因此反渗透技术又成半渗透技术。在社会生产过程中,反渗透膜的特性可以有效地去除水中的有机物、胶体、细菌、溶解盐还有一些其他的微生物,是一种耗能低、污染小、自动化程度高的分离技术。反渗透技术是一门与渗透技术相反的技术体系,最早反渗透技术是美国将尿液回收为纯净水的一种技术,这种分离技术与其他分离技术最大的不同,就是它不需要添加任何的试剂,与水发生氧化还原反应,从而达到分离有机物质的目的。这种分离技术是利用物理方法,对水增加压力,形成渗透只允许水通过的渗透膜,从而达到去除杂质的目的。因此反渗透技术广泛应用在社会各个领域。

(二)反渗透技术工作原理

   反渗透技术是依靠高压实现渗透的功能,利用特制的高压水泵,对原水进行处理,给原水增加6—20公斤的压力,在高压下原水孔径被压缩,形成0.0001微米的反渗透膜。反渗透膜只允许体积小于0.0001微米的水分子通过,其他的病菌、病毒、真菌都无法通过,只能随着废水排出去。

(三)反渗透系统的构成

反渗透系统由两部分构成:一是预处理系统;二是反渗透系统。预处理系统的主要功能是改善供水条件,保护反渗透主机,保证进入渗透装置的原水达到反渗透系统进水的标准,从而提高反渗透膜的生命周期。目前市场上对原水处理的设备主要是多介质过滤器。这种过滤器过滤功能比较突出,通过过滤器直接滤掉直径大于10微米的悬浮颗粒;同时加上活性炭,活性炭在过滤反应中的主要作用是去除水中的异味、有机物等。为了更好地去除污垢,还需要安装阻垢加药装置、精密过滤器等设备。阻垢剂加药装置的作用是防止钙、镁等金属物质凝结成垢。精密过滤装置可以直接过滤水中精度5微米的颗粒物质。

二、制约反渗透技术的因素

影响反渗透技术的渗透效果因素有很多,主要集中在压力、温度、盐的浓密和渗透膜污染等因素。在渗透过程过程中,反渗透技术对水温比较敏感,水温的变化会影响水产量,水温和水产量呈正比关系,温度升高,水产量也增加,这也是造成渗透膜水分子的粘度下降的主要因素。第二压力,只有当压力达到一定的强度,才能达到渗透的效果,一般反渗透的压力比较大,压力越大,净压越高,水中的盐透度会增加,从而影响影响渗透膜的含盐量,影响反渗透装置的脱盐效果。第三盐浓度,在渗透反应中,渗透压表示水中的含盐量,如果溶液中的含盐量越高,那么就表示渗透膜的压力越高;如果进水压力不便,净压降低产水量也会降低。第四就是反渗透膜的污染问题。渗透膜是渗透反应技术最关键的环节,渗透膜的质量好坏直接关系到整个渗透质量,所以在生产过程中,必须保证渗透膜处在一个干净、无污染的环境下,避免在渗透过程中受到其他物质的污染。渗透膜污染的主要形式有金属氧化污染、膜表面的污垢堆积、污染物堵塞、微生物污染和胶体污染。这些污染物质会影响透水量。

三、SDI值的控制 

(一)保证进水浊度合格 
 反渗透装置的水体浊度必须达到符合装置的要求,所以对澄清池的要求比较高。当澄清池澄清效果不佳,那么装置反应出水的浊度则高,那么水的污染指数(SDI)值也会上升,SDI值是判断水质是否符合合格的重要参考指标,它代表了水中的胶体、水中颗粒、和其他阻塞水净化设备的物质含量,SDI值的测定试验是检验反渗透进水是否符合各项指标的主要手段。SDI值大小直接影响反渗透系统运行的周期。只有设备运行过程中,出水的浊度达到出水的要求,也就是有机物的去除率符合出水要求。此外,还必须保持合适的负荷和加药量。如果SDI值为1NTU时,则需要在设备过滤器增加药量。当水的浊度为0.5NTU时,这个时候水中的悬浮物对污染指数的影响是最小的,由此可以得出结论,水的浊度与SDI值呈正比,所以设备运行过程中,必须保证机械顾虑器的出水浊度低于1NTU,并在设备添加适当的药,保证混凝的时间,并调整好设备过滤器运行反洗周期,过滤器运行初期必须每一个星期反洗一次。夏季气温比较高,微生物和有机物的繁殖速度很快,很容易改变SDI值,所以为了保证渗透效果,必须通过严格的杀菌控制微生物和有机物的生产速度。

(二)进水COD的含量必须控制在一定的范围
  化学需氧量COD是用化学方法测量水样中需要氧化的还原性物质的量,一般用于废水、废水处理厂出来和受污染的水张,能被强氧化集氧化的有机物质(亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物)的氧当量。在废水处理厂、工业废水运行过程中,COD是一种快速测定有机污染参数的方法,COD量越大,那么说明水体受到的污染越严重。当澄清池正常运行时,能去除35%一60%有机物质。活性炭的吸附性比较强,因此在反渗透装置在去除有机物质的时候也大量使用活性炭,活性炭吸附率通常在90%以上。

四、反渗透技术在制药工程的应用

(一)纯净水水质

目前国内有两套纯净水的水质评价标准,分别是2000年颁布的《中华人民共和国药典》和2003年颁布的《药品生产验证指南》。2000年的药典中对纯净水的各项指标做出规定:主要对有氯化物、酸碱度、硫酸盐与钙盐、易氧化物、二氧化碳、重金属等十一项做出了相关的标准;2003年的《药品生产验证指南》示以电导作为评价指标,按照指南中的规定纯化水的水质电导率必须小于11μS/cm。

(二)纯化水处理工艺

纯化水预处理系统由活性炭过滤器、多介质过滤器、加阻垢剂等装置构成,只有这些装置有效的运行,才能达到去除原水中有机物等杂质。所以,为了保证原水预处理效果达到了反渗透装置的进水标准以后,将水引进程控二级反渗透装置中,去除水中的盐类物质。经过预处理的水含盐量大概是100~300 ppm,通过一级反渗透装置能够去除水中98%的盐分和100%的悬浮物、胶体和有机物质,并调节PH值,调节水中气体的状态,将游离状气体转化为离子状态,再放进第二级RO装置中,进一步净化原水。为了保障过滤效果,进入到反渗透后端的时候,还需要用精密过滤器和紫外线杀菌器过滤与杀菌,水的导电率必须小于或者等于2μS/cm,并符合2000年国家颁布的药典中十一项的标准。

五、反渗透技术的发展前景

随着社会的快速发展,反渗透技术也广泛应用在社会各个领域,反渗透技术成为国内应用最广、发展速度最快的一种分离技术。从上个世纪九十年代开始到现在反渗透技术的应用以每年20%以上的增速发展,已经遍布全国的医疗卫生、电子生产、酒类生产、冶金等多个行业。国内不少企业开始生产成套的设备。比如莱特莱德水处理科技有限公司,生产的反渗透设备已经广泛应用在饮料食品、化工、制药、电力和电子等领域,涵盖设备的范围有反渗透装置、矿泉水生产线、软化水设备、纯净水生产等多个领域和砂滤器、除氟装置等各种不同型号的水处理设备和相关的配件。反渗透技术在制药工程中的分离效果是其他技术无法达到的,随着科学技术的进步,反渗透技术也得到了一定的提高和发展,反渗透这种无污染、低成本的优势将给企业带来更多的效益。因此未来越多的企业开始研究反渗透技术,渗透膜是反渗透技术实施的关键,反渗透系统的工作质量直接决定了渗透膜的渗透功能,因此相关技术人员应该加大渗透膜的研发,研发出抗氧化能力、抗污染和抗腐蚀能力强的新型渗透膜。

结语:

反渗透膜是一种操作简单、成本低的分离技术,因此在众多领域广泛应用。反渗透膜应用在制药工程中,极大地改善了制药生产过程中的分离难题,进一步推动了制药工程的快速发展。但是目前反渗透技术在应用过程中,容易受到温度、压力、膜污染等问题的影响,致使反渗透效果极差。因此,还需要相关技术人员进一步对反渗透技术进行研究,创新反渗透技术的工艺,推动反渗透膜技术在制药工程中的发展,为我国医药事业做出一定的贡献。

 

参考文献:

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[3] 乔晶晶.制药工程中反渗透技术的应用研究[J].中外企业家,2014,(26):113-113.

[4] 王小庆.制药工程中反渗透技术的应用[J].科学与财富,2013,(10):82-82.

[5] 李莉楠.浅析在制药工程中应用反渗透技术[J].中小企业管理与科技,2013,(13):314.


 (本文刊于《化学工程与装备》2017年第1期)


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