纯水制取系统多元化选择

纯化水制取系统终端处理设备多元化选择
徐小明

摘  要：药品的质量，直接关系到广大人民的生命安全，其中制药行业的纯化水的质量又直接影响着药品的质量。因此，纯化水的制备是整个药品生产过程中非常重要一环。随着科技的不断进步，水处理方法也越来越多，特别是纯化水处理的终端处理设备由于产水质量对药品的影响最直接，所以如何选择一种经济、可靠的终端处理方法成为大家关心、讨论的重点问题。
关键词：二级反渗透  EDI  混床  运行  操作  维护  成本

药用工艺用水主要分为饮用水、纯化水和注射用水三类，其中纯化水是经原水（我公司用饮用水作原水）预处理、一级反渗透、二级反渗透（也可以是混床、EDI或电渗析）制备而成。制取纯化水的终端处理设备种类较多，其成本、产水质量、操作、维护、成本各不相同，本文对现在比较常用的三种纯化水制取终端处理设备：二级反渗透、混床、EDI就以上几个方面进行分析，供大家选用时参考。
1  问题的提出
我公司液体一号楼纯化水制取工艺中以混床作为最终处理工序，根据混床的工作特性，当树脂交换饱和后，为使其能继续保证产水水质要求必须进行酸碱再生。由于产量的扩大，导致水系统运行时间加长，由此加速了混床树脂的交换饱和，缩短了混床的再生周期（由原来的8天左右降至4天左右），频繁的再生既造成了酸碱成本的升高、缩短了树脂的使用寿命，同时又极大的增加了员工的工作强度，一定程度上给正常供水增加了不稳定因素。
2  原因分析
我公司液体一号楼纯化水系统工艺流程如下：
ST高分子絮凝剂        亚硫酸氢钠
饮用水→原水箱→原水增压泵—→机械过滤器—→活

性炭过滤器—→精密过滤器—→高压泵—→反渗透装置

→Ro水箱—→Ro水泵—→混床微孔过滤器—→纯化水箱—

→纯化水泵—→生产车间经终端过滤后至使用点
经过认真的分析讨论并咨询相关专家后，我们找出如下两个方面的原因：
a、产水量增加，同时交换量增大；
b、工艺是否落后。
3  解决问题的对策
a、树脂接近使用寿命，更换树脂；
b、调研现行的新工艺进行技术改造（进行运行质量及成本对比）
4  对策分析
就混床与二级反渗透及EDI进行运行、操作、维护、成本等方面的对比，并择优进行改造。
1）运行对比:
混床:混床在有效的交换周期内，出水水质稳定，其电阻率可达14MΩ，一旦到达失效终点，则电导率会急剧上升，出水水质也随之不稳定。由于其交换周期受操作工的操作水平、再生剂质量、预处理水质以及树脂本身的质量等因素的影响，故存在有效周期时间长短不确定的因素。所以，在反渗透＋混床的系统中至少存在两个混床，一用一备，以减小混床突然失效带来的风险。
二级反渗透:是利用反渗透膜的半透性和微孔性来去除水中的杂质，从而使水得到净化的设备。但由于受到半透膜膜孔直径的影响，对于水中化合价低（一、二价）的盐类离子去处效果较差，并因此影响产水的最终电导率。
    为了提高二级反渗透的出水电导率，除需在预处理中增加阳离子交换柱来去除水中的硬度，同时在一级反渗透的出水还必须增加脱气塔来去除水中的游离性二氧化碳。
我公司药物研究所和液体二号楼纯化水制备系统终端处理采用二级反渗透，自运行来，通过对前级系统进行加强监督、管理，二级反渗透出水水质一直稳定，其出水电导率正常控制在0.7μs/cm左右。
EDI：又称连续电除盐（EDI，Electro deionization或CDI，continuous electrode ionization），是利用混和离子交换树脂吸附水中的阴阳离子，同时这些被吸附的离子又在直流电压的作用下，分别透过阴阳离子交换膜而被除去的过程。它是将两种已经成熟的水净化技术－电渗析和离子交换相结合，溶解的盐在低能耗的条件下被去除，在运行过程中不需要化学再生，并且其出水电阻率较混床出水还要高，可达10-18.2MΩ.CM，满足国家电子级水I级标准
     EDI对一级反渗透出水电导率没有太高的要求，进水电导率在4-30us∕cm其都能够合格产水。可能需增加软化装置，去除水中的钙、镁离子。
若电导率较高时只需调节运行电流的大小和加药量（氯化钠）的大小。
属于环保型技术，离子交换树脂不需酸、碱化学再生，节约大量酸、碱和清洗用水，大大降低了劳动强度。更重要的是无废酸、废碱液排放，属于非化学式的水处理系统，它无需酸、碱的贮存、处理及无废水的排放。
2）操作对比:
混床：混床再生时间比较长，再生中需耗用大量的RO水将混床冲洗合格，如液体一号楼再生一个混床正常情况需耗用10吨左右的RO水。混床的设备操作在纯化水系统中是比较复杂的，从一开始的领酸、碱到最后的再生结束最少需经过两个班多人的配合，劳动强度较大，同时由于混床的交换有效周期的缩短带来了混床的频繁再生，进一步加大了再生时的劳动强度。
混床再生时操作工需与酸、碱进行接触，是一种危险性的操作，而且再生时虽然操作工穿戴有劳动保护用品，但仍使操作工的人身安全存在一定危险。
   混床再生后的使用有效期与操作工的经验、工作责任心及再生用化试的质量有很大的关系，由于其操作大部分靠经验操作，难免会出现混床再生后在备用期内就失效，不能使用的事情。这样就有可能会影响正常生产。
二级反渗透：二级反渗透在实际使用中，操作相对与混床来说比较简单，只需要启动进料水泵（其它辅助设备与其联动），整个机组将正常运行，操作工只需根据出水电导率及PH值来调节氢氧化钠加药量，以及巡查脱气塔风机运转是否正常和定期清洗过滤海绵。
EDI：EDI由于是几个每小时产水量相同的模块组成，根据实际纯化水的使用量开启或停止EDI模块，手动操作比较频繁，但操作比较简单，只需开启EDI进水阀门、极水阀门和浓水阀门，以及打开电源同时根据出水水质调节加药量（氯化钠）和电解电压和电流的大小，对操作工的责任要求较高。
3）维护对比:
    混床：日常维护：除正常的再生操作外，由于管道为ABS工程塑料，经常需对跑冒滴漏进行处理，用ABS胶粘环境温度高时需5-6小时，若温度越低则凝固时间越长，容易影响生产。
年维护：混床在正常的使用情况下，每年加入2kg阴树脂和1kg阳树脂；每三年需更换一次交换树脂，同时需对树脂进行处理，约需两天的时间完成。
二级反渗透:日常维护：由于其管道主要为不锈钢，跑冒滴漏为卡箍漏水，修复只需几分钟，但通常反渗透两端密封端口处极易产生滴漏现象，维修较为不易。另外每月对所有的电器进行一次点检，同时每天对膜组件进行一次反冲洗，并根据使用中膜的进水压力、系统回收率、产水电导率等实际情况对膜进行化学清洗。
年维护：每三年对反渗透膜进行更换，更换整个反渗透膜组约需一天左右的时间。
EDI：日常维护：由于EDI其管道主要为不锈钢，故正常的管道滴漏现象与二级反渗透一样多为卡箍漏水，维修比较简单。由于EDI采用了大量的自动化控制系统，一旦自动化控制系统出现故障检修比较麻烦，但这种情况一般很少出现。另外水质不合格则重新调试合格需较长的时间。
年维护：由于EDI树脂交换膜的使用寿命只有三至五年，在到达使用年限以后就必须对除控制系统以外的所有EDI组件进行更换，约需一至两天完成。
4）成本对比:
    混床：树脂更换费用以我公司液体一号楼制水工段为例，两台混床（一备一用）三年更换阴阳树脂一次费用为12600元（732号阳树脂350kg，717号阴树脂700kg）。统计2005年四台混床一共再生了121次，每次需盐酸36瓶（2500ml/瓶）共4356瓶计80586元（以18.5元/瓶计），每次需氢氧化钠80瓶（500g/瓶）共9680瓶计46464元（以4.8元/瓶计），则全年共130680万元。按每条线每年再生60次计费用需63000元。
全年运行电费：2.2Kｗ的混床泵一天运行18小时则一年需7516.1元。
另外每再生一次需耗费RO水约10吨，全年每条线共耗水600吨，按照目前RO水的价格6元/吨计，全年共计3600元。
因接触到酸、碱等化学腐蚀品，每年需为操作工准备大量劳保用品，如耐酸、碱手套、呼吸过滤器、劳保服等物品。
全年一条10T/小时的纯化水制取系统混床的运行费用大概在8万元左右。
    二级反渗透：每三年更换反渗透膜一次，共12根（品牌：海德能），按照现在市场价格需5400×12＝64800元，则折换成一年需2.16万元。
全年运行电费15Kｗ的高压泵一天运行18小时则一年需5.1246万元，2.2ｋｗ脱气塔风机一天运行18小时则一年需0.7516万元.
全年一条10T/小时的纯化水制取系统二级反渗透的运行费用大概在8万元左右。
要改为二级反渗透，则需在一级反渗透后面加上一套脱气塔（去除二氧化碳）装置，改造费用大概在30万元左右。
    EDI：EDI模块每三至五年需更换一次，每块按照现在市场价格为6.4万元，则更换一次需6.4万×3块＝19.2万元，则一年（按四年换一次计算）需折算4.8万元。全年运行电费每个模块每小时耗电量为3kw，每个模块每天运行18小时，则一年需1.0249万元．
全年一条10T/小时的纯化水制取系统EDI的运行费用大概在6万元左右。
改混床为EDI作为最终处理装置，无需在预处理中作大的调整，但需在EDI前加软化装置，经调研混床改为EDI的改造费用大概在35万元左右。
5）对比分析：
一、优、缺点分析：
    混床    二级反渗透    EDI
优点    1、设备初期投入低
2、出水水质稳定
3、预处理要求简单
4、水的利用率较高    1、水质较稳定
2、全自动控制
3、无需酸碱再生
4、可连续运行
5、运行费用低
6、占地面积小
7、无污染    1、水质稳定
2、全自动控制
3、无需酸碱再生
4、可连续运行
5、运行费用低
6、占地面积小
7、无污染
8、水的利用率高
缺点    1、阀门多，操作复杂
2、不能自动化
3、酸碱再生有危险性、废水有污染
4、细菌易在床层中繁殖
5、ABS管道维修不便    1、预处理要求较高
2、初期投资较大
3、水的利用率不高    1、初期投资较大

二、综合分析：
    混床    二级反渗透    EDI
性    能    ★★    ★    ★★★
操    作    ★    ★★★    ★★
维    护    ★    ★★    ★★
运行费用    ★    ★★    ★★★
改造费用    ——    ★    ★★
环    保    ★    ★★    ★★★
综    合    一般    良    优
综上所述，纯化水系统改造，从产水质量、性能、操作、环保等多方面综合考虑，反渗透+EDI结构是一个不错的选择。

参考文献：
1.《工业用水处理技术》叶婴齐主编  化学工业出版社2004年9月第2版
2.《现代水处理方法与材料》刘斐文、王萍主编  中国环境科学出版社2003年9月第2版