Thẩm thấu ngược nước dược phẩm: Thiết kế, xác nhận và lựa chọn màng

Khi vòng lặp nước tinh khiết không đạt tiêu chuẩn, cuộc điều tra hầu như luôn kết thúc ở quá trình thẩm thấu ngược. Không phải vì RO là bước yếu nhất trong quy trình mà bởi vì đây là bước duy nhất được yêu cầu loại bỏ 95 đến 99 phần trăm mọi thứ hòa tan trong thức ăn, trong khi nằm giữa một quy trình tiền xử lý nên nó không thể kiểm soát và bước đánh bóng hầu như không chịu được độ cứng nào còn sót lại.

Vì vậy, kết luận đầu tiên: thẩm thấu ngược nước dược phẩm là vấn đề về đặc điểm kỹ thuật trước khi nó là vấn đề về phần cứng. Khắc phục chất lượng nước mà bạn phải đảm bảo tại thời điểm sử dụng, sau đó thay đổi kích thước, phục hồi, cấu hình mảng và khử trùng ngược từ các giới hạn đó. Các hệ thống được xây dựng dựa trên yếu tố danh mục thay vì thông số kỹ thuật về nước đã được xác thực là những hệ thống tạo ra các báo cáo sai lệch hai năm sau khi bàn giao.

Dược điển đặt mục tiêu; RO phải đạt được nó

Dược điển Hoa Kỳ chương 1231 mô tả nước tinh khiết là nước thu được từ một quy trình phù hợp đáp ứng ba giới hạn số: thông số về độ dẫn điện, tổng lượng cacbon hữu cơ không quá 0,5 mg/L và gánh nặng sinh học không quá 100 CFU/mL. Không có giới hạn nội độc tố vi khuẩn đối với nước tinh khiết, đây là điểm phân biệt nó với nước pha tiêm.

Lưu ý từ phù hợp. Chuyên khảo không nêu tên màng, dòng chảy hay sự phục hồi; nó đặt tên cho một kết quả. Điều đó giao việc thiết kế cho kỹ sư và nó giải thích tại sao hai nhà máy theo đuổi cùng một mục tiêu dược điển có thể chạy các đoàn tàu RO hoàn toàn khác nhau.

Thẩm thấu ngược thực hiện phần lớn công việc. Một nguyên tố polyamit loại bỏ hơn 99% các ion hòa tan trong xét nghiệm natri clorua danh nghĩa, cùng với hầu hết các chất hữu cơ trên khoảng 200 dalton, đồng thời đóng vai trò như một rào cản vật lý đối với vi khuẩn và nội độc tố. Những gì nó không làm là phá hủy bất cứ điều gì. Muối, chất hữu cơ và vi sinh vật bị loại bỏ được đẩy vào vùng cô đặc, điều này làm cho vùng cô đặc của RO trở thành nơi tuyệt vời cho màng sinh học phát triển. Do đó, hệ thống RO dược phẩm cần có chế độ vệ sinh chứ không chỉ là chế độ làm sạch.

Một hậu quả thực tế: đối với hầu hết các loại nước giếng thành phố hoặc nước giếng đã được làm mềm, một lần vượt qua sẽ không đạt được kết quả kiểm tra độ dẫn điện của nước tinh khiết, đặc biệt là khi nhiệt độ thức ăn giảm vào mùa đông. RO hai lần, hoặc một lần, sau đó là điện cực hóa, là con đường bình thường. Hãy coi bước đầu tiên là chất loại bỏ khối lượng lớn và lớp chắn thứ hai là sự đảm bảo.

Thực sự có một tàu RO nước dược phẩm chứa những gì

Hầu hết các hệ thống nước tinh khiết được chứng nhận đều tuân theo trình tự tương tự. Sự khác biệt giữa một con trượt chạy lặng lẽ trong nhiều năm và một con trượt chống lại bạn mỗi quý hầu như luôn nằm ở việc xử lý trước và thiết bị đo đạc chứ không phải ở số kiểu màng.

Trình tự điển hình của quy trình xử lý nước tinh khiết và chi tiết thường quyết định xem mỗi bước có thực hiện hay không.
sân khấu	Những gì nó kiểm soát	Chi tiết quyết định hiệu suất
Tiền xử lý đa phương tiện hoặc siêu lọc	Chất rắn lơ lửng, bùn, chất keo	Chỉ số mật độ phù sa dưới 3 và độ đục dưới 1 NTU vào bộ lọc hộp mực
Liều lượng làm mềm hoặc chống cặn	Độ cứng và cặn cacbonat	Độ cứng của chất cô đặc được giữ gần bằng 0 hoặc LSI được giữ âm bằng cách định lượng
Than hoạt tính hoặc bisulfite	Clo tự do và cloramin	Clo dư tự do được giữ ở mức dưới 0,1 mg/L, vì polyamit bị phá hủy bởi quá trình oxy hóa
Lọc hộp mực ở mức 5 micron	Các hạt và carbon mịn	Thay đổi về chênh lệch áp suất, không phải trên lịch
RO lần đầu	Số lượng lớn ion, chất hữu cơ, tải lượng vi sinh vật	Thông lượng trung bình được giữ ở dải 10 đến 17 LMH trên mặt nước sạch
RO hoặc EDI qua lần thứ hai	Các ion dư xuống độ dẫn nước tinh khiết	Nước thấm qua lần thứ hai thường từ 1 đến 5 microsiemen trên mỗi centimet cấp cho máy đánh bóng
UV ở bước sóng 185 và 254 nm cộng với quá trình siêu lọc cuối cùng	Kiểm soát TOC và vi sinh vật trong vòng lặp	Được đặt sau RO, vì tia cực tím không thể xuyên qua màng
Vòng phân phối	Kiểm soát tuần hoàn và màng sinh học	Dòng chảy hỗn loạn mọi lúc, kể cả đêm và cuối tuần

Lớp màng theo nguồn cấp dữ liệu. Nước giếng thành phố và nước đã được làm mềm phù hợp với các yếu tố nước lợ tiêu chuẩn, sự lựa chọn phù hợp cho ngành dược phẩm; thức ăn mang hàm lượng silic, sắt hoặc chất hữu cơ cao cần có bộ phận chống bám bẩn với cửa sổ làm sạch rộng hơn.

BW-8040-400 Brackish Water RO Membrane Element

Phần tử màng RO nước lợ BW-8040-400 Thành phần nước lợ tiêu chuẩn cho thức ăn đô thị và nước giếng đã được làm mềm; 400 ft2, 10.500 GPD và 99,7% bị từ chối phù hợp với thí điểm hoặc mảng sản xuất nhỏ. Xem sản phẩm →

Kích thước phần tử cũng quan trọng. Cấu hình 4.040 phần tử trong tàu hai phần tử là cấu hình thử nghiệm phổ biến và sản xuất nhỏ, trong khi 8.040 phần tử mang tải trong mảng dược phẩm 10 đến 50 mét khối mỗi giờ. Việc trộn các kích thước trong một mảng là có thể về mặt kỹ thuật, nhưng nó làm phức tạp việc chuẩn hóa vì thông lượng cụ thể cho mỗi phần tử là khác nhau.

Năm quyết định thiết kế quyết định liệu đoàn tàu có vượt qua quá trình xác nhận hay không

1. Nhiệt độ thức ăn được ưu tiên hàng đầu

Tính thấm của màng là một hàm của nhiệt độ. Một phép tính gần đúng được sử dụng rộng rãi là sự thay đổi 3 phần trăm về áp suất cần thiết cho mỗi độ C so với 25 độ. Do đó, nguồn cấp dữ liệu ở 10 độ cần áp suất cao hơn khoảng 55% so với cùng loại nước ở 25 độ và hoạt động vào mùa đông là thời điểm nhiều hệ thống lần đầu tiên không tạo ra được dòng định mức. Nhiệt độ cũng đẩy sự đào thải theo hướng khác: thức ăn ấm hơn sẽ thải ra nhiều muối hơn, do đó, một hệ thống tăng công suất vào mùa hè sẽ mất đi khả năng dẫn điện.

Xấp xỉ dựa trên sự thay đổi áp suất 3 phần trăm trên mỗi độ C so với tham chiếu 25 độ được sử dụng để chuẩn hóa phần tử. Xác nhận với bảng hiệu chỉnh của nhà sản xuất trước khi định cỡ.

Kết quả thiết kế rất đơn giản: chỉ định diện tích màng cho nguyên liệu lạnh nhất trong năm và chỉ định giai đoạn đánh bóng cho nguyên liệu ấm nhất. Làm cái này mà không làm cái kia là cách một hệ thống đã được xác thực sẽ dẫn đến sai lệch theo mùa.

2. Thông lượng trung bình, không phải áp suất, xác định tốc độ tắc nghẽn

Áp lực là những gì bạn áp dụng; dòng chảy là những gì màng thực sự nhìn thấy trên một đơn vị diện tích và nó là yếu tố thúc đẩy sự phân cực nồng độ và sự gắn kết hữu cơ. Đối với nước mặt sạch, lưu lượng trung bình từ 10 đến 17 lít/m2/giờ là dải thiết kế hợp lý; đối với nước thải hoặc thức ăn có hàm lượng silic cao, hãy giữ ở mức dưới 10. Đồng thời kiểm tra tỷ lệ beta: phần tử cuối cùng trong bình chịu áp không được vượt quá 1,2 lần dòng chảy của phần tử đầu tiên.

3. Khả năng phục hồi bị giới hạn bởi lượng muối ít hòa tan nhất chứ không phải bởi màng

Nước được làm mềm đến độ cứng gần bằng 0 thường hỗ trợ khả năng phục hồi 75% chỉ trong một lần truyền. Giới hạn xuất hiện khi silica, canxi sunfat hoặc bari sunfat đạt đến độ bão hòa trong chất cô đặc. Silica là thứ khiến mọi người chú ý: việc làm mềm không loại bỏ được nó, độ hòa tan của nó phụ thuộc vào nhiệt độ và một khi đã lắng đọng thì rất khó làm sạch. Trong trường hợp silica là một mối nguy hiểm, bộ phận chống bám bẩn với miếng đệm cấp liệu được sửa đổi và phạm vi pH làm sạch rộng hơn sẽ mang lại cho bạn nhiều không gian phẫu thuật hơn.

BW-8040-400FR Fouling Resistant Brackish Water RO Element

BW-8040-400FR Bộ phận RO nước lợ chống bám bẩn Phần tử rộng 400 ft2 chống bám bẩn dành cho nước bề mặt, nước thải và thức ăn nước lợ trong đó tải silic hoặc chất hữu cơ yêu cầu phạm vi làm sạch rộng hơn và khả năng loại bỏ ổn định 99,7%. Xem sản phẩm →

4. Khả năng tương thích vệ sinh phải được quyết định sớm

Chọn giữa nước nóng ở 80 đến 85 độ và khử trùng bằng hóa chất trước khi đặt hàng các bộ phận. Các bộ phận có thể khử trùng bằng nhiệt và các bộ kết nối của chúng là một sản phẩm khác với các giới hạn nhiệt độ khác nhau và việc trang bị thêm một bộ phận tiêu chuẩn vào một tấm trượt được vệ sinh bằng nước nóng là một vấn đề bảo hành đang chờ xảy ra.

5. Điểm lấy mẫu và thiết bị đo

Nước dược điển được đánh giá dựa trên dữ liệu. Điều đó có nghĩa là các tế bào dẫn điện được hiệu chuẩn ở từng giai đoạn, với phép đo nhiệt độ ở mỗi tế bào, cùng với máy phân tích TOC trên vòng lặp và các van mẫu có thể được khử trùng. Một hệ thống chỉ có thể báo cáo độ dẫn của vòng lặp không thể cho bạn biết liệu sự thay đổi đến từ nguồn cấp hay từ màng. Ngoài ra còn có một quyết định về năng lượng ẩn giấu ở đây: khi nguồn cấp dữ liệu ấm và mảng đã có kích thước lớn, bộ phận loại bỏ cao áp suất thấp có thể giữ chất lượng thấm tương tự ở áp suất truyền động thực thấp hơn, điều này hiển thị trực tiếp trên hóa đơn năng lượng bơm.

ULP-8040-400HR Ultra-Low Pressure RO Membrane Element

Phần tử màng RO áp suất cực thấp ULP-8040-400HR Phần tử 400 ft2 áp suất cực thấp với khả năng loại bỏ 99,5% và 10.500 GPD, phù hợp với mảng dược phẩm hoặc nước tinh khiết có kích thước rộng rãi, ấm áp đang tìm kiếm năng lượng bơm thấp hơn. Xem sản phẩm →

Hệ thống RO dược phẩm bị mất hiệu suất sau khi bàn giao

Hầu hết các tổn thất về hiệu suất thuộc một số ít loại và gần như tất cả chúng đều hiển thị trong dữ liệu chuẩn hóa trước khi chúng xuất hiện dưới dạng kết quả đo độ dẫn không thành công. Theo dõi dòng thấm được chuẩn hóa, lượng muối đi qua được chuẩn hóa và giảm áp suất trên mỗi giai đoạn. Sự thay đổi 10 đến 15 phần trăm trong lưu lượng bình thường hoặc tăng gấp đôi mức giảm áp suất của phần tử là một tín hiệu để điều tra hơn là làm sạch.

Năng lượng bơm 45%
Thay màng 20%
Hóa chất và vật tư tiêu hao 15%
Bảo trì và xác nhận 20%

Phân chia minh họa cho hệ thống nước tinh khiết hai bước. Tỷ lệ thực tế thay đổi theo nhiệt độ thức ăn, tỷ lệ thu hồi và giá điện địa phương.

Clo hoặc cloramin thoát ra từ lớp cacbon đã cạn kiệt, làm oxy hóa lớp polyamit và làm tăng vĩnh viễn lượng muối đi qua.
Việc tăng tỷ lệ sau khi thay đổi nhiệt độ sẽ đẩy chất cô đặc vượt quá độ bão hòa vì liều lượng chất chống cặn được đặt cho điều kiện mùa hè.
Màng sinh học trên các miếng đệm cấp liệu, giúp tăng độ giảm áp suất trong khi khiến khả năng loại bỏ hầu như không thay đổi ngay từ đầu.
Vòng chữ O và ống thấm bị rò rỉ, làm cho thức ăn đi vào trong chất thấm và xuất hiện dưới dạng độ dẫn điện chậm.
Dòng cô đặc không đủ ở mức thu hồi thấp, gây ra sự phân cực nồng độ ở phần đuôi của bình.
Nhật ký thủ công thiếu hồ sơ hiệu chuẩn, khiến vấn đề kỹ thuật trở thành vấn đề về tài liệu trong quá trình kiểm tra.

Những câu hỏi mua sắm đáng hỏi trước khi bạn đặt hàng các yếu tố

Các phần tử màng trông giống như một loại hàng hóa và không hoạt động giống như một loại hàng hóa. Sự khác biệt quan trọng nằm ở thử nghiệm ướt, truy xuất nguồn gốc và liệu nhà cung cấp có xem xét thiết kế mảng của bạn thay vì chỉ xem đơn đặt hàng của bạn hay không.

Dữ liệu loại bỏ và luồng chuẩn hóa nào được cung cấp cho mỗi phần tử và ở điều kiện tham chiếu nào?
Mọi thành phần có được kiểm tra ướt và đánh số thứ tự hay dữ liệu được cung cấp theo lô?
Nhiệt độ vận hành tối đa, độ giảm áp suất phần tử tối đa và phạm vi pH làm sạch được phép là bao nhiêu?
Những phương pháp vệ sinh nào được phê duyệt và phê duyệt có bao gồm các bộ kết nối và vòng đệm cũng như màng không?
Những chứng nhận và công bố nguyên liệu nào có sẵn cho tài liệu dược phẩm?
Ai sở hữu thiết kế mảng, nhà cung cấp màng hoặc nhà tích hợp hệ thống?

Câu hỏi cuối cùng quan trọng hơn nó xuất hiện. Một nhà sản xuất màng cũng là kỹ sư của hệ thống xử lý nước thường sẽ đánh dấu dòng chảy hoặc khả năng phục hồi không thực tế trước khi chế tạo bình chịu áp lực. Bangtec sản xuất các bộ phận của riêng mình và thiết kế các hệ thống xung quanh chúng, với danh mục công bố gồm hơn 50 bằng sáng chế và đội ngũ màng có kiến thức nền tảng về GE và Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc; bạn có thể đọc thêm trên trang nền công ty hoặc lấy tham quan nhà máy bao gồm dây chuyền tự động với công suất đã nêu là 15 triệu mét vuông mỗi năm.

Câu hỏi thường gặp

RO một lần có thể tạo ra nước tinh khiết dược điển không?

Ở mức TDS thấp, nó có thể được làm mềm, ổn định nhiệt độ, thường có bước đánh bóng như EDI phía sau. Hầu hết các hệ thống mới chỉ định RO hai bước hoặc RO cộng với EDI, vì kiểm tra độ dẫn điện phải được đáp ứng ở điều kiện cấp liệu tồi tệ nhất trong năm chứ không phải ở mức trung bình.

Tôi nên mong đợi loại bỏ muối nào từ thành phần RO dược phẩm?

Tỷ lệ loại bỏ danh nghĩa đối với các nguyên tố polyamit nước lợ nằm trong khoảng 99 đến 99,7 phần trăm trong các điều kiện thử nghiệm. Trong quá trình sử dụng, khả năng loại bỏ thực sự phụ thuộc vào thành phần thức ăn, nhiệt độ, khả năng phục hồi và tuổi của phần tử; lần vượt qua thứ hai thường nâng tỷ lệ từ chối tổng thể của hệ thống lên quá 99,5%.

Màng RO tồn tại được bao lâu trong nhà máy dược phẩm?

Ba đến bảy năm là khoảng thời gian phổ biến với quá trình tiền xử lý tốt và lịch trình vệ sinh chính xác. Trình kích hoạt thay thế phải là hiệu suất được chuẩn hóa và không phục hồi sau khi vệ sinh chứ không phải ngày theo lịch.

Tôi cần có dữ liệu nước cấp nào trước khi chọn các phần tử?

Phân tích ion hoàn chỉnh, silica, độ cứng, độ kiềm, tổng lượng carbon hữu cơ, chỉ số mật độ phù sa, sắt và mangan, clo tự do và toàn bộ phạm vi nhiệt độ hàng năm. Một mẫu mùa hè là không đủ để thiết kế cho mùa đông và mùa đông là nơi thử nghiệm hầu hết các thiết kế.

Thẩm thấu ngược nước dược phẩm được đánh giá dựa trên những gì vòng lặp giữ tại thời điểm sử dụng vào ngày tồi tệ nhất trong năm: sau một đợt lạnh, sau khi thay lớp carbon, sau một thời gian dài ngừng hoạt động. Thiết kế mảng cho thức ăn lạnh nhất, giai đoạn đánh bóng cho thức ăn ấm nhất và chế độ vệ sinh xung quanh gánh nặng sinh học mà dữ liệu xu hướng của riêng bạn cho thấy. Mô hình phần tử, số lượng tàu và đường cong máy bơm đều tuân theo ba quyết định đó và không có gì ở hạ lưu có thể giải cứu chúng nếu chúng được thực hiện theo cách khác.