纯化水设备系统介绍与验证

介绍了纯化水设备及其水处理工艺，重点分析了纯化水设备的验证目的和项目，并结合系统的日常运行状态对其日常监控问题进行了探讨，对今后开展纯化水设备设备状态及运行管理工作具有良好的借鉴意义。

纯化水是制药行业使用最广、使用量最大的一种辅料，在配方、工器具清洗等工艺中均会使用到纯化水，纯化水的质量直接影响药品质量，因此对纯化水的质量控制是极其重要的。本文将从系统工艺、验证、维护等方面出发，对纯化水设备设备进行介绍。

1、系统工艺概述

纯化水设备由纯化水制备系统及其分配管网构成。原水由原水泵加压从原水罐进入预处理系统（多介质过滤器、活性炭过滤器、软化器）成为软化水。软化水经过保安过滤器，通过换热器控制温度，再由高压泵加压进入RO装置，成为RO水。RO水经EDI装置电离成为纯化水进入纯化水储罐。在纯化水分配管网是由纯化水循环泵向使用点供水，最后回到纯化水储罐，如图1所示。

1.1  纯化水设备工艺流程

纯化水制备系统工艺流程：开机启动后，RO进水压力达到0.2 MPa（2 bar）以上，进入冲洗RO状态。由冲洗RO状态进入冲洗EDI状态的必要条件是RO出水电导率控制在10 μS/cm以下，冲洗EDI进入下一步工作状态。

纯化水制备系统有两种工作状态，需要纯化水分配系统进行联合控制：当纯化水储罐液位低时，纯化水制备系统将冲洗EDI装置，等待EDI出水电导率达到0.5 μS/cm以下，开始正常产水，水质电导率最终可以稳定在0.06 μS/cm。当纯化水分配液位高时，纯化水制备系统由产水状态切换至低频冲洗状态，使得纯化水制备系统始终处于一个运行的状态，避免出现死水，减少微生物的滋生。

1.2  水处理技术

纯化水设备中的水处理是一个多级串联的过程，每一层级去除一定量的污染物。因为水具有极性与氢键，所以水可以溶解、吸附和吸收各类物质，这就导致了水中含有很多类型的污染物。水处理技术与对象如表1所示。

原水罐是纯化水制备系统的第一个处理单元，可以起到缓冲作用，保证系统稳定运行。同时原水罐加入次氯酸钠试剂，可以起到有效抑制微生物繁殖的作用。多介质过滤器、活性炭过滤器和软化器组成预处理系统，将原水处理成软化水，处理合格的软化水才可以进入RO装置，这可以有效保护后续装置并保证RO水水质。多介质过滤器是由石英砂和无烟煤组成，可以吸附10 μm以上的悬浮颗粒。活性炭过滤器是利用多孔结构吸附有机物、控制余氯。软化器中余氯浓度过高时，会使得软化器中树脂中毒，从而使软化器交换能力下降，而且无法通过再生恢复树脂的交换能力。软化器通过钠型软化树脂对钙离子、镁离子进行离子交换，降低水的硬度，防止水系统结垢。

反渗透技术（RO）是一种利用渗透压透过半透膜的脱盐技术，因为反渗透膜只会通过水，不允许溶质通过，故而能够有效拦截有机物、热原、细菌和其他污染物质。在进入反渗透装置之前需要先经过保安过滤器、换热器、加压泵，以保证进水技术参数。保安过滤器用于防止预处理系统出现泄漏，换热器则提供水温控制功能，保证水温的稳定，从而延长工作寿命，提高工作性能。

去离子技术是利用EDI电源进行离子的定向迁移，同时分解氢离子、氢氧根离子再生内部树脂，以保证制水的连续进行，不需要定期对装置进行再生，避免了使用腐蚀性强的再生药剂。但是EDI装置对进入的水的质量、流量、压力要求较高，这是为了避免缩短设备使用寿命，甚至对设备造成不可逆损坏。

2、纯化水设备验证

在水系统投入使用前需要进行验证，以保证可以提供符合要求的数量的合格纯化水，确定警戒参数与日常监控参数，保证系统的适应性。从设备的设计选型、安装运行等全过程确认来建立完整的验收资料，一个完整的验证周期如图2所示。

下文将设计确认（DQ）、安装确认（IQ）、运行确认（OQ）、性能确认（PQ）的验证目的与验证项目结合起来，阐述设备状态，制订制水系统的运行控制标准。

（1）设计确认是证明纯化水设备按照GMP要求设计的证据，是后续确认（如安装确认、运行确认、性能确认）的基础。在设计确认的文件中含有设计说明与功能说明。设计说明是水系统供应商对如何满足用户需求详细准确的说明，功能说明说明了系统预期的实现方式，但是文件均需要得到用户的审核与批准。纯化水设备设计确认的主要检查项目包括但不限于系统的选型、技术参数、图纸等文件的适用性审查和工艺维护保养清洗等方面的适用性，以确保用户需求的各项内容得到响应实施。

（2）安装确认的目的是使纯化水设备符合安装规范，产品相关资料和文件的归档管理必须符合要求。纯化水设备安装确认验证项目一般包括两方面：其一是根据所提供的资料与设备对系统的文件进行核对，确保核对文件齐全；其二是根据工艺流程和安装图纸检查设备的安装情况。验证内容包括但不限于PID图纸检查、材质抛光度确认、关键部件确认、仪器校准、焊接文件、死角坡度、压力试验、酸洗钝化和电气检查等。

（3）运行确认的目的是保障设备在运行状态下使用功能与控制功能符合规范。运行确认是对安装结束的设备的每一部分及整体性进行空载试验，确保设备在性能要求范围内准确运行并达到规定的技术指标。纯化水设备验证内容包括但不限于核黄素测试、运行功能、生产参数、人机界面、消毒、报警测试、用户权限、审计追踪、急停测试与断电恢复测试。

（4）性能确认的目的是保障设备在实际使用条件下可以适应生产条件，符合制药工艺质量要求。纯化水设备性能确认分为三阶段进行：第一阶段是对水的化学分析与微生物检测，对水系统的每个主要组件进行取样，考察系统各功能段的功能情况，制订合适的运行范围及最终的操作维护清洗规程，保证生产运输的水的质量和数量符合要求，通常持续2～4周；第二阶段是第一阶段的延续，但是按下一阶段确认的取样及检验方法进行后续阶段的水质监测，取样频率相对于第一阶段有所降低，第二阶段纯化水可以用于生产，本阶段持续2～4周；第三阶段性能确认的目的是证明纯化水设备长期运行性能良好，确保潜在季节变化的因素得到评估与处理，需要至少1年，结束后要对水质、系统运行情况进行阶段性评价。

经过一系列的验证，得到设备验证文件，统计分析确认结果，整理成报告形式输出，对于验证过程中的偏差、变更、OOS、风险评估必须全部详细记载在验证报告中。只有验证结果可以接受或偏差得到纠正，此设备的验证项目才算结束。

3、水系统日常监控

在性能确认完成后，会制订制水系统的运行控制标准和一个日常监测方案。在日常取样监测的方案中规定，用水点的取样计划需要记录在SOP中。QC人员按周期进行检测，检测项目为pH值、细菌数、电导率、总有机碳、微生物以及化学指标，以使维护人员能够及时发现系统运行中的不良趋势，避免不合格的纯化水用于生产。

运维人员进入现场，进行每日运行记录、设备点检，监控纯化水设备是否处于正常运行状态，需要记录的参数包括进水压力/温度、RO进出水流量/压力、pH值、EDI出水电导率/流量、储罐液位/温度、回水流量/流速/电导率、TOC。同时，将关键数据接入工厂监控系统，工厂监控系统可以对数据进行实时监控、实时报警，有效帮助运维人员更好地维护水系统。常见需要记录的报警信息如表2所示。

报警会设置警戒与纠偏限度，警戒限度就是指报警，尚不需要采取特别的纠偏措施，但运维人员应进行调查；纠偏限度是指系统偏离了正常限度，应当采取相应纠偏措施，使得系统回到正常的运行状态。

为消除导致设备失效和生产计划外中断的因素，水系统会进行相应的预防性维护，在SOP中规定系统的维护周期、维护方法、维护记录、维护结果。制药用水系统常见维护项目包括但不限于呼吸器滤芯更换与完整性测试、阀门垫圈膜片的检查与更换、系统日常消毒如巴氏消毒、系统的清洗钝化、预处理填料的添加及更换、保安过滤器滤芯的更换、反渗透膜/EDI装置的更换、疏水器Y滤清洗、电气柜接线检查、电机绝缘性能检查、仪器仪表检查与检验、压缩空气软管老化检查与更换、卡箍与阀门等的跑冒滴漏检查维修等。

水系统管理人员每年至少1次进行质量回顾，可以了解到系统随着时间的变化趋势，可以基于数据分析调整系统设定的警戒限度和纠偏限度，修订操作指导规程。系统的质量回顾不仅包括水质取样结果，还有图纸审核、验证状态、预防性维护与故障维修记录、关键偏差与报警、日常监测结果与趋势等。

4结语

基于水系统原理验证设备的状态，可以确定设备的基本情况。在日常的运行管理中，做好水系统的实时监控，能够及时判断设备情况并进行检修，使设备始终处于良好的运行状态。