（环境工程专业论文）铅锌冶炼行业废旧除尘布袋污染特征及回收利用试验研究.pdf

摘要摘要e d i 是英文e l e c t r o d e i o n i z a t i o n 的缩写，中文全称为“连续电去离子技术 ，是将电渗析( e d ) 与离子交换( i e ) 有机结合的新型脱盐工艺。e d i 通过在电渗析器的隔板中填充离子交换树脂，从而在直流电场作用下可同时实现连续去离子和树脂连续电再生。但是e d i 膜堆对进水的要求十分苛刻，为了保证长期稳定的出水水质，进水硬度要求低于1 0 m g l ( 以c a c 0 3 计) ，甚至更低。在实际的工程应用中，由于预处理不合格、水质波动或者操作失误等一些原因，e d i 运行不稳定，膜堆结垢，成为困扰e d i技术应用的一大难点。本文针对e d i 运行过程中存在的问题，采用国产化材料组建e d i 膜堆，对膜堆内部结构进行改造，并在其淡水室和浓水室均填充离子交换树脂，研究其产水水质、稳定性及适宜的工作参数。实验研究表明，( 1 ) 操作电压与电流是影响e d i 运行的重要因素。电压、电流过高或过低，产水电阻率均会降低。一级e d i 膜堆和二级e d i 膜堆操作电流通常取2 3 a 。( 2 ) 二级e d i 膜堆与一级e d i 膜堆比较，适应性强、产水水质好且在较短的时间内就基本达到稳定。( 3 ) 二级e d i 膜堆的进水电导率控制在4 1 6 5 1 - l s c m 范围内波动时，膜堆运行4 0 m i n 时，产水电阻率达到最大。1 0 0 m i n 后产水电阻率基本稳定在1 7 m q c m 以上。产水p h 值一直保持在6 0 6 5 之间。( 4 ) 根据实际运行效果分析可知，晶源公司生产的一级e d i 膜堆和二级e d i 膜堆进水电导率宜控制在1 0 1 a s c m 以下，这样既可达到高纯水水质的要求，又可以延长膜堆的使用寿命；同时该膜堆淡水进水压力宜在0 3 5 0 4 m p a ，浓水流量一般为进水流量的5 1 0 左右，极水流量控制在1 8 2 4 l r a i n左右。在以上研究的基础上，针对西安艾尔肤企业人造皮肤医药用水的特殊需要，并且达到节能降耗的目的，设计出“二级反渗透( r o ) + 二级e d i + 超滤( u f ) + 混床( m b ) ( 以下简称2 r o + 2 e d i + u f + m b ”) 组合式纯化水高纯水注射用水超纯水生产系统来制出四种医药纯水，分别送至不同的生产车间以供给不同工序使用；各管网水均为动态，以达到g m p 要求。结果表明，( 1 ) 综合来说，“2 r o + 2 e d i + u f + m b 系统污水产生较少，系统噪声较低，自动化程度高，产水水质稳定，终端出水可以达到中国电子级超纯水g b t 1 1 4 4 6 1 1 9 9 7 一级标准。将此组合工艺应用于实际生产中，起到很好的指导意义。( 2 ) “2 r o 卜2 e d i + u f 力非蒸馏法生产的水，产水电导率、细菌内毒素等各广东工业大学硕士学位论文项指标均达到中国药典2 0 1 0 版对于纯化水和注射用水的标准。( 3 ) “2 r o + 2 e d i + u f 非蒸馏法最大的优点是设备简单、投资少、占地小、污染少、节能节水且能实现自动化生产；所制的注射用水具有适宜的温度，适用于配制不耐热的药品制剂；所制的水总是新鲜的，适于配制注射液。( 4 ) 采用“r o e d i u f 集成膜工艺代替多效蒸馏来生产注射用水，为国内外药典关于注射用水的制备工艺提供实际参考价值及理论指导。关键词：电去离子；医药用水；高纯水；超纯水a b s t r a c ta bs t r a c te l e c t r o d e i o n i z a t i o n ( e d i ) ，k n o w na san e wt e c h n o l o g yf o rw a t e rp u r i f i c a t i o n ，c o m b i n e se l e c t r o d i a l y s i s ( e d ) a n di o ne x c h a n g e ( i e ) ，w h i c hi sc a p a b l eo fc o n t i n u o u sd e i o n i z a t i o na n de l e c t r o r e g e n e r a t i o nf o ri o ne x c h a n g er e s i nu n d e rt h ei n f l u e n c eo fad ce l e c t r i cf i e l d h o w e v e r ，i ti su s u a l l yr e q u k e di ne d ip r o c e s st h a tt h eh a r d n e s so ft h ef e e dw a t e rs h o u l db el e s st h a n1 0 m g l 一，o re v e nl o w e r ( a sc a c 0 3 ) a sar e s u l t ，u n s t a b l eo p e r a t i o na n ds c a l i n gp r o b l e mo fe d im o d u l e 丘e q u e n t l yo c c u rd u et ou n q u a l i f i e dp r e t r e a t m e n t ，l o wq u a l i t i e sf e e dw a t e r ，o p e r a t o re r r o ri ne n g i n e e r i n gp r a c t i c e t h ee d im o d u l e sw i t hd o m e s t i cm a t e r i a l s ，m o d i f i e ds t r u c t u r e ，p u r ew a t e rc o m p a r t m e n t sa n dc o n c e n t r a t ew a t e rc o m p a r t m e n t sf i l l e dw i t he x c h a n g er e s i n sw e r es t u d i e d r e s u l t ss h o w e dt h a t ，( 1 ) o p e r a t i n gv o l t a g ea n dc u r r e n ta r ei m p o r t a n tf a c t o r s f o re d im o d u l e s r u n n i n gc u r r e n ts h o u l db e2 - 3 af o ro n e - s t a g ee d im o d u l ea n dt w o - s t a g ee d im o d u l e ( 2 ) t w o s t a g ee d im o d u l ew a sb e t t e rt h a no n e s t a g ee d i ，i nr e s p e c t so fa d a p t a b i l i t y ，s t a b i l i t y ，t h eq u a l i t yo fp r o d u c t i o nw a t e r ，e t e ( 3 ) t w o - s t a g ee d ic o u l dc o n t i n u o u s l yp r o d u c eh i g hp u r ew a t e r ( h p w ) w i t hr e s i s t i v i t ym o r et h a n17 m o c ma f t e r4 0m i n u t e su n d e rt h ec o n d i t i o no fr u n n i n gc u r r e n t sb e t w e e n2 - 3 aa n df e e dw a t e rc o n d u c t i v i t yb e t w e e n4 1 6 5 1 上s c m ( 4 ) f e e dw a t e rc o n d u c t i v i t yo f o n e - s t a g ee d im o d u l ea n dt w o - s t a g ee d im o d u l es h o u l db eu n d e r10 1 x s c mf o rm e e t i n gh p wq u a l i t yr e q u i r e m e n ta n dl o n g e rs e r v i c el i f eo fe d im o d u l e s t h eo p t i m a lc o n d i t i o n sw e r et h a tf e e dw a t e rp r e s s u r ew a s0 3 5 - 0 41 v i p a ，c o n c e n t r a t ew a t e rf l o w r a t es h o u l db eg e n e r a l l ya b o u t5 10 o ff e e dw a t e rf l o w r a t e ，e l e c t r o l y t ew a t e rf l o w r a t ew a s18 2 4l r a i n ，e t c a c c o r d i n gt ot h ea b o v er e s e a r c h e sa n dt h es p e c i f i cn e e d so f t h ep h a r m a c e u t i c a lw a t e ri nx i a na i e r f ue n t e r p r i s ef o r t h ep r o d u c t i o no fa r t i f i c i a ls k i n ，t h ep r o c e s so f t w o - s t a g er e v e r s eo s m o s i s ( r o ) + t w o s t a g ee d i + u l t r a f i l t r a t i o n ( u f ) + m i x e db e d ( m b ) ( 2 r o + 2 e d i + u f+ m b ，) w a sp u tf o r w a r di nt h i sp a p e r t h ep r o d u c t i o no ff o u rt y p e so f w a t e ri n c l u d i n gp u r ew a t e r ( p w ) h p w w a t e rf o ri n j e c t i o n ( w f i ) u l t r a p u r ew a t e r ( u p w ) w e r es e n tt od i f f e r e n tw o r k s h o p st os u p p l yd i f f e r e n tp r o c e s s e st ou s e c o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ：( 1 ) g e n e r a l l ys p e a k i n g ，t h ep r o c e s s e so f 2 r o + 2 e d i + u f + m b h a du n i q u ec h a r a c t e r i s t i c ss u c ha ss t a b l i l i t y ，h i g he f f i c i e n c y ，e n e r g ys a v i n g ，s m a l lf o o t p r i n t ，l e s sp o l l u t i o n ，e t c t h et e r m i n a lp r o d u c t i o no fw a t e rc o u l dm e e tt h ef i r s tg r a d es t a n d a r do fg b t 114 4 6 1 19 9 7 t h i si i i广东工业大学硕士学住论文c o m b i n a t i o nt e c h n o l o g yw o u l dp l a ya 1 1i m p o r t a n tg u i d i n g $ e n s ca n db ew o r t h yo fa p p l i c a t i o na n dg e n e r a l i z a t i o n ( 2 ) t h en o v e ln o n - d i s t i l l a t i o np r o c e s so f 。2 r o + 2 e d i + u f ”c o u l dc o m p l e t e l yr e p l a c em i x e db e d ( m b ) a n dm u l t i p l ee f f e c td i s t i l l a t i o n ( m e d ) f o rt h ep r o d u c t i o no fp h a r m a c e u t i c a lw a t e r ，f o rt h er e a s o nt h a ti t sp r o d u c t i o nw a t e rc o n d u c t i v i t y ，b a c t e r i a le n d o t o x i ni n d e xa n do t h e r ss a t i s f i e da l lc r i t e r i af o rp wa n d ，f ii nt h e2 010e d i t i o no fc h i n e s ep h a r m a c o p o e i a ( 3 ) t h en o v e ln o n - d i s t i l l a t i o np r o c e s so f 2 r o + 2 e d i + u f ”h a du n i q u ec h a r a c t e r i s t i c si n c l u d i n gs t a b l i l i t y ，h i g he f f i c i e n c y ，e n e r g ys a v i n g ，s m a l lf o o t p r i n t ，l e s sp o l l u t i o n ，a u t o m a t i o n ，e t c t h ep r o d u c t i o nw a t e rw a sm o r es u i t a b l ef o rh e a t r e s i s t a n tp h a r m a c e u t i c a lp r e p a r a t i o n sa n di n j e c t i o np r e p a r a t i o n sb e c a u s eo fi t so p t i m a lt e m p e r a t u r ea n du n i n t e r r u p t e dp r o d u c t i o n ( 4 ) t h en o n - d i s t i l l a t i o np r o c e s so f r o e d i u f ”h a da ni m p o r t a n tr e f e r e n c ev a l u ea n dt h e o r e t i c a lg u i d a n c et oc h i n e s ep h a r m a c o p o e i aa n do t h e rc o u n t i e s o np r e p a r a t i o np r o c e s so f w f i k e y w o r d s ：e l e c t r o d e i o n i z a t i o n ( e d i ) ；p h a r m a c e u t i c a lw a t e r ：h i g hp u r ew a t e r ( h p w ) ；u l t r a p u r ew a t e r ( u p w )w广东工业大学硕士学位论文c o n t e n t sa b s t r a c ti nc h i n e s e ia b s t r a c ti ne n g l i s h i i ic o n t e n t si nc h i n e s e vc o n t e n t si ne n g l i s h v i i ic h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 11 1i n t r o d u c t i o no f e d it e c h n o l o g y 11 1 1w o r k i n gp r m c i p l eo f e d it e c h n o l o g y 11 1 2u n i q u ec h a r a c t e r i s t i c so f e d it e c h n o l o g y 21 1 3s c a l i n gp r o b l e mo f e d i 31 2t h e 血n d a m e m a lr e q u i r e m e n ta n dd e v e l o p m e n to fp r e p a r i i l gt e c h n o l o g yi np h a r m a c e u t i c a lw a t e ra th o m ea n da b r o a d 41 3a p p l i c a t i o no f e d ii nt h ep r o d u c t i o no f p h a r m a c e u t i c a lw a t e ra th o m ea n da b r o a d51 3 1a p p l i c a t i o no fe d ii nt h ep r o d u c t i o no fp h a r m a c e u t i c a lw a t e ri nf o r e i g nc o u n t r i e s 51 3 2a p p l i c a t i o no f e d ii nt h ep r o d u c t i o no f p h a r m a c e u t i c a lw a t e ri nc h i n a 61 4s p e c i a lr e q u i r e m e n t so f p h a r m a c e u t i c a lw a t e ri nx i a na i e r f ue n t e r p r i s e 。71 4 1r a ww a t e rt e s tr e p o r to f a i e r f ue m e r p f i s e 81 42r e q u i r e m e n to f p u r ew a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t yi na i e r f ue n t e 叩r i s e 91 4 3d i f f i c u l tp o i n t si nt h ep r o j e c t 101 5s i g n i f i c a n c ea n dc o n t e n t so f t h er e s e a r c h 101 5 1p u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h 101 5 2c o n t e n t so f t h er e s e a r c h 11c h a p t e r2e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ho re d im o d u l e s 1 22 ie x p e r i m e n t a lm a t e r i a l sa n dd e v i c e s 1 22 1 1i o n - e x c h a n g em e m b r a n e 122 1 2i o n - e x c h a n g er e s i n s 132 1 3e x p e r i m e n t a la p p a r a t u s 132 2s t r u c t u r eo f e d im o d u l e s 1 42 3c o m p o n e n t so f o f e d ie q u i p m e n t 1 62 4e x p e r i m e n t a lm e t h o d 16v c o n t e n t s2 5r e s u l t sa n dc o n e l u s i o n 172 5 1c o m p a r i s o nb e t w e e to n e s t a g ee d im o d u l ea n dt w o s t a g ee d im o d u l e 1 72 5 2s t u d yo f t w o - s t a g ee d im o d u l e 1 92 6t h ea d j u s t i n gp r o c e s so f e d im o d u l e s 2 32 6 1r e g u l a t i o no ff e e dw a t e rp r e s s u r e 2 32 6 2r e g u l a t i o no f f l o w 2 32 6 3r e g u l a t i o no f o p e r a t i o nv o l t a g ea n dc u r r e n t 2 32 6 4d i f f e r e n t i a lp r e s s u r e 2 42 7c h a p t e rc o n e l u s i o n 2 4c h a p t e r3a p p f i c a f i o no fe d it e c h n o l o g yf o rt h ep r o d u c t i o no fs p e c i a lp h a r m a c e u t i c a lw a t e ri na i e r f ue n t e r p r i s e 2 53 1i n t r o d u c t i o no f p ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 2 53 1 1p r o c e s so fp ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 2 53 1 2m a i ne q u i p m e n to f p ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 2 5：；1 3d a t aa n a l y s i so f p ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 03 2i n t r o d u c t i o no f h p w w f is y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 23 2 1p r o c e s so f h p w w f is y g e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 23 2 2m a i ne q u i p m e n to f h p w w f is y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 33 2 3d a t aa n a l y s i so f h p w w f is y s t e mi na i e r f ue m e r p r i s e 3 53 3i n t r o d u c t i o no f u p ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 63 3 1p r o c e s so f u p ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 63 3 2m a i ne q u i p m e n to f u p ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 63 3 3d a t aa n a l y s i so f u p ws y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 73 4p r o c e s sf l o wc h a r to f p h a r m a c e u t i c a lw a t e rp r o d u c t i o ni na i e r f ue n t e r p r i s e 3 83 5t h ea u t o m a t i cc o n t r o lp r i n c i p l eo fe q u i p m e n to fp h a r m a c e u t i c a lw a t e rp r e p a r a t i o ns y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 3 93 6o p e r a t i o nd a t ao f p h a r m a c e m i c a lw a t e rp r e p a r a t i o ns y s t e mi na i e r f ue n t e r p r i s e 413 7c h a p t e rc o n c l u s i o n 4 2c o n c l u s i o na n ds u g g e s t i o n s 4 3c o n e l u s i o n ：。4 3s u g g e s t i o n s ：4 3r e f e r e n c e s 4 5p u b l i s h e dp a p e r sa n da c h i e v e m e n t sd u r i n gm a s t e r 4 9i x广东工业大学硕士学位论文o r i # n a l yd e c l a r a t i o n 5 0a c k n o w l e d g e m e n t 51x第一章绪论1 1e d i 技术介绍1 1 1e d i 技术工作原理第一章绪论反渗透( r o ) 作为有效的脱盐技术，其脱盐率可以达到9 5 9 9 。但是，r o 对离子的去除效果有一定的限度，一般来说，产水电导率0 5 j t s c m 是其脱盐的极限。当产水水质有更高的要求时，就需要采用混床或与之等同的技术。电去离子( e l e c t r o d e i o n i z a t i o n , e d i ) 技术能有效地去除强电解质和弱电解质，尤其当用户产水水质要求高，比如对电阻率，硼，二氧化硅等有严格要求的时候，e d i 技术更体现了其优越性。e d i 是近些年新兴的一项高纯水制备技术。它把电渗析( e d ) 和离子交换( i e )有机地结合起来，既克服了电渗析因发生极化不能深度脱盐的缺点，又利用电渗析极化使水电离产生矿离子和o h 离子，从而实现树脂自动电再生，弥补了混床不能连续工作、再生时需消耗酸碱、有大量废液排放等缺点。e d i 相当于连续获得再生的混床离子交换柱，可高效不断地生产高纯水。i阴极卜)“h +给水n a + c i 给水n a + c i -i 譬o 阴离子交换树脂阳离子交换树脂图1 1e d i 过程原理示意图f i g 1 - ls k e t c ho f t h ep r i n c i p l eo fe d i阳极( + )e d i t 作的基本原理主要包括离子交换、在直流电场作用下离子选择性迁移和树脂广东工业大学硕士学位论文电再生这三个方面，如图1 1 所示。当e d i 进水盐浓度极低如进水为r o 出水时，树脂相的导电能力比溶液相的要高出2 3 个数量级，因此几乎全部离子的迁移都是通过树脂相进行，在溶液相中的迁移可以忽略【l l o 水中的离子首先通过交换作用吸附于树脂颗粒上，然后在电场作用下，通过树脂颗粒构成的“离子传输通道 迁移到离子交换膜表面并透过膜进入浓水室。在树脂、离子交换膜与水相接触的界面扩散层中的极化使水解离为一和o h ，它们除了小部分参与负载电流外，大部分作用于树脂的再生，从而使离子交换、离子选择性迁移、树脂电再生三个过程相伴发生，相互促进，实现了连续的去离子过程。1 1 2e d i 技术的优点1 1 2 1e d i 系统能快速稳定水质混床再生结束后，需要经过3 0 6 0 m i n 的漂洗，电阻率才能逐渐上升到规定的水质要求；并且，在临近终点时会发生s i 0 2 和n a + 的泄漏【2 1 ，电阻率会大幅度下降，故至少要有两台混床串联，才能得以保证电阻率连续稳定。而e d i 系统在开机后可立即上升到较高的水质，此外，由于e d i 系统在处理水的同时，还能同期实现自动电再生，所以大大减少了系统的停运时间。1 1 2 2e d i 系统出水纯度高e d i 系统出水可达到中华人民共和国国家电子级水i 级标准；且具有优异的去除c 0 2 、硼、硅、氨等弱电解质的能力，更适用于高纯水、超纯水生产的需要【3 5 1 。1 1 2 3e d i 过程基本无化学废物排放，运行维护简单e d i i 勾树脂的再生是依靠电解水所产生的矿和o h - 完成的，当水电解时，旷和o h 的量是相当的，在废水流出前已完全中和，故不存在酸碱废液，大大减少了环境污染。e d i 系统不需要复杂的再生操作及备用设备，大大降低了劳动强度，运行维护简单。1 1 2 4e d i 系统水回收率高e d i 系统的回收率一般在8 0 9 5 之间，具体取值取决于水中c 0 2 含量及进水硬度。当硬度小于l p p m 时系统的回收率为9 0 ；而当硬度小于o 1 p p m 时系统的回收率可达到9 5 。另外，当其浓水侧不投加n a c l 溶液，则浓水电导率一般为1 0 0 2 0 0 j - t s d e m ，如果投加n a c l 溶液，则浓水电导率也只是在1 0 0 0 i ，t s c m左右，其水质( 硬度、浊度、s d i 等) 均好于反渗透入口水的水质，所以其浓水可以循环到反渗透的入口以回用，这样提高水的利用率。1 1 2 5e d i 系统与各种流量的混床相比，在价格上具有较强的竞争力最近，i o n p u r e2第一幸绪论公司推出了第三代e d i 装置，称此为v n x 产品，并对2 7 4 m 3 h 三代e d i 装置制造费用作了比较。第三代e d i 装置的制造费用已比第一代产品降低了2 3 ，且已低于混床的制造费用f 6 】。罗迪等【7 】通过研究分析，r o e d i 组合工艺的产水水质可完全达到甚至优于中国药典和美国药典对于纯化水的要求，完全可用于纯化水的制备。e r i c t 3 j 对r o e d i系统在日常消耗、整体投资等方面与混床系统作了对比，结果表明，r o e d i 的投资运行成本比混床系统低2 2 。e d i 代替i e 作为水的净化工艺是可行的。1 1 3e d i 膜堆结垢问题的处理虽然e d i 有很多优点，但e d i 膜堆对进水的要求十分苛刻【引，为了保证长期稳定的出水水质，进水硬度要求低于1 0 m g l ( 以c a c 0 3 计) ，甚至更低。在实际的工程应用中，由于预处理不合格、水质波动或者操作失误等一些原因，e d i 膜堆结垢，运行不稳定，成为困扰e d i 技术应用的一大难点。浓水室出口附近的阴膜表面处的c a 2 + ，m 9 2 + 等离子浓度较高，从淡水出口处来的o h 、c 0 3 2 。等阴离子通过阴膜进到浓水室时，与阴膜表面处的c a 2 + ，m 9 2 + 等离子结合形成沉淀即结垢。当c a 2 + ，m 9 2 + 离子与o h 。、c 0 3 2 之间的离子积超过其溶度积( k s p )时，就有结垢的危险。e d i 膜堆结垢的位置主要发生在膜堆阴极室和浓水室靠近阴膜表面的碱性环境中。1 1 3 1 改变浓、淡水流的操作方式m i rl 、孟广祯、李光辉等研究者【9 0 1 】提出浓淡水反向流动的设想来避免结垢发生，在水力方向上阳离子( c a 2 + 、m 9 2 + ) 和阴离子( c 0 3 2 。、o 盯) 在不同区域透过膜。刘彦华等 1 2 l 提出了浓水室填充混合离子交换树脂，浓水与淡水逆流的e d i 技术方案。实验结果表明，与其它已有的e d i 方法比较，该技术方案从根本上解决了传统的电去离子装置的浓水室的阴膜表面结垢问题，并且产品水的电阻率可高达1 8 m q c m ，耗电量低，给e d i 技术的全面推广应用创造了条件。但这一设计存在e d i 内部压力分布不均衡的问题。1 1 3 2 特殊的浓室结构设计t e s s i e r 等【1 3 】为了防止膜堆结垢，提出在浓水室中增加一张离子导电膜或一张多孔隔板，阻挡c a 2 + 、m 9 2 + 离子向阴膜表面迁移。这种思路是从避免阴、阳离子相遇的角度出发，但事实上，在浓水室相对狭小的空间内，很难完全阻止阴、阳离子的相遇，结垢仍有可能发生，其实用性有待验证。1 1 3 3 浓水室中添加离子交换树脂或其它类似填充材料m i rl 等【9 】提出在浓水室中广东工业大学硕士学位论文填充阳离子交换树脂或混合离子交换树脂，这样既可以增加浓水的导电性，降低膜堆电阻，避免了向浓水室中加盐，使浓水回用成为了可能，减少了成本；同时，又能减少氯气的产生，延长膜堆的使用寿命；此外，还可以减少富集在浓水室阴膜表面的硬度离子，防止结垢。已有国外e d i 制造商如i o n p u r e 开发了浓水室中填装离子交换树脂的e d i 模块。苏玉龙等【1 4 1 用浓水室填充混合树脂的e d i 膜堆，对硬度为1 1 7m g l ( 以c a c 0 3计) 的进水进行了实验研究。结果表明，这种特殊填充方式的e d i 膜堆在高硬度进水实验条件下，对于防止膜堆的结垢有独特的优势，产品水的电阻率可稳定在1 4 m r c m 。李福勤等【1 5 】研究表明，浓室填充树脂使产水水质得到提高；同时还降低了浓水室的p h值，有利于防止浓室结垢，延长模块的使用寿命。浓室填充树脂后采用上进水方式有利于提高e d l 模块的产水水质。王斌斌等人【1 6 】认为通过极水室和浓水室中填充离子交换树脂是有效防止膜堆结垢的关键因素之一。1 1 3 4 其他方式c h i d a m b a r a n 等1 1 7 】提出了分级去离子的方法，即设置两级e d i ，第一级用于去除强电解质，在低压条件下运行；第二级用于去除弱电解质，在高压条件下运行；从而避免了结垢。美 虱a q u a t e c h 公司【l8 】也提出相同的看法。这种思路有一定的创新性，但结果尚待验证。事实上，第一级较低的操作电压确实可将水解离控制在较弱的程度，避免o h 大量产生形成氢氧化物沉淀。然而，浓水中可能结垢的不仅仅是氢氧化物，还有碳酸盐、重碳酸盐和硫酸盐等都可能与c a 2 + 、m 9 2 + 硬度离子形成沉淀：另一方面过低的操作电压也可能无法提供足够的电流，从而使电解质离子的传质迁移过程缺乏动力。此外，倒级电去离子( e d i r ) 也被提出用于膜堆结垢防治，但倒级技术本质上是无法获取高纯水的，且增加了制造成本。总之，膜堆结垢问题是多种因素共同作用的结果，只有从膜堆结构设计、膜组件新材料开发、操作运行方式等多方面综合考虑才望得以改进和解决。1 2 医药用水制备工艺的基本要求及发展中国药典2 0 1 0 版中把制药用水分为饮用水、纯化水、注射用水及灭菌注射用水；美国药典u s p 2 4 版收载的制药用水包括纯化水、灭菌纯化水、注射用水、灭菌注射用水、抑菌注射用水、灭菌灌洗用水和灭菌吸入用水。随着科技的不断进步，有关药用水的制备工艺也发生了一些革命性的改变。现在，美国药典已在其连续7 个版本中明确确认了反渗透( i 的) 为基础的高纯水( h i g hp u r e4第一章绪论w a t e r , h p w ) 工艺可以作为制取注射用水( w a t e rf o ri n j e e t i o n , w f i ) 的法定工艺。历经数十年的医药实践，r o 法制备注射用水被证明是最先进、可靠的方法之一。由于h p w符合甚至超过了w i 的各项参数指标，自2 0 0 2 年6 月起已正式被欧洲认可为第三水质级别。今天，以r o 为基础的h p w t 艺已经为代表医药先进技术的世界主要发达国家所确认，成为医用纯化水的标准制备方法之一。在与国际接轨过程中，我国药典对医药用水的法定制备方法也进行了重新的定义。中国药典( 2 0 0 0 年版) 对纯化水具体定义为“纯化水为采用蒸馏法、离子交换法、反渗透法或其它适宜的方法制得供药用的水 ，实际上放弃了对生产工艺“必须为蒸馏法的限定，为相关企业采用国际上广为流行的反渗透h p w 法制备纯化水奠定了理论基础。中国药典( 2 0 0 0 年版) 还规定：注射用水为纯化水经蒸馏所制得的水；应符合细菌热原试验要求；注射用水必须在防止热原产生的条件下生产、贮藏及分配。纯化水的制备工艺可以有多种选择，但各国药典对注射用水的制备工艺均有限定条件，如美国药典明确规定注射用水的制备工艺只能是蒸馏法及反渗透，中国药典规定注射用水为纯化水经蒸馏所制得的水。从制药用水源水的选择上，美国药典有较大的灵活性，按其规定，注射用水可以由饮用水经蒸馏或反渗透制得，并不要求企业必须用纯化水为源水来制备注射用水。2 0 0 0 年美国药典2 4 版推荐e d i 作为“纯化水 的生产方法【1 9 】。2 0 0 4 年我国国家军用标准野战非蒸馏法制备药用水设备通用规范1 2 0 】被制定并颁布实施。该标准明确提出了e d i 技术可以作为纯化水生产的一种技术途径，这是国内首次以标准的形式确定了e d i 技术作为药用水的生产方法之一。该标准的制定，为e d i 技术用于军队野战药用水制备领域确立了理论依据。随着e d i 技术的不断进步及应用越来越广泛，相信国家法规也将不断完善，有利于进一步推广这一先进技术，使之发挥更大的作用。1 3 国内外e d i 技术在医药用水制备上的应用e d i 技术已在医药 2 1 - 2 2 】、电厂1 2 3 - 2 6 1 、电子【2 7 】、生物医学1 2 8 2 9 】、高校实验室【3 们、化q - t 3 1 。3 1 等领域得到广泛的应用，以下详细介绍一下e d i 技术在医药行业中的应用现状。1 3 1 国外e d i 技术在医药用水制备上的应用上世纪9 0 年代，i o n p u r e 公司首先推出采用i 的e d i 工艺制取医药纯水【3 们5 1 ，系统5广东工业大学硕士学位论文全自动操作，出水水质优良，性能稳定。e d i 技术首先在医药行业得到广泛的应用【3 4 1 。与此同时，加拿大的e c e l l 公司及美国的i o n i c s 公司、e l e c t r o p u r e 公司等相继推出工业规模的e d i 膜堆，产水量可达到每小时几十吨，产水水质可达到“纯化水 及电子工业高纯水的标准，e d i 开始应用于医药等领域【1 9 1 。2 0 0 0 年后，e d i 系统在欧洲和北美等地占据了高纯水设备相当大的市场，在医药等众多工业领域获得了大规模的推广应用【3 6 1 。德国也有采用r o e d i 系统制取医药注射用水的报道【3 7 1 。目前，国3 1 7 5 的制药行业使用e d i 技术【3 8 】。1 3 2 国内e d i 技术在医药用水制备上的应用2 0 世纪9 0 年代后，国内陆续有e d i 技术在树脂的电再生、水的软化等方面的技术研究【3 9 - 4 4 1 ，但纯水水质达不到电子级高纯水的标准。2 1 世纪初，国内e d i 装置关键制造技术有了实质性进展，我国军事医学科学院卫生装备研究所采用“一级r o + e d i ”核心技术，配合必要的预处理和后处理设备，构建了完整的水处理系统，将其应用于制药业，获得了良好的效果。r o e d i 系统产水水质高，电阻率达到1 5 1 8 m q c m 。以综合性能进行分析，r o e d i 工艺制出的水，既可用于“注射用水 的原料水、一般工艺用水、分析检测用水，又可用于高档仪器分析、病理研究、现代生物技术等方面，代表了目前最高水平的高纯水生产工艺。近年来，卫生装备研究所已向军内外近百家单位提供了多种型号的e d i 纯水、高纯水设备共百余套，涵盖了医药、电子、冶金、生物技术、实验研究等领域。建立了2 1 个示范工程，最长使用时间已经超过六年，性能稳定、运行良好。生产的纯水、高纯水主要用于药物制荆、血液制品、基因诊断试剂、细胞培养、生物工程、新光源材料、电子、蛋白质组织工程、高纯合金以及原子吸收光谱、离子色谱、t o c 等分析仪器检测用水。其中，为军内外医院制剂科安装的e d i 纯水设备经有关部门验收合格，开始用于药物制剂，这也是国内首批采用国产e d i膜堆设计的纯水设备正式用于药物制剂，并达到g m p 要求，为具有自主知识产权的国产e d i 纯水技术和设备的进一步推广应用打下良好的基础。与美国、日本、欧洲等一些发达国家相比，我国药用水生产相对落后，主要表现生产管理上存在问题，生产技术和设备比较落后。龚承元等【1 9 l 对北京、上海