3T 生物制藥實(shí)驗(yàn)室 EDI 純化水設(shè)備技術(shù)方案與工藝解析?
一、設(shè)備概述
? 3T/h EDI 純化水設(shè)備專為生物制藥實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)苛需求打造,精準(zhǔn)適配細(xì)胞培養(yǎng)、蛋白純化、HPLC 分析等場景。通過多級工藝協(xié)同作業(yè),設(shè)備穩(wěn)定產(chǎn)出電阻率≥18.2 MΩ?cm、TOC<5 ppb、微生物<1 CFU/100 mL 的超純水,全面符合 GMP、USP、ChP 等國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì),支持靈活擴(kuò)展,并搭載智能化控制系統(tǒng),能夠滿足實(shí)驗(yàn)室從基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)到前沿研發(fā)的全階段用水需求。?
二、核心工藝解析:
RO+EDI + 拋光混床三位一體?
(一)預(yù)處理系統(tǒng):筑牢水質(zhì)凈化首道防線? 預(yù)處理系統(tǒng)旨在高效去除原水中懸浮物、膠體、余氯、硬度及有機(jī)物,為核心處理單元提供優(yōu)質(zhì)進(jìn)水。多介質(zhì)過濾器采用石英砂與無煙煤組合濾材,以 15 - 20 m/h 的濾速,有效攔截≥5μm 粒徑雜質(zhì),每 48 - 72 小時(shí)自動反洗,維持過濾效能;活性炭過濾器選用碘值≥1000 mg/g 的優(yōu)質(zhì)活性炭,強(qiáng)力吸附余氯與有機(jī)物,避免 RO 膜遭受氧化破壞;軟化器采用鈉型樹脂,針對入口硬度≤200 mg/L(以 CaCO?計(jì))的原水,高效置換 Ca²?、Mg²? 離子;5μm PP 濾芯精密過濾器作為預(yù)處理終端,進(jìn)一步攔截顆粒物,全方位保障 RO 膜安全穩(wěn)定運(yùn)行。?
(二)反滲透(RO)系統(tǒng):實(shí)現(xiàn)深度脫鹽與雜質(zhì)截留? RO 系統(tǒng)作為關(guān)鍵凈化環(huán)節(jié),脫鹽率高達(dá)≥99%,可有效去除水中離子、有機(jī)物及微生物,為 EDI 單元提供低電導(dǎo)率進(jìn)水。選用 8 支 DOW BW30-400IGD 低壓膜,以 2:3 排列方式組成膜組件,膜通量達(dá) 25 L/m²?h。一級 RO 回收率達(dá) 75%,二級 RO(可選)回收率提升至 90%,產(chǎn)水電導(dǎo)率≤10 μS/cm,SDI<3,粒徑<1 nm。該膜組件具備卓越的抗污染性能,化學(xué)清洗周期長達(dá) 6 - 12 個(gè)月,顯著降低運(yùn)維成本。?
(三)連續(xù)電去離子(EDI):深度脫鹽與綠色節(jié)能? EDI 模塊采用 Siemens Xcel + 或 Elga Monocel MCC-30 等高端型號,在 15 - 25 A/m² 電流密度下運(yùn)行,可深度去除 RO 出水中痕量離子,如 Na?、SiO?? 等。其產(chǎn)水電阻率≥15 MΩ?cm,硅含量<5 ppb,CO?≤10 ppb,且無需酸堿再生,單噸水能耗僅 0.5 - 1 kWh,兼具高效與環(huán)保優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)水。?
(四)拋光混床:***水質(zhì)保障? 配置核級 Purolite MN-500 混床樹脂,陽樹脂交換容量≥30 mol/m³,陰樹脂≥20 mol/m³ ,能夠進(jìn)一步去除 EDI 出水中殘余離子與 TOC,確保產(chǎn)水電阻率≥18.2 MΩ?cm,TOC<3 ppb,滿足細(xì)胞培養(yǎng)、質(zhì)譜分析等對水質(zhì)要求極高的實(shí)驗(yàn)場景需求。?
三、后處理工藝:
強(qiáng)化水質(zhì)安全與穩(wěn)定?
(一)UV 殺菌 + 超微濾(UF):微生物與內(nèi)毒素高效控制? UV 殺菌裝置采用 254nm 波長紫外線,以 30 - 50 mJ/cm² 劑量照射,微生物滅活率≥99.9%;UF 膜采用切向流過濾技術(shù),0.01μm 孔徑、截留分子量>10 kDa,可有效去除細(xì)菌內(nèi)毒素及微小顆粒,如脫落的樹脂碎片,全方位保障水質(zhì)生物安全性。?
(二)終端膜過濾(VFD):使用點(diǎn)無菌保障? 配備 0.1μm 或 0.22μm 疏水性 PTFE 膜(如 Pall Supor-TF)濾芯,每批次實(shí)驗(yàn)后或累計(jì)流量達(dá) 150 - 200 L 即進(jìn)行更換,確保取水點(diǎn)始終保持無菌狀態(tài)。?
(三)氮封純化水箱:水質(zhì)穩(wěn)定防護(hù)? 純化水箱采用 316L 不銹鋼內(nèi)襯 PE 材質(zhì),配置 0.2μm 疏水膜呼吸器,并以純度≥99.99% 的氮?dú)饩S持 0.02 - 0.05 MPa 壓力覆蓋,有效防止 CO?溶解導(dǎo)致電導(dǎo)率上升,同時(shí)抑制微生物滋生,保障水箱內(nèi)水質(zhì)穩(wěn)定。?
四、工藝對比與選型指南?
|
|
|
|
|
細(xì)胞治療、單抗生產(chǎn)等高端實(shí)驗(yàn)?
|
產(chǎn)水電阻率≥18.2 MΩ?cm,TOC 極低,性能長期穩(wěn)定?
|
|
|
預(yù)算有限、非連續(xù)運(yùn)行場景?
|
成本較低,出水電阻率可達(dá) 15 MΩ?cm?
|
|
|
原水微生物含量高、內(nèi)毒素控制嚴(yán)格場景?
|
|
|
|
基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、緩沖液配制?
|
|
電導(dǎo)率波動較大(約 1-5 μS/cm)?
|
? 五、設(shè)備配置與技術(shù)參數(shù)?
|
|
|
|
多介質(zhì)過濾器 Φ1000×H2500,活性炭過濾器 Φ1000×H1500?
|
|
|
DOW BW30-400IGD × 8 支,2:3 排列?
|
產(chǎn)水 2.2T/h,回收率 75%,電導(dǎo)率≤10 μS/cm?
|
|
|
產(chǎn)水 3T/h,電阻率≥15 MΩ?cm,硅<5 ppb?
|
|
Purolite MN-500 樹脂 × 2 臺?
|
電阻率≥18.2 MΩ?cm,TOC<3 ppb?
|
|
Pall Supor-TF 0.22μm × 6 支?
|
使用點(diǎn)無菌保障,截留率>99.99%?
|
|
Siemens S7-1500 PLC + HMI 觸摸屏?
|
實(shí)時(shí)監(jiān)測電導(dǎo)率、TOC、流量、壓力,自動啟停與故障報(bào)警?
|
? 六、合規(guī)性與驗(yàn)證體系?
設(shè)備嚴(yán)格遵循國際國內(nèi)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)全面符合 USP <1251>、EP 2.2.1、ChP 2023 年版純化水要求,微生物<1 CFU/100 mL,內(nèi)毒素<0.03 EU/mL。建立完整的 DQ/IQ/OQ/PQ 驗(yàn)證體系,涵蓋設(shè)計(jì)確認(rèn)、安裝確認(rèn)、運(yùn)行確認(rèn)與性能確認(rèn),并通過在線電導(dǎo)率、TOC 儀表進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,每月開展全項(xiàng)檢測,確保設(shè)備全生命周期合規(guī)運(yùn)行。?
七、運(yùn)維管理與成本分析?
設(shè)備維護(hù)遵循標(biāo)準(zhǔn)化流程,預(yù)處理耗材中多介質(zhì) / 活性炭濾芯每 3 個(gè)月更換,軟化樹脂每年再生 4 次;RO/EDI 模塊每 6 個(gè)月進(jìn)行酸性(檸檬酸)清洗,每年進(jìn)行堿性(氫氧化鈉)清洗;終端 0.22μm 過濾器每累計(jì) 150 L 流量更換。運(yùn)行成本方面,單噸水能耗約 4 - 5 kWh,年耗材費(fèi)用約 3 - 4 萬元,EDI 模塊更換周期 3 - 5 年,且自動化控制系統(tǒng)大幅降低人工運(yùn)維成本。