1.5T 生物制藥實驗室 EDI 純化水設(shè)備技術(shù)方案
? 一、設(shè)備概述?
1.5T/h EDI 純化水設(shè)備專為中小規(guī)模生物制藥實驗室設(shè)計,精準(zhǔn)適配細(xì)胞培養(yǎng)、蛋白純化、藥物分析等實驗場景。設(shè)備通過多級工藝協(xié)同處理,穩(wěn)定產(chǎn)出超純水,水質(zhì)達(dá)到電阻率≥18.2 MΩ?cm、總有機(jī)碳(TOC)<5 ppb、微生物<1 CFU/100 mL,嚴(yán)格遵循 GMP、USP、ChP 等國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。采用模塊化集成設(shè)計,支持靈活擴(kuò)展,并搭載智能化控制系統(tǒng),可滿足實驗室從基礎(chǔ)實驗到進(jìn)階研發(fā)的多樣化用水需求。? 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):
前置凈化保障? 預(yù)處理系統(tǒng)有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濾材,以 12 - 18 m/h 的過濾流速,攔截≥5μm 粒徑雜質(zhì),每 48 - 72 小時自動反洗;活性炭過濾器選用碘值≥1000 mg/g 的活性炭,吸附余氯與有機(jī)物,保護(hù) RO 膜;軟化器配備鈉型樹脂,對入口硬度≤200 mg/L(以 CaCO?計)的原水,置換 Ca²?、Mg²?離子;終端配置 5μm PP 濾芯精密過濾器,進(jìn)一步截留顆粒物,保障 RO 膜穩(wěn)定運行。?
(二)反滲透(RO)系統(tǒng):
深度脫鹽處理? RO 系統(tǒng)作為深度凈化核心,脫鹽率≥99%,去除水中離子、有機(jī)物及微生物,為 EDI 提供低電導(dǎo)率進(jìn)水。選用 4 支 DOW BW30-400IGD 低壓膜,按 1:3 排列,膜通量 25 L/m²?h。一級 RO 回收率 70%,產(chǎn)水電導(dǎo)率≤10 μS/cm,污染指數(shù)(SDI)<3,水質(zhì)粒徑<1 nm。膜組件抗污染能力強(qiáng),化學(xué)清洗周期 6 - 12 個月,降低運維成本。?
(三)連續(xù)電去離子(EDI):
高效綠色脫鹽? EDI 模塊采用 Siemens Xcel + 或 Elga Monocel MCC-30 型號,在 15 - 25 A/m² 電流密度下運行,深度去除 RO 出水中痕量離子。產(chǎn)水電阻率≥15 MΩ?cm,硅含量<5 ppb,CO?≤10 ppb。無需酸堿再生,單噸水能耗 0.5 - 1 kWh,實現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)水。?
(四)拋光混床:
水質(zhì)精處理? 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。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,滿足高端實驗水質(zhì)需求。? 三、后處理工藝:水質(zhì)安全強(qiáng)化?
(一)UV 殺菌 + 超微濾(UF):
生物安全保障? 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,去除細(xì)菌內(nèi)毒素及微小顆粒,保障水質(zhì)生物安全性。?
(二)終端膜過濾(VFD):
使用點無菌控制? 配備 0.1μm 或 0.22μm 疏水性 PTFE 膜(如 Pall Supor-TF)濾芯,每批次實驗后或累計流量達(dá) 80 - 100 L 更換,確保取水點無菌。?
(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,以純度≥99.99% 的氮氣維持 0.02 - 0.05 MPa 壓力覆蓋,防止 CO?溶解導(dǎo)致電導(dǎo)率上升,抑制微生物滋生。
? 四、工藝對比與選型建議?
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適用場景?
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核心優(yōu)勢?
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局限性?
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RO+EDI + 拋光混床?
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細(xì)胞治療、單抗研發(fā)等高端實驗?
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產(chǎn)水電阻率≥18.2 MΩ?cm,TOC 極低,性能穩(wěn)定?
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初期投資較高,EDI 模塊需定期更換?
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RO + 二級混床?
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預(yù)算有限、非連續(xù)運行場景?
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成本較低,出水電阻率可達(dá) 15 MΩ?cm?
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混床再生頻繁,廢水排放量大?
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RO+UF+UV?
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原水微生物含量高、內(nèi)毒素控制嚴(yán)格場景?
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UV 殺菌率高,UF 去除大分子污染物?
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對小分子離子去除能力弱,需搭配 RO?
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雙級 RO + 氮封水箱?
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基礎(chǔ)實驗、緩沖液配制?
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運行簡便,成本可控?
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電導(dǎo)率波動較大(約 1 - 5 μS/cm)?
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? 五、設(shè)備配置與技術(shù)參數(shù)?
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型號 / 參數(shù)?
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功能說明?
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預(yù)處理系統(tǒng)?
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多介質(zhì)過濾器 Φ800×H2200,活性炭過濾器 Φ800×H1200?
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去除懸浮物、余氯,保護(hù) RO 膜?
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一級 RO 主機(jī)?
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DOW BW30-400IGD × 4 支,1:3 排列?
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產(chǎn)水 1.05T/h,回收率 70%,電導(dǎo)率≤10 μS/cm?
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EDI 模塊?
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Siemens Xcel+ × 2 組?
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產(chǎn)水 1.5T/h,電阻率≥15 MΩ?cm,硅<5 ppb?
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拋光混床?
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Purolite MN-500 樹脂 × 1 臺?
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電阻率≥18.2 MΩ?cm,TOC<3 ppb?
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終端過濾?
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Pall Supor-TF 0.22μm × 3 支?
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使用點無菌保障,截留率>99.99%?
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控制系統(tǒng)?
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Siemens S7-1200 PLC + HMI 觸摸屏?
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實時監(jiān)測電導(dǎo)率、TOC、流量、壓力,自動啟停與故障報警?
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? 六、合規(guī)性與驗證體系
? 設(shè)備嚴(yán)格遵循 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 DQ/IQ/OQ/PQ 完整驗證體系,涵蓋設(shè)計、安裝、運行與性能確認(rèn),通過在線電導(dǎo)率、TOC 儀表實時監(jiān)測,每月全項檢測,確保全生命周期合規(guī)。?
七、運維管理與成本分析? 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 個月更換,軟化樹脂每年再生 4 次;RO/EDI 模塊每 6 個月酸性(檸檬酸)清洗,每年堿性(氫氧化鈉)清洗;終端 0.22μm 過濾器每累計 80 L 流量更換。運行成本方面,單噸水能耗約 4 - 5 kWh,年耗材費用約 2 - 3 萬元,EDI 模塊更換周期 3 - 5 年,自動化控制降低人工運維成本。?