一、预处理系统:RO 膜的寿命保障屏障
预处理系统通过四级递进式净化,将市政自来水转化为满足 RO 膜进水标准的优质原水,从源头降低膜污染风险,使 RO 膜使用寿命延长至 3 年以上(传统工艺平均 1.5 年)。
(一)多介质过滤单元
采用 φ600mm 立式滤罐(316L 不锈钢),内部分三层装填精制滤料:底层为 8-16 目石英砂(厚度 400mm),中层为 4-8 目石英砂(厚度 250mm),上层为 2-4 目无烟煤(厚度 150mm),总滤层厚度≥800mm。运行流速严格控制在 10m³/h,通过机械截留与吸附协同作用,去除原水中的悬浮物、胶体颗粒及铁锈,使出水浊度≤0.1NTU、SDI(污染指数)≤3,满足 RO 膜对进水的关键指标要求。
设备配备自动反冲洗系统,采用 “气水联合反冲” 模式(压缩空气强度 18L/(m²・s),反洗水强度 15L/(m²・s)),每 24 小时运行一次(或进出口压差≥0.15MPa 时触发),反洗时间 12 分钟(气冲 3 分钟→水冲 5 分钟→正洗 4 分钟),确保滤料恢复吸附能力。罐底采用 60° 锥底设计,配合排污阀快速排空,避免反洗残留水二次污染。
(二)活性炭吸附单元
选用 φ500mm 吸附罐(316L 不锈钢),填充碘值≥1000mg/g 的椰壳活性炭(粒径 0.8-1.2mm,装填高度 1200mm),通过多孔结构的物理吸附与化学吸附作用,特异性去除水中余氯(反应生成 Cl⁻)、有机污染物(如腐殖酸)及部分重金属离子。运行流速 8m³/h,空床接触时间≥10 分钟,确保出水余氯≤0.1ppm,避免 RO 膜因氯氧化而降解。
活性炭罐配备在线余氯监测仪(检测限 0.01ppm),当出水余氯>0.05ppm 时自动报警并切换至备用罐(双罐交替运行设计)。活性炭更换周期为 6-8 个月,更换时采用 “水封法” 避免活性炭粉尘进入后续系统,确保更换过程无二次污染。
(三)软化树脂单元
采用 φ400mm 离子交换柱(316L 不锈钢),装填 001×7 食品级强酸型阳离子交换树脂(粒径 0.3-1.2mm,装填量 0.6m³),其总交换容量≥1.2eq/L(以 CaCO₃计)。通过 Na⁺与水中 Ca²⁺、Mg²⁺的置换反应,将原水硬度从通常的 100-300ppm 降至≤1ppm(以 CaCO₃计),防止 RO 膜表面形成难溶性盐垢(如碳酸钙、硫酸钙)。
树脂再生采用 “逆流再生” 工艺,当出水硬度>0.5ppm 时自动启动再生程序:首先以 8m³/h 流速反洗 10 分钟(膨胀率 50%),然后通入 8% NaCl 溶液(用量为树脂体积的 2 倍),再生流速 4m³/h,***后正洗至出水 Cl⁻≤10ppm。再生废水经中和处理(pH 调至 6-9)后排放,符合环保要求。
(四)保安过滤单元
作为 RO 膜的***后一道防护屏障,采用 40 英寸大流量过滤器(316L 不锈钢外壳),内置 5μm 聚丙烯折叠滤芯(6 支并联,冗余设计),对≥5μm 颗粒物的截留率≥99.9%。滤芯采用热熔焊接技术,无粘合剂溶出风险,且具备耐温 80℃、耐酸碱(pH1-13)特性。
过滤器进出口安装压差变送器(精度 ±0.01MPa),当压差≥0.1MPa 时自动报警提示更换滤芯。滤芯更换采用快开式端盖设计,更换时间≤5 分钟,且外壳内表面经电解抛光(Ra≤0.8μm),避免微生物滋生。
二、双级反渗透(RO)核心系统:深度脱盐主力
双级 RO 系统通过两级膜分离的协同作用,实现从预处理水到高纯水的转化,总脱盐率≥99.7%,为后续 EDI 精制提供优质进水。
(一)一级 RO 单元
采用 4 支 Filmtec™ BW30-400 膜元件(2 支串联 ×2 组并联),单支膜面积 400ft²,设计脱盐率≥98%。运行压力 1.5±0.1MPa,水温控制在 25±2℃,产水量 3.8m³/h,回收率 60%。为提高水利用率,将一级 RO 浓水(约 2.5m³/h)循环至原水箱,通过流量调节阀控制回流比例,使系统整体回收率提升至 70% 以上。
膜壳采用 FRP 材质(耐温 60℃,耐压 3.0MPa),进水端安装电动慢开阀,避免开机时的水锤冲击损伤膜元件。系统配备在线电导率仪(精度 ±0.1μS/cm)与压力变送器,实时监测进水、产水、浓水的关键参数,当脱盐率下降 3% 或产水量下降 15% 时,自动提示进行化学清洗。
(二)二级 RO 单元
以一级 RO 产水为进水,配置 2 支低压高脱盐膜元件(型号 ESPA4-4040,串联运行),单支脱盐率≥99%,总脱盐率≥99.9%。运行压力 0.8±0.1MPa,产水量 2.5m³/h(与设备标称产能匹配),回收率 80%,浓水(约 0.6m³/h)回流至一级 RO 进水端,进一步提高系统水资源利用率。
二级 RO 产水经在线电导率仪监测(25℃时≤5μS/cm),合格产水进入中间水箱(500L,316L 不锈钢),水箱配备液位传感器(精度 ±5mm),通过高 / 低液位信号联动控制 RO 系统启停:高液位(80%)时停泵,低液位(20%)时启泵,避免频繁启停。
(三)RO 清洗系统
集成 200L 清洗箱(PE 材质)与清洗泵(流量 2m³/h,扬程 30m),可实现酸洗(柠檬酸溶液,pH2.0-2.5)与碱洗(EDTA-2Na+NaOH 溶液,pH11.0-11.5)自动切换。当一级 RO 压差>0.25MPa 或二级 RO 产水电导率>8μS/cm 时,启动清洗程序:循环清洗 60 分钟(含浸泡 30 分钟),冲洗至产水电导率恢复至初始值的 95% 以上。
清洗系统管路采用卫生级快装接口,所有与清洗液接触部件均为耐腐蚀材质(316L 不锈钢或 PVDF),确保清洗效果且无二次污染。
三、电去离子(EDI)精制系统:超纯水终级制备
EDI 系统通过离子交换树脂与直流电的协同作用,将二级 RO 产水进一步纯化,无需化学再生即可稳定产出电阻率≥15MΩ・cm 的超纯水,满足制药实验室高精度分析需求。
(一)EDI 模块核心参数
采用 IONPURE™ LX-Z 系列 EDI 模块(2 台并联,单台产水 1.5m³/h),每台模块包含 100 对阴阳离子交换膜(均相膜材质),填充核级混床树脂(阳树脂:阴树脂 = 1:2),有效膜面积 0.5m²/ 对。运行时直流电压在 0-600V 范围内自动调节(通常运行在 300-450V),电流 5-10A,浓水循环流量为产水量的 20%。
模块产水经在线电阻率仪(带温度补偿,25℃时显示值)实时监测,当电阻率<15MΩ・cm 时自动报警,提示检查进水水质或进行模块清洗。EDI 浓水排放口安装电导率仪,通过调节浓水阀开度控制浓水电导率在 50-100μS/cm,确保模块运行在***佳状态。
(二)免化学再生优势
相较于传统混床,EDI 系统具有显著环保优势:
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零酸碱消耗:无需盐酸、氢氧化钠再生,每年减少约 2000L 化学药剂使用,降低实验室安全风险;
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无废水污染:再生废水为零,仅排放少量浓水(占总进水量的 5%-8%),符合实验室环保要求;
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连续产水:避免传统混床再生期间的断水问题,可 24 小时连续运行,满足不间断实验需求。
(三)EDI 保护系统
进水端安装紫外线杀菌器(254nm,剂量 30mJ/cm²),杀灭可能存在的微生物(去除率≥99.9%),防止树脂被生物污染;同时设置限流阀与压力保护阀,当进水压力>0.5MPa 或流量波动>20% 时,自动切断进水,保护 EDI 模块不受损伤。
四、循环分配与消毒系统:水质稳定性保障
系统采用 “恒压循环 + 双屏障消毒” 设计,确保从 EDI 产水到用水点的全流程水质稳定,避免二次污染。
(一)恒压变频供水
配备卫生级离心泵(316L 不锈钢叶轮,机械密封为 EPDM),采用变频控制技术(0-50Hz),使管网压力稳定在 0.3±0.1bar,满足多楼层(≤3 层)用水点的压力需求。水泵流量 3.5m³/h,确保管道内水流速维持 1.0-1.5m/s(湍流状态),减少微生物附着滋生。
管网采用 316L 不锈钢管道(DN40 主管,DN25 支管),所有焊接点采用全自动轨道焊接(内表面焊缝凸起≤0.5mm,Ra≤0.8μm),盲管长度严格控制≤1.5D(D 为管道直径),符合 ASME BPE 标准。设 6-8 个用水点(配卫生级隔膜阀,无死角设计),每个用水点安装压力表(精度 ±0.01bar),确保供水均匀。
(二)双屏障抑菌技术
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紫外杀菌:在总送管道安装 254nm 紫外杀菌器(功率 30W),剂量 40mJ/cm²,对水流中的微生物(细菌、病毒)杀灭率≥99.99%,运行时实时监测紫外强度(≥80% 初始值),强度不足时自动报警。
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臭氧消毒:配备小型臭氧发生器(产量 5g/h),每周自动进行一次臭氧消毒:将臭氧通入循环系统(浓度 0.1-0.3ppm),维持 1 小时后,通过活性炭过滤器去除残留臭氧(残留量≤0.01ppm),确保用水点无臭氧异味。消毒过程自动记录臭氧浓度曲线与时间,可追溯验证。
(三)储罐与死角控制
采用 1000L 立式储罐(316L 不锈钢),内表面电化学抛光(Ra≤0.6μm),罐底坡度≥2%(锥底设计),确保彻底排空无积水。储罐配备 0.2μm 疏水性空气呼吸器(带加热防冻装置)、旋转喷淋球(CIP 清洗覆盖率 100%)及磁翻板液位计(带远传信号)。
所有阀门采用卫生级隔膜阀(膜片为 EPDM),无阀芯死角;三通接头为斜三通(角度 45°),避免流体滞留;管道***低点设排污阀,每周排空一次,防止沉积物积累。
五、制药实验室专属设计亮点
设备针对制药实验室的特殊需求(空间有限、精度要求高、合规性强),在监测、布局与合规性方面进行专项优化。
(一)水质实时监测系统
构建三级在线监测网络,确保水质全程可控:
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电阻率:采用温度补偿式探头(精度 ±0.1MΩ・cm),安装在 EDI 产水端与总送管道,25℃时显示值≥15MΩ・cm 与≥10MΩ・cm;
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TOC:配备紫外过硫酸盐氧化分析仪(检测限 5ppb),响应时间<3 分钟,实时监测产水 TOC≤200ppb,超标时自动报警并启动循环净化;
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微生物:可选配激光流式细胞仪(检测限 0.1CFU/100ml),无需培养即可快速计数,数据每 30 分钟记录一次,满足实时监控需求。
所有在线仪表均通过计量校准(每年一次),提供校准证书,确保数据准确性。
(二)空间优化与静音设计
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紧凑模块:采用高度集成化设计(RO+EDI 机组一体化撬装),设备总占地面积≤6m²(长 3m× 宽 2m),可安装于实验室角落或专用隔间;
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静音运行:通过隔音罩(RO 泵)+ 减震基座(所有动设备)+ 低噪音风机(散热系统)三重措施,运行噪音≤60dB (A),符合实验室环境要求(≤65dB (A));
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移动监控:支持平板电脑无线连接(WiFi 或蓝牙),可远程查看实时参数、历史曲线与报警记录,兼容实验室 LIMS 系统,实现数据集中管理。
(三)合规性控制体系
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材料追溯:所有与水接触部件(管道、储罐、阀门)均提供 3.1B 材质证书(符合 EN 10204),包含化学成分、热处理记录及表面处理报告;密封件提供 FDA 认证与生物相容性测试报告(USP<88>Class VI)。
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数据完整性:控制系统符合 21 CFR Part 11 规范,具备:
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审计追踪:记录所有操作(参数修改、清洗、消毒)的时间、人员与变更内容,不可删除;
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电子签名:三级权限管理(操作员、工程师、管理员),关键操作需电子签名确认;
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数据存储:原始数据加密存储≥5 年,支持 PDF 格式导出与备份。
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消毒验证:提供完整的消毒效果验证方案,包括:
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臭氧浓度分布测试(9 个监测点,均匀性≥85%);
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微生物挑战性试验(接种 10⁶CFU/ml 枯草芽孢杆菌,杀灭率≥6-log);
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空载 / 负载消毒效果确认,满足 GMP 对消毒程序的验证要求。
六、性能参数与实验室场景应用
设备的性能参数与应用场景紧密匹配,可满足制药实验室各类用水需求,同时具备节能与环保优势。
(一)核心性能指标
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产水能力:常规 2500L/h,峰值 3000L/h(持续 1 小时),符合 ISO 22519 水质系统标准;
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运行能耗:≤3.2kW・h / 吨水,较传统设备(≥5.0kW・h / 吨水)降低 35%,年节电约 1.5 万度;
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微生物控制:常态下≤0.1CFU/100ml,消毒后≤0.01CFU/100ml,满足 USP<1231> 要求;
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系统回收率:≥75%(含浓水循环),每生产 1 吨纯水排放浓水≤0.3 吨,节约水资源。
(二)实验室场景适配性
(三)运行与维护优势