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制藥用水醫(yī)藥純化水系統(tǒng)的消毒和滅菌
閱讀：2066 發(fā)布時(shí)間：2018-4-11
制藥用水醫(yī)藥純化水系統(tǒng)的消毒和滅菌
一、巴斯德消毒
巴斯德滅菌（Pasteurization）是法國(guó)科學(xué)家巴斯德發(fā)明的滅菌法,，因其對(duì)象主要是病源微生物及其他生長(zhǎng)態(tài)菌,，故又稱(chēng)巴氏消毒。巴氏消毒系指將飲料或其他食物（如牛奶或啤酒）加熱到一定溫度并持續(xù)一段時(shí)間,，以殺死可能導(dǎo)致疾病,、變質(zhì)或不需要的發(fā)酵微生物的過(guò)程。它也可指射線殺菌法破壞某種食品（如魚(yú)或蚌肉）內(nèi)的大部分微生物以防止其變質(zhì)的過(guò)程,。對(duì)制藥用水系統(tǒng)而言,，巴氏消毒常指低溫滅菌。
經(jīng)典的巴氏消毒主要使用在食品工業(yè)中對(duì)牛奶進(jìn)行消毒處理,，在殺滅牛奶中的結(jié)核菌的同時(shí),，保留了牛奶中對(duì)人體生長(zhǎng)所需的維生素的蛋白質(zhì)，使牛奶成為安全的營(yíng)養(yǎng)品,，將牛奶進(jìn)行巴氏消毒的程序與一般無(wú)菌產(chǎn)品的滅菌程序相仿,，所不同的是溫度較低，時(shí)間較長(zhǎng),，通常先將牛奶加熱到80℃,，停留一定時(shí)間，進(jìn)行消毒,，完成消毒后,，將其冷卻至常溫即成為消毒牛奶,。所采用的設(shè)備為多效巴氏消毒器，以節(jié)約能源,。在多效消毒器中,，*效是用已消毒好的熱牛奶對(duì)待消毒的冷牛奶通過(guò)熱交換器進(jìn)行預(yù)熱；第二效是將已預(yù)熱待消毒的牛奶加熱至80℃并停留一段時(shí)間,，完成對(duì)牛奶的消毒,；第三效是用水將一效已回收能量的消毒牛奶進(jìn)一步冷卻至常溫，然后出消毒器,。
巴斯德消毒的另一個(gè)經(jīng)常采用的重點(diǎn)部位是使用回路,，即用80℃以上的熱水循環(huán)1-2h，這種方法行之有效,。采用這一消毒手段的純化水系統(tǒng),，其微生物污染水平通常能有效地控制在低于50CFU/ml的水平。由于巴氏消毒能有效地控制系統(tǒng)的內(nèi)源性微生物污染,。一個(gè)前處理能力較好的水系統(tǒng),，細(xì)菌內(nèi)毒素則可控制在5EU/ml的水平,。
二,、臭氧消毒
在水處理系統(tǒng)中，水箱,、交換柱以及各種過(guò)濾器,、膜和管道，均會(huì)不斷的滋生和繁殖細(xì)菌,。消毒殺菌的方法雖然都提供了除去細(xì)菌和微生物的能力,，但這些方法中沒(méi)有哪一種能夠在多級(jí)水處理系統(tǒng)中除去全部細(xì)菌及水溶性的有機(jī)污染。目前在高純水系統(tǒng)中能連續(xù)去除細(xì)菌和病毒的方法是用臭氧,。1905年起,，臭氧就開(kāi)始用于水處理。它較用氯處理水*,，能除去水中的鹵化物,。此方法在國(guó)內(nèi)水系統(tǒng)中的應(yīng)用僅處于起步階段。在國(guó)外,，這種消毒方式已非常普遍,，這是由于臭氧不會(huì)產(chǎn)生有害的殘留物。
使用臭氧消毒并在用水點(diǎn)前安裝紫外燈減少臭氧殘留,，是制藥用水系統(tǒng),、尤其是純化水系統(tǒng)消毒的常用方法之一。
（1）化學(xué)性質(zhì)及功效
臭氧（O3）是氧的同素異形體,，它是一種具有特殊氣味的淡藍(lán)色氣體,。分子結(jié)構(gòu)呈三角形,，鍵角為116°，其密度是氧氣的1.5倍,，在水中的溶解度是氧氣的10倍,。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，它在水中的氧化還原電位為2.07V,，僅次于氟（2.5V）,，其氧化能力高于氯（1.36V）和二氧化氯（1.5V），能破壞分解細(xì)菌的細(xì)胞壁,，很快地?cái)U(kuò)散透進(jìn)細(xì)胞內(nèi),，氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶等，也可以直接與細(xì)菌,、病毒發(fā)生作用,，破壞細(xì)胞、核糖核酸（RNA）,，分解脫氧核糖核酸（DNA）,、RNA、蛋白質(zhì),、脂質(zhì)類(lèi)和多糖等大分子聚合物,，使細(xì)菌的代謝和繁殖過(guò)程遭到破壞。細(xì)菌被臭氧殺死是由細(xì)胞膜的斷裂所致,，這一過(guò)程被稱(chēng)為細(xì)胞消散,，是由于細(xì)胞質(zhì)在水中被粉碎引起的，在消散的條件下細(xì)胞不可能再生,。應(yīng)當(dāng)指出,，與次氯酸類(lèi)消毒劑不同，臭氧的殺菌能力不受PH值變化和氨的影響,，其殺菌能力比氯大600-3000倍,，它的滅菌、消毒作用幾乎是瞬時(shí)發(fā)生的,，在水中臭氧濃度0.3-2mg/L時(shí),，0.5-1min內(nèi)就可以致死細(xì)菌。達(dá)到相同滅菌效果（如使大腸桿菌殺滅率達(dá)99%）所需臭氧水藥劑量?jī)H是氯的0.0048%,。
臭氧對(duì)酵母和寄生生物等也有活性,，例如可以用它去除以下類(lèi)型的微生物和病毒。
?、俨《荆阂呀?jīng)證明臭氧對(duì)病毒具有非常強(qiáng)的殺滅性,，例如Poloi病毒在臭氧濃度為0.05-0.45mg/L時(shí)，2min就會(huì)失去活性,。
?、阪吣遥涸诔粞鯘舛葹?.3mg/L下作用2.4min就被*除掉,。
③孢子：由于孢衣的保護(hù),，它比生長(zhǎng)態(tài)菌的抗臭氧能力高出10-15倍,。
④真菌：白色念珠菌（candida albicans）和青霉屬菌（penicillium）能被殺滅,。
?、菁纳铮郝涎x(chóng)（schistosoma mansoni）在3min后被殺滅。
此外,，臭氧還可以氧化,、分解水中的污染物，在水處理中對(duì)除嗅味,、脫色,、殺菌、去除酚,、氰,、鐵、錳和降低COD,、BOD等都具有顯著的效果,。
應(yīng)當(dāng)注意，雖然臭氧是強(qiáng)氧化劑,，但其氧化能力是有選擇性的,，像乙醇這種易被氧化的物質(zhì)卻不容易和臭氧作用。
（2）臭氧的發(fā)生及常用濃度
臭氧的半衰期僅為30-60min,。由于它不穩(wěn)定、易分解,，無(wú)法作為一般的產(chǎn)品貯存,，因此需在現(xiàn)場(chǎng)制造。用空氣制成臭氧的濃度一般為10-20mg/L,，用氧氣制成臭氧的濃度為20-40mg/L,。含有1%-4%（質(zhì)量比）臭氧的空氣可用于水的消毒處理。
產(chǎn)生臭氧的方法是用干燥空氣或干燥氧氣作原料,，通過(guò)放電法制得,。另一個(gè)生產(chǎn)的臭氧的方法是電解法，將水電解變成氧元素,，然后使其中的自由氧變成臭氧,。
使用電解系統(tǒng)生產(chǎn)臭氧的主要優(yōu)點(diǎn)是：
①?zèng)]有離子污染；
?、诖咎幚淼乃怯脕?lái)產(chǎn)生臭氧的原料,，因此沒(méi)有來(lái)自系統(tǒng)外部的其他污染,；
③臭氧在處理過(guò)程中一生成就被溶解,，即可以用較少的設(shè)備進(jìn)行臭氧處理,。
若在加壓條件下，可生產(chǎn)出較高濃度的臭氧,。
（3）殘留臭氧去除法
經(jīng)臭氧消毒處理過(guò)的水在投入藥品生產(chǎn)前,，應(yīng)當(dāng)將水中殘存（過(guò)剩）的臭氧去除掉，以免影響產(chǎn)品質(zhì)量,。臭氧的殘留量一般應(yīng)控制在低于0.0005-0.5mg/L的水平,。從理論說(shuō)，去除或降低臭氧殘留的方法有活性炭過(guò)濾,、催化轉(zhuǎn)換,、熱破壞、紫外線輻射等,。然而在制藥工藝應(yīng)用zui廣的方法只是以催化分解為基礎(chǔ)的紫外線法,。具體做法是在管道系統(tǒng)中的*個(gè)用水點(diǎn)前安裝一個(gè)紫外殺菌器，當(dāng)開(kāi)始用水或生產(chǎn)前,，先打開(kāi)紫外燈即可,。晚上或周末不生產(chǎn)時(shí)，則可將紫外燈關(guān)閉,。一般消除1mg/L臭氧殘留所需的紫外線照射量為90000μW·s/cm2,。
（4）注意事項(xiàng)
臭氧zui適用于水質(zhì)及用水量比較穩(wěn)定的系統(tǒng)，當(dāng)其發(fā)生變化時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整臭氧的用量,。在實(shí)際生產(chǎn)中,，及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)有一定的困難。
另一個(gè)須考慮的問(wèn)題是水中有機(jī)物的含量,，當(dāng)水的混濁度小于5mg/L時(shí),，對(duì)臭氧消毒滅菌的效果影響極微，混濁度增大,，影響消毒效果,。如果有機(jī)物含量很高時(shí)，臭氧的消耗量將會(huì)升高,，其消毒能力則下降,，因?yàn)槌粞鯇⑹紫认脑谟袡C(jī)物上，而不是殺滅細(xì)菌方面,。因此,，國(guó)外制藥業(yè)在制藥用水系統(tǒng)中增加了總機(jī)碳（TOC）的監(jiān)控項(xiàng)目。但糟糕的是,，在受到嚴(yán)重有機(jī)物污染的進(jìn)水中用臭氧處理后,，大的有機(jī)物分子會(huì)破裂成微生物新陳代謝的營(yíng)養(yǎng)源,，因此，在沒(méi)有維持管網(wǎng)臭氧濃度的情況下,，反會(huì)使得粘泥增多,，進(jìn)而使水質(zhì)惡化。
在許多方面,，作為消毒劑的臭氧和氯氣,，它們的優(yōu)點(diǎn)是互補(bǔ)的。臭氧具有快速殺菌和滅活病毒的作用,，對(duì)于除嗅,、味和色度，一般都有好的效果,。氯氣則具有持久,、靈活、可控制的殺菌作用,，在管網(wǎng)系統(tǒng)中可連續(xù)使用,。所以臭氧和氯氣結(jié)合起來(lái)使用，看來(lái)是水系統(tǒng)消毒zui為理想的方式,。
三,、 紫外線消毒
（1）紫外線殺菌的機(jī)理及規(guī)則：
紫外線殺菌的原理較為復(fù)雜，一般認(rèn)為它與對(duì)生物體內(nèi)代謝,、遺傳,、變異等現(xiàn)象起著決定性作用的核酸相關(guān)。微生物病毒,、噬菌體內(nèi)都含有RNA和DNA,，而RNA和DNA的共同特點(diǎn)是具有由磷酸二酯按照嘌呤與嘧啶堿基配對(duì)的原則相連的多核苷酸鏈，它對(duì)紫外光具有強(qiáng)烈的吸收作用并在260nm有zui大值吸收,。在紫外光作用下,，核酸的功能團(tuán)發(fā)生變化，出現(xiàn)紫外損傷,，當(dāng)核酸吸收的能量達(dá)到細(xì)菌致死量而紫外光的照射又能保持一定時(shí)間時(shí)，細(xì)菌便大量死亡,。
波長(zhǎng)在200-300nm之間的紫外線有滅菌作用,，其滅菌效果因波長(zhǎng)而異，其中以254-257nm波段滅菌效果,。這是因?yàn)榧?xì)菌中的脫氧核糖核酸（DNA）核蛋白的紫外吸收峰值正好在254-257nm之間,。如將該波段紫外線的滅菌能力定為100%，再同其他波長(zhǎng)紫外線的滅菌能力作比較,。由表可以看出,，超過(guò)或低于254-257nm的紫外線,，隨波長(zhǎng)的增加或減少，滅菌效果均急劇下降,。
紫外線的滅菌效果同紫外線的照射量不成線性關(guān)系,，即被殺死細(xì)菌的百分?jǐn)?shù)并不是與照射劑量成正比的（紫外線照射量等于紫外線的輻照度值乘以時(shí)間）。只有在照射量很低而細(xì)菌數(shù)目又很多的時(shí)候,，紫外線照射量才同細(xì)菌的死亡率呈線性關(guān)系,。當(dāng)紫外線照射量加大后，每單位劑量的紫外線的增量,，并不殺死一定數(shù)目的細(xì)菌,，而是殺死當(dāng)時(shí)還活著的細(xì)菌中間某一特定百分?jǐn)?shù)的細(xì)菌。從這個(gè)意義上看,，在紫外線殺菌過(guò)程中,，微生物的死亡也遵循濕熱滅菌的對(duì)數(shù)規(guī)則（參見(jiàn)中國(guó)藥典附則）。
（2）紫外線殺菌裝置
紫外線殺菌裝置結(jié)構(gòu),，由外殼,、低壓汞燈、石英套管及電氣設(shè)施等組成,。外殼由鋁鎂合金或不銹鋼等材料制成,，以不銹鋼制品為好。其殼筒內(nèi)壁要求有很高的光潔度,，要求其對(duì)紫外線的反射率達(dá)85%左右,。
紫外線殺菌燈為高強(qiáng)度低壓汞燈，可放射出波長(zhǎng)為253.7nm的紫外線,，這種紫外線的輻射能量占燈管總輻射能量的80%以上,，為保證殺菌效果，要求其紫外線照射量大于3000μW·s/cm2,，燈管壽命一般不短于7000h,。
紫外燈的燈管是石英套管，這是由于石英的污染系數(shù)小,，耐高溫,，且石英套管對(duì)253.7nm的紫外線的透過(guò)率高達(dá)90%以上，但石英價(jià)格較貴,，質(zhì)脆,、易破碎。
紫外線殺菌裝置的電氣設(shè)施包括電源顯示,、電壓指示,、燈管顯示、事故報(bào)警、石英計(jì)時(shí)器及開(kāi)關(guān)等,。經(jīng)驗(yàn)表明,，使用紫外線滅菌時(shí)，由于長(zhǎng)期使用紫外線,，有可能使殺菌裝置或其附近的非金屬材料老化,，使之降解，導(dǎo)致電阻率的改變,。因此,，對(duì)紫外殺菌器的質(zhì)量要求主要有兩點(diǎn)：一是高的殺滅率，一般要求大于99.9%,；二是當(dāng)純水或高純變化的水通過(guò)該裝置后,，電阻率降低值不得超過(guò)0.5MΩ· CM（25℃）。
（3）紫外消毒的影響因素和注意事項(xiàng)
紫外線的強(qiáng)度,、紫外線光譜波長(zhǎng)和照射時(shí)間是紫外光線殺菌效果的決定因素,。由于波長(zhǎng)為253.7nm的紫外光線殺菌能力zui強(qiáng)，因此要求用于殺菌的紫外線燈的輻射光譜能量集中在253.7nm左右,，以取得*殺菌效果,。
①安裝位置 紫外線殺菌器的安裝位置一般離使用點(diǎn)越近越好，但也應(yīng)留有從一端裝進(jìn)或抽出石英套管和更換燈管的操作空間,。由于被殺死的細(xì)菌尸體污染純水,，因此要在紫外殺菌器后面安裝過(guò)濾器，一般要求濾膜孔徑≤0.45μm,。
②流量 當(dāng)紫外殺菌器功率不變,、水中微生物污染波動(dòng)較小時(shí)，流量對(duì)殺菌效果有顯著的影響,，流量越大,、流速越快，被紫外線照射的時(shí)間就越短,；細(xì)菌被照射的時(shí)間縮短,，被殺菌的概率也因而下降。如流量不變,，源水中微生物污染水平高時(shí),，污染菌除去率也高，但出水中菌檢合格率可能下降,。
③水的物理化學(xué)性質(zhì) 水的色度,、濁度、總鐵含量對(duì)紫外光都有不同程度的吸收,，其結(jié)果是降低殺菌效果。色度對(duì)紫外線透過(guò)率影響zui大,，濁度次之,，鐵離子也有一定影響,。紫外線殺菌器對(duì)水質(zhì)的要求一般為：色度<15，濁度<5,，總鐵含量<0.3mg/L,，細(xì)菌含量≤900個(gè)/ml。盡管中國(guó)藥典收載的純化水標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有微生物污染控制的項(xiàng)目和限度,，但一般地說(shuō),，上述條件均能滿足。水的吸收系數(shù)越高,，輻射強(qiáng)度就越弱,，殺菌能力降低；由于光不能透過(guò)固體物質(zhì),，故水中懸浮顆粒會(huì)降低紫外線的殺菌效率,；水中鈣鎂離子對(duì)紫外線吸收很小，因此紫外燈滅菌特別適用于純化水系統(tǒng),。
④燈管功率 燈管實(shí)際點(diǎn)燃功率對(duì)殺菌效率影響很大,。隨著燈點(diǎn)燃時(shí)間的增加，燈的輻射能量隨之降低,，殺菌效果亦下降,。試驗(yàn)證明，1000W的紫外線燈點(diǎn)燃1000h后,，其輻射能量將降低40%左右,。此外，還應(yīng)注意保持穩(wěn)定的供電電壓,，以保證獲得所需要的紫外線能量,。
如上所述，隨著時(shí)間的推移,，紫外燈的功率會(huì)逐漸減弱,，一般低于原功率的70%即應(yīng)更換。現(xiàn)國(guó)外使用的紫外燈均帶功率顯示器,，不需要人工對(duì)使用時(shí)間進(jìn)行累計(jì)和計(jì)算,。當(dāng)使用不帶功率顯示器紫外燈時(shí)，應(yīng)以適當(dāng)方式記錄紫外燈的累計(jì)工作時(shí)間,，以防止燈管超過(guò)使用期而影響制藥用水系統(tǒng)的正常運(yùn)行,。
⑤燈管周?chē)慕橘|(zhì)溫度 紫外線燈管輻射光譜能量與燈管管壁的溫度有關(guān)。當(dāng)燈管周?chē)慕橘|(zhì)溫度很低時(shí),，輻射能量降低,，影響殺菌效果。當(dāng)燈管直接與低溫的水接觸時(shí)，殺菌效果很差,。若燈管周?chē)慕橘|(zhì)溫度接近0℃時(shí),，紫外線燈則難以起動(dòng)并進(jìn)入正常殺菌狀態(tài)。若以燈管表面溫度40℃時(shí)的殺菌效率定為100%,，32℃及52℃時(shí)的效率則只有85%左右,，所以通常將紫外燈管安置在一個(gè)開(kāi)口的石英套管內(nèi)，以便使燈管與套管之間形成環(huán)狀空氣夾層,，這樣,，既可及時(shí)散發(fā)掉燈管本身的熱量，又可避免低溫水對(duì)紫外燈管發(fā)光功能的影響,，并使其周?chē)臏囟缺３衷?5-35℃左右的*運(yùn)行狀態(tài),。
⑥石英套管 石英套管的質(zhì)量和壁厚與紫外線的透過(guò)率有關(guān)，石英材料的純度高,，透過(guò)紫外線的性能好,。使用過(guò)程中應(yīng)定期將套管抽出，用無(wú)水乙醇擦拭,，以保持石英套管清潔狀態(tài),。通常，清潔頻率為每年至少1次,。
紫外線殺菌燈長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行,，在進(jìn)行殺菌前，應(yīng)預(yù)熱10-30min,。應(yīng)盡量減少燈的啟閉次數(shù),，燈每開(kāi)關(guān)1次，將減少3h的使用壽命,。另外要求網(wǎng)路電壓穩(wěn)定,，波動(dòng)范圍不得超過(guò)額定電壓的5%，否則應(yīng)安裝穩(wěn)壓器,。
應(yīng)當(dāng)注意,，水層的厚度同紫外線殺菌效果有很大關(guān)系。例如,，對(duì)于水流速度不超過(guò)250L/h的管路,，以30W的低壓汞燈對(duì)1cm厚的水層滅菌時(shí)，滅菌效率可達(dá)90%,；對(duì)2cm厚的水層的滅菌效率在73%,；對(duì)3cm厚的水層滅菌效率為56%；對(duì)4cm厚的水層則下降到40%,。因此,，在上述流速條件下,，紫外線有效滅菌水層厚度不超過(guò)2.2cm。如果水中含有芽胞細(xì)菌,，水層厚度應(yīng)減少至1.4cm,，水的流速減少至90L/h。如果水中含有泥砂污物,，則有效水層厚度還應(yīng)下降，水流速度亦減小,。否則就達(dá)不到預(yù)期的滅菌效果,。