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浅谈SPF级实验动物饮用水制备工艺的分析及选择
信息来源:www.tjrehb.cn    发布时间:2020.07.29

浅谈SPF级实验动物饮用水制备工艺的分析及选择

摘要     

对SPF级动物饮用水的工艺进行分析讨论,以达到满足使用要求、节约工程及运行投资为目的,合理选择工艺流程。

关键词    

SPF动物饮用水、反渗透、多重微孔过滤、

实验动物是生命科学研究的重要支撑条件,药品、生物制品的研究及应用首先要对动物进行安全性试验,这种用于药物的药理、毒理、免疫学实验的动物应是在特殊环境下饲育的。对于生物制品行业而言,实验动物的用途主要用于生产、检定和科学研究,生物制品领域的科学研究中,70%-90%的实验研究都依赖于实验动物。

一、SPF级动物及对环境的要求

SPF级动物(specific pathogen free animal SPF)是指排除普通级、清洁级动物应排除的病原体以外,还应排除动物隐性感染的、干扰动物实验的病原体。SPF级动物的饲育应在屏障环境内。通过屏蔽装置与外界相通,送入的全新风要经过初、中、高三级过滤器过滤,送入的一切物品都要进行严格的消毒后经过特别的传递装置送入,饲育人员的进入也要进行严格的微生物控制,SPF级动物饮用水为灭菌水。

二、实验动物楼动物饮用水系统简介

质监检验检疫总局2001年颁布《实验动物环境及设施》中要求“屏障和隔离环境内饲养的实验动物饮用水须经灭菌处理”,卫生部颁布的《医学实验动物管理实施细则》中要求“屏障系统内动物饮用水为酸化灭菌水”,北京市实验动物管理办公室颁布的《北京市实验动物使用许可证验收规则》中要求“清洁级以上动物饮用灭菌水”。依据上述规定,在实验动物楼工程项目中,我们在对目前应用的SPF级实验动物饮用水制备工艺调研分析基础上,优化选择,并予以工艺完善和实施

实验动物楼工程建筑面积2436 m2, 层数二层,局部三层,主要有用于实验和饲养的SPF级小鼠等动物,动物饮用水系统分为动物饮用水制备单元和管路输配送单元,动物饮用水制备能力为1m3/h, 用水点为三个,分别布置在一层、二层灭后间的灌水台前,动物饮用水由一层水制备间制备后经管路输送至用水点。

三、目前SPF级实验动物饮用水制备的几种工艺流程

目前SPF级实验动物饮用水制备的工艺流程主要有反渗透为主工艺的制备流程和多级微孔过滤膜过滤流程。

(一) 反渗透处理为主工艺的动物饮用水制备流程

1.工艺流程

反渗透产水是高质量纯净的动物饮用水,反渗透装置的脱盐率可稳定在90%以上,能有效地去除细菌等微生物、有机物、以及铁锰硅等无机物。为延长反渗透膜的寿命,在反渗透之前要加强预处理措施,还要对膜进行定期的清洗。目前采用的流程为:


 

源水-活性炭处理器-自动软水器-保安过滤器-高压泵-反渗透装置-UV灭菌器-计量泵加药-

用水点

 

                                            (反渗透浓水排放)

2.各装置简介

(1)活性炭处理器

活性炭吸附能力非常强,有很高的比表面,活性炭表面吸附既有物理吸附,又呈现一定的化学吸附,源水中无论是有机物或无机物均能被活性炭吸附;活性炭处理器为反渗透膜作技术准备,保证余氯<0.1PPm,(反渗透复合膜抗氧化性差,而自由氯是一种强氧化剂,影响膜的寿命)。活性炭吸附饱和后应再生或更换。

(2)自动软水器

水系统中采用的软化器是利用钠型阳离子树脂中有可交换的Na+阳离子,将水中的钙、镁离子交换出来,使源水软化成软化水,这对降低源水中的硬度,防止反渗透膜表面结垢,提高反渗透膜的工作寿命和处理效果意义很大。树脂定期用食盐(NaCl)再生。

(3)保安过滤器

5微米的精密过滤器滤除细小的悬浮物,在水系统中又称保安过滤器,精密过滤通常是原水进入反渗透膜前的zui后一道工艺,作用是防止前一道过滤工序有可能存在泄漏,会将部分固体微粒渗透反渗透膜中,使反渗透膜阻塞。

(4)反渗透装置 

反渗透是工艺的核心单元,反渗透膜可去除水中的菌体、微生物、大于98%的细菌内毒素,大于95%的无机盐和有机物,有效降低TOC(总有机碳),换言之,反渗透膜对水中所有溶质都有很高的脱除作用。反渗透装置对源水的利用率为50-75%,脱盐率大于95%,反渗透系统的控制系统可采用微电脑PLC控制,来实现反渗透膜组件的顺洗、制水、水箱水位控制、药洗、高压泵的高低压保护、过热保护等工艺过程的全自动控制,并带有电导率的随机显示。

(5)在线 UV灭菌器

工作原理是:波长在200-300nm的紫外线有杀菌作用,以波长在254-257nm波段的紫外线杀菌作用强。当水中微生物被紫外线照射时,由于细胞的核酸生物活性因吸收紫外线而可能改变,从而引起菌体内蛋白和酶的合成障碍,导致结构发生变异,功能遭到破坏,致使微生物死亡。紫外线杀菌具有杀菌能力强,速度快,效率高,效果好,对所有菌种都有效,不改变水的物理化学性质,杀菌效率98%以上。

(6)计量泵加药

计量泵加药与系统自动控制连锁,完成计量加药使反渗透无菌水酸化。

(二)多重微孔滤膜过滤工艺

1.工艺流程

源水-20过滤器-5过滤器-0.45过滤器-0.228过滤器-UV灭菌器-免电源定量配比加药混合器-用水点(PH值在线显示)

2.工艺简介

微孔过滤(MF)是以静压差为推动力,利用膜“筛分”作用进行分离的膜过程。在静压差的作用下,小于膜孔的粒子通过滤膜,比膜孔大的粒子被阻截在滤膜面上。此工艺运行的前提条件是原水的管网压力满足使用点压力的要求。

采用20、0.45、0.22过滤精度为过滤工艺,用以滤除源水颗粒直径大于20、5、0.45、0.22以上的微粒。

绝大部分的细菌或细菌尸体的直径都大于0.45,通常在0.5~5之间,因此用微孔孔径0.22微孔滤膜作为终端过滤均可滤除细菌,多重微孔过滤工艺产水满足无菌水的要求。

在线UV灭菌器能够抑制细菌的滋生和繁殖,起到杀菌作用。

免电源定量配比加药混合器采用法国DOSATRON产品,直接在供水管路上安装,在线工作,此装置加药量随着管路的用水点和用水量的不确定性而随时调整加药量,配以在线PH显示仪表,加药剂量总严格与水流的体积成正比,PH值稳定,实现酸化无菌水的制备和输送的安全可靠性。

四、工程投资及运行管理比较

目前SPF级实验动物饮用水制备的工艺流程有反渗透为主工艺的制备流程和多级微孔过滤膜过滤流程。

反渗透产水无疑是高质量的SPF级动物饮用水,但从水的利用效率、能源消耗、运行管理及工程投资方面与多重微孔滤膜过滤工艺比较如下:

SPF级动物饮用水制备工艺比较分析表

分析项目

反渗透主工艺

多重微孔滤膜过滤工艺

源水的利用效率

由于源水回收率限制,源水只有百分之50-百分之75左右被利用

全部

出水水质

纯净无菌水、合格

无菌水、合格

 

运行条件

反渗透装置要在高压下运转,因此必须配制相应的高压泵和高压管路。

须有动力电源及控制电源(380V、220V)

源水管网压力满足即可。

电源220V

能源消耗及

运行成本

1高压泵运行电力能源消耗大。

2反渗透膜化学清洗时耗费大量水。

3活性炭更换、树脂食盐再生、过滤器更换滤芯、反渗透膜化学清洗运行成本高。

过滤器定期更换滤芯,能源消耗及运行成本低

工程投资

高 

(工程投资约是反渗透主工艺的1/5)


结论:在满足SPF级动物饮用水水质要求情况下,从源水的利用效率、运行条件、运行成本、能源消耗、工程投资等方面多重微孔滤膜过滤工艺均优于反渗透工艺。

五、工艺选择及实施运行

在当前提倡建设节约型社会中,我们在工程建设上以满足使用要求,节约运行成本,运行安全可靠、节约工程投资为出发点,坚持继承与创新相结合,传统方式与现代方式相结合、经验与理论相结合,实验动物楼SPF级动物饮用水制备工艺实施上多方调研分析达成共识,选择并完善了多重微孔滤膜过滤工艺。