工藝用水設(shè)備
設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和監(jiān)控化妝品工藝用水
發(fā)布時間：2015-04-20 15:20:00
水是化妝品生產(chǎn)中不可或缺的重要原料。由于檢測的滯后性，要求工藝用水具有高度的可靠性和穩(wěn)定性。加上水非常容易滋生微生物，所以工藝用水的管理在化妝品生產(chǎn)中就尤顯重要。
一．水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
提到工藝用水，首先要從水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說起。“質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來的”這句話用在水系統(tǒng)上是再恰當(dāng)不過了。水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到以下幾個方面：
１．設(shè)計(jì)單位：
首先要選擇有資質(zhì)的和經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)單位，能夠在設(shè)計(jì)階段就考慮到水系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，并能根據(jù)當(dāng)?shù)厮吹奶攸c(diǎn)和企業(yè)工藝的要求設(shè)計(jì)出一套最合理的水系統(tǒng)。有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位還有能力對未來可能發(fā)生的異常問題作出快速準(zhǔn)確的分析和判斷，這點(diǎn)很重要。
２．水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：
根據(jù)《化妝品生產(chǎn)企業(yè)衛(wèi)生規(guī)范》的要求，化妝品生產(chǎn)用水的水質(zhì)至少應(yīng)達(dá)到生活飲用水衛(wèi)生的標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）。這也是工藝用水的最低要求。
需要提及的是，生活飲用水的微生物限度標(biāo)準(zhǔn)與純化水的指標(biāo)一樣，都是<100CFU/ml。但純化水通常是以生活飲用水為水源加以提純，在離子等化學(xué)指標(biāo)上要優(yōu)于飲用水，更適合于化妝品的生產(chǎn)工藝和配方，因此很多企業(yè)都以純化水的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)工藝用水系統(tǒng)。
純化水應(yīng)符合《中國藥典》中的化學(xué)和微生物的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，還應(yīng)增加電導(dǎo)率這個指標(biāo)。目前在中國藥典上尚未列入這個項(xiàng)目，但在《歐洲藥典》和《美國藥典》上，對純水的電導(dǎo)率有明確要求。通常我們建議純水電導(dǎo)率應(yīng)<2.5μS/cm (20℃)。
３．水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1) 制水設(shè)備設(shè)計(jì)：企業(yè)可根據(jù)當(dāng)?shù)厮吹奶攸c(diǎn)來選擇適合的水處理設(shè)備。水的凈化通常分為前處理、脫鹽和后處理三個階段。典型的制水流程為：源水－砂濾－活性碳濾－軟化器－離子交換－反滲透－儲罐－分配管路。企業(yè)也可根據(jù)用水標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)水效率、能耗大小、維護(hù)成本等因素綜合考慮和選擇適合本企業(yè)的制水設(shè)備。
2) 儲罐及分配系統(tǒng)設(shè)計(jì)：儲罐及分配系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有較多的環(huán)節(jié)需要考慮：
Ａ. 首先是材質(zhì)的選擇：推薦使用316或316Ｌ不銹鋼，因它的含碳量較低，耐腐蝕性能優(yōu)越，尤其適用于用熱力消毒的管路。
B. 儲罐：為防止儲罐上部微生物的滋生，儲罐內(nèi)部水的進(jìn)口應(yīng)設(shè)計(jì)為360o旋轉(zhuǎn)式噴淋球；頂部應(yīng)裝有疏水性除菌呼吸器，通常為0.22μm，以阻止空氣中的微生物進(jìn)入儲罐。
C. 水泵：水泵應(yīng)采用衛(wèi)生設(shè)計(jì),即泵采用無油及無其它污染的端面密封方式，該方式不會對水質(zhì)構(gòu)成污染風(fēng)險(xiǎn)。
D. 分配系統(tǒng)：
a) 為了避免微生物的滋生，分配系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為循環(huán)管路，保證管道內(nèi)的水不斷地流動；
b) 管道的安裝需要有一定的坡度，一般為1cm/m，并設(shè)有排放點(diǎn)，以便必要時系統(tǒng)能全部排空；
c) 要控制盲管的長度，通常不大于６倍管內(nèi)徑；
d) 管道應(yīng)采用熱熔式氬弧焊接。焊接需要由有資質(zhì)的人員完成，焊縫需要X光拍片來檢查焊接質(zhì)量。管道的連接也可采用衛(wèi)生夾頭分段連接，兩段連續(xù)的管壁差不大于0.5mm；
e) 所采用的閥門應(yīng)為衛(wèi)生閥門，可用隔膜閥、蝶閥等，應(yīng)避免使用球閥；
f) 管道內(nèi)壁應(yīng)光滑，以減少微生物和雜質(zhì)的滯留。內(nèi)表面粗糙度Ra建議小于0.8μm；
g) 在分配管路上要合理設(shè)置取樣點(diǎn)，確保所取的水樣具有代表性。除各使用點(diǎn)外，通常在儲罐以及循環(huán)管路的總出水口和回水口都要設(shè)置取樣點(diǎn)；
h) 分配系統(tǒng)上如有熱交換器，選型時應(yīng)充分考慮熱交換過程不會因冷卻水滲漏而造成交叉污染。建議采用雙管板式(double tube sheet)換熱器。
4．水系統(tǒng)的消毒：
水系統(tǒng)應(yīng)能定期消毒以控制微生物。消毒方式主要有三類：紫外消毒、化學(xué)消毒和熱力消毒。
◆紫外消毒：它能降低水系統(tǒng)中新菌落的生成速率，然而對于浮游微生物來說,它僅部分有效。紫外消毒的穿透性較差，不能消除已形成的生物膜。且消毒的效果受到流量的大小以及流速快慢的影響。通常需要與熱力消毒法或化學(xué)消毒法配合使用。
◆熱力消毒：最常用的有兩種。一種為巴氏消毒法，即將水溫升高到80~85℃，保溫循環(huán)１~2小時。要注意監(jiān)測回水點(diǎn)的溫度，因?yàn)檫@個點(diǎn)的溫度最低。確保回水點(diǎn)的溫度達(dá)到80℃，則管路全程的溫度都能保證。
另一種為蒸汽消毒法。通常用121℃的飽和蒸汽充滿管路，消毒約30分鐘。蒸汽消毒時注意將各使用點(diǎn)的閥門微開，以保證蒸汽也能消毒到盲管部分。飽和蒸汽消毒不僅能殺滅細(xì)菌，而且也能有效殺滅芽胞。但它對管路的要求比較高，需要用316Ｌ材質(zhì)的不銹鋼，而且管道和儲罐需要耐受一定的壓力。采用飽和蒸汽消毒時，管線上要配備足夠的疏水器，以及時排出冷凝水，避免冷點(diǎn)，提高滅菌效果。
一般情況下，如果巴氏消毒法能解決問題時，就無需使用蒸汽消毒，因?yàn)楹笳叩脑O(shè)備和運(yùn)作成本都比較高。
◆化學(xué)消毒：常用的化學(xué)消毒法有甲醛、氯消毒和氧消毒。甲醛是一種非常有效的消毒劑，但由于它的高致癌性，現(xiàn)在企業(yè)使用的已越來越少。
氯消毒通常選用次氯酸鈉、次氯酸鈣、二氧化氯等。需要注意的是高濃度的氯對不銹鋼管道有一定的腐蝕作用。
氧消毒常用的有雙氧水和臭氧。使用雙氧水的濃度約為3%，管路充滿后消毒30分鐘以上。要注意消毒后管道的沖洗，至出水的電導(dǎo)率等于進(jìn)水電導(dǎo)率。目前使用較多的是臭氧，臭氧具有快速殺菌和滅活病毒的特點(diǎn)，且不會產(chǎn)生有害的殘留物，是無污染消毒劑。但它的半衰期比較短(30~60分鐘)，對于管路較長的系統(tǒng)，要注意管路末端臭氧的濃度，必要時需要在管路中段增補(bǔ)臭氧。
二、水系統(tǒng)的鈍化
水系統(tǒng)在使用前需要鈍化。鈍化的目的是通過氧化反應(yīng)，使管道內(nèi)表面的鐵和其它金屬離子呈化學(xué)惰性；同時在內(nèi)表面形成一層致密的氧化鉻膜，提高不銹鋼的抗腐蝕能力。
鈍化前需要用堿液清洗儲罐和管道，以去處拋光殘留的油脂，否則直接鈍化效果會不好。常用1%濃度的氫氧化鈉溶液在管道內(nèi)循環(huán)30分鐘，之后用水沖洗凈。
堿洗后才能鈍化。鈍化的處理方式有幾種，常用的是純水及化學(xué)純的硝酸配制成8%的酸液，在49~52℃循環(huán)1小時后排放。之后用大量水沖洗，直至出水的pH恢復(fù)到6.5～7.5，且出水電導(dǎo)等于進(jìn)水電導(dǎo)。
三、水系統(tǒng)的驗(yàn)證
水系統(tǒng)在安裝和鈍化結(jié)束后，需要進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證的目的在于考查水系統(tǒng)有能力穩(wěn)定地供應(yīng)規(guī)定數(shù)量和質(zhì)量的合格工藝用水。只有經(jīng)驗(yàn)證的水系統(tǒng)，才能被投入使用。
完整的驗(yàn)證需要做三部分：安裝確認(rèn)IQ (Installation Qualification), 運(yùn)行確認(rèn)OQ (Operation Qualification) 和性能確認(rèn)PQ (Performance Qualification)。
1．安裝確認(rèn)IQ ：設(shè)備、管線安裝后，對照設(shè)計(jì)圖紙和供應(yīng)商提供的技術(shù)資料，查驗(yàn)安裝是否符合設(shè)計(jì)要求和設(shè)備技術(shù)規(guī)格。
安裝確認(rèn)需要涵蓋制水設(shè)備和分配系統(tǒng)。驗(yàn)證的主要內(nèi)容包括：共用設(shè)施的支持是否到位，設(shè)備是否符合技術(shù)規(guī)格，材質(zhì)、管道坡度、焊縫、盲管長度、儲罐及部件等是否符合設(shè)計(jì)要求，儀器儀表是否校驗(yàn)，資料是否齊全等。
2．運(yùn)行確認(rèn)OQ ：是在水處理設(shè)備全部開啟的情況下，檢查設(shè)備的各個功能是否運(yùn)行正常，并測試設(shè)備的參數(shù)。
驗(yàn)證的內(nèi)容包括：設(shè)備/系統(tǒng)各部分的功能；產(chǎn)水量、產(chǎn)水速度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求；閥門、控制裝置是否正常；管道是否泄漏，是否耐壓；指示器、在線測試儀及報(bào)警器是否正常等。
3．性能確認(rèn)PQ ：性能確認(rèn)主要是通過對所有取樣點(diǎn)的水質(zhì)檢驗(yàn)，來確認(rèn)整個水系統(tǒng)的運(yùn)作是否符合設(shè)計(jì)要求，水質(zhì)是否持續(xù)符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
性能確認(rèn)通常分為三個階段。
第一階段通常為２～４周，目的是確定操作參數(shù)范圍，制定SOP。需要對所有的點(diǎn)（制水機(jī)組各個階段、儲罐、總送水口、總回水口、所有使用點(diǎn)等）每天取樣，做化學(xué)與微生物指標(biāo)全項(xiàng)檢驗(yàn)。
第二階段也需要經(jīng)歷２～４周，需要對所有的點(diǎn)每天取樣，但只需檢測關(guān)鍵項(xiàng)目。關(guān)鍵項(xiàng)目應(yīng)包括微生物指標(biāo)和關(guān)鍵化學(xué)指標(biāo)。第二階段的目的是驗(yàn)證所確定的操作參數(shù)的可靠性、一致性。
需要說明的是工藝用水如果通過第一、第二階段的測試，就可以開始用于生產(chǎn)了。
第三階段為監(jiān)測階段，通常需要10～12個月，需要對關(guān)鍵點(diǎn)做關(guān)鍵項(xiàng)目的測試。關(guān)鍵點(diǎn)至少應(yīng)包含儲罐、總送水口、總回水口和所有用水點(diǎn)。取樣頻率為：儲罐、總送水口、總回水口每天取樣，各使用點(diǎn)每周至少輪流取樣一次。第三階段的目的在于考察在全年四季源水水質(zhì)波動及全年操作條件下系統(tǒng)具有可靠性和一致性。
三個階段共計(jì)約一年的時間。通過一年驗(yàn)證的水系統(tǒng)，說明所設(shè)定的操作參數(shù)以及消毒方法、周期等是可行的，且四季源水和環(huán)境的變化不會對水質(zhì)造成影響，水系統(tǒng)的運(yùn)作是穩(wěn)定的。
水系統(tǒng)正常運(yùn)行后，循環(huán)水泵一般不得停止工作。若遇較長時間停機(jī)時，需要重新對水系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。通常在正式生產(chǎn)前需要進(jìn)行2~3周的監(jiān)測。監(jiān)測的的頻率和項(xiàng)目可參照第三階段進(jìn)行。
四、水系統(tǒng)的變更控制
水系統(tǒng)一經(jīng)驗(yàn)證后，原則上不得隨意變更。在某些情況下需要對水系統(tǒng)進(jìn)行變更時，需由工程部門提出變更需求和方案，經(jīng)質(zhì)量部門和使用部門評估和批準(zhǔn)后，方可正式實(shí)施。變更后的水系統(tǒng)需要重新驗(yàn)證（或局部驗(yàn)證），以確認(rèn)變更不會對水質(zhì)造成不良影響。
水系統(tǒng)的變更通常有：新增分配管路、管路改線、管材變化、用水點(diǎn)增刪、取樣點(diǎn)增刪、設(shè)備更換（含閥門，過濾器）、滅菌周期、滅菌方法、預(yù)防維護(hù)計(jì)劃等。
這里需要強(qiáng)調(diào)的是：變更需要受控。
五、工藝用水的日常監(jiān)測
水質(zhì)的日常監(jiān)測分為在線監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測兩種。
在線監(jiān)測的項(xiàng)目主要有：在線電導(dǎo)率(Conductivity)和總有機(jī)碳（TOC）。
在線測試的優(yōu)點(diǎn)是能時時監(jiān)控水質(zhì)，儀器對水質(zhì)的異常波動能及時報(bào)警，有助于迅速采取措施。它的缺點(diǎn)是由于管道內(nèi)的水一直處于流動狀態(tài)，因此測試的數(shù)據(jù)不能做到非常精準(zhǔn)，但誤差通常也在可接受范圍之內(nèi)。化妝品企業(yè)可根據(jù)制造工藝的特點(diǎn)設(shè)置合理的在線監(jiān)測內(nèi)控范圍。
實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)測仍是企業(yè)監(jiān)測水質(zhì)最主要的手段。檢測的頻率可根據(jù)驗(yàn)證的結(jié)果而定，通常不少于每個使用點(diǎn)每周輪流取樣檢測一次。檢測的項(xiàng)目至少應(yīng)包括：pH，電導(dǎo)率和微生物。有些企業(yè)還會檢查水中所含的氯離子濃度或臭氧濃度。
還需要強(qiáng)調(diào)一下微生物測試的方法。雖然在許多規(guī)范上采用的是1ml樣品平皿法測試，但此法由于樣本量過少，往往不能真實(shí)地反映水中微生物的情況。在此我們推薦薄膜過濾法，所測的水樣至少為100ml，經(jīng)0.45μm薄膜過濾后，直接將濾膜進(jìn)行培養(yǎng)。這種方法因樣本量大，其測試結(jié)果會更加真實(shí)和準(zhǔn)確。另，取樣后，應(yīng)盡快完成微生物測試（一般不超過2小時），以免水中微生物繁衍而影響結(jié)果的真實(shí)性。
工藝用水的微生物限度通常為：
警戒水平(Alert Level): 10 CFU/100ml
糾偏限度(Action Level): 100 CFU/ml
警戒水平和糾偏限度可作為水系統(tǒng)的運(yùn)行控制標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)微生物超出警戒水平時，說明水系統(tǒng)有偏離正常運(yùn)行的趨勢，此時需要密切關(guān)注，探求可能的原因，但尚不需要采取措施。如果水質(zhì)超出糾偏限度時，在排除取樣或檢驗(yàn)異常的情況下，說明工藝用水已受到污染。此時如果該樣本所代表的水已被用于化妝品中，應(yīng)及時隔離該批產(chǎn)品，并對其進(jìn)行微生物風(fēng)險(xiǎn)評估。只有充分?jǐn)?shù)據(jù)證實(shí)產(chǎn)品的安全性時，方可對其放行。同時對于受污染的水系統(tǒng)，需要分析和調(diào)查微生物超標(biāo)的原因，并及時采取有效的糾偏措施，以使水系統(tǒng)的運(yùn)行盡快恢復(fù)正常。
工藝用水是化妝品生產(chǎn)中不可缺少的重要原料，也是產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)。隨著化妝品行業(yè)的不斷發(fā)展以及GMP理念的日益深入，工藝用水的質(zhì)量及水系統(tǒng)的管理也受到越來越多企業(yè)的重視，進(jìn)而提高了化妝品的可靠性，保障了消費(fèi)者使用的安全。