整体实验室纯水系统设计的关键事项

[2011/5/5]

　　无论针对一个或者多个实验室的整体纯水系统，还是整幢实验大楼的纯水系统，实验室设计人员和研究人员都应在纯水系统设计之处考虑一系列因素。纯水系统的设计、安装、试车、正常运行无不需要使用纯水的研究人员、建筑师、咨询师、承包商、设备处、仪器生产商之间的精诚合作。

　　首先应考虑的是构成纯水系统的四个子系统中的关键点。为满足今天实验室所使用的高端分析仪器用水需求，一个典型的纯水系统应该包括以下四个部分：

　　1)纯水制备系统

　　2)纯水储存系统

　　3)纯水分配系统

　　4)超纯水系统

　　纯水制备系统

　　纯水制备系统以自来水作为进水，制备足量符合实验室所需特定水质的纯水，是实验室整体纯水系统的起点。实验室每天纯水的用量有可能从几升到几千升不等。在设计之处首先应该考虑的是：确定每个用户和每台仪器每天的用水量和所需纯水的水质，以及用水规律。而后纯水设计部门便可以据此计算出整个实验室每天总的用水量以及高峰用水量。

　　实验室所需的纯水水质也可能各不相同。有可能是常用的二级水(分析级)，也有可能三级水(实验级)或者是满足特殊应用需求的一级水(超纯水)。纯水的制备也可以采用多种纯化技术，例如反渗透、离子交换、连续电去离子技术、蒸馏。许多国际标准组织(ASTM,NCCLS,CAP,USP)所颁布的纯水水质标准和指南将帮助我们确定适当的水质。

　　纯水控制系统对于整个系统的操作、维护以及运行非常重要。因此纯水制备系统的显示面板所显示的信息应该简单明了，同时控制面板的操作也应该简易快捷。同时为了保证纯水制备系统的正常运行和产水水质，不仅要监控产水水质，同时也应该对进水水质进行监控(自来水水质)。最后还应考虑整个纯水制备系统所占用的空间以及系统运行成本。

　　纯水储存系统

　　整体实验室纯水系统设计的第二个任务是精确评估纯水储存系统的储存量，纯水储存系统应该能够平衡纯水制备系统和实验室每天用水总量、高峰用水量之间的关系。每个实验室都有其用水规律，因此纯水储存系统不仅仅应该满足客户每天的用水量，还应满足实验室高峰用水的需求。

　　储存系统在每日高峰用水之间可以起到缓冲的作用，使得纯水制备系统有足够的时间生产出实验室每日所需的纯水。同时纯水储存水箱必须能够保证纯水的水质稳定免受污染。水箱的材料和诸多设计细节都会影响到水箱所存储纯水的水质。这些设计细节包括：封闭式设计、锥形底、呼吸器、呼吸器中滤芯的选择和卫生溢流口。例如，不合适的呼吸器或滤芯会导致空气中的污染物进入水箱，从而降低水箱中纯水的水质。

　　纯水分配系统

　　纯水分配系统的主要目的在于通过分配泵和纯水分配管路将纯水输送到每个用水点。为保证管路中纯水的流速和压力，实验室纯水设计人员应该精确计算管路系统和管路中设备所带来的压力损失，从而选择合适的分配泵。

　　为保证管路中纯水的水质，应该选择合适的管道材料和管道连接方法。同时还应采用循环管路设计和并使用适当的阀门，从而使得管路中纯水能够以适当的流速循环，抑制微生物的滋生并避免发热。

　　纯水分配系统还应该包含附加的设备，在维持纯水水质的同时，对纯水进行进一步纯化，并对管路中水质进行监控。因此可能需要采用管路紫外装置以降低管路纯水的微生物和总有机碳水平，或者采用管路除菌滤芯以降低管路纯水中的微生物含量。

　　纯水分配系统阶段的水质监控是非常重要的。因为管路中的水质才是我们从各个用水点得到的，最后用于实验的纯水的真实水质。因此有必要采用电导率测试仪和总有机碳测试仪对管路中的水质进行实时监控。如果需要对管路中微生物或类毒素进行监控，纯水系统设计之初就应该考虑到卫生采样阀的安装。

　　超纯水系统

　　实验室纯水系统设计者在考虑超纯水系统之初，应明确的超纯水的用途。一般来讲，纯水就已经能够满足大多数实验的用水需求。而超纯水的水质也因应用不同而各异，因此应该根据超纯水的用途和用量确定超纯水的纯化方法和产水量，从而选择合适的超纯水设备。同时也应该考虑到超纯水水质监控所需的电阻率测试仪和总有机碳监控设备。对于超纯水系统还应该考虑的一个重点是超纯水系统安装所需的的空间。应该尽量减少超纯水系统所占实验台的空间。超纯水系统操作维护的简易程度、运行成本也都是需要考虑的问题。

　　综合评估

　　实验室纯水系统设计还应考虑的因素是：纯水系统的供货商是否有能力进行整体纯水系统的设计、工程指导、技术支持、售后服务以及系统的验证校验支持。

　　越来越多的实验室需要遵守FDA和MCA等机构所颁布的GMPs和GLP法规。这些法规的目的在于提高实验室数据的准确性和可靠性。法规同时也规定：应该确保包含纯水系统在内的实验室仪器被正确安装、维护、校验，并且是在预期的状态下运行。因此遵守GMP和GLP法规的实验室必须对纯水系统的进行验证。这就需要纯水系统供货商有经过专业培训的人员，经过校验的仪表能够对实验室纯水系统进行安装验证，操作验证并编写操作验证的文件。

　　因此在选择纯水系统供货商时，就应该对其技术支持和售后服务能力进行评估。一个设计优良的纯水系统，也可能由于不当的安装调试或维护而无法正常运行。

　　实验室设计不仅仅要考虑以上四个主要的部分。同时也应该了解各个部分之间的关系。例如，纯化技术的选择就会对纯水系统本身的产水水质以及超纯水系统的运行成本产生直接的影响。

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