Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp “Nghiên cứu hoàn chỉnh mô hình công nghệ xử lý nước cấp cho các nhà máy sản xuất dược phẩm theo tiêu chuẩn GMP - WHO” được sinh viên Lê Anh Phi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Lê Đức Trung tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh (năm 2011).

Về bối cảnh thực tiễn, nước là nguyên liệu ban đầu được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp dược phẩm, có mặt trong hầu hết các công thức thuốc và mọi dạng bào chế. Khác với các nguyên liệu hóa dược thông thường, nước là nguyên liệu bắt buộc phải được nhà sản xuất tự xử lý và kiểm soát chất lượng tại chỗ trước khi đưa vào dây chuyền sản xuất. Do chất lượng nguồn nước cấp đầu vào có thể biến đổi đột ngột theo thời tiết và địa bàn, các hệ thống xử lý nước đòi hỏi chế độ quản lý nghiêm ngặt. Tại Việt Nam, nhiều nhà máy dược phẩm (cả cơ sở mới thành lập lẫn đơn vị có bề dày hoạt động) vẫn gặp phải các sự cố nghiêm trọng như thuốc bị nhiễm khuẩn hoặc không đạt tiêu chuẩn hóa lý, dẫn đến việc phải tiêu hủy toàn bộ lô sản phẩm với chi phí tổn thất rất lớn. Vì nước tiếp xúc trực tiếp từ khâu súc rửa chai, lọ, ống tiêm cho đến công đoạn pha chế thành phẩm, việc nghiên cứu một dây chuyền công nghệ xử lý nước vận hành ổn định, đáp ứng tiêu chuẩn Thực hành sản xuất tốt (GMP) theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) là yêu cầu cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm hai nội dung chính:

  1. Hoàn chỉnh mô hình công nghệ xử lý nước cấp cho các nhà máy sản xuất dược phẩm theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (GMP - WHO).
  2. Đưa ra một số vấn đề thường gặp trong thực tế vận hành có thể làm mất đi tính ổn định của hệ thống, ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước sau xử lý, đồng thời đề xuất các giải pháp khắc phục tương ứng.

Nhiệm vụ nghiên cứu: Bám sát tình hình vận hành thực tế tại các nhà máy sản xuất dược phẩm, phân tích dây chuyền công nghệ xử lý nước cấp để hoàn thành các mục tiêu kỹ thuật đề ra.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Dây chuyền công nghệ xử lý nước, các thiết bị kỹ thuật, quy trình vận hành và hệ thống hồ sơ quản trị chất lượng nước cấp (bao gồm nước sinh hoạt, nước khử khoáng, nước tinh khiết và nước cất).
  • Phạm vi không gian: Khảo sát chất lượng nước nguồn tại Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, TP.HCM và nghiên cứu dây chuyền vận hành tại các nhà máy sản xuất dược phẩm tại Việt Nam.
  • Phạm vi thời gian: Thu thập dữ liệu chất lượng nước nguồn vào đầu năm 2011; theo dõi và đo đạc thông số vận hành thực tế qua các đợt khảo sát vào tháng 3/2011 và tháng 7/2011.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết, tiêu chuẩn và văn bản pháp luật áp dụng trong nghiên cứu:

  • Tiêu chuẩn nước sinh hoạt: Ban hành kèm theo Quyết định số 1329/2002/BYT/QĐ ngày 18/4/2002 của Bộ trưởng Bộ Y tế, quy định 32 chỉ tiêu cảm quan, thành phần vô cơ và chế độ giám sát A, B, C dựa trên các phương pháp thử TCVN, ISO, AOAC và SMEWW.
  • Quy chuẩn chất lượng nước ngành dược: Dược điển Việt Nam IV (DĐVN IV) quy định các chỉ tiêu kỹ thuật, giới hạn chấp nhận và phương pháp thử cho nước tinh khiết, nước cất và nước để pha thuốc tiêm.
  • Khuyến cáo Thực hành sản xuất tốt (GMP) của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đối với hệ thống nước dùng trong ngành dược phẩm, bao gồm các tiêu chuẩn kỹ thuật về cơ khí vi sinh, vật liệu chế tạo, nguyên tắc tuần hoàn và hồ sơ kiểm soát.
  • Lý thuyết về các công nghệ phân tách: Cơ chế lọc chặn cơ học (lọc thô, lọc tinh 5 µm và 0,2 µm), hấp phụ carbon hoạt tính, trao đổi ion làm mềm nước, thẩm thấu ngược (RO), khử ion bằng điện (EDI), và tiệt trùng vi sinh bằng bức xạ tia cực tím (UV).

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Tổng hợp cơ sở lý thuyết chuyên ngành, tiêu chuẩn DĐVN IV, tài liệu GMP-WHO và thông số kỹ thuật từ các tài liệu chuyên môn, internet và các đơn vị tư vấn thiết kế hệ thống xử lý nước tinh khiết.
  • Phương pháp khảo sát và đúc kết kinh nghiệm thực tế: Vận dụng kỹ năng, kinh nghiệm làm việc trực tiếp tại dây chuyền xử lý nước và bộ phận quản lý chất lượng ở các nhà máy dược để nhận diện lỗi kỹ thuật và sự cố thường gặp.
  • Phương pháp thực nghiệm đo đạc và so sánh: Theo dõi thông số độ dẫn điện (µS/cm) trước và sau cột hạt nhựa hỗn hợp (Mixbed), đồng thời ghi nhận tần suất hoàn nguyên/tái sinh hạt nhựa trên hai dây chuyền xử lý thực tế: dây chuyền nghịch (Trao đổi ion - RO) vào tháng 3/2011 và dây chuyền thuận (RO - Trao đổi ion) vào tháng 7/2011.

Nguồn dữ liệu sử dụng:

  • Kết quả kiểm nghiệm mẫu nước nguồn tại Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, TP.HCM đầu năm 2011.
  • Dữ liệu nhật ký vận hành, bảng theo dõi áp suất, lưu lượng và độ dẫn điện thực tế tại trạm xử lý nước nhà máy dược.
  • Các bảng chỉ tiêu quy chuẩn trích lục từ Quyết định 1329/2002/BYT/QĐ và Dược điển Việt Nam IV.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về xử lý nước cấp trong ngành dược

Chương 1 hệ thống hóa cách phân loại nước, các bộ tiêu chuẩn kiểm nghiệm và quy chuẩn thiết kế cơ khí vi sinh theo tiêu chuẩn GMP - WHO:

  1. Phân loại nước dùng trong nhà máy dược phẩm gồm 4 nhóm chính:
    • Nước sinh hoạt: Nước thủy cục thành phố hoặc tương đương, cấp cho sinh hoạt, vệ sinh ngoài khu vực sản xuất.
    • Nước khử khoáng: Nước sinh hoạt đã làm mềm và loại bớt ion tạp chất; sử dụng cho lò hơi, nồi hấp tiệt trùng thuốc tiêm - nhỏ mắt, tháp giải nhiệt máy lạnh trung tâm, súc rửa bao bì ban đầu và vệ sinh thiết bị khu vực thuốc viên, cốm, bột.
    • Nước tinh khiết: Nước làm tinh khiết từ nước uống được bằng phương pháp cất, trao đổi ion hoặc phương pháp thích hợp khác; dùng pha chế các chế phẩm không yêu cầu vô khuẩn, rửa dụng cụ kiểm tra chất lượng (QC), súc ống tiêm lần 2.
    • Nước cất: Điều chế từ nước uống được hoặc nước tinh khiết bằng phương pháp cất; dùng pha chế thuốc tiêm, thuốc nhỏ mắt, tráng rửa dụng cụ sạch. Riêng nước để pha thuốc tiêm yêu cầu kiểm soát giới hạn hành động dưới 10 vi khuẩn hiếu khí/100 ml (phương pháp màng lọc, ủ ấm 30°C trong 5 ngày) và nội độc tố vi khuẩn không quá 0,25 EU/ml.
Chỉ tiêu kiểm tra Giới hạn nước tinh khiết (DĐVN IV) Giới hạn nước cất (DĐVN IV)
Hình thức Chất lỏng trong, không màu, không mùi, không vị Chất lỏng trong, không màu, không mùi, không vị
pH 5,0 đến 7,0 5,0 đến 7,0
Amoni Không quá 0,2 ppm Không quá 0,2 ppm
Clorid, Nitrat, Sulfat Đạt theo tiêu chuẩn quy định (Nitrat $\le$ 0,2 ppm) Đạt theo tiêu chuẩn quy định (Nitrat $\le$ 0,2 ppm)
Calci và Magnesi Đạt theo tiêu chuẩn quy định Đạt theo tiêu chuẩn quy định
Kim loại nặng Không quá 0,1 ppm Không quá 0,1 ppm
Cắn sau bay hơi Không quá 0,001% Không quá 0,001%
Độ nhiễm khuẩn Không quá $10^2$ vi khuẩn/ml Không quá 10 vi khuẩn/100 ml
Nội độc tố vi khuẩn Không quy định cụ thể ở mục này Không được nhiều hơn 0,25 EU/ml
  1. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống thiết bị theo tiêu chuẩn GMP - WHO:
    • Vật liệu chế tạo: Từ bồn chứa nước thành phẩm đến các điểm sử dụng trong xưởng sản xuất, toàn bộ bề mặt tiếp xúc trực tiếp với nước (bồn chứa, thân bơm, cánh bơm, vỏ lọc, đường ống, co nối, van, vòi lấy mẫu) bắt buộc phải làm bằng thép không gỉ Inox SS316 hoặc SS316L.
    • Cấu tạo bồn chứa: Mặt trong láng bóng, nắp đậy kín, trang bị lọc khí cỡ 0,22 µm trên nắp và đèn UV tiệt trùng không khí. Cảm biến báo mức phải sử dụng bộ công tắc áp suất, không dùng phao điện hoặc thanh điện cực inox do phụ thuộc độ dẫn điện kém của nước tinh khiết. Bồn chứa nước cất phải gắn thêm van cấp khí sạch khi xả đáy để ngăn không khí nhiễm bẩn bên ngoài xâm nhập.
    • Đường ống, phụ kiện và mối nối: Đường ống phân phối Inox SS316L phải thiết kế độ dốc tối thiểu 1%. Mối nối tại các điểm lấy nước dùng bộ clamp tháo ráp nhanh. Toàn bộ van trên hệ thống phân phối phải dùng van cánh bướm vi sinh; tuyệt đối cấm dùng van bi hoặc van cầu vì có khoang rỗng gây ứ đọng nước và sinh vi khuẩn.
    • Khoảng chết vi sinh: Tại các nhánh chữ T lắp van, chiều dài đoạn ống đọng nước $a$ phải thỏa mãn điều kiện $a < 1,5d$ ($d$ là đường kính ống).
    • Chất lượng mối hàn: Sử dụng công nghệ hàn TIG, hàn argon hoặc máy hàn tự động, bề mặt mối hàn phẳng, không rỗ tổ ong và phải qua kiểm tra khuyết tật bằng phương pháp siêu âm.
    • Chế độ lưu thông: Nước tinh khiết phải được bơm tuần hoàn liên tục 24/24 giờ. Nước cất không bắt buộc bơm tuần hoàn nhưng phải sử dụng hết trong vòng 24 giờ (sau 24 giờ phải xả bỏ toàn bộ); trường hợp lưu trữ tái sử dụng thì bắt buộc bơm tuần hoàn liên tục kết hợp thiết bị gia nhiệt duy trì nhiệt độ bồn tối thiểu từ 75°C đến 80°C.
    • Quản lý vận hành và nhân sự: Thiết bị dán nhãn, đường ống có mũi tên chỉ chiều dòng chảy, van đánh số thứ tự; có bảng hướng dẫn vận hành, nhật ký ghi chép, hệ thống quy trình thao tác chuẩn (SOP) và hồ sơ thẩm định. Nhân viên vận hành có học vấn tối thiểu lớp 12 và được đào tạo định kỳ hàng năm về nguyên tắc GMP.

Chương 2: Dây chuyền, công nghệ xử lý nước

Chương 2 tập trung khảo sát dữ liệu chất lượng nước nguồn, phân tích cân bằng nhu cầu sử dụng nước và so sánh các sơ đồ công nghệ xử lý:

  1. Thông số chất lượng nước nguồn đầu vào: Khảo sát mẫu nước nguồn tại Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, TP.HCM (đầu năm 2011) ghi nhận: pH đạt 6,3; độ đục < 1 NTU; tổng chất rắn (TS) 52 mg/l; tổng chất rắn hòa tan (TDS) 52 mg/l; độ cứng tổng (theo $\text{CaCO}_3$) 19,57 mg/l; độ cứng calci 7,21 mg/l; độ kiềm tổng 14 mg/l; silica dạng keo < 1 mg/l; silica phản ứng 12,1 mg/l; carbon hữu cơ tổng số (TOC) < 5 mg/l. Nước nguồn đạt quy chuẩn sinh hoạt nhưng cần xử lý sâu về độ dẫn điện và vi sinh.

  2. Cân bằng vật chất và lưu lượng sử dụng nước trong nhà máy: Tổng lượng nước cấp thủy cục vào nhà máy là 120 $\text{m}^3$/ngày; tổng lượng nước thải xả vào hệ thống thu gom xử lý nước thải là 101 $\text{m}^3$/ngày, tương ứng tỷ lệ thải bỏ 84,17%. Cơ cấu phân bổ dòng nước gồm:

  • Hệ thống xử lý nước tinh khiết và nước cất: Nhận 54 $\text{m}^3$/ngày (chế độ 3 $\text{m}^3$/giờ $\times$ 18 giờ), tạo ra 13 $\text{m}^3$/ngày nước thành phẩm và thải bỏ 41 $\text{m}^3$/ngày.
  • Hệ thống phụ trợ (tháp giải nhiệt, máy lạnh trung tâm): Tiêu thụ 36 $\text{m}^3$/ngày (4 $\text{m}^3$/giờ $\times$ 9 giờ), xả thải toàn bộ 36 $\text{m}^3$/ngày.
  • Phân xưởng thuốc tiêm - nhỏ mắt: Sử dụng từ nguồn nước thành phẩm.
  • Phân xưởng thuốc viên - cốm - bột: Sử dụng 20 $\text{m}^3$/ngày và thải bỏ 20 $\text{m}^3$/ngày.
  • Khu vệ sinh: Sử dụng 4 $\text{m}^3$/ngày, thải bỏ 4 $\text{m}^3$/ngày.
  • Nước tưới cây: Tiêu thụ 5 $\text{m}^3$/ngày (thấm vào đất và bay hơi).
  • Thất thoát tự nhiên: 1 $\text{m}^3$/ngày.
  1. So sánh các mô hình công nghệ xử lý:
  • Dây chuyền thuận (RO – Trao đổi ion): Nước nguồn $\rightarrow$ Lọc thô $\rightarrow$ Khử mùi (than hoạt tính) $\rightarrow$ Lọc tinh 5 µm $\rightarrow$ Cột làm mềm $\rightarrow$ Bồn chứa 1 $\rightarrow$ Máy RO $\rightarrow$ Bồn chứa 2 $\rightarrow$ Cation $\rightarrow$ Anion $\rightarrow$ Mixbed $\rightarrow$ Lọc tinh 0,2 µm $\rightarrow$ Đèn UV $\rightarrow$ Bồn chứa thành phẩm $\rightarrow$ Bơm tuần hoàn qua lọc 0,2 µm và UV đến điểm dùng. Màng RO loại bỏ phần lớn ion giúp giảm tải cho cột trao đổi ion, kéo dài chu kỳ tái sinh hạt nhựa lên trên 1 tháng, giảm tiêu hao hóa chất và nhân công, chất lượng nước rất ổn định. Nhược điểm là phát sinh thêm cột làm mềm bảo vệ màng RO và thêm bồn trung gian.
  • Dây chuyền nghịch (Trao đổi ion – RO): Nước đi qua cụm hạt nhựa Cation, Anion, Mixbed trước rồi mới vào máy RO. Ưu điểm là quy trình ít bồn chứa, màng RO bền hơn do nước vào đã khử khoáng. Tuy nhiên, hạt nhựa tiếp xúc trực tiếp với nước nguồn có độ cứng cao nên bão hòa cực nhanh, phải hoàn nguyên hàng tuần, tốn kém hóa chất, chất lượng nước không ổn định và làm gián đoạn sản xuất.
  • Dây chuyền RO – EDI: Thay thế cụm hạt nhựa truyền thống bằng thiết bị khử ion bằng điện (EDI) hoạt động ở điện thế đến 600 V và dòng điện khoảng 1,5 A. Thiết bị tích hợp nhỏ gọn, hoạt động liên tục không dùng hóa chất tái sinh, kết hợp màng siêu lọc UF hoặc lọc vi sinh MF và đèn UV phía sau. Nhược điểm là chi phí đầu tư ban đầu cao và quy trình bảo trì đòi hỏi kỹ thuật phức tạp.
  • Phổ kích thước phân tách của màng: Màng RO (0,0001 µm) loại bỏ hầu hết ion hòa tan, muối và chất hữu cơ; màng NF (0,001 µm) loại muối đa hóa trị; màng UF (0,01 µm) loại keo và virus; màng MF (0,1 µm) loại hạt lơ lửng và vi khuẩn.
  1. Mô hình công nghệ xử lý kết hợp hoàn chỉnh: Tác giả đề xuất sơ đồ tích hợp đa cấp phục vụ toàn diện nhà máy: Nước nguồn qua lọc thô, khử mùi than hoạt tính, lọc 5 µm, qua cột làm mềm vào bồn 1 (trích cấp cho lò hơi, nồi hấp, tháp giải nhiệt). Nước từ bồn 1 qua máy RO1 vào bồn 2 (trích qua lọc 0,2 µm súc rửa ngoài bao bì). Nước từ bồn 2 được bơm qua thiết bị EDI (hoặc cụm Cation - Anion - Mixbed), qua khối xử lý vi sinh (RO2/UF/MF/UV) vào bồn chứa nước tinh khiết (cấp cho pha chế thuốc viên, súc rửa ống tiêm lần 2). Từ bồn tinh khiết, nước được bơm qua lọc 0,2 µm vào máy cất nước để tạo nước cất trữ tại bồn riêng biệt (cấp cho pha chế thuốc tiêm, nhỏ mắt và tráng dụng cụ sạch).

Chương 3: Hồ sơ nước và một số phương pháp phân tích các chỉ tiêu về chất lượng nước theo Dược điển Việt Nam IV

Chương 3 thiết lập quy trình quản lý chất lượng và hệ thống tài liệu thẩm định:

  1. Bốn giai đoạn thẩm định hệ thống nước:

    • Thẩm định thiết kế (DQ): Thiết lập bằng chứng bằng văn bản xác minh thiết kế hệ thống, máy móc phù hợp với mục đích sử dụng dự kiến.
    • Thẩm định lắp đặt (IQ): Xác minh hệ thống, đường ống và thiết bị lắp đặt đúng với hồ sơ thiết kế đã duyệt và khuyến cáo của nhà sản xuất.
    • Thẩm định vận hành (OQ): Xác minh hệ thống và thiết bị sau lắp đặt hoạt động ổn định trong các dải thông số kỹ thuật vận hành quy định.
    • Thẩm định hiệu năng (PQ): Xác minh toàn bộ hệ thống khi liên kết hoạt động có khả năng sản xuất nước đạt tiêu chuẩn chất lượng lặp lại và liên tục theo thời gian.
    • Các hình thức thẩm định bổ trợ: Thẩm định tiên lượng, thẩm định hồi cứu và thẩm định đồng thời.

  2. Bộ biểu mẫu vận hành và bảo dưỡng:

    • Bảng tiêu chuẩn vận hành: Treo tại phòng điều khiển, quy định dải áp suất, lưu lượng, độ dẫn điện và pH chuẩn cho từng đồng hồ đo (ví dụ: độ dẫn điện sau Mixbed $\le 2$ µS/cm; áp suất máy RO trước màng 500 - 900 kPa, xả muối 450 - 700 kPa; lưu lượng sau RO 25 - 35 LPM; áp suất qua lọc thô và lọc 5 µm từ 0,5 - 4 $\text{kg/cm}^2$).
    • Nhật ký vận hành hệ thống: Biểu mẫu ghi chép thông số kỹ thuật từng ca làm việc để kịp thời phát hiện biến động bất thường.
    • Hồ sơ bảo dưỡng - hiệu chuẩn: Phiếu kết quả hiệu chuẩn thiết bị đo (bảng 3.3), Phiếu theo dõi bảo trì/sửa chữa (bảng 3.4), Nhật ký bảo trì/sửa chữa (bảng 3.5) và các quy trình thao tác chuẩn (SOP) liên quan.

  3. Sổ tay chất lượng nước: Tài liệu khung do phòng Đảm bảo chất lượng (QA) ban hành, phân định rõ thẩm quyền và trách nhiệm:

  • Phòng Kỹ thuật cơ điện (KTCĐ): Chịu trách nhiệm trực tiếp vận hành, bảo trì, thanh trùng hệ thống theo đúng các SOP.
  • Phòng Kiểm tra chất lượng (QC): Chịu trách nhiệm định kỳ lấy mẫu, thực hiện các phép thử phân tích hóa lý, vi sinh theo DĐVN IV, ghi chép sổ theo dõi và gửi báo cáo về QA.
  • Phòng Đảm bảo chất lượng (QA): Phê duyệt kết quả, giám sát hệ thống và có quyền hạn yêu cầu đình chỉ hoặc khắc phục khi nước không đạt chuẩn.
  • Mã hóa điểm lấy nước: Quy định danh mục mã số điểm lấy nước gắn liền với cấp sạch phòng sản xuất (ví dụ: T10ZF cấp E tại phòng xử lý nước; T15PC cấp C tại phòng rửa ống tiêm máy 9 kim; T39PC cấp C tại phòng xử lý trong chai lọ nhỏ mắt; Q13CE cấp E tại phòng rửa dụng cụ QC).

Chương 4: Những kinh nghiệm trong vận hành và quản lý hệ thống xử lý nước

Nội dung chương này đúc kết các vấn đề thực tiễn trong công tác quản lý và vận hành hệ thống nước tại nhà máy dược phẩm:

  • Phương pháp kiểm soát và duy trì tính ổn định của các chỉ tiêu hóa lý, đặc biệt là kiểm soát độ dẫn điện và pH thông qua việc theo dõi chênh lệch áp suất qua màng RO và các bình lọc tinh.
  • Biện pháp phòng ngừa và xử lý hiện tượng nhiễm khuẩn hệ thống: Kiểm soát nghiêm ngặt tình trạng màng lọc vi sinh 0,22 µm trên bồn chứa, thời gian hoạt động của đèn UV và duy trì chế độ tuần hoàn cưỡng bức liên tục 24/24 giờ để ngăn ngừa sự hình thành màng sinh học (biofilm) trong lòng ống.
  • Hướng dẫn thực hành giải quyết sự cố kỹ thuật thường gặp, cách thức thiết lập lịch hoàn nguyên định kỳ hạt nhựa và phương pháp phối hợp giữa bộ phận vận hành cơ điện với bộ phận kiểm nghiệm vi sinh nhằm đảm bảo toàn bộ hệ thống luôn tuân thủ tiêu chuẩn GMP - WHO.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu mang lại các kết quả thực nghiệm và đóng góp cụ thể cho công tác thiết kế, vận hành hệ thống nước cấp ngành dược:

  1. Kết quả thực nghiệm so sánh hai mô hình công nghệ: Số liệu theo dõi thực tế chứng minh sự vượt trội về độ ổn định của dây chuyền thuận (RO – Trao đổi ion) so với dây chuyền nghịch (Trao đổi ion – RO):
Thông số theo dõi Dây chuyền nghịch (Trao đổi ion - RO) [Tháng 3/2011] Dây chuyền thuận (RO - Trao đổi ion) [Tháng 7/2011]
Tần suất hoàn nguyên hạt nhựa 4 lần/tháng (vào các ngày 1, 4, 14, 22/3) 1 lần/tháng (vào ngày 1/7)
Chu kỳ tái sinh trung bình Hàng tuần Trên một tháng
Độ dẫn điện trước Mixbed Biến động từ 0,61 đến 3,24 µS/cm Duy trì ổn định (ngày 1/7: 1,41 µS/cm)
Độ dẫn điện sau Mixbed Đạt 0,34 µS/cm (ngày 14/3) đến 1,46 µS/cm (ngày 22/3) Rất thấp và ổn định: 0,11 µS/cm (ngày 27/7)
Mức độ tiêu hao hóa chất & nhân công Rất cao do phải tái sinh liên tục Tiết kiệm đáng kể hóa chất và nhân công
Đánh giá độ ổn định hệ thống Kém ổn định, ảnh hưởng tiến độ sản xuất Hoạt động rất ổn định, đạt tiêu chuẩn DĐVN IV
  1. Đóng góp về giải pháp công nghệ:
  • Xây dựng thành công mô hình công nghệ kết hợp hoàn chỉnh: Tích hợp nhiều cấp xử lý trên một sơ đồ công nghệ tổng thể phục vụ toàn bộ nhà máy (từ nước làm mềm cho lò hơi, nước RO súc rửa bao bì, nước tinh khiết pha chế thuốc viên đến nước cất pha tiêm). Mô hình này khắc phục được nhược điểm của các hệ thống mô-đun riêng lẻ nhập khẩu vốn có chi phí rất đắt và thiếu tính linh hoạt.
  • Lập bảng cân bằng vật chất nước chi tiết (cấp 120 $\text{m}^3$/ngày, xả thải 101 $\text{m}^3$/ngày, tỷ lệ thải 84,17%), làm cơ sở tính toán công suất thiết kế chính xác cho trạm xử lý nước thải phụ trợ.
  1. Đóng góp về tiêu chuẩn hóa kỹ thuật và quản trị:
  • Làm rõ các yêu cầu kỹ thuật cơ khí vi sinh theo tiêu chuẩn GMP - WHO: Quy định sử dụng Inox SS316L, van cánh bướm vi sinh dạng clamp, độ dốc ống $\ge 1%$, mối hàn kiểm tra siêu âm và kiểm soát khoảng chết ngã ba chữ T ($a < 1,5d$).
  • Xây dựng trọn bộ biểu mẫu hồ sơ quản lý vận hành, bảo trì, hiệu chuẩn và cấu trúc Sổ tay chất lượng nước, thiết lập cơ chế kiểm soát chéo giữa KTCĐ, QC và QA.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Kết quả nghiên cứu dựa trên khảo sát chất lượng nước nguồn tại một địa bàn cụ thể (Khu chế xuất Tân Thuận, Quận 7, TP.HCM đầu năm 2011) và kinh nghiệm vận hành tại một số nhà máy dược ở thời điểm nghiên cứu, do đó chưa bao quát hết biến động chất lượng nước ngầm hoặc nước mặt ở các vùng địa lý khác có độ cứng và tạp chất phức tạp hơn.
  • Công nghệ khử ion bằng điện (EDI) được phân tích trên khía cạnh nguyên lý và tính ưu việt kỹ thuật nhưng chưa có điều kiện khảo sát thực nghiệm dài hạn để tính toán chi tiết bài toán chi phí đầu tư ban đầu so với chi phí vận hành tại Việt Nam năm 2011.
  • Các nội dung về kiểm nghiệm vi sinh phụ thuộc vào quy trình phân tích màng lọc truyền thống (thời gian ủ 5 ngày), chưa tiếp cận các giải pháp phân tích vi sinh tức thời.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiếp tục nghiên cứu các giải pháp tuần hoàn và thu hồi nguồn nước thải (hiện chiếm tỷ lệ thải bỏ lên đến 84,17%) cho các mục đích phụ trợ nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên nước.
  • Nghiên cứu sâu hơn về động học hình thành màng sinh học (biofilm) trong hệ thống phân phối nước tinh khiết tuần hoàn và thử nghiệm các hóa chất/phương pháp thanh trùng nhiệt tối ưu.
  • Nghiên cứu ứng dụng các thiết bị đo kiểm trực tuyến (online monitoring) cho các chỉ tiêu như carbon hữu cơ tổng số (TOC) và độ dẫn điện kết nối hệ thống điều khiển tự động SCADA.

Giá trị tham khảo

Nội dung khóa luận mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Kỹ thuật Môi trường, Công nghệ Hóa học, Công nghệ Kỹ thuật Dược phẩm: Có thể sử dụng tài liệu làm tài liệu tham khảo cho đồ án thiết kế trạm cấp nước sạch công nghiệp, hệ thống xử lý nước siêu tinh khiết và đồ án tốt nghiệp liên quan đến tiêu chuẩn GMP.
  • Kỹ sư cơ điện (MEP), kỹ sư thiết kế công nghệ xử lý nước: Tham khảo trực tiếp sơ đồ công nghệ xử lý kết hợp hoàn chỉnh, các yêu cầu kỹ thuật về vật liệu Inox SS316L, thiết kế đường ống tuần hoàn, quy tắc khoảng chết vi sinh $a < 1,5d$ và các thông số vận hành màng lọc RO, EDI, UF, MF.
  • Cán bộ kỹ thuật, nhân viên vận hành trạm nước và nhân sự phòng QA, QC tại các nhà máy dược phẩm: Tham khảo bộ biểu mẫu nhật ký vận hành, bảng tiêu chuẩn thông số, quy trình thẩm định 4 giai đoạn (DQ, IQ, OQ, PQ) và cách thức xây dựng Sổ tay chất lượng nước phục vụ cho các đợt thanh tra, tái thẩm định tiêu chuẩn GMP - WHO.

Câu hỏi thường gặp

1. Dược điển Việt Nam IV quy định các chỉ tiêu chất lượng cơ bản nào đối với nước tinh khiết và nước cất?

Theo Dược điển Việt Nam IV, cả nước tinh khiết và nước cất đều phải là chất lỏng trong, không màu, không mùi, không vị, có độ pH trong khoảng 5,0 đến 7,0; hàm lượng Amoni không quá 0,2 ppm; Nitrat không quá 0,2 ppm; Kim loại nặng không quá 0,1 ppm; cắn sau bay hơi không quá 0,001%. Về giới hạn vi sinh, nước tinh khiết cho phép độ nhiễm khuẩn không quá $10^2$ vi khuẩn/ml. Nước cất có yêu cầu khắt khe hơn: độ nhiễm khuẩn không quá 10 vi khuẩn/100 ml và hàm lượng nội độc tố vi khuẩn không được nhiều hơn 0,25 EU/ml. Đối với nước cất dùng để pha thuốc tiêm, giới hạn hành động kiểm soát là 10 vi khuẩn hiếu khí/100 ml (nuôi cấy trên màng lọc, ủ ấm 30°C trong 5 ngày).

2. Tại sao dây chuyền thuận (RO – Trao đổi ion) lại ổn định hơn dây chuyền nghịch (Trao đổi ion – RO)?

Trong dây chuyền thuận, màng RO nằm phía trước cụm trao đổi ion nên đã loại bỏ phần lớn hàm lượng muối khoáng và các ion hòa tan trong nước. Nhờ đó, nước đi vào cột Cation, Anion và Mixbed có nồng độ ion rất thấp, giúp hạt nhựa hoạt động bền bỉ, chu kỳ tái sinh hạt nhựa kéo dài trên một tháng (số liệu tháng 7/2011 chỉ cần tái sinh 1 lần) và độ dẫn điện sau Mixbed đạt mức rất thấp và ổn định (0,11 µS/cm). Ngược lại, ở dây chuyền nghịch, cụm hạt nhựa tiếp xúc trực tiếp với nước nguồn có độ cứng và nồng độ ion cao nên nhanh chóng bị bão hòa, đòi hỏi phải tái sinh hàng tuần (số liệu tháng 3/2011 phải tái sinh 4 lần), gây tốn hóa chất, tốn công lao động và độ dẫn điện dao động liên tục từ 0,34 đến 3,24 µS/cm.

3. Tiêu chuẩn GMP - WHO đặt ra các yêu cầu cơ khí vi sinh bắt buộc nào đối với đường ống và phụ kiện phân phối nước?

Theo khuyến cáo GMP - WHO, toàn bộ đường ống dẫn, vỏ lọc, phụ kiện tiếp xúc với nước sau xử lý phải làm bằng thép không gỉ Inox SS316L, đường ống thiết kế độ dốc tối thiểu 1%. Điểm đấu nối sử dụng khớp nối clamp tháo ráp nhanh dễ vệ sinh. Tất cả các van trên đường ống bắt buộc phải dùng van cánh bướm vi sinh, tuyệt đối không dùng van bi hay van cầu do cấu tạo bên trong có hốc đọng nước dễ sinh vi khuẩn. Mối hàn đường ống phải hàn bằng khí argon, hàn TIG hoặc máy hàn tự động và kiểm tra bằng siêu âm. Tại các ngã ba chữ T lắp van, khoảng chết nước đọng $a$ phải nhỏ hơn 1,5 lần đường kính ống $d$ ($a < 1,5d$).

4. Tỷ lệ thải bỏ và cơ cấu cân bằng nước trong nhà máy dược phẩm được tác giả tính toán như thế nào?

Theo tính toán cân bằng nước trong đề tài, tổng lượng nước thủy cục cấp vào nhà máy là 120 $\text{m}^3$/ngày, tổng lượng nước xả vào hệ thống xử lý nước thải là 101 $\text{m}^3$/ngày, dẫn đến tỷ lệ thải bỏ là 84,17%. Trong đó, hệ thống sản xuất nước tinh khiết và nước cất tiêu thụ 54 $\text{m}^3$/ngày (chế độ 3 $\text{m}^3$/giờ $\times$ 18 giờ) để tạo ra 13 $\text{m}^3$/ngày nước thành phẩm và thải bỏ 41 $\text{m}^3$/ngày; tháp giải nhiệt và điều hòa trung tâm tiêu hao 36 $\text{m}^3$/ngày và thải bỏ toàn bộ 36 $\text{m}^3$/ngày; phân xưởng thuốc viên - cốm - bột dùng và thải 20 $\text{m}^3$/ngày; khu vệ sinh tiêu thụ và thải 4 $\text{m}^3$/ngày; nước tưới cây tiêu hao 5 $\text{m}^3$/ngày và thất thoát 1 $\text{m}^3$/ngày.

5. Hồ sơ thẩm định hệ thống nước cấp ngành dược gồm các giai đoạn nào và trách nhiệm các phòng ban được quy định ra sao?

Hồ sơ thẩm định gồm 4 giai đoạn chính: Thẩm định thiết kế (DQ - xác minh thiết kế phù hợp mục đích), Thẩm định lắp đặt (IQ - xác minh lắp đặt đúng thiết kế và khuyến nghị nhà sản xuất), Thẩm định vận hành (OQ - xác minh thiết bị vận hành đúng dải thông số định trước) và Thẩm định hiệu năng (PQ - xác minh hệ thống hoạt động liên tục, ổn định và lặp lại theo tiêu chuẩn chất lượng). Trong Sổ tay chất lượng nước, trách nhiệm được phân định rõ: Phòng Kỹ thuật cơ điện chịu trách nhiệm vận hành, bảo dưỡng, thanh trùng hệ thống theo SOP; Phòng Kiểm tra chất lượng (QC) chịu trách nhiệm lấy mẫu, kiểm nghiệm hóa lý - vi sinh định kỳ và lưu trữ sổ theo dõi; Phòng Đảm bảo chất lượng (QA) chịu trách nhiệm phê duyệt kết quả, giám sát tổng thể và chỉ đạo xử lý khi phát hiện sự cố chất lượng.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Lê Anh Phi đã nghiên cứu và làm rõ cơ sở khoa học cũng như thực tiễn vận hành của hệ thống xử lý nước cấp cho nhà máy sản xuất dược phẩm theo tiêu chuẩn GMP - WHO và Dược điển Việt Nam IV. Nghiên cứu cung cấp số liệu thực nghiệm chứng minh tính ưu việt của dây chuyền công nghệ thuận (RO – Trao đổi ion), đồng thời đề xuất mô hình công nghệ kết hợp hoàn chỉnh tích hợp đa cấp xử lý phục vụ linh hoạt cho nhiều phân xưởng sản xuất. Bên cạnh giải pháp kỹ thuật công nghệ, đề tài đã hệ thống hóa chi tiết các quy chuẩn cơ khí vi sinh, quy trình thẩm định bốn giai đoạn (DQ, IQ, OQ, PQ) và hệ thống hồ sơ biểu mẫu quản lý chất lượng, mang lại tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng thực tế cho ngành kỹ thuật môi trường và công nghiệp dược.