在制药用水系统中，化学加药是必不可缺的组成单元，良好的加药装置设计不仅是系统保持长期高效运行的基础，也是工艺性能达标的重要保障（图1）。通常情况下，化学加药单元被设计在前处理系统中，其中包括原水罐、原水输送泵、多介质过滤器或超滤、活性炭过滤器、软化器、保安过滤器、RO高压泵、RO等处理单元。

纯化水机常采用市政水地表水或地下水为源水，水质本身是比较稳定的，而为了提高后续去离子单元的处理效率，必要的化学品被投加到前处理中以达到某种的处理目的。常用的化学药剂为混凝剂PAC（聚合氯化铝）、消毒剂NaClO（次氯酸钠）、还原剂NaHSO₃（亚硫酸氢钠）、苛性钠NaOH（氢氧化钠）等。化学药剂的化学特性和详细说明可以查询相关的化学品安全说明书（material safety data sheet，MSDS）。

图1 加药装置

聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，又被简称为聚铝，英文缩写为PAC（Poly aluminum Chloride）。PAC是一种由氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。

化学通式为[Al₂(OH)nCl₆-n]m其中m代表聚合程度，n表示PAC产品的中性程度。PAC的净化原理主要通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。

在制药用水系统中，为了提高过滤单元的处理性能，通常在过滤单元入口设置PAC加药。PAC常以10%浓度的液体化学桶提供，靠操作者定期添加至现场的PAC加药箱中，再由电动隔膜泵以0.1-2ppm的浓度投加至过滤单元入口的管道。

考虑到药厂对于细菌的控制和药剂的稳定性，PAC加药箱的设计容量一般为小于2周，建议配置管道式静态混合器，以提高PAC与原水混合的效率，混合器的设计应考虑药剂的粘度、密度、液体的流速和压力等因素。

具体的投加浓度需视原水水质情况而定，过低的PAC浓度不能起到有效净化水体的功能；然而过高的浓度同样会污染水体，堵塞过滤单元，导致水箱和管道的染污、过滤单元频繁清洗、甚至更换介质或膜组件。如果前处理单元是设计成连续循环运行，那么在用水量较小的情况下，需要注意长期循环会导致PAC累积浓度过高。

通常，过滤单元出口SDI小于4时可认为过滤效果良好（图2）。对于PAC加药的控制，可以选择手动调节频率或自动调节频率的隔膜泵，前者适用于流量稳定的系统，经济实惠；而后者可以设计成与进水流量计进行连锁，对于流量波动实时调节加药泵的频率，从而实现稳定浓度的投加。

图2 PAC加药与SDI测试点示例

次氯酸钠（NaClO）溶液是含氯消毒剂的一种，它是一种强氧化剂，其投入水中会立即消解形成次氯酸（HClO）和次氯酸根（ClO^-），这两种化学物质是NaClO溶液主要的杀菌成分，其不仅可与细胞壁发生作用，且因分子小、不带电荷，能侵入到细胞内与蛋白质发生氧化作用或破坏磷酸脱氢酶，使细胞代谢失调而死亡。

次氯酸钠溶液以其应用广泛、消毒效果高效、具有较长的消毒持续时间、成本低等优点被广泛的制药水处理系统所接受。次氯酸钠溶液以10%浓度的液体化学桶提供，靠操作者定期添加至现场的加药箱中，再由电动隔膜泵以一定的浓度投加至前处理系统中。

考虑到药厂对于细菌的控制和药剂的稳定性，现场加药箱的设计容量一般为小于2周。建议配置管道式静态混合器，以提高次氯酸钠溶液与原水混合的效率，混合器的设计应考虑药剂的粘度、密度、液体的流速和压力等因素。次氯酸钠溶液的加药量视投计投加位置、原水水质和现场调试验证而定，通常情况下，如果自来水供水余氯浓度小于0.3ppm时就可以考虑次氯酸钠溶液加药系统。

次氯酸钠溶液投加量一般与后续的余氯传感器进行PID连锁控制。浓度控制在0.3~0.5ppm，因为过低的浓度会有微生物滋生的风险，然而过高的浓度会导致后续还原剂（亚硫酸氢钠溶液）过多的消耗，甚至氧化RO。在原水箱出口或原水泵出口也需要配置余氯传感器以监视余氯浓度，此处余氯浓度一般控制在不低于0.3ppm（图3）。

图3次氯酸钠溶液加药示例

余氯传感器主要采用电极传感器，通过余氯选择性透过膜，与工作电极、电解液和参比电极形成一个与余氯浓度成正比的信号，以测量水体中余氯的含量，单位ppm或mg/L。

余氯传感器采用旁路测量的方式安装在系统中，取样流量需确保恒定，大概为30 l/h。其测量与介质的温度和PH值密切相关，余氯电极传感器采用内置温度补偿，使测量信号不受水体的温度影响，运用三电极技术，有效地降低pH的依赖性，在pH4～9的范围内表现出良好的线性关系，取样流量可通过光学流量开关得以监视。

ORP（Oxidation-Reduction Potential）氧化还原电位代表水体氧化性或还原性的相对程度，由于余氯具有强氧化性，故将其引入系统中后ORP值会相应地升高。ORP传感器采用玻璃电极，根据水体的氧化或还原程度，在参比电极和工作电极之间产生相应的电势差，这个电势差就是ORP值，单位为mV。

RO膜厂家会建议RO进膜的最大余氯浓度（一般不高于0.1ppm），超过此浓度，会严重影响RO膜的性能和寿命，故NaHSO₃（亚硫酸氢钠）溶液作为水体中余氯的还原剂，常被用于制药用水系统中。

亚硫酸氢钠溶液以10%浓度的液体化学桶提供，靠操作者定期添加至现场的加药箱中，再由电动隔膜泵以一定的浓度投加至系统中。由于亚硫酸氢钠溶液不稳定，且若水中存在硫还原菌，亚硫酸会成为细菌营养帮组细菌的滋生，故现场加药箱的设计容量不宜过大建议为1周以内。对于投加位置，一般选择在保安过滤器进口，配合管道混合器使用最佳，这是为了保证亚硫酸氢钠溶液与水体中的余氯有充分的反应时间，这也能有效的防止因为药剂带来的杂质对RO的影响。

RO膜的除盐效率是受pH影响，在pH较低时，水体中的HCO₃^-和CO₃^2-会转换为CO₂的形式存在，由于RO膜对气体几乎没有过滤能力，所以水体中的CO₂会透过RO膜，从而对纯水的电导率产生影响。NaOH（氢氧化钠）溶液的投加是为了适当地提高水体的pH值，从而使CO₂转换成HCO₃^-和CO₃^2-离子，这样，RO膜就能够将之去除。

通常情况下，控制RO进口的pH值在7.5～8.5之间会实现较为理想的除盐率。NaOH溶液常用于RO系统的加药，以提升RO进水的pH值。NaOH常以两种形式添加至现场加药箱，一种为固体NaOH，另一种为10%浓度的NaOH溶液，前者需按稀释量，以10%的浓度投加至现场的加药箱中；后者以液体化学桶提供，靠操作者定期添加，以电动隔膜泵投加至系统中。

现场加药箱的设计容量建议为2周左右，NaOH溶液的投加位置一般位于保安过滤器进口，配合管道混合器使用最佳，这是为了保证氢氧化钠溶液与水体中有充分的反应，也能有效的防止因为药剂带来的杂质对RO的影响。

在管道混合器后安装pH传感器，以PID对加药泵作连续控制，也有设计者将加药点和pH安装选择在RO浓水回流管上，由于RO浓水流量比较稳定，这种形式也能取得较好的效果。然而，pH投加过量（如pH>9.5）也会引起RO结垢的风险，故一般设定pH 9.5为RO报警。

随着科技的发展，加药操作所需的在线传感器种类日益增多，多通道变送器的出现为制药用水系统中多种水质参数的控制提供了更加简洁和灵活的设计。图4是专为加药单元配置的多通道变送器，具有定时投加和批量投加功能。

加药单元的多通道变送器由一个标准主板与多块可扩展模块（电导率、PH/ORP、输出和输入模块）组成，几乎涵盖常规纯化水制备过程中的各种传感器，包括输出流量脉冲、pH/ORP、电导率等原始信号传感器，以及输出标准模拟信号传感器（压力、液位、余氯等）。