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Reinstwasser

Industrielle Rein- und Reinstwasseraufbereitung

06.02.2008 | Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Anke Geipel-Kern

Die Anlage Orion von Elga-Berkefeld ist vollständig heißwasser-sanitisierbar und gewährleistet so mikrobiologische Sicherheit. Bild: Elga Berkefeld
Die Anlage Orion von Elga-Berkefeld ist vollständig heißwasser-sanitisierbar und gewährleistet so mikrobiologische Sicherheit. Bild: Elga Berkefeld

Bei der Planung einer Rein- bzw. Reinstwasseranlage spielen Lagerung und Verteilung eine wesentliche Rolle. Wichtig, um einer Ver-keimung vorzubeugen: „Keep it running!“

Fast immer ist das vom Wasserwerk zur Verfügung gestellte Trinkwasser die Ausgangsbasis, um Rein- bzw. Reinstwasser für das Labor oder die Produktion bereitzustellen. Allerdings enthält das Rohwasser neben Schwebstoffen auch ionische und organische Verunreinigungen.

Im Wasser gelöste Gase müssen ebenfalls entfernt werden. Ziel ist eine konstante, hohe chemische und mikrobiologische Reinheit.

Wasser in der je nach Einsatz- und Verwendungszweck erforderlichen Reinheit herzustellen, ist technisch kein Problem. Um das Wasser jedoch beim Lagern und Verteilen auf Dauer keimfrei zu halten, braucht der Planer Erfahrung und Know-how.

Eine wichtige Rolle spielen dabei die Auswahl der Werkstoffe, die Leitungsführung, die Mess- und Regeltechnik, nicht zuletzt auch die SIP- und CIP-Fähigkeit der verwendeten Rohrleitungen, Armaturen und Pumpen.

Konsens besteht mittlerweile darin, dass Biofilme zwar reduziert, nicht aber verhindert werden können. Praktiker wissen: Trotz der niedrigen Konzentrationen von Nährstoffen in Reinstwasser können sich Mikroorganismen mit hoher Geschwindigkeit vermehren.

Und die Praxis zeigt auch: Es ist viel einfacher, ein System rein zu halten, als ein kontaminiertes System wieder zu dekontaminieren.

Zu den wichtigen Design-Aspekten, um Keime unter Kontrolle zu halten, zählen hohe Fließgeschwindigkeiten, glatte Oberflächen sowie die Minimierung von Totzonen.

Fakt sei, räumt Elga-Berkefeld ein: Pharmazeutische Wasseranlagen, die bei Raumtemperatur betrieben werden, sind von Keimen befallen.

Eine Sanitisierung reduziert die Keimzahl - im Normalfall zwischen ein und drei Zehnerpotenzen. (Im Gegensatz dazu steht die Sterilisation, die eine komplette Abtötung der Mikroorganismen bedeutet.)

Reduzierung der Keimzahl

Die Anlage Orion von Elga-Berkefeld produziert pro Stunde bis zu 10 000 Liter Aqua Purificata. Das System erfüllt die Qualitätsstandards der USP 30, Ph Eur Purified Water und Ph Eur Highly Purified Water und entspricht den Vorschriften von FDA, cGMP und GAMP.

Die neue Anlage verfügt über eine verbesserte Umkehrosmoseeinheit, die in der einstraßigen Ausführung eine weiter erhöhte Wasserausbeute von bis zu 90 Prozent erzielt und bis zu 75 Prozent in der zweistraßigen Variante.

„Durch das neue Design können Investitions- und Betriebskosten erheblich reduziert werden“, betont Tanja Löhe, Geschäftsbereichsleiterin Pharma. Wie schon die Vorgängergeneration, ist die neue Reihe vollständig heißwassersanitisierbar und gewährleistet so mikrobiologische Sicherheit.

Vom Eingang des Speisewassers in die Anlage bis zum Ausgang des fertigen Produktwassers wird die Sanitisierungstemperatur konstant auf weniger als 80 °C gehalten.

Modulare Polisher

Für höchste Reinheits-Anforderungen offeriert Werner Super-Aquadem-PolisherSysteme bis zu einer Leistung von 20 000 Liter pro Stunde. Jeder Polisher mit einem Volumen bis 600 Liter wird ausschließlich mit Reinstharz der Qualität semi-conductor grade befüllt.

Ein zusätzlicher TOC-Adsorber sichert niedrige organische Bestandteile im Reinstwasser, die durch eine zusätzliche UV-Oxidation bis auf <0,5 ppb TOC reduziert werden können.

Der Werkstoff PVDF-HP hat sich, so Werner, besonders durch die hohe Oberflächengüte von Ra <0,20 μm und das geringe Ionen- und TOC-Leach-Out für alle Verteilsysteme etabliert.

Durch die Temperaturbeständigkeit bis 140 °C kann eine permanente Heißlagerung bei 85 °C bzw. eine regelmäßige Heißsanitisierung realisiert werden. Alternativ führt dieser Anbieter das gesamte Verteilsystem in Edelstahl 1.4404 oder 1.4435 aus, optional kann die Oberflächengüte von Ra ‹0,80 μm auf Ra <0,40 μm verbessert werden.

Enthärtung ist wichtig

Enthärtungsanlagen sind als Vorbehandlungsstufe in Reinwasser-Aufbereitungs-systemen notwendig, bergen aber gleichzeitig ein Risiko. Ihre Ionentauscherharze bieten eine große Aufwuchsfläche für Mikroorganismen.

Um diese Situation zu entschärfen, greifen Anwender verstärkt auf Anlagen mit eingebautem Sanitisierungskonzept zurück, was jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.

Mit den keimreduzierenden Regeneriertabs Sanisal P hat Christ eine alternative Lösung. Sanisal P lässt sich wie herkömmliches Regeneriersalz in den Salz- bzw. Soletank des Enthärters einfüllen.

Seine Aktivsubstanz wird freigesetzt, gelangt bei der Regeneration in den Enthärter und tötet Keime ab. In der anschließenden Spülung werden diese mitsamt den Chemikalienresten aus dem Enthärter entfernt.

Nachfolgende Prozessstufen sind somit nicht beeinträchtigt, und auch Geruch und Geschmack des aufbereiteten Wassers verändern sich durch die Prozedur nicht.

Ein von Letzner entwickeltes Verfahren erlaubt die Speisewasserherstellung für eine Elektro-Deionisationsstufe bei Minimierung des Verkeimungsrisikos und optimierter Energieausbeute.

Genutzt wird das Prinzip der Umkehrosmose, wobei Letzner die Membranfläche auf zwei Trennstufen aufteilt. Die erste Trennstufe liefert das Speisewasser für eine Elektro-Deionisationsstufe (Nutzwasser) zur weitestgehenden Entsalzung.

Unter Ausnutzung der Druckenergie des Abwasserstroms wird die zweite Trennstufe betrieben. Das sekundäre Nutzwasser verdünnt das Speisewasser der ersten Trennstufe und verbessert somit ihre Betriebsbedingungen deutlich.

Indem der Härtestabilisator zwischen die beiden Trennstufen dosiert wird, beschränkt sich das Verkeimungsrisiko auf die zweite unkritische Trennstufe, die nicht in direkter Verbindung mit dem Nutzwasser steht.

Im Forschungszentrum Karlsruhe wurde eine magnetisch unterstützte EDI entwickelt, die deutlich größerer Membranabstände erlaubt. Die Zellenzwischenräume sind wie auch bei der konventionellen EDI mit Mischbett-Ionenaustauschern gefüllt.

Im Gegensatz zur statistischen Anordnung des Mischbetts bei der konventionellen EDI, ist die Anordnung des Mischbetts bei der magnetisch unterstützten jedoch optimal strukturiert, wodurch die Anzahl der benötigten Membranen wesentlich reduziert werden kann.

Demzufolge verringert sich die Komplexität des Aufbaus, da weniger Bauteile z.B. Strömungsverteiler benötigt werden, und zudem reduziert sich durch die größeren Membranabstände sowie Durchmesser der Zuführungen der Druckverlust.

Fazit: Um mikrobiologische Sicherheit zu erzielen, spielen Lagerung, Verteilung und Sanitisierbarkeit der Anlage die entscheidende Rolle.n

Loungekonzept mit verschiedenen Schwerpunkten

Wer sich intensiver mit dem Thema beschäftigen möchte, findet diese Gelegenheit auf der Lounges 2008 vom 6. bis 8. Mai in Karlsruhe.

Mittlerweile haben sich über 80 Aussteller angemeldet, die sich in der Ausstellung präsentieren. Das Vortragsprogramm mit mehr als 70 Fachvorträgen und Demo-Workshops ergänzt die Ausstellung, wobei die Vortragsräume direkt in der Ausstellung sind. Das Lounge-Konzept umfasst dieses Mal folgende Bereiche:

HygieniCon beschäftigt sich mit den Themen Hygienegerechte Maschinenkonzepte, Hygienic Design und Messtechnik im hygienischen Prozessumfeld.

Powder-Lounge behandelt u.a. Pulverhandling, Containmentkonzepte sowie Zonenkonzepte und Pulverhandling hochaktiver Wirkstoffe.

In der Reinraum-Lounge geht es um Inspektionen im Reinraum, die aktuellen Regelwerke, Schulung und Reinigungsmethoden.

Die Steril-Lounge bietet Themen rund um Desinfektions- und Sterilisationsmethoden, Werkstoffe, Risikobewertung, Design und Validierung von Membranfiltern sowie den Einsatz von Sterilfiltern.

Die Wasser-Lounge bündelt Themen wie Reinstwasserkonzepte , “state of the art” Erzeugungsanlagen, Kalibrierung und Zertifizierung von Leitfähigkeitsmesseinrichtungen für die Reinstwasseranalytik, Biofilm und Hygiene. Enthärtungsanlagen und Schweißen von Kunststoffen.

Automation-Lounge befasst sich mit Automatisierungssystemen für die Wasseraufbereitung, Computervalidierung und Monitoringsystemen.

In der Facility-Lounge geht es u.a. um die Auswahl von Bodenbelägen, Fußböden, Wänden und Decken sowie Energiemanagement.

In der Ausstellungs-Lounge gibt es an allen drei Veranstaltungstagen Aktionsbühnen und Bereiche für Vorführungen. Auf den Aktionsbühnen können Besucher direkt ins Geschehen eingreifen und mit den Experten über Vorgehensweisen diskutieren. „Learning by Doing“ wird hier großgeschrieben.

Der Autor ist redaktioneller Mitarbeiter bei PROCESS.

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