Vand er et vigtigt udgangs- og hjælpestof ved fremstilling af kosmetiske og farmaceutiske produkter. Desuden bruges det som skyllemiddel ved CIP-rengøring af anlægsdele og rørsystemer – DI-vandsanlæg hører derfor til produktionens nøglesystemer.
Vandkvaliteter i overblik
De enkelte industrigrene stiller forskellige krav til vandkvaliteten. Gængse betegnelser er:
- DI-vand – fuldt afsaltet eller deioniseret vand (deionat)
- PW – Purified Water
- HPW – Highly Purified Water
- WFI – Water for Injection
Som mål for renhedsgraden af demineraliseret vand bruges oftest den elektriske ledningsevne i µS/cm. Ledningsevnemålere registrerer den direkte i anlægget.
Sådan fungerer vandproduktion med omvendt osmose
Centralt i processen: Omvendt osmose fjerner størstedelen af de opløste stoffer i råvandet. En typisk behandlingskæde ser således ud:
- 1FiltreringFlerlags-, patron-, ultra- eller mikrofiltre fjerner partikler og uklarheder.
- 2Aktivt kulAktivt kul-filtre reducerer oxidationsmidler og binder lavmolekylære organiske urenheder.
- 3BlødgøringCalcium, magnesium og divalent jern udskiftes med natriumioner – særligt vigtigt ved højt kalkindhold.
- 4Omvendt osmoseMembranen adskiller fødevandet i permeat (renvand) og koncentrat.
- 5EDI eller 2. trinEn elektrodeionisering eller et andet osmosetrin sænker restsaltindholdet yderligere.
- 6BuffertankDI-vandet lagres og fordeles via ringledningen.
Blødgøringen er på grund af harpikslejets store indre overflade det mikrobiologisk mest kritiske element i hele behandlingskæden. En kemisk desinfektion under regenereringen holder kimtallet på et acceptabelt niveau. I stigende grad anvendes dog anlæg, der kan saneres med varmt vand.
I moderne anlæg er omvendt osmose den foretrukne metode til afsaltning, da den har mange fordele frem for ionbyttere. Som membranproces er den både en mekanisk og en kemisk filtrering. Anlægget presser fødevandet gennem en semipermeabel membran med et tryk over det osmotiske tryk.
Der opstår to strømme: et koncentrat med de udskilte salte og urenheder samt et permeat – renvand med meget lavt saltindhold. Omvendt osmose opnår fremragende tilbageholdelse af salte, partikler, mikroorganismer og pyrogener. Membranerne er dog følsomme over for fouling, scaling og oxidationsmidler.
For at nå den krævede ledningsevne følger enten et andet trin eller en elektrodeionisering (EDI). Begge giver lavere restsaltindhold og dermed større sikkerhedsmargin til grænseværdierne.
Styring og buffertank
Ved enkeltstående blødgøringsanlæg bør styringen lægge regenereringen om natten. Forbehandlingen øger udbyttet af omvendt osmose-anlægget betydeligt – fra ca. 50 % til ca. 75 %. Det koncentrerede restvand løber i kloakken, mens DI-vandet ledes til en buffertank.
Sensorer overvåger niveauet i buffertanken og griber direkte ind i styringen. Falder niveauet under minimum, starter omvendt osmose-anlægget vandproduktionen. Ved maksimalt niveau stopper det igen. På den måde udnyttes anlægget optimalt.
Ringledninger til tappestederne
Fra lagertanken fører ringledninger frem til de enkelte tappesteder. De forhindrer kimvækst på grund af stillestående vand. Ringsystemet passerer alle tappesteder, og manuelle eller automatiske ventiler leder vandet til forbrugerne.
Materialer
- PVDF – kan kun saneres kemisk
- Rustfrit stål 1.4404 / 1.4435 (316L) – kan steriliseres
Overflader
- vandberørte overflader: Ra < 0,8 µm
- WFI-ledninger: Ra 0,6–0,4 µm, elektropoleret – afhængigt af kundens krav
For et hygiejnisk ringsystem gælder desuden følgende principper:
- alle komponenter forbindes kompakt og med minimalt dødvolumen, alle områder gennemskylles
- ingen forbindelser med pakningsforskydning eller gevind i ringledningerne
- helst sterile forbindelser iht. DIN 11864, ved skift mellem varmt og koldt så vidt muligt sterile flangeforbindelser
- T-membranventiler med minimalt dødvolumen ved tappestederne
- tætningsmaterialer med FDA-godkendelse (Food and Drug Administration)
- passivering efter færdiggørelse af ringledninger og anlægsdele
Kimreduktion, sanering og sterilisering
For at holde vandet kimfrit kombinerer operatørerne forskellige metoder. Sanering og SIP-processer kører i fastlagte cyklusser. Anlægget skal være dimensioneret til den pågældende metode.
UV-desinfektion
Ultraviolet lys med en bølgelængde på 254 nm ødelægger mikroorganismernes DNA, cellemembran og enzymer. Det forbehandlede vand strømmer kontrolleret gennem et bestrålingskammer. En så turbulent strømning som muligt forbedrer effekten.
Sanering ved 80 °C
Et DI-vandsanlæg bør saneres mindst fire gange om året. En varmeveksler opvarmer beholder og rørnet til 80 °C. Derefter cirkulerer det varme vand i en time. Så tømmes systemet og fyldes igen med koldt vand – efter ønske fuldautomatisk.
Sterilisering med trykvarmt vand ved 110–130 °C
Forløbet ligner saneringen, men ved højere temperaturer. Over 100 °C opbygges der ud over pumpetrykket et dampovertryk: ved 110 °C ca. 0,5 bar, ved 121 °C ca. 1 bar (ca. 2 bar absolut). Anlægget skal derfor være dimensioneret til det.
Fra 100 °C fortrænger dampen luften i beholderen. Derefter lukker udluftningsventilen ved sterilfiltret, så tryk og temperatur opbygges og holdes. Også dette forløb kan køre fuldautomatisk.
Sterilisering med rendamp
Denne metode kræver større investeringer, fordi anlægsdelene skal opfylde højere krav, f.eks. AD 2000-regelsættet eller EN ISO 17665. Dertil kommer en omfattende kvalificering og validering. Detaljer om forløbet finder I i næste afsnit.
Forløb af rendampsterilisering
Ved rendampsterilisering skal alle anlægsdele være helt tømt. Ved tappestederne og på rørsystemets laveste punkter er der brug for kondensatafledere med egnede kontraventiler. Kondensatet skal kunne løbe sikkert bort, og ingen må kunne komme til skade på de varme ledninger.
For at sikre en effektiv udluftning anbefales det at sætte lagertank og rørnet under vakuum. Derefter ledes rendamp ind, og temperaturen reguleres via trykket. Det er vigtigt, at også rørledningerne er tilsluttet dampnettet. Kun så strømmer dampen helt frem til kondensatudløbene.
På svært steriliserbare steder og ved kondensatudløbene registrerer temperatursensorer værdierne og efterregulerer dampen. Så snart alle sensorer når den fastlagte steriliseringstemperatur (f.eks. 121 °C eller højere), begynder steriliseringstiden. Forudsætningerne er:
- reproducerbart styrbare steriliseringsforløb
- lagrede og dokumenterede kvalitetsrelevante måleværdier
- et fuldautomatisk steriliseringsforløb
- SOP'er for håndtering af de enkelte steriliseringsmetoder
Opvarmning af vandkredsløb
Lækagesikre rørvarmevekslere opvarmer vandkredsløbet. For at undgå kimvækst bør varmt vand lagres ved 70–99 °C. Koldt vand bør derimod holdes under 18 °C. Det sikrer en returkøler i ringledningen.
Kvalificering af DI-vandsanlæg
For at opfylde GMP-kravene til vandanlæg er en kvalificering nødvendig. Den omfatter følgende trin:
Kvalificeringsarbejdet bør allerede være specificeret klart i kravspecifikationen.
Centralt i processen: SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH hjælper jer både med dimensionering og med kvalificering af jeres DI-vandsanlæg.
Ofte stillede spørgsmål om DI-vandsanlæg og ringledninger
Hvilke vandkvaliteter anvendes i farmaceutisk industri og kosmetik?
Gængse er DI-vand (fuldt afsaltet eller deioniseret vand), Purified Water (PW), Highly Purified Water (HPW) og Water for Injection (WFI). Renhedsgraden bestemmes oftest via den elektriske ledningsevne i µS/cm.
Hvordan produceres DI-vand med omvendt osmose?
Efter et filtreringstrin og evt. aktivt kul-filter og blødgøring presser omvendt osmose vandet gennem en semipermeabel membran. Ved meget lav ledningsevne følger et andet trin eller en elektrodeionisering (EDI). Renvandet lagres i en buffertank.
Hvorfor anvendes ringledninger?
Ringledninger holder vandet i konstant bevægelse og forhindrer kimvækst på grund af stillestående vand. Typisk anvendes rustfrit stål 316L eller PVDF med overflader Ra < 0,8 µm, membranventiler med minimalt dødvolumen og sterile forbindelser iht. DIN 11864.
Hvor ofte bør et DI-vandsanlæg saneres?
Mindst fire gange om året, oftest ved opvarmning til 80 °C og en times cirkulation. Alternativer er sterilisering med trykvarmt vand ved 110–130 °C eller sterilisering med rendamp.
Hvilken kvalificering kræves for GMP-vandanlæg?
Risikoanalyse, DQ, IQ, kalibrering, OQ, PQ og en afsluttende rapport. Kvalificeringsarbejdet bør allerede specificeres i kravspecifikationen.