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DE2739335B2 - Verfahren zur Gewinnung von keim- und teilchenfreiem Wasser fur medizinische Injektionen und für technische Zwecke - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von keim- und teilchenfreiem Wasser fur medizinische Injektionen und für technische Zwecke

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DE2739335B2
DE2739335B2 DE2739335A DE2739335A DE2739335B2 DE 2739335 B2 DE2739335 B2 DE 2739335B2 DE 2739335 A DE2739335 A DE 2739335A DE 2739335 A DE2739335 A DE 2739335A DE 2739335 B2 DE2739335 B2 DE 2739335B2
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Germany
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water
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reverse osmosis
valve
pressure
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DE2739335A
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Ulrich Dipl.-Chem. Dr.Phil. 3257 Springe Ahrens
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Blutspendedienst der Landsverbande des Deutschen Roten Kreuses
Original Assignee
Blutspendedienst der Landsverbande des Deutschen Roten Kreuses
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    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/022—Filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/06—Organic material
    • B01D71/30—Polyalkenyl halides
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Description

20
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von keim- und teilchenfreiem Wasser für medizinische Injektionen und für technische Zwecke unter Verwendung von voll entsalztem Wasser und der Umkehrosmosefilter, wobei der Überstromanteil der Umkehrosmose über einen Ausgleichsbehälter im Kreislauf geführt wird.
Für die Herstellung keim-, teilchenfreien und a pyrogenen Wassers, wie es für Injektions- und Infusionslösungen benötigt wi'i, ist vorgeschlagen worden, die sogenannte Umkehrosmose oder Hyperfiltration einzusetzen.
Diese Umkehrosmose beruht darauf, daß man semipermeable Membranen herstellen kann, mit denen salzarmes Wasser aus salzhaltigem Wasser abgepreßt werden kann. Wird eine solche Membran unter einem Druck, der größer ist als der osmotische Druck der Lösung mit Salzwasser beaufschlagt, so geht salzarmes Wasser hindurch.
Die Membranen bestehen z. B. aus Azetylzelluloso, Polyamiden oder Polyolefinen. Der Wassertransport durch die Membrane wird behindert durch die entstehende Konzentrationspolarisation der zurückgehaltenen Stoffe. Durch geeignete tangential zur Oberfläche gerichtete Überströmung kann die Konzentrationspolarisation sehr stark verringert werden. Durch diese Überströmung wird die Membranoberfläche weitgehend von mikroskopischen und größeren Teilen, z. B. Keimen, freigehalten.
Der Nachteil des bekannten Verfahrens und der Apparatur mit der semipermeablen Membrane ist jedoch, daß die Membranen laufend mit Wasser beaufschlagt werden müssen, damit die semipermeablen Membranen nicht durch Bakterien beschädigt werden. Steht nämlich die Anlage still und findet kein Wasserstrom über die Membran statt, können sich Bakterien ansiedeln, die die Membran zerstören, so daß bei Wiederaufnahme des Betriebes durch die dann vorhandenen größeren Löcher Keime hindurchwandern können. Andererseits ist jedoch nicht dauernd ein Bedarf an solchem reinen Wasser vorhanden, oder der Bedarf an reinem Wasser ist sehr schwankend, so daß ein Ausweg gefunden werden mußte, das Permeat der Umkehrosmose irgendwo keimfrei zu sammeln.
Dies geschieht normalerweise in Behältern unter sterilen Bedingungen, wobei das Permeat, der Inhalt der Behälter, während seiner Speicherung auf erhöhter Temperatur, vorzugsweise 85° C, gehalten wird.
Aus der DE-OS 25 19 723 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wäßrige Lösungen einer gewünschten Konzentration für medizinische Zwecke herzustellen, indem man Wasser durch eine Umkehrosmosekolonne leitet, die pyrogene Materiellen zurückhalten kann und dann oder in einer anderen Reihenfolge, das Wasser durch einen Sterilisator leitet, der hundertprozentig bakterielles Material entfernt und dann in einem geeigneten Verhältnis das Wasser mit einer Lösung höherer Konzentration mischt als die, welche für die Herstellung des gewünschten Konzentrats erforderlich ist Hierbei wird das Überstromwasser über einen Behälter im Kreislauf geführt
Auch bei diesem Verfahren mit seiner Vorrichtung besteht gerade im erhöhten Maße die Gefahr einer Verseuchung der der Umkehrosmose nachgeschalteten Leitung und Apparate durch die Ansiedlung von Bakterien und Keimen, die auch die Permeatteile der Osmosemembranen in Mitleidenschaft ziehen werden, da nicht nur tote Räume im höchsten Ausmaß vorhanden sind, sondern auch ruhendes Wasser, wenn keine Lösungsverdünnung stattfindet
Es ist leicht einzusehen, daß dieses Verfahren nicht besonders fortschrittlich und wirtschaftlich ist Die Investitionskosten sind besonders hoch, und für die Vorrichtungen wird auch wertvoller Platz in Anspruch genommen. Die Behälter müssen steril gehalten werden. Der Energieaufwand ist beträchtlich, sowohl für die Aufwärmung und Aufrechterhaltung von 85°C als auch für die Wiederabkühlung eines erheblichen Teiles des Wassers für die Verwendungszwecke.
Um diese Nachteile zu beseitigen und eine einfache und wirtschaftliche Anlage zu schaffen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß über eine Rückführungsleitung auch das nicht abgenommene Permeat in den Ausgleichsbehälter zurückgeführt und mit dem Überstromwasser der Umkehrosmose vereinigt und im Kreislauf geführt wird.
Kreislauf bedeutet hier, daß der Überstromanteil der Umkehrosmose als auch nicht entnommenes Permeat kontinuierlich wieder verwendet werden.
Eine einfache Kreislaufführung von Überstromanteil und Permeat ist meist nicht möglich, weil mit der Zeit das im Kreislauf geführte Wasser durch die vorzugsweise verwendeten hohen Drücke sich fortwährend erwärmt. Meistens ist also gleichzeitig mit dem Kreislauf auch eine Kühlung erforderlich, die z. B. durch Rückführung des Wassers vor die Vollentsalzungsanlage erfolgen kann. Sollten in dem Anwendungsbereich dieser Anlage andere Möglichkeiten für die Kühlung des Kreislaufwassers vorhanden sein, so kann man natürlich auch von diesen Gebrauch machen.
Die Kreislaufführung des Überstromanteils des zur Umkehrosmose geführten Wassers als auch der parallele Kreis für das Permeat erfassen einen möglichst großen Teil der zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen Apparatur, damit ruhende Wassermengen, d.h. tote Räume, vermieden sind und sich nirgendwo Keime absetzen können. Die Apparatur ist aus an sich bekannten Bauteilen und Materialien zusammengesetzt, ebenso sind die Armaturen an sich bekannte Konstruktionen. Als Material dient vorzugsweise nichtrostender Stahl, Glas oder Quarzglas.
Im Kreislauf des Überstromanteils des Wassers ist ein möglichst kleiner Ausgleichsbehälter enthalten mit einem Niveauregler, so daß Volumenschwankungen
ausgeglichen werden.
In Verfolg des Erfindungsgedankens ist zusätzlich zu den obigen beiden Kreisläufen des Überstromanteils des Wassers und des nicht entnommenen Permeats hinter dem Ausgleichsbehälter und einer druckerhöhenden Pumpe eine Verbindungsleitung schaltbar, die den Kreislauf bei nicht ausreichendem Druck der Versorgung mit vollentsalztem Wasser aufrechterhält, z. B. Regenerierung der Vollentsalzungsanlage oder Störungen. Auch hierbei ist der Kreislauf so gebaut, daß alle Teils der Apparatur und alle Armaturen von der Desinfektionslösung, die eine 2%ige Formalin-Lösung sein kann, durchströmt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert In der Zeichnung stellt dar
F i g. 1 einen Plan der Apparatur, wobei durch stark ausgesogene Linien der Betriebszustand zur Gewinnung reinen Wassers dargestellt ist,
F i g. 2 die Anlage nach F i g. 1, wobei ebenfalls durch stark ausgezogene Linien die Schaltung dargestellt ist. wenn kein Reinstwasser abgenommen wird, die Aiilage jedoch in Betrieb ist,
Fig.3 die Anlage nach Fig. 1, wenn die Versorgung mit voll entsalztem Wasser außer Betrieb ist und
F i g. 4 die Anlage nach F i g. 1, wobei ebenfalls durch 2^, stark ausgezogene Linien die Schaltung dargestellt ist, wenn die Anlage sterilisiert wird.
In F i g. 1 und 2 tritt das zu behandelnde voll entsalzte Wasser bei 1 in die Leitung ein und strömt in Richtung des Pfeiles durch ein Absperrventil Vi, ein Magnetventil jn MKi, ein Rückschlagventil /?i zu einem Druckminderventil. RV dann durch ein weiteres Absperrventil V2 zu einüm ersten Vorfilter VFi. Das aus dem Vorfilter VFi ausströmende Wasser strömt in ein zweites Vorfilter VF2 durch ein Absperrventil Vj und schließlich über eine j-, Probenentnahmestelle STE] zu einer Pumpe DP2. Diese Pumpe erzeugt den für den Betrieb der Umkehrosmosefilter RO\ und RO2 erforderlichen Druck, der je nach Filterart zwischen 10 und 80 bar liegt.
Wie bereits oben erwähnt, geht nur ein Teil des zugeführten voll entsalzten Wassers als Permeat durch die Umkehrosmosefilter (reverse osmose) hindurch zum Ventil AiV2 und Vc zum Verbraucher. In der Leitung ist noch eine sterile Probenentnahmestelle STE2 enthalten.
Der Überstronanteil der Umkehrosmose strömt r> durch ein Ventil V* in den Ausgleichsbehälter und füll: diesen auf, bis die obere Niveaumarke NR0 des Niveaureglers erreicht ist. Dann wird die Pumpe DP, eingeschaltet und fördert das Wasser, bis das Niveau NRu im Behälter erreicht ist, zur Vollentsalzungsanlage ,0 zurück. Dieser Rückstrom passiert ein Rückschlagventil Ri, ein Magnetventil AZV4 und ein Absperrventil V7. Zwischen dem Magnetventil AiVi und dem Absperrventil Vi kann eine Entleerungsleitung mit einem Absperrventil Ve abzweigen. Vor, zwischen und hinter den -,-> Vorfiltern VFi und VF2 sind vorzugsweise Manometer M, bis Mi angeordnet.
In Fig. 2 ist die Schaltung der Anlage dargestellt, wenn kein Permeat der Umkehrosmosefilter abgenommen wird, die Anlage sich aber in Betrieb befindet. Um M, den Aufwand, der eingangs beschrieben ist, von Lagertanks zu vermeiden und sie auf einer Temperatur von 85° zu halten, zweigt zwischen der sterilen Entnahmestelle STE2 und AiV2 dicht vor diesem eine Leitung ab, die zu dem Ausgleichsbehälter B zurück- ^, führt. In dieser Leitung ist ein Magnetventil MVi enthalten, das geöffnet ist, wenn kein Permeat entnommen, jedoch geschlossen, wenn Permeat entnommeri wird. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Leitung tür das Permeat sehr dicht vor dem Ventil AiV2 abzweigt, damit ruhendes Wasser zwischen dem Abzweig und dem Magnetventil AiV2 vermieden wird und sich das Volumen der Anlage im strömenden Zustand befindet so daß Keimwachstum nicht begünstigt wird. Dies gilt aber auch für den dritten Betriebszustand, der in Fig.3 in dick ausgezogenen Linien gezeigt ist
Auch F i g. 3 zeigt wieder die Anlage nach Fig.i und 2, jedoch wird die Anlage nicht mit voll entsalztem Wasser versorgt In diesem Fall ist der Druck PD] an dem Druckwächter A kleiner als ein eingestellter kritischer Druck PA im- Das bewirkt zunächst daß AiVi und AiVi geschlossen und AiVs geöffnet werden. Ferner wird MV2 geschlossen oder geschlossen gehalten und AiVj geöffnet oder offen gehalten. Außerdem wird zur Vermeidung schädlicher Erwärmung der Anlage die Pumpe DP2 ausgeschaltet
Die Pumpe DPi unterhält einen schwachen Kreislauf durch die gesamte Anlage aufrecht, wie aus dem Schaltschema (Seite 11) der Anlage hervorgeht
Der Ausgleichsbehälter B ist wie aus F i g. 3 ersichtlich, mit einer Anschlußleitung 7 versehen, über die e«i Desinfektionsmittel, beispielsweise eine 2%ige Formalin-Lösung, eingeleitet wird. Diese Formalin-Lösung strömt aus dem Behälter B über die Pumpe DP], durch die Leitung 8 in die zu den Vorfiltern führende Leitung 9, durch die Pumpe DP2 hindurch, sodann teilweise als Überstromanteil in den Ausgleichsbehälter B zurück, aber auch durch die Umkehrosmosefilter RO] und RO2 hindurch, durch die Leitungen 2 und 4 in den Ausgleichsbehälter B zurück, weil das Magnetventil AiV3 geöffnet, das Magnetventil AiV2 jedoch geschlossen ist
In der Leitung 7 ist ein Atmungsfilter AF enthalten, über das eine sterile Belüftung des Aüsgleichsbehälters flstattfindenkann.
Es ist zu erkennen, daß bei Betrieb der Pumpen DP] und DP2 eine vollständige Sterilisation des Kreislaufs der Anlage und eine weitgehende der gesamten Anlage vermittels der über die Leitung 7 eingeleiteten Formalin-Lösung möglich ist. Es bleiben lediglich an der Abflußleitung für das Permeat kurze Leitungsstücke, ebenso wie an der Zuführungsleitung des VE-Wassers und in der zur Vollentsalzungsanlage zurückführenden Leitung einige Leitungsteüe und einige Armaturen übrig, die nicht von dieser Formalin-Lösung erfaßt werden. Dieser Mangel kann jedoch an den nahe am Kreislauf befindüchen Leitungen behoben werden, indem man diese restlichen Teile beim Spülen der Anlage von der Formalin-Lösung durchströmen läßt bzw. oie Leitung 8, die die beiden Zweigleitungen 9 und 6 überbrückt, kann so angeordnet sein, daß der Anteil nicht sterilisierter Leitungsteüe und Armaturen möglichst klein gehalten ist.
Der Übergang vom Betriebszustand nach F i g. 1 und 2 in den Betriebszustand mit dessen Funktion gemäß Fig.4 kann praktisch automatisch erfolgen, entweder nach bestimmten Zeitabschnitten oder nach bestimmten durchgesetzten Mengen. Beim Übergang vom Zustand gemäß F i g. 1 oder 2 in den Zustand gemäß F i g. 4 würden die Ventile AiVi, MV2 und AiVi geschlossen und über die Leitung 7 ein Desinfektionsmittel in den Ausgleichsbehälter eingeleitet, gegebenenfalls zusammen mit Wasser als Verdünnungsmittel. Das in der Anlage befindliche Wasser kann über der Leitung 10 nach Öffnen des Ventils V* ganz oder teilweise
abgelassen werden. Entsprechende Anordnung und Verlegung ist dafür zu berücksichtigen.
In dem nachfolgenden Schaltschema sind die vier Arbeitsweisen der Anlage anhand der Stellung der Armaturen und des Betriebes der Pumpen zusammenfassend dargestellt. In diesem Schaltschema sind auch die Begriffe erläutert sowie die in den Fig.! bis 4 verwendeten Bezugszeichen zusammengefaßt.
Es ist weiter oben darauf hingewiesen worden, daß durch den Kreislauf des Überstromwassers und nicht abgenommenem Reinstwasser eine Erhöhung der Temperatur vonstatten geht. Aus diesem Grund kann der Ausgleichsbehälter oder eine andere Stelle mit einer Thermosonde versehen sein, die die Temperatur des im Kreislauf befindlichen Wassers mißt und entsprechende Stromkreise schaltet, die durch Abschaltung von Pumpen oder Einschaltung von Kühlmitteln zu einer Herabsetzung der Temperatur des im Kreislauf befindlichen Wassers führen.
Bei den Arbeitsweisen 3 und 4 findet ein in sich geschlossener Kreislauf statt über die Leitung 8. In einem solchen Fall kann durch einen Defekt an irgendeinem Teil der Anlage ständig Wasser aus der Anlage entweichen. Um dadurch Schäden der Anlage, insbesondere der Umkehrosmosefiltiir zu verhüten, kann der Niveauregler NR in dem Ausgleichsbehälter B mit einem Kontakt zum Abschalten der Druckpumpe DP] und zur Alarmauslösung versehen sein.
Schaltschema der Anlage zur Gewinnung von sterilem aqua pro injectione
Arbeitsweise
1 Abnahme von sterilem PD 1 > aqua pro injectione PD 1 krit. VE-Anlage in Betrieb
2 keine Abnahme von PD\> sterilem aqua pro PDl krit. injectione
VE-Anlage in Betrieb
3 VE-Anlage außer PD 1< Betrieb PD 1 krit.
4 Chemische Sterilisation · PD 1 > der Anlage mit Formalin PDi krit.
aus
an
aus
PD 2 < Pu PDl krit.
PD 2 < Pü PD 2 krit.
Pü Pü
PD2< PD2 krit.
PD 2 <
PD2 krit.
Dl
MVZ NR
AF V5
DPi
WV4 Vl
VS
Arbeitsweise
1 Abnahme von sterilem
aqua pro injectione
VE-Anlage in Betrieb
2 keine Abnahme von
sterilem aqua pro
injectione
VE-Anlage in Betrieb
3 VE-Anlage außer
Betrieb
4 Chemische Sterilisation
der Anlage mit Formalin
PD2<
PD2 km.
PD2< PD 2 krit.
PD2< PD 2 krit.
PD2< PD 2 krit.
oben unten
oben unten
oben
unten
Sicherh.
oben
unten
Sicherh.
Verb. ·
Verb. ·
Verb.
nicht · Verb.
an
aus
an
aus
an
aus
an
aus
Erklärung der Kurzbegriffe des Fließbildes und der Funktionsbeschreibung PDl krit: Kritischer Druck, der kleiner ist als AF:
kleinster VE-Wasserdruck bei in Betrieb VE:
befindlicher VE-Anlage. V:
Zweck: Umschaltung von Betriebsweise 1 MV:
oder 2 auf 3, wenn VE-Anlage außer Be- RV:
trieb geht oder sonstiger Druckzusam- VF:
menbruch vor D 1 vorkommt. StE:
PD 2 kriL: Kritischer Druck DP:
Für Arbeitsweise 1: kleiner als maximaler Druck von DP 2 RO.
Für Arbeitsweise 2: kleiner als der am Druckminderventil RV R:
eingestellte Druck M:
Für Arbeitsweise 3: kleiner als der am Druckminderventil RV f>.
eingestellte Druck B:
Für Arbeitsweise 1: wie für Arbeitsweise 1 NR:
Pü: Oberströmdruck einstellbar NRo-:
Z: Ventil geöffnet NRu-.
•: Ventil geschlossen NRS:
Atmungsfilter Vollentsalztes Wasser Handventil Magnetventil Druckminderventil
Vorfilter
Steril-Probenahme Druckpumpe Reserve Osmose-Anlage Rückschlagventil
Monometer
Druckschalter Rejekt-Behälter Niveau-Reglcr Niveau-Regler oben Niveau-Regler unten Niveauregler-Sicherheit
7 8
Bei einer konkreten Ausgestaltung der Anlage zur Das Volumen des Ausgleichsbehälters B beträgt
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind beispielsweise dann 1001 und das Gesamtanlagevolu-
die beiden Umkehrosmosefilter RO\ und RCh, die men je nach Abhängigkeit von der Länge der Leitungen
Pumpe DP; und das Riickstromdrosselventil Vt aufein- 2 und 4 1201. Die Pumpe DP\ wird entsprechend der
ander abzustimmen und beispielsweise auf eine ; Kennlinien der Umkehrosmosefilter und der Sperr-
Permeationsrate pro Stunde von 801 ausgelegt. Die kennlinie der Pumpe DP2, d. h. der Kennlinie bei
Pumpe erzeugt dabei einen Druck von beispielsweise stillstehender Pumpe, bemessen.
Ά bar.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Gewinnung von keim- und teilchenfreiem Wasser für medizinische Injektionen und für technische Zwecke unter Verwendung von voll entsalztem Wasser und der Umkehrosmose, wobei der Überstromanteil der Umkehrosmose über einen Ausgleichsbehälter im Kreislauf geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Rückführungsleitung auch das nicht abgenommene Permeat in den Ausgleichsbehälter zurückgeführt und mit dem Überstromwasser der Umkehrosmose vereinigt im Kreislauf geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Kreislauf geführte Wasser gekühlt wird.
DE2739335A 1977-09-01 1977-09-01 Verfahren zur Gewinnung von keim- und teilchenfreiem Wasser fur medizinische Injektionen und für technische Zwecke Ceased DE2739335B2 (de)

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