Ozone Sanitization of Pharmaceutical Water Systems. Lounges 2014, ISPE, Jochen Schmidt-Nawrot

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Katrin Wilhelmine Geiger
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1 Ozone Sanitization of Pharmaceutical Water Systems 1

2 ISPE Good Practice Guide Ozone Sanitization of Pharma Water Systems Chapter 9 14 Table of Contents 9 System Design 10 System Operation and Control 11 Commissioning and Qualification 12 Ozone and Heat Sanitization Comparison 13 Ozone and Chemical Sanitization Comparison 14 Anhang 1: Additional Information for System Design, Operation and Control 2 2

3 Standarddesign eines Lager- und Verteilsystems mit Ozon/UV-Sanitisierung PW / HPW /WFI LF PI FI O3 Ozon Kühler Verbraucher O3 O3 Tank Pumpe UV 3

4 9.2 Design des Lagertanks und Ozonzuführung Ziel: Möglichst hoher Wirkungsgrad und gleichmäßige Verteilung beim Ozoneintrag - Reduzierung der Ausgasung durch Minimierung der Wasseroberfläche (bevorzugt stehende Lagertanks mit hoher zylindrischer Höhe) - Zugabe des Ozons in den Rücklauf zur Vorvermischung - Zuführung des ozonisierten Wassers in den Tank unterhalb des Wasserspiegels - Möglichst großer Höhenunterschied zwischen Ozonzugabe und Wasserspiegel (Möglichst lange Blasenaufstiegszeit) - Vemeidung von Kurzschlüssen zwischen Ozonzugabe und Tankentnahme - Vermeidung der Zugabe von ozonisiertem Wasser über eine Sprühkugel (Ozonkonzentration in der Gasphase ist ausreichend zur Desinfektion des Tankdoms) 4

5 9.2 Design des Lagertanks und Ozonzuführung 5 5

6 9.2 Design des Lagertanks und Ozonzuführung 6 6

7 9.2 Design des Lagertanks und Ozonzuführung 7 7

8 9.3 Be- und Entlüftung - Auf Ozonbeständigkeit der Filter achten (Achtung: Beständige PTFE oder PVDF-Filter haben häufig einen anderen weniger ozonbeständigen Werkstoff im Stützkörper z.b. PP) - Niedrige Ozonkonzentration im Lagertank anstreben (< 60 ppb) - Regelmässige Überprüfung der Filterintegrität - Filter mit höherer Temperaturbeständigkeit sind beständiger gegenüber Ozon - Ozonhaltige Abluft muss entweder ins Freie geführt werden oder die Be- und Entlüftung des Tanks wird mit einem Ozonvernichter ausgerüstet 8 8

9 9.3 Be- und Entlüftung CO 2 Trap 9 9

Thermische Systeme (Umwandlung von Ozon zu O 2 bei T > 300 C) - Katalytische Systeme über Metalloxide, z.

10 9.4 Ozonvernichtung Bei Entlüftung ins Freie ist zu beachten - Prüfung ob Genehmigung erforderlich - Ansaugung des ozonhaltigen Luft über die Lüftungsanlage vermeiden Methoden zur Ozonvernichtung - Thermische Systeme (Umwandlung von Ozon zu O 2 bei T > 300 C) - Katalytische Systeme über Metalloxide, z.b. MnO Ozonvernichter nicht zwischen Tank und Filter installieren Kontaminationsrisiko durch Katalysatormaterial 10 10

11 9.5 Temperaturkontrolle - Grad der Löslichkeit von Ozon in Wasser abhängig von der Temperatur (Je niedriger die Wassertemperatur desto größer die Löslichkeit) - Max. mögliche Temperatur in einem ozonisierten Wassersystem ca. 40 C, darüber Ozonabbau zu schnell - Optimaler Temperaturbereich zwischen 15 und 25 C. (Max.-Temperatur häufig 25 C, um Kühlung zu minimieren) - Schneller Ozonabbau kann durch erhöhte Erzeugerleistung kompensiert werden - Die Kosten für eine Erhöhung der Ozonerzeugerleistung sind vergleichsweise klein 11 11

12 9.7 Werkstoffe Rohrleitungsmaterial: - Edelstahl 316L (1.4404, ) - PVDF Ventilmembranen - PTFE Dichtungen: - Teflon (PTFE) - Viton - EPDM Gylon 12 12

13 10.3 Ozonkonzentration im Tank heute: 20 ppb - 50 ppb 13 13

14 10.4 Betrieb der UV-Ozonvernichtung Die Funktionsüberwachung der UV-Anlage erfolgt durch - Lamp out -Alarm - UV-Sensor - Temperaturüberwachung 10.5 Ozonmessung - Vor UV zur Kontrolle und ggf. Regelung der Ozonkonzentration im Tank - Nach UV zur Kontrolle der Ozonvernichtung - Im Ringrücklauf zur Verifizierung des Sanitisierungserfolgs 14 14

15 Ablauf der Loop-Sanitisierung 1. Abschalten der UV-Anlage 2. Erhöhung der Ozonproduktionsleistung 3. ggf. direkte Ozonzugabe an strategischen Stellen 4. Sanitisierungsdauer beginnt, wenn die Sollkonzentration im Rücklauf erreicht ist 5. Sanitisierung ist erfolgreich, wenn die Sollkonzentration über eine definierte Zeit kontinuierlich überschritten wurde 15 15

16 Häufigkeit der Loop-Sanitisierung Vorgeschlagener Sanitisierungsintervall für Purified Water-Systeme: 1x/Woche mit Dauer 1h Bei langen oder komplexen Loops gegebenenfalls häufiger und/oder mit erhöhter Ozonkonzentration Vorgeschlagener Sanitisierungsintervall für WFI/HPW-Systeme: Täglich mit Dauer 1h Kürzere Sanitisierungsintervalle mit niedriger Konzentration sind gegenüber längeren mit hoher Konzentration zu bevorzugen 16 16

10.11 Sicherheit Ozongas kann - zu Verletzungen führen (MAK-Wert: 0,2 mg/m³ Luft) - Anlagen korrodieren - Gebäudematerialien angreifen Empfohlene Maßnahmen: - Installation einer Raumluftüberwachung

17 10.11 Sicherheit Ozongas kann - zu Verletzungen führen (MAK-Wert: 0,2 mg/m³ Luft) - Anlagen korrodieren - Gebäudematerialien angreifen Empfohlene Maßnahmen: - Installation einer Raumluftüberwachung mit regelmäßiger Kalibrierung des Sensors und automatischer Abschaltung des Erzeugers bei Alarm - Eingeschränkter Zutritt in den Anlagenraum - Kein Zugang zu Handentnahmen bei Loopsanitisierung oder lokale Ozonüberwachung - Eingeschränkter Zugang zum Tankdom (Ozonkonzentration >> MAK-Wert) - Bei Sanitisierung von Maschinenanschlüssen (Hook-Up s) mit ozonisiertem Wasser ggf. Ausgasen mit UV-Bestrahlung oder Aktivkohle verhindern 17 17

Höchste Wassertemperatur im System - Loopumwälzleistung - Systeminhalt -

18 11.2 Design Requirements for Commissionig and Qualification Die erforderliche Auslegungsleistung des Ozonerzeugers wird bestimmt durch - Höchste Wassertemperatur im System - Loopumwälzleistung - Systeminhalt - TOC-Gehalt - Sollwert für die Ozonkonzentration bei Sanitisierung des Loops 18 18

19 12.3 Ozone and Heat Sanitization Comparison 19 19

20 12.3 Ozone and Heat Sanitization Comparison 20 20

21 14.1 Nachweis der vollständigen Entfernung Problem: Nachweisgrenze der Ozonmessung 5 ppb Aus praktischer Sicht ist es daher nicht möglich, den Nullwerte verlässlich nachzuweisen. Der GPG nennt neben dem Thema Ozon einige andere Beispiele aus dem pharmazeutischen Herstellprozess, die nur zum Teil durch Low Level / No Effect Studien betrachtet wurden. UV-Anlagen zur Ozonvernichtung werden typischerweise sehr konservativ ausgelegt, um einen adäquaten Ozonabbau sicherzustellen. Der Nachweis der geeigneten Dimensionierung und störungsfreien Funktion der UV-Anlage ist der entscheidende Schritt zur Sicherstellung der Ozonvernichtung. Die Ozonsensoren bieten den zweiten Schritt zum Nachweis eines erfolgreichen Abbauprozesses

22 14.3 Vergleich der Sanitisierungskonzepte Purified Water Lager- und Verteilsysteme: - Kontinuierliche Heißsanitisierung (selten) - Periodische Heißsanitisierung (häufig) - Sanitisierung mit Ozon/UV (sehr häufig) - Sanitisierung mit Chemikalien (sehr selten) WFI und HPW Lager- und Verteilsysteme: - Kontinuierliche Heißsanitisierung mit RO/CEDI/UF (selten) - Kontinuierliche Heißsanitisierung mit Mehrstufen-Destillation (sehr häufig) - Sanitisierung mit Ozon/UV mit Thermokompression (selten) - Sanitisierung mit Ozon/UV mit RO/CEDI/UF (gelegentlich) (Verbreitung im deutschsprachigen Raum) 22 22

23 23

24 ISPE-COP-Pharmawasser und -dampf Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Jochen Schmidt-Nawrot Dipl.-Ing. Verfahrenstechnik Head of Department Energy & Infrstructure Tel

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