Moderne Wasserversorgung für ausgewählte Industriebereiche: Innovative Aufbereitungstechnik und Qualitätskontrollsysteme

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1 Moderne Wasserversorgung für ausgewählte Industriebereiche: Innovative Aufbereitungstechnik und Qualitätskontrollsysteme Dr. Winfried Speuser Vertriebsleiter Turkish GWP Day 25./

2 INHALT Prozesswasser für verschiedene Applikationen Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung von Prozesswasser Anwendungen in der Industrie Qualitätskontrolle und Überwachung Turkish GWP Day 25./

3 Prozesswasser für verschiedene Applikationen, z.b. - Aqua Purifica, WFI für Herstellungsprozesse in der Pharma- Industrie - Hochreines Wasser für die Produktion von Halbleiter und mikroelektronischen Bauteilen - Weichwasser für Reinigungs- und Herstellungsprozesse in der Getränke- und Lebensmittelindustrie - Kesselspeisewasser für Dampferzeugungsanlagen und Heizungsanlagen Turkish GWP Day 25./

4 Verfahren zur Erzeugung und Aufbereitung von Prozesswasser Ziel: Bereitstellung einer hochwertigen Wasserqualität für industrielle Prozesse - geringe Konzentration an Härtebildner (Ca-/Mg-Ionen) - niedriger Anteil an gelösten Salzen - niedriger TOC (Total Organic Carbon) - geringe mikrobiologische Belastung (Bakterien, Viren ) Turkish GWP Day 25./

5 Verfahren zur Erzeugung von Reinstwasser Verfahrensauswahl und Kombination ist abhängig von Rohwasserqualität und spezifischen Kundenanforderungen - Enthärtung >>> Ionenaustauscher - Vollentsalzung >>> Ionenaustauscher / Umkehrosmose / EDI - TOC - Reduzierung >>> Umkehrosmose / EDI / UV-Oxidation - Desinfektion >>> chemisch; UV- und Ozonbehandlung Turkish GWP Day 25./

6 Enthärtung von Rohwasser Prinzip: Härtebildner Ca und Mg werden mittels Ionenaustauscherharze gegen Natriumionen ersetzt: starksaurer Kationenaustauscher (-Sulfonsäuregruppen) Turkish GWP Day 25./

7 Enthärtung von Rohwasser Prinzip: Regeneration durch konzentrierte Kochsalzlösung / Sole Erzeugung von Weichwasser (z.b. << 10 ppm CaCO3) Gesamtsalzgehalt bleibt unverändert Doppel-Enthärtungsanlage mit Zentral-Steuerung und Sole- Behälter Turkish GWP Day 25./

8 Vollentsalzung durch Ionenaustauscher (Leitwert < 1,0..0,1 µs/cm) - Mischbett-Verfahren: Anionen-und Kationen- Entfernung über homogene Austauscherharze - oder Austausch in getrennten Anionenbzw. Kationenaustauscherkolonnen - Regeneration der Ionenaustauscher mit Säure bzw. Base Turkish GWP Day 25./

9 Vollentsalzung durch Umkehrosmose - Membranverfahren mit Druckdifferenz zwischen 10 und 80 bar Barriere gegen Keime, gelöste Salze, Anorganik und Organik - Semipermeable Membranen (Polymere): Wickelmodule; Hohlfaser etc.; Trenngrenze < 0,001 µm - Salzrückhaltungsquote ca. 99% - Crossflow-Filtration Turkish GWP Day 25./

10 Vollentsalzung Mehrstufige Umkehrosmose-Anlagen: 0,5. > 100 m3/h ; Leitwert ca. 1 µs/cm TOC ca. 50 ppb Turkish GWP Day 25./

11 Restentsalzung durch Elektrodeionisation Leitwert <0,1 µs/cm; TOC < 20 ppb - Kombination von Elektrodialyse u. Ionenaustauscher-Verfahren - Zellenkonstruktion aus: > Elektrodenkammern (Anode/Kathode) mit mehreren selektiven Membran schichten > abwechselnd dazwischen ein Mischbettionenaustauscher oder eine Konzentratkammer. Kontinuierliche Entsalzung u. Harzregeneration im Spannungsbereich V Turkish GWP Day 25./

12 TOC-Reduzierung Abtrennung mittels Umkehrosmose / EDI bis < 20 ppb TOC Zusätzlicher Abbau durch UV-Oxidation bis < 5 ppb TOC: - Hohe Strahlungsdosis: ca J/m2 - Spezialstrahler mit zusätzlicher UV-Emissionslinie bei 185 nm - Anlagenausführung für Kreislaufführung oder einmaligem Wasser- Durchlauf Turkish GWP Day 25./

13 Desinfektion von Reinstwasser Chemische Desinfektion (Hypochlorit o.ä.) häufig nicht empfehlenswert: Kontamination durch Nebenprodukte Eliminierung von Bakterien, Viren etc. durch UV-Desinfektion - Strahlungsdosis J/m2 - Niederdruckstrahler mit UV-Emissionslinie bei 254 nm - Anlagenausführung für einmaligem Wasser-Durchlauf - Hygienisches Reaktordesign, z.b. nach Pharma-Standards Turkish GWP Day 25./

14 Desinfektion von Reinstwasser Desinfektion u. Sanitisierung von Pharmawasser-Systemen durch Ozon - elektrolytisch erzeugtes Ozon (3.9 g/h) direkt aus Reinstwasser - hocheffektiv bei niedrigen Ozonkonzentrationen von ca. 20 ppb - Anlagenausführung für kontinuierlichen Betrieb im Reinstwasser- Lager- und Verteilsystem Turkish GWP Day 25./

15 Anwendungsbeispiele aus der Industrie 1. Erzeugung und Verteilung von Pharmawasser (PW, HPW, WFI) 2. Kesselspeisewasser-Aufbereitung für die Dampferzeugung Turkish GWP Day 25./

16 Anwendungen in der Industrie Erzeugung und Verteilung von Pharmawasser (PW, HPW, WFI) Wasserqualitäten je nach Anwendungsbereich (Wirkstoffanreicherung; Reinigung ): Purified Water (PW) Europ. Arzneibuch No. 5 US Pharm. No 29 - Leitfähigkeit: < 4,3 µs/cm < 1,3 µs/cm - TOC: < 500 ppb - Aerobe Keime: < KBE / 100 ml Highly Purified Water (HPW) Europ. Arzneibuch No. 5 US Pharm. No Leitfähigkeit: < 1,1 µs/cm < 1,3 µs/cm - TOC: < 500 ppb - Aerobe Keime: < 10 KBE / 100 ml - Pyrogene: < 0,25 EU/ml Turkish GWP Day 25./

17 Softening - PHARMASOFT EE Weichwasser-Erzeugung Trinkwasser PI PI QISA dh Umkehrosmose-Anlage FQS 220F YA001 P 220B B002 Skid 1 NaCl 220B B201 NaCl Vorfilter 100 µm Rohrtrenner Enthärter Sole Tank 220F001 max. m³/h 220YA B101/ B001/002 Enthärtungsanlage Typ Pharma max. m³/h 2 x m³/h 2 x m³ Turkish GWP Day 25./

18 Reinstwasser-Erzeugung Air vom Enthärter PI PI PS- FU PI PS+ TIC FICSA TI QISA µs/cm PISA PI PI PI FISA PIS TI QISA µs/cm Lagertank / Loop 530F001 P 530P B008 P 530B001 PI P 530B007 P 530B009 P FI FI Skid 3 Vorfilter 5 µm Hochdruck- Pumpe Heizer Umkehrosmose Membran- Entgaser EDI 530F P B B B B009 Mehrstufige Umkehrosmose mit Elektrodeionisation 1 x m³/h 1 x m³/h 1 x m³/h 1 x m³/h 1 x m³/h 1 x m³/h Turkish GWP Day 25./

19 Pharmawasser- Erzeugungsanlage PW- Leistungen > 25 m3/h; Rücksspülbare Vorfiltration Doppelenthärtung mit Resthärteüberwachung TESTOMAT Zweistufige RO-Anlage Membran-Entgasung zur CO2- Reduktion Elektrodeionisation: LW < 0,1 µs/cm TOC < 20 ppb Produktberührte Leitungen in 316L oder PVDF Chemische oder Heißwasser- Sanitisierung Turkish GWP Day 25./

20 Reinstwasser-Lagerung / Verteilung PW LISA TI TI 610WT001 TI TIC PIS TI QISA QISA TOC µs/cm FIA P Loop Rücklauf OPTION O3 QISA 610A B001 FU PI QUV Loop Vorlauf 610P001 P 610A002 P Skid 4 PW Lagertank t Umwälzpumpe Ozongenerator UV -Anlage Kühler 610B P A A WT001 Lagerung und Verteilung von Reinstwasser PW 15 m³ 1 x 20 m³/h 1 x 3 g/h 1 x 20 m³/h 1 x 6 m³/h Turkish GWP Day 25./

21 Qualitätskontrolle Pharmawasser nach FDA Regularien, GMP (Good Manufacturing Practise) Leitfäden Meßparameter nach pharma-konformen Vorschriften und Methoden: - Temperatur / Druck / Durchfluß / Leitfähigkeit / ph-wert Resthärte (vor der Umkehrosmose) - TOC-Werte ; anorganische Spurenstoffe und Schwermetalle bei WFI - mikrobiologische Keimzahlen KBE / Bakterien-Endotoxine (Pyrogene) - gelöstes OZON im Tank- und Verteilsystem von Pharmawasser Turkish GWP Day 25./

22 Anwendungen in der Industrie Kesselspeisewasseraufbereitung - Wasserdampf für Wärmeversorgung und Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie - Hohe Anforderungen (TÜV-Richtlinien) an Speise-, Kessel- und Kreislaufwässer abhängig von Bauart und Druckstufe der Dampferzeuger: Sattdampfkessel Betrieb salzhaltig, Kessel mit Überhitzer salzarm und Kessel zur Erzeugung hochreinen Dampfes z.b. für Dampfturbinen salzfrei - Wasserverunreinigungen führen zu Störungen des Anlagenbetriebs. Dampfkessel und Leitungen sind vor Korrosion und Ablagerungen zu schützen - Wasseraufbereitung im Kesselhaus: Filtration, Entkalkung, Entsalzung, Entgasung, Konditionierung und Messung Turkish GWP Day 25./

23 Kesselspeisewasseraufbereitung 1 Turkish GWP Day 25./ (1) Ionenaustauscher / RO-Anlage; (2) thermische Entgasungsanlage (3) Brüdenkondensator; (4) Kondensatsammelbehälter; (5) Dosieranlagen; (6) Kesselwasserentspanner; (7) Kühler 23

24 Chemische Aufbereitung / Dosierung Phosphat (Tri-Natriumphosphat): Erhöhung des ph-wertes auf > 9 im Speisewasser als Korrosionsschutz (Alkalisierung) Resthärte-Reduktion im Speisewasser bzw. Kessel: Abbindung zu wasserunlöslichem Phosphatschlamm (Abschlämmung) Sulfit (Natriumsulfit): Abbindung von Restsauerstoff im Speisewasser zu Natriumsulfat; alkalisierende Wirkung Turkish GWP Day 25./

25 Anforderung an Speise- und Kesselwasser von Dampfkessel 2 Beispiele: Kesseldruck bar, salzhaltige Betriebsweise Kesseldruck < 44 bar, salzfreie Betriebsweise für hochreinen Dampf höchste Anforderungen an Wasserqualität Turkish GWP Day 25./

26 Speisewassergrenzwerte nach VdTÜV Kesseldruck bar, salzhaltige Betriebsweise ph > 9 Summe Erdalkalien < 0,01 mmol/l = 0,056 dh Resthärte Gebundene Kohlensäure < 15 mg/l = 0,34 mmol/l; m-wert (K S4,3 ) Leitfähigkeit < 300 µs/cm Sauerstoff < 0,02 mg/l Eisen < 0,03 mg/l Kupfer < 0,005 mg/l Oxidierbarkeit < 2,5 mg/l Kieselsäure: siehe Richtwerte für Kesselwasser Öl, Fett < 1mg/l Turkish GWP Day 25./

27 Turkish GWP Day 25./ Speisewassergrenzwerte nach VdTÜV Kesseldruck < 44 bar, salzfreie Betriebsweise für hochreinen Dampf ph > 9,2 Summe Erdalkalien < 0,005 mmol/l = 0,03 dh Resthärte Gebundene Kohlensäure < 0,1 mg/l ; m-wert (K S4,3 ) Leitfähigkeit < 0,2 µs/cm Sauerstoff < 0,02 mg/l Eisen < 0,03 mg/l Kupfer < 0,005 mg/l Oxidierbarkeit < 0,75 mg/l Kieselsäure < 0,02 mg/l Öl, Fett < 0,5 mg/l 27

28 Kesselwassergrenzwerte nach VdTÜV Kesselwasser aus salzhaltigem Speisewasser Kesseldruck: bar: ph 10,5 11,8 Säurekapazität = 1-6 mmol/l; p-wert (K S8,2 ) Leitfähigkeit < 3000 µs/cm Oxidierbarkeit < 25 mg/l Phosphat = 5-15 mg/l Natriumsulfit = mg/l Kieselsäure < 40 mg/l Hydrazin = 0,2 0,5 mg/l Turkish GWP Day 25./

29 Kesselwassergrenzwerte nach VdTÜV Kesselwasser aus salzfreiem Speisewasser (Reinstdampf-Erzeugung) Kesseldruck < 44 bar: ph 9,7 10,5 Säurekapazität = 0,1-1,0 mmol/l; p-wert (K S8,2 ) Leitfähigkeit < 50 µs/cm Oxidierbarkeit < 7,5 mg/l Phosphat = 5-10 mg/l Natriumsulfit Kieselsäure < 4 mg/l Hydrazin = 0,2 0,5 mg/l Turkish GWP Day 25./

30 Mess- und Probe-Entnahmestellen Rohwasser M5 Kondensat M1 M2 Speise- wasser M4 Wasseraufbereitung Enthärtung oder Entcarbonisierung / RO Zusatzwasser Thermische Entgasung M3 Kessel Kesselwasser M1: Summe Erdalkalien (Härte), K S4,3 (m-wert), elektr. Leitfähigkeit / wöchentlich bis monatlich M2: Summe Erdalkalien (Härte), K S4,3 (m-wert), elektr. Leitfähigkeit / täglich M3: Summe Erdalkalien (Härte), K S4,3 (m-wert), K B8,2 (-p-wert), Phosphat, Sulfit, ph-wert, elektr. Leitfähigkeit / täglich M4: Summe Erdalkalien (Härte), K B8,2 (-p-wert), Phosphat, Sulfit, ph-wert, elektr. Leitfähigkeit / täglich M5: Summe Erdalkalien (Härte), elektr. Leitfähigkeit / täglich Dosierung Sulfit, Phosphat: Speisewasser Turkish GWP Day 25./

31 Meßverfahren und analytische Methoden im Zusatz-, Speise- und Kesselwasser 1. Leitfähigkeit - ph-wert - Sauerstoff: Manuell oder automatisch / kontinuierlich mit Meßelektroden und Sensorik 2. Wasserhärte; gebundene Kohlensäure (m-wert) ; Alkalität (p-wert); Kieselsäure Manuell oder automatisch (Online-Photometer TESTOMAT ) 3. Dosiermittel: Natriumsulfit; Phosphat; Hydrazin Manuell oder automatisch (Online-Photometer TESTOMAT) Turkish GWP Day 25./

32 Photometrische Online Messungen mit dem Analysators TESTOMAT 2000 Meßparameter: Wasserhärte Karbonathärte p-wert und -m-wert Freies und Gesamtchlor Eisen-II und -III Chromat / Chrom-V Sulfit ortho-phosphat Polyacrylat basierend auf colorimetrischen bzw. Titrationsverfahren Turkish GWP Day 25./

33 Manuelle Meßverfahren und Testbestecke Colorimetrische Tests, Titrationsbestecke u. Handphotometer Resthärte - Grenzwerte: 0,01 mmol/l / 0,018 mmol/l und höher Rohwasserhärte im Bereich 0-5 mmol/l Carbonathärte (m-wert) und Alkalität (p-wert) im Bereich 0-7 mmol/l ortho-phosphat im Bereich 0-10 mg/l P 2 O 5 Sulfit im Bereich: 0-20 mg/l SO 3 Kieselsäure im Bereich 0-10 mg/l SiO 3 2- >>>hoher Zeit- und Arbeitsaufwand (Probenahme); kostengünstig<<< Turkish GWP Day 25./

34 Fazit Moderne Wasserversorgung für industrielle Prozesse erfordert: Zuverlässige, nachhaltige Aufbereitungsmethoden (Filtration; Enthärtung; Ionenaustauscher; Membrananlagen; Desinfektion) Qualifizierbare Verfahrenstechnik nach industriellen Standards und Richtlinien (GMP, FDA, TÜV.) Kontinuierliche Prozessmeßtechnik und Monitoring relevanter Leitparameter Turkish GWP Day 25./

35 Vielen Dank für Ihr Interesse Reinstwassertank mit Ozonerzeuger, UV-Anlage und Ozon-Meßtechnik: Sanovel Pharma, Turkey Turkish GWP Day 25./