Ultra rent vand til elektronik og lægemiddelindustrien. Michael Vestermark Novo Nordisk

Transkript

1 Ultra rent vand til elektronik og lægemiddelindustrien Michael Vestermark Novo Nordisk

2 Agenda Vandets egenskaber Begreber Kontaminanter pause Regulatoriske krav, Pharmakopeer, GMP Design, funktion og distribution Vedligeholdelse af vandkvalitet

3 Vand er et forunderligt stof

4 H 2 O, faseskift på 6 måder. Frysning Smeltning

5

6 Vandets kredsløb Fordampning Fortætning og regn Nedsivning og udløb til havet Oppumpning Rensning / behandling Distributionsnet forbrug Rensning og udledning

7 Hvor er vandet? [km 3 ] [%] [ppm] Oceanerne , ,5 polaris og gletchere , ,5 Grundvand , ,6 Ferskvand ,01 92,0 Indlandshave ,01 76,7 grundfugt ,00 49,1 Atmosfæren ,00 9,5 Floder ,00 0,9 Biosfæren 417 0,00 0, ,0

8 Gennemsnitlig standtid: Vanddamp i atmosfære: ~ 10 dage Vand i oceanerne ~ 3224 år

9 Energi til faseovergang vand

10 Vandets indholdsstoffer - forureninger Methan Ammonium Pesticider Mineraler Natrium Nikkel Chlorid Chlorphenoler Colliforme bakterier Ilt

11 Begreber

12 Forkortelser og ord, der ikke er forklaret i præsentationen API Active Pharmaceutical Ingredient, det aktive stof i et lægemidel. RO Reverse Osmosis, omvendt osmose WFI Water For Injection, den reneste vandkvalitet til pharmaceutisk brug Pharmakope Opskriftsbog der beskriver fremstilling af standard lægemidler, hjælpestoffer, analysemetoder etc. Monografi Artikel i pharmakope om et givent stof.

13 Begreber: Log reduktion Logaritmen til 10 = 1 log 1 reduktion 10 gange mindre log 2 reduktion 100 gange mindre log 3 reduktion gange mindre log 4 reduktion gange mindre log 5 reduktion gange mindre log 6 reduktion gange mindre log 7 reduktion gange mindre På engelsk: 1 log reduction; 2 log reduction osv.

14 Koncentrationer ppm & ppb ppm = parts pr million ppb = parts pr billion Eksempel på ppm: 1 cm 3 i relation til 1m 3 Eller 1 mm 3 i relation til 1 liter. Eller 1 mg i relation til 1 kg. Eksempel på ppb: 1mm 3 i relation til 1m 3 Eller 1 mg i relation til 1 ton

15 Koncentration i % og i ppm 1% = ppm 0,1 % = 1000 ppm 0,01% = 100 ppm 0,001% = 10 ppm 0,0001% = 1 ppm 0,00001% = 100 ppb 0,000001% = 10 ppb

16 Chinese population ~ 1,3 billion A cube sided 1,1 m Volume ~ 1,3m 3 1,1 If every Chinese citizen is represented by a small cubic pearl sized 1mm 3 they will all fit into the 1,3m 3 cube

17 Dalton atommasse enhed Da 1 Da = kg Svarer til massen af én proton eller én neutron eller 1 hydrogen atom 1 oxygen atom har massen 15,9994 Da 1 vandmolekyle ~18 g/mol ~18 Da Makromolekyler, kunne være proteiner, beskrives ofte med deres molekylevægt i KDa = 1 *10 3 Da =1000 Da

18 Hvor stor er en mikron? Mikrometer = 1/ meter. Kaldes også mikron eller my. 1 micron = millimeter = 1µ De mindste bakterier, stave eller kugleformede, er ned til 0,3µ på den korteste led

19 KONTAMINANTER I PHARMACEUTISK VAND På ionform, ledningsevne Total Organic Carbon TOC Mikrobiel vækst Endotoxiner

20 5 forskellige urenheder i drikkevand Kontaminant Suspenderede partikler Opløste uorganiske stoffer på ionform Eksempel Sand, silt, nedbrydningsprodukter fra rør, kolloider, organiske nedbrydningsprodukter Kalcium & Magnesium, (der bestemmer hårdhed), jernforbindelser, natriumsalte, fosfater, nitrater... Opløste organiske forbindelser Vegetabilske nedbrydningsprodukter, pesticidrester, spor fra husholdningsaffald, fedt, olie, opløsningsmidler... Mikroorganismer Bakterier med naturligt habitat i vand Opløste gasser Nitrogen, oxygen, kuldioxid...

21 Ledningsevne - hvad er en ion?

22 Summen af ionernes elektriske ladninger i vandet er konstant

23 Ledningsevne Absolut rent vand har en elektrisk modstand, R på 18,18M Ω for hver centimeter ved 25 C Ledningsevne = 1/R måles i [S/cm] Ledningsevne for absolut rent vand: 1/18,18*10 6 = 0,055μS/cm ved 25 C H 2 O OH - + H +

24 Hvilken skade gør ioner i rent vand De er uønskede elementer i rent vand. De fungerer som sporstoffer, altså mikronæringsstoffer, der kan være en af betingelserne for mikrobiel vækst i rentvandssystemer. Nogle ioner kan medvirke til katalytisk nedbrydning af API.

25 Ledningsevne måling Ledningsevne måling er en total screening af de kontaminanter på ionform, der findes i vandet. Den er ikke specifik Den kan afsløre kontaminanter i koncentrationer på brøkdele af ppm, og for nogle typer, brøkdele af ppb Andre analyseformer kræves hvis man vil vide hvad slags kontaminanter der er tale om. Ledningsevnen varierer med vandtemperaturen og måles jvn.f farmakopeerne ukompenseret.

26 Uncompensated Conductivity (ms/cm) Ledningsevnen måles ukompenseret 10,0 9,0 8,0 7,0 Cl Model NH3 Model USP <645> Stage 1 Limit 6,0 5,0 4,0 3,0 0,0 0,6 0,8 0,9 1,0 1,1 1,3 1,4 1,5 1,7 1,8 1,9 2,1 2,2 2,4 2,5 2,7 2,7 2,7 2,7 2,9 3,1 2,0 1, Temperature ( C)

27 TOC = Total organic carbon Organiske molekyler i vandet kan komme fra 3 kilder: Fra fødevandet Fra afsmitning af overfladerne i procesudstyr og rørsystemer. Fra biofilm hvis der er vækst i systemet. Se: USP general chapter <643> Der kan være tusindvis af forskellige organiske forbindelser i vandet. Som regel er de ikke elektrisk ledende. Kan optræde i koncentrationer på brøkdele af ppb Kan ikke allesammen identificeres med metoder vi kender i dag TOC er screening, der ikke er specifikt rettet mod enkelte forbindelser.

28 TOC antager mange former Uopløselige i vand: Forskellige partikler af organisk (vegetabilsk/animalsk oprindelse) Humus suspensioner Mikroorganismer Vegetabilske og mineralske olier Vandopløselige: Humus suppe Syntetiske organiske forbindelser Sukkerstoffer Aminosyrer, peptider og proteiner CO 2 + vand Kulsyre: H 2 CO 3

29 Er der en sammenhæng mellem TOC og mikrobiel vækst 1? FAQ: Hvorfor skal vi tage mikrobielle prøver når vi har online måling af TOC. Kan vi ikke bestemme CFU ved at kigge på TOC niveauet? Svar: Den tilladte koncentration af TOC (500 ppb) svarer til det kulstof, der vil være tilstede hvis vi har en koncentration af mikroorganismer svarende til CFU/ml. (Se regnestykket næste slides)

30 Regnestykke del 1 Hvis vi antager: Mikrobe vægtfylde: 1 g/cm 3 10% af mikrobe biomasse består af kulstof. Radius af én rund mikrobe, (coccus): 0,5 μm Så følger det at: Mikrobe volume = (4/3)π r 3 = (4/3) x 3.14 x (5 x 10-7 m) 3 x (100 cm/m) 3 = 5.2 x cm 3 Kulstofmasse i 1 mikrobe = Mikrobe volumen x mikrobe vægtfylde x kulstof koncentration

31 Regnestykke del 2 Mikrobe volumen = (5.2 x cm 3 ) Kulstof masse i 1 mikrobe = 5.2 x cm 3 * 1 g/cm 3 x 0,1 = 5.2 x g Microbial count ~ 1 ppb TOC 1 ppb TOC = 10-9 g kulstof/ml (10-9 g C/mL )/(5.2 x g C/mikrobe) ~19,000 mikrober/ml Microbial count ~ 500 ppb TOC ~ mikrober/ml

32 Er der en sammenhæng mellem TOC og mikrobiel vækst 2? Så ja! Der er en sammenhæng! - men den går kun den ene vej. TOC koncentration kan ikke bruges til at kvantificere mikrobiel vækst i det område der er interessant for ultrarent vand. Men omvendt, så er TOC brændstoffet, der driver mikrobiel vækst i vand. Ved at holde TOC på et konstant lavt niveau er næringskoncentrationen så lav at mikrobiel vækst hæmmes.

33 Erfaringer med TOC I Danmark ligger TOC niveauet i WFI typisk konstant på 12 til 17 ppb. Hvilket er en medvirkende årsag til at vores WFI inde i distributionssystemet altid lever op til specifikationen. De bedste pharma-vandanlæg i Danmark ligger konstant på omkring 3 ppb, hvilket er fremragende.

34 Mikrobiel vækst i rentvandssystemer Lavt næringsniveau adfærd: Mikroorganismerne søger mod overflader. Bruger mindre energi på en overflade end når de flyder rundt som plankton, og der er mere næring på overfladen (van der Wall kræfter) Vandlevende adfærd: Mikroorganismer opsøger steder med mest næring Formerings-performance dårlig når de er frit svævende Er klæbrige og vil gerne hæfte sig på overflader Hvis forudsætningerne er tilstede går det meget stærkt med at etablere en biofilm. Tjek næste slide

35 Biofilm - start og vækst på et koralrev Thanks to Center for Biofilm Engineering, MSU

36 Hvilken skade gør mikrobiel vækst i rentvandssystemer? Vandkvalitet forringes: Højere cfu indhold. De fleste mikroorganismer med naturligt levested i vand er Gram negative. = Endotoxin dannelse Effekt på udstyr: RO membraner med biofilm Pumpetryk højere Dårligere oprensning. Ion byttere med biofilm Ineffektiv ionbytning Dårligere oprensning. Aktiv-kulfiltre med biofilm Ringere evne til at fjerne organisk stof Dårligere oprensning.

37 Forholdsregler mod mikrobiel vækst Sanitering, sanitering og sanitering Brug sanitære komponenter, overhold forskrifter: deadlegs, airgab, drænbarhed. Vedligehold anlægget forsvarligt i hele dets levetid Hold øje med anlæggets performance og trend Vær opmærksom på ændringer i forbrugsmønster over tid. Hold TOC og ledningsevne på et konstant lavt niveau.

38 Endotoxiner Dannes ved henfald af Gram negative organismer. De fleste vandlevende mikroorganismer er Gram negative Kaldes også Pyrogener: Pyro = ild forårsager feber.

39 Gram negativ bakterie

40 Endotoxin molekyle lippopolysaccharid Øverst: Den hydrofile Polysaccharid del Hydrofil betyder vandelskende vil gerne opløses i vand Nederst: Lipid delen (lange kulbrintelignende strukturer) der er lippofile = fedtelskende vil gerne opløses i fedt. Er usund på flere måder: Lipid delen er giftig Polysaccharid delen angriber immunsystemet

41 Limulus Polyphemus To metoder er anerkendt: Pyrogen test der udføres ved injektion i kaniner. Hvis de får feber så er stoffet pyrogent. En amerikansk horse shoe crab: Limulus polyphemus Bacteriel Endotoxin Test, også kendt som Limulus Amebocyte Lysate (LAL) Test.

42 Endotoxin fysiske egenskaber Vil gerne klumpe sig sammen i makromolekyler Heldigt for os, for så kan vi fjerne dem under oprensningen. Er meget svære, for ikke at sige umulige at fjerne efter sidste oprensningstrin, eller hvis det havner i produkt Måles i EU = Endotoxin units. grænsen er 0,25EU/ml Der skal kun bakterier til at danne 1 EU 1 EU (US standard endotoxin EC -5) vejer 100 piccogram = (100*10-12 )g

43 300μ m Endotoxins 15kDa kda

44 Pause

45 Regulatoriske krav Pharmakopeer GMP

46 Pharmakopeer

47 Farmaceutiske vandtyper oversigt Vandtype / monografi USP 36 EP 7.8 JP XVI 1 Water for Injection (bulk) Water for Injection/sterilized (containers) Highly Purified Water (bulk) + 4 Purified Water (bulk) Purified Water (containers) Sterile Purified Water (bulk) + 7 Sterile Purified Water (containers) + 8 Bacteriostatic Water for Injection (containers) + 9 Sterile Water for Inhalation (containers) + 10 Sterile Water for Irrigation (containers) + 11 Water for Hemodialysis (bulk + containers) Water (tap, well) + 13 Pure Steam +

48 Attribute USP 36 Ph. EUR 7.8 JP XVI Chinese Ph IX 2010 Production method Distillation or suitable method Distillation Distillation, Ultrafiltration or RO + ultrafiltration Distilled from purified water Source water US, EU Japan, WHO drinking water National drinking water specification JP monograph water CP monograph Purified water Total Aerobic CFU/100 ml N/A 10 (10) Action limit considered appropriate 10 Conductivity 1,3 (stage 3) 1,3 (stage 3) 1,3 (stage 3) 1,3 (stage 3) TOC [mg/l] 0,5 0,5 0,5 0,5 Bacterial endotoxins [EU/ml] 0,25 0,25 0,25 0,25 Nitrates N/A 0,2 ppm N/A complies ~ 60 ppb Description N/A clear and colourless liquid Clear colourless liquid having no odour Clear and colourless liquid, tasteless, odourless Ammonium N/A N/A N/A complies ~ 300 ppb Nitrite N/A N/A N/A complies ~ 20 ppb Non volatile substances N/A N/A N/A 1mg/100 ml ~10 ppm Heavy metal N/A N/A N/A complies ~ 100 ppb ph N/A N/A N/A 5 ph 7

49 OPRENSNINGS METODER Softening / Ionbytning Omvendt osmose Destillation

50 Valg af oprensningsmetoder Afhænger i høj grad af råvands kvalitet, og eventuelle sæson-variationer. I Danmark er vi ekstremt godt stillet (konstant høj kvalitet på råvand, minimal sæson-variation) Helt andre forhold ude i verden

51 Typiske oprensningskæder på danske sites Softening Reverse Osmosis Ion Exchange cedi Destillation Purified Water WFI

52 Oprensningskæde i Kina (Tianjin) Filtrering Destillation Blødgører/so ftener cedi Kulfilter Omvendt Osmose WFI

53 Softener arbejdsprincip (Kationbytter) Ionbytter matricens små kugler i softener

54 Softener i køkkenet Princippet bruges også på husholdnings opvaskemaskiner. Det er derfor vi med jævne mellemrum hælder maskinsalt på. Almindelige ionbytningskolonner arbejder efter samme princip. Men regenereres med saltsyre, HCl (kationbytterkolonne) og base NaOH (anion bytterkolonne).

55 Kationbytter regenereret med syre

56 Mættede kation- og anionbytter matricer, klar til regenerering Dagens spørgsmål: H + + OH - =????

57 Osmose En saltvandsfisk bruger op til 50% af den metabolistiske energi på at udskille salt

58 Osmose & omvendt osmose Osmosis Pressure Reverse Osmosis Solution = salt water Osmotic Pressure Air Solvent = fresh water Solution Semi permeable membrane Solvent Sea water osmotic pressure: ~ 25 bar = 250 m!!

59 Spiral Wound Reverse Osmosis Element Brine Channel Spacer Product Product Water Water Flow Permeate Channel Permeate Spacer Channel Spacer Brine Product Water Brine Membranes Membranes Feed Feed

60 Membranfiltrering RO Membranelement

61 RO membrane rejection Particles 100% Bacteria, viruses 99+% Large organic molecules 99+% Small organic molecules 80-99% Di-valent ions, Ca ++ SO % Monovalent ions, Na + Cl - 98+% CO 2 0%

62 Omvendt osmose Sweeping by Tangential Flow 85% of flow 15 %

63 RO System Schematic Recovery & Flowrates Feedwater 100% (4m 3 /hr) Feed (7m 3 /hr) Permeate - 75% (3m 3 /hr) Recycle (3m 3 /hr) Reject - 25% (1m 3 /hr)

64 Polering efter RO - EDI Electro De-Ionisation Oprindelig udviklet som Electro Dialysis, ED, til nyrepatienter, for ca 50 år siden. Formstøbte plastik membraner, der indeholder fint malet ionbytningsmasse, (resin) kation- eller anion byttere. Membranerne er vandtætte, men gennemtrængelige for ioner: Kationer passerer gennem kation-resin membranen og anioner gennem anion-resin membranen. Rå ED har middelmådige separations egenskaber ca. 50% reduktion er meget almindeligt.

65 Anode Cathode EDI - how it works Transfer of Ions Through Cation Membrane Transfer of Ions Through Anion Membrane Cl - Cl - Na + Na +

66 Polishing efter RO - cedi Continuous Electro De-Ionisation Men hvis man udfylder hulrummet mellem membranerne med mixed bed resin, opnås en extrem god forbedring af separationsegenskaberne Muligt at gå fra 10 til 0.01 µs/cm i et trin. Dvs. log 3 reduktion.

67 Anode Water Flow Through a CDI Cathode Feed Water Concentrate Stream Product

68 Dilute Compartment Anion Membrane Cation Membrane Cl - Na + Na + Cl - Dilute = Product

69 Anode Concentrate Compartment Na + Na + Cl - Cl - Concentrate

70 Pre-Treatment and Purification Unit

71 Single-Effect Destillation SINGLE EFFECT Evaporating 1000 Kg 1 bar Condensing 1000 Kg Primary energy T = C Liquid - Steam 100 C Cooling water 100% Distillate 100%

72 Destillation Evaporating 500 Kg TWO EFFECT Evaporating 500 Kg 100 C 2 bar 1 bar 1120 C 1100 C Distillate 50% Condensing 500 Kg Primary energy Reduction 50% Cooling water Reduction 50% Condensing 500 Kg Distillate 50% Distillate 1000 Kg 100% 72

73 Multi-effekt destillations anlæg

74 Endotoxin Reduktion Endotoxiner er knyttet til væskedråber Gravitation Baffler Demister Cyklon Effektivitet angives i Log- Reduktion

75 Reduktion af urenheder fra råvand til WFI Spec til Spec CFU 2000 Råvand spec. til WFI analyse Endotoxins 1000 > TOC Conductivity

76 DESIGN, FUNKTION & DISTRIBUTION

77 Krav til design Godt design, brug og vedligeholdelse af vandsystemet (produktion og distribution) har indflydelse på kvaliteten af det vand som produceres: - Air break - Break tank - Dead legs - Drænbarhed (drainage ability) - Pakninger, O-ringe mv. - Varmevekslere - Materialer - Ventiler - Monitorerings- og reguleringsudstyr (f.eks. temperatur, ledningsevne, tryk og TOC) - Sanitering (rutine/ikke-rutine)

78

79 Sprayball

80 Non sanitary valves: the ball valve

81 Non sanitary valves the globe valve

82 Non sanitary valves: the butterfly valve

83 Sanitary component the diaphragm valve

84 VEDLIGEHOLDELSE AF VANDKVALITET

85

86 Hvorfor sanitere? Mikrobiel kontaminering i vandsystemer kan kontrolleres indirekte ved: At fjerne næringsstoffer fra vandet At holde vandet på fornuftige temperaturer. Ved fornuftigt design (hygienic engineering) Sanitering er eneste direkte middel mod mikrobiel vækst.

87 Forbehandling / kolde systemer

88 Ozon sanitering Ozon er en tilstandsform af oxygen 3 O 2 2 O 3 Højt tryk og temperatur forskyder ligevægten mod højre Normale naturligt forekommende koncentrationer luft = to ppm

89 Ozon fysiske egenskaber 1 0,003 ~0,01 ppm = detektionsgrænse for lugt 120 Цg/m 3 = grænsen i EU s luft direktiv for 8 hours daily exposere ~ 0,1 ppm 50 ppm i 60 minutter anses for dødelig dosis for mennesker Halveringstid i luft : Ved 20 C ~ 3 dage. Ved -25 C = 8 dage

90 Ozon fysiske egenskaber 2 Halveringstider i vand: 15 C ~ 30 minutter 25 C ~ 15 minutter 30 C ~ 12 minutter Ved temperaturer over 70 C: momentant Koncentrationer på 0,1 mg/liter ~ 0,1 ppm er tilstrækkelige til at holde et vandsystem kimfrit ved kontinuerlig ozonering.

91 Hvordan virker Ozon? 1 Ozon er et af de kraftigste oxidationsmidler. Ozon molekyle

92 Hvordan virker Ozon 2 Oxiderer bakterielle cellevægge og inaktiverer virus Drabet foregår meget hurtigt sammenlignet med kemiske oxidationsmidler Der er så godt som ingen henfaldsprodukter efter drabet. Ozon betragtes som en added substance Ozon fjernes fra kolde systemer med UV lys WFI (PH Eur) eller rendamp,der fremstilles af ozon saniteret forbehandlet vand skal ikke efterbehandles.

93 Fremstilling af Ozon ved elektrolyse 2 Elektrolytisk spaltning af vandet med strøm til oxygen (O 2 & O 3 ) og brint. Er almindelig i pharmaceutisk industri. Kræver kun elektrisk energi. Ozonen blir dannet i vandet, ej behov for doserings udstyr. Der er ingen krav om ozon monitorering af omgivelser Overskydende O 2 & H opløses ligesom O 3 i vandet

94 Fremstilling af Ozon ved elektrolyse 1 Ozone Membrane Cell 4 g/h Ozone Generator 12 g/h

95 Fremstilling af Ozone ved Corona Discharge proces Dissociation af O 2 i luft i et elektrisk felt og dannelse af O 3. Ozonen blir dannet i gasfase og skal injiceres i vandet. Forbruger electrisk energi, kølevand og luft (eller ilt). Monitorering af ozon niveau krævet Kapaciteten er voldsom. Usædvanlig til pharma brug. Ozon Generator 3 kg/h

96 Ozon sanitering, fordele Effektiv Højere system oppetid Stabil høj mikrobiel kvalitet fordi systemet er under permanent ozonbeskyttelse, eller kan saniteres når som helst under produktion Markant lavere drifts omkostninger i forhold til sanitering med varmt vand eller damp. Intet spildevand, og ingen dump. Simpel installation og simpel instrumentering

97 Ozon sanitering, ulemper I beholdere med en vandoverflade kan O 3 koncentrationen i luften over vandet være meget høj (langt over 100 ppm) selv om O 3 indholdet i vandet er langt mindre. Kræver udluftning fra åndefiltre til det fri og evt. katalytisk fjernelse af ozon. Valg af materialer, specielt polymerer er vigtig.

98 Purified Water Supply at Industriepark Höchst Pharmawasser - PW Erzeugung Generation - Legende: Legend: Hauptring Main Loop Storage Tanks Unterringe Sub Loops Treated - Water

99 Purified Water Supply at Industriepark Höchst Capacity of generation plant 240 m³/h Number of plants to supply 21 Total water demand per year 1.5 Mio. m³/a Total peak water demand 380 m³/h Distribution system Total length 16 km Pipe diameters mm Total volume of all storage tanks 588 m³ Number of ozone generators 13 Total capacity of ozone generators 140 g/h

100 Kemisk sanitering 1 Som med ozon er det de kemiske midlers oxiderende egenskaber, der er ansvarlig for drabet. Er added substances dvs. vi skal påvise at de fjernes helt. Hydrogenperoxid H 2 O 2 i vandig opløsning. Blandinger af H 2 O 2 & CH3COOH (eddikesyre) Klorering med gas eller kloramin NH 2 Cl Natrium hypoklorit NaClO (aktivt stof i klorin) Klordioxid ClO 2 evner at penetrere tyk biofilm

101 Kemisk sanitering 2 Bakteriostatisk effekt af stærk syre og base f.eks i ionbytningsanlæg. Natrium hydroxid NaOH kan anvendes varmt, og kolde kombinationer af NaOH og H 2 O 2 har god effekt på etableret biofilm. Formaldehyd CH 2 O som gas der gennemtrænger RO membraner og dermed også har effekt på permatsiden. Glutaraldehyd CH 2 (CH 2 CHO) 2 som alternativ til formaldehyd

102 UV sanitering how it works 1 UV lys har været brugt til bakteriologisk kontrol meget længe. Niels Finsen modtog Nobel Prisen i 1903 for anvendelsen af kulbuelys til behandling af hud tuberkulose. UV lys mellem 254 og 265 nm har energi, der svarer til bindingsenergien i de lange protein molekyler i bakterie cellers DNA. DNA kæderne bliver brudt og bakterierne mister evnen til reproduktion og dør.

103 UV sanitering how it works 2 UV-C ( nm) UV-B ( nm) UV-A ( nm) kortbølget medium langbølget

104 UV sanitering how it works 3 Aldrig et 100% effektivt drab Kun celler der bliver ramt længe nok af UV påvirkes Enkelte celler kan regenerere sig og samle DNA kæderne igen. Vi opnår en log 2 reduktion for hvert gennemløb, hviket i længden bliver effektivt: 1 gennemløb 99% kill 2 gennemløb 99,99% kill 3 gennemløb % kill

105 UV sanitering how it works 4 Elektronisk industri har ingen regulatoriske krav der dikterer hvordan ultra rent vand skal fremstilles. Anvender bredspektrede UV lamper der dækker både 254 og 185 nm. Ved 185 nm dannes kortlivede frie radikaler (hydroxyler OH, kraftig oxidant) der reagerer med organiske molekyler. Outputtet er CO 2 & carbolsyrer e.g. eddikesyre CH3HOOH der er fjernes med cedi Resultat: kulstof fjernes; TOC indhold under 1 ppb. Sådan et anlæg kan køre i årevis uden sanitering fordi der ikke kan opstå vækst.

106 UV energi betragtning Driftsomkostninger, amerikanske tal på store anlæg: 2 cent pr m 3 inc. electrical power, consumables & annualised capital costs. Energibetragtning: UV sanitering af kolde anlæg forbruger * mindre energi end varmtvands sanitering.

107 Damp sanitering Her er det dampens kondenserings energi der er drabs ansvarlig. Fase overgang fra damp til vand udløser 2201KJ/kg (ved 120,1 C ~ 1 barg)

108 Hvorfor focus på 121,1 C Svarer til 250 Fahrenheit & damptrykket ved 1 barg eller 15 psig Et pænt tal der uden påviselig grund er blevet industristandard og reference temperatur for bestemmelse af F værdier F værdier er den tid der skal til for at opnå den samme drabs effekt som ved 121,1 C

109 Mere dampsanitering 121,1 C opfattes fejlagtigt som et mindstekrav. Der er ingen bakteriespore drabs grænser der starter præcis ved denne temperatur. Perfekt sanitering kan opnås ved betydelig lavere temperaturer og tryk. Overkill : En log 12 reduktion af en population af mikroorganismer. Overkill med damp i SIP processer opnås ved 15 minutter ved 121,1 C

110 Varmt vands sanitering 1 Vandsystemer regnes som selvsanierende ved temperaturer over 65 C (USA ) og 70 C i Europa Det er varme tilførslen der er active ingredient Mikroorganismer bringes ud af komfortzonen Proteiner i cellernes indre begynder at kooagulere. Damptrykket stiger i cellen der sprænges. Mikroorganismerne dør.

111 Varmt vands sanitering 2 Lav pasteurisering 72 C i 15 sekunder Højpasteurisering 87 C i 15 sekunder, eller til 90 C i 5 sekunder. Saniteringstiden er afhængig af systemets varmetab varmen skal nå ud i alle worst case områder. ISPE guideline vol 4 siger 80 C i 2 til 3 timer Varmtvand sanitering outperformer damp som medie ved sanitering af aktiv kulfiltre, med en faktor 20

112 Overophedet vand (>100 C) Dvs. vand under tryk udføres som sterilisering (121 C i 15-30min.). Metoden er ikke så udbredt. Fordele: 1) Høj drabs-sikkerhed, 2) Billigere end dampsterilisering. Ulemper: 1) Langsom nedkøling påkrævet for at modvirke kavitation af pumper. 2) Stor kølekapacitet påkrævet. 3) Dyrere end varmtvands sanitering.

113 End of presentation