C. Wasserversorgung Flashcards
- Welche beiden grundsätzlichen Herkunftsarten für Wasser kennen Sie?
- Oberflächenwasser aus Flüssen, Seen
* Grundwasser, Tiefe abhängig von Gesteinsschichten
- Welches Wasser der beiden Herkunftsarten ist für die industrielle Verwendung in der Life Science Industrie prinzipiell besser geeignet?
Geben Sie Gründe dafür an.
(auch SS 2016)
Grundwasser ist besser geeignet, da es keine / nur geringe Temperaturschwankungen gibt, konstante Wasserinhaltsstoffe, hohe Wasserhärte durch Vielzahl anorganischer Verbindungen, niedriges Fouling-Potential, Kolloidindex gering (<2), Brunnen in Wasserschutzzonen Keine zusätzliche Klärung erforderlich
- Welche Gruppen von Wasserinhaltsstoffen kennen Sie?
min. 5 (auch SS 2016)
- Anorganische Wasserinhaltsstoffe
- Organische Wasserinhaltsstoffe
- Kolloide
- Mikrobiologische Verunreinigungen
- Gase (Kohlensäure)
- Partikel
- Wie verhält sich die elektrische Leitfähigkeit zwischen Trinkwasser und
hochreinem Wasser?
(auch SS 2015)
Trinkwasser besitzt eine Vielzahl an Ionen, diese erhöhen die Leitfähigkeit des Wassers.
• Trinkwasser 200 – 1.000 microS/cm
• Hochreines Wasser 0,1 microS/cm
Je mehr Salze (anorganisch, Anionen & Kationen) im Wasser gelöst sind, desto höher ist die Leitfähigkeit, somit sinkt die Leitfähigkeit mit steigender Qualität, da weniger Salze im Wasser sind
- Warum ist die Unterscheidung der Wasserhärte in Carbonathärte und nicht Carbonathärte wichtig?
(auch SS 2016)
• Wasserhärte = Gehalt aller im Wasser gelöster Erdalkalien (Kalzium- & Magnesiumsalze; Einheit: mmol/l)
• Carbonathärte = Erdalkalien mit Hydrogencarbonationen
• Nichtcarbonathärte = Erdalkaliionen mit Chlorid, Sulfat, Nitrat
Carbonathärte lässt sich wesentlich wirtschaftlicher entfernen durch Entcarbonisierung, Nichtcarbonathärte muss über stark sauren Ionenaustauscher enthärtet werden.
- Was versteht man unter dem TOC-Wert?
Total Organic Carbon, Summenparameter zur Erfassung von organischen Wasserinhaltsstoffen (durch Arzneimittelwirkstoffe, Pflanzenschutzmittel etc.), in Trinkwasserverordnung aufgeführt, aber ohne Grenzwert
- Was versteht man unter Fouling und unter Biofouling?
auch SS 2015
- Fouling Deckschichtbildung durch organische Wasserinhaltsstoffe. An Oberflächen von Wasseraufbereitungsanlagen vor.
- Biofouling Ausbildung eines speziellen Biofilms hauptsächlich durch Mikroorganismen
- Erläutern Sie den Begriff des Kolloidindex. (auch SS 2016)
Kolloide (10-8 m bis 10-5 m, organisch / anorganisch) Kolloidindex ist Maß für die vorhandenen Trübstoffe im Wasser, interessant v.a. bei Oberflächenwasser
- Wann muss die mikrobiologische und analytische Reinheit von Wasser dokumentiert werden?
Trinkwasser in D aufgrund TWVO einwandfrei, Wasser muss nur bei Validierung dokumentiert werden.
Belastung durch Mikroorganismen 5-10 KBE/ml,
Grenzwert: 100 KBE/ml
- Wo ist die Qualität von Trinkwasser in Deutschland festgelegt?
Trinkwasserverordnung (TWVO) legt Qualität fest, es dürfen 100 KBE/ml Keime vorhanden sein, bei desinfiziertem Wasser maximal 20 KBE/ml.
Nicht enthalten sein dürfen in 100ml:
- Escherischia Coli
- Coliforme Keime
- Fäkalstreptokokken
Für Chemikalien und Elemente gibt es noch weitere Grenzwerte
- Nennen Sie Beispiele aus der Lebensmittelproduktion, bei denen produktspezifische Anforderungen an Wasser gestellt werden.
(Beispiel Fruchtsaftgetränke oder Milchprodukte beantworten SS 2015)
Bier: Gesamthärte des Wassers beeinflusst Geschmack, aber auch Relation von Carbonathärte zu Sulfathärte (bestimmt den pH-Wert), Wasserbedarf 4,5-8hl pro hl Bier
Fruchtsaftgetränke: wenig Biocarbonate, (neutralisieren Zitronensäure), wenig freies Chlor, kein Ozonüberschuss, geringe Sauerstoffmengen (Minderung des Vitamin-C-Gehalts, Beeinflussung des Aromas)
Obst-/Gemüsekonserven: frei von Eisen oder Mangan (Verfärbung), niedriger Natrium- & Hydrogencarbonatgehalt (negative Vitamin- beeinflussung)
Milchprodukte: hohe mikrobiologische Anforderungen an Prozesswasser (Verfärbungen), Butterwasser mit niedrigem Kalziumgehalt (Aroma-verlust) kein Magnesium (bitterer Geschmack), wenig gelöster Sauerstoff (Fettoxidation)
Backwaren: geringe Eisen- / Mangananteile (Verfärbung), weiches Wasser für manche Keks- und Brotsorten
- Welche Wasserqualitäten werden nach dem europäischen Arzneibuch unterschieden?
- AP (aqua purificata – gereinigtes Wasser) auch Purified Water / vollentsalztes Wasser niedrigste Stufe, weder steril noch pyrogenfrei, Ausgangswasser für Erzeugung von Reindampf
- WFI (Wasser für Injektionszwecke), Unterscheidung nach Bulkware und WFI sterilisiert in Endbehältnis, geeignet zur Herstellung von Arzneimitteln zur parenteralen Anwendung
- Nennen Sie mindestens 3 Wasserqualitäten nach USP.
- Purified Water (PW), entspricht etwa AP (EP)
- Sterile Purified Water
- Water for Injections, entspricht etwa WFI (EP)
- Sterile Water for Injections
- Bacteriostatic Water for Injections
- Sterile Water for Inhalation
- Was versteht man unter Ultrafiltration?
Wasserkonditionierungs- / -aufbereitungsverfahren in Pharmaproduktion zur Entfernung von mikrobiologischen Verunreinigungen (Keime, Pyrogene, Viren, Proteine) über Membrantrennverfahren, alle Inhaltsstoffe die größer sind als Membranporen (ca. 0,1μm) werden zurückgehalten
- Welche beiden Technologien werden in der Ultrafiltration als Membrantrennverfahren eingesetzt? (auch SS 2015)
Dead-End-Betrieb Wasser wird vollständig durch die Membran filtriert
Cross-Flow-Filtration Überströmung der Membran während der Filtration mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten, Scherkräfte verhindern die Ausbildung von Ablagerungen auf der Membranoberfläche
- Beschreiben Sie die Enthärtung von Wasser im Ionenaustauscher-Verfahren.
Stark saure Kationentauscher (Na), Austausch von Calcium- & Magnesiumionen (Härtebildner), Regeneration mit Natriumchlorid, Ableitung in Abwasser
- Beschreiben Sie die vollständige Wasserentsalzung mit dem Ionenaustauscher-Verfahren
Stark saure Kationentauscher (H+) und stark basische Anionentauscher (OH-) sind entweder in einem (Mischbettanlagen) oder in zwei getrennten Behältern, (Getrenntbettanlagen), Austausch von Kationen (Na+) und Anionen (Cl-), Regeneration durch HCl und NaOH, Leitfähigkeit des Wassers wird reduziert, PW oder HPW entsteht, Verkeimungsgefahr bei den Ionenaustauschern
- Beschreiben Sie das System der Osmose und der Umkehrosmose.
Osmose: zwei Flüssigkeiten unterschiedlicher Konzentration getrennt durch semipermeable Membran, Flüssigkeit mit niedrigerer Konzentration verdünnt die konzentriertere Lösung
Konzentrationsausgleich auf beiden Seiten der
Membran, semipermeable Membran ist nur
wasserdurchlässig, daher werden im Wasser
gelöste und ungelöste Stoffe herausgefiltert.
Umkehrosmose: wird auf die konzentrierte Lösung Druck ausgeübt, der höher ist, als der osmotische Druck, so wird die Fließrichtung wird umgekehrt, wichtiges Verfahren zur Herstellung von gereinigtem Wasser
- Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer Umkehrosmose-Anlage.
Bild lernen
- Beschreiben Sie die prinzipielle Funktionsweise der elektrochemischen Deionisation.
kurz: EDI, elektrochemisches Membranverfahren, Kombination aus Elektrodialyse und Ionenaustausch, Salze im Wasser sind ionogene Verbindungen (positiv oder negativ geladen), Gleichspannungsfeld mit Anode (+) und Kathode (-), Anziehung der entsprechend geladenen Teilchen
Anionen- und Kationenselektive Membrane (ionenselektiv) bewirken eine bessere Ausschleusung einzelner Ionen aus dem System
EDI ist ein kontinuierlicher Prozess mit hoher Qualität des Reinstwassers und niedrigem Energiebedarf, jedoch muss das Wasser zunächst vorbehandelt werden.
- Was versteht man bei der EDI unter einem Stack?
Technische Einheit mit vielen anionen- und kationenpermeablen Ionenaustauschermembranen zwischen den beiden Elektroden.
- Für welche Reinstwasserqualität ist das Destillationsverfahren im EP zwingend vorgeschrieben?
Wasser für Injektionszwecke (WFI – EP)
Nicht mehr!
- Beschreiben Sie die prinzipielle Funktionsweise des einstufigen Destillationsverfahrens.
Vorbehandeltes Wasser (AP) wird über Wasserdampf erwärmt, in Verdampfer unter Druck zur Destillation geführt, Destillatdampf wird tröpfchenfrei in Kühler geführt und so zum Destillat. Jedoch hoher Energieeinsatz erforderlich
- Beschreiben Sie die Wirkungsweise der UV-Bestrahlung von Wasser.
Elektromagnetische UV-Strahlen (Wellenlänge: 250 nm, wirkt nicht ionisierend) zerstören in photochemischer Reaktion die DNA der Mikroorganismen, oxidative Spaltung der organischen Zellen, dadurch Reduzierung des TOC-Wertes
- Nennen Sie die Phasen, die bei der Qualifizierung von Wasseraufbereitungsanlagen üblich sind.
- Aufstellen Lasten-/Pflichtenheft
- Designqualifizierung
- Installationsqualifizierung
- Funktionsqualifizierung
- Leistungsqualifizierung
- Nennen Sie 3 Systeme bei industrieller Wasserverteilung und beschreiben Sie stichwortartig deren Vor- und Nachteile. (auch SS 2015)
Stichleitungssysteme + Durchströmen der Systemteile nur im Entnahmefall, - Stehendes Wasser, nicht für RW-Leitungen, WW-Verteilung bedingt geeignet
Ringleitungssystem + Kreisgeführtessystem, RW&WW geeignet, berechenbar, klare Abfolge der hydraulischen Elemente, - Kontinuierliche laufende Pumpen erforderlich
Parallelleitungssystem + große und breit verzweigte Verteilsysteme
Zentraler Werksverteilring Zentraler Hauptverteilring und mehrere Unterverteilringe
System mit Heißlagerung + Keine Sanitisierungschemikalien erforderlich, Sanitisierung mit Sattdampf genügt, - Hohe Energiekosten, Isolierung des ganzen Systems inklusive aller Einbauten
- Warum muss bei der Kombination verschiedener Rohrleitungsmaterialien die elektrolytische Spannungsreihe der Metalle in Fließrichtung beachtet werden?
Bei Rohrleitungen mit Metallen unterschiedlicher Spannungsreihen sind in Wasser-Fließrichtung das unedlere Metall (mit negativerem Normalpotential) vor dem edleren Metall (mit positiverem Normalpotential) zu installieren, sonst Korrosion.
- Nennen Sie Rohrleitungsmaterialien für Trinkwasserleitungen.
- Stahlrohre (verzinkter Stahl, Edelstahl)
- Kupferrohre
- Kunststoffrohre (PVC-U, PVC-C, PE-HD, PE-X, PB)
- Beschreiben Sie die Vor- und Nachteile von Trinkwasserleitungen aus Kupfer und aus PE-X.
Ku: + Hygienisch (Mos können sich nicht gut vermehren)
+ Geringe Wärmeausdehnung
- nicht für Reinstwasser geeignet, teuer
PE-X: + Elektrisch nicht leitend
+ Einfache Montage durch Klemmringverschraubung
- nicht für Reinstwasser geeignet
- Hohe Wärmeausdehnung
- Was versteht man unter dem Mittenrauenwert R a bei Reinstwasserleitungen?
Arithmetischer Mittelwert zwischen höchstem und tiefstem Punkt des Rauheitsprofils innerhalb einer zuvor definierten Messstrecke
- Welche GMP-Anforderungen werden an Reinstwasserleitungen gestellt?
• Totraumfreiheit • Restentleerbarkeit • gute Reinigbarkeit • Oberflächen mit geringer Rauigkeit (Ra < 0,8 μm, WFI: Ra < 0,5 μm) • Werkstoffe: Edelstahl & Polyvinylidenfluorid (PVDF - Kunststoff)
- Welche beiden Materialarten sind für Reinstwasserleitungen möglich?
Nennen Sie Vor- und Nachteile des jeweiligen Materials.
Edelstahl: + Geringe Ausdehnng bei Erwärmung
+ UV Stabil
- Korrosiongefahr
- gibt Wärme ab
PVDF: + Kein Rouging
+ WNF Wulst- und Nutfreies Schweißen
- Nicht UV - Stabil
- Was versteht man unter dem WNF Schweißverfahren für Reinstwasserleitungen?
(auch SS 2015)
WNF Wulst- und nutfreies Schweißen
Blase wird an Nutstelle im Rohr aufgeblasen, über Schweißautomat außenliegende Schweißnaht gezogen – Keine Wülste oder Nuten daher für Reinstwasserqualitäten geeignet.
- Welche Arten von Absperrarmaturen kennen Sie?
- Absperrventile: Leitung wird durch Ventilkegel geschlossen
- Absperrschieber: Leitung wird durch keilförmige Scheibe (Metall) / Kolben (Elastomer) geschlossen
- Absperrhahn: Leitung wird durch durchbohrtes Drehteil geschlossen
- Warum müssen Rückflussverhinderer oder Rohrtrenner eingesetzt werden? (auch SS 2015)
Es darf kein Wasser in das öffentliche Netz zurückfließen, generell sollte Rückfließen des Wassers entgegen seiner gewünschten Fließrichtung verhindert werden
- Was ist der Unterschied zwischen einem Rückflussverhinderer und einem Rohrtrenner?
(auch SS 2015)
Beide verhindern Rückfließen des Wassers, Rohrtrenner ist sicherer
Rückflussverhinderer bewegliches Element zum Verschließen der Leitung (Dichtsitz-Dichtteller wie beim Ventil), Flüssigkeitssäulen nur durch die Dichtfläche getrennt
Rohrtrenner bewegliche Teile druckgesteuert zum Verschließen der Rohrleitung, Mindestabstand von 20 mm zwischen den getrennten Flüssigkeiten
- Welche Art von Ventilen kennen Sie, die für Reinstwassersysteme geeignet sind?
(auch SS 2015)
Faltenbalgventil Ventile mit linearer Hubbewegung mit Abschirmung der Ventilspindel vom Produktraum durch einen Faltenbalg
Membranventile Ventile mit linearer Hubbewegung, bei denen die Produktkontamination von außen durch eine Membran verhindert wird
Klappenventile Öffnen und Schließen sich durch 90° Drehbewegung, Gefahr von Verunreinigungen (kein Einbau im RW-Systemen)
Kugelventil Keine Verwendung in RW-Systemen
- Beschreiben Sie oder skizzieren Sie, warum Kugelventile für Reinstwassersysteme nicht geeignet sind.
Produkt kann zwischen Kugel und Ventilgehäuse eindringen
Bohrung der Kugel steht im geschlossenen Zustand voll Produkt
- Welche drei prinzipiellen lösbaren Rohrverbindungen für Reinstwassersysteme kennen Sie?
- Verschraubung: Aseptikverschraubung nach DIN 11864, Gefahr dass sich Schrauben bei Erwärmung / Abkühlung lösen können
- Clamp-Verbindung: Profildichtung mit undefinierter Pressung und ungenauer Zentrierung, nicht empfindlich bei Erwärmung / Abkühlung, kann kann ohne Werkzeug gelöst werden
- Flansch-Verbindung: sicherste Verbindung nach DIN 11864, Bundflansch, O-Ring, Nutflansch,Verschraubung
- Welche grundsätzliche Problematik besteht bei lösbaren Rohrverbindungen in Reinstwassersystemen?
Gefahr von Kontamination durch Partikel und Keime an nachlassenden Dichtungen, daher Einbau nur wenn zwingend erforderlich und präventive Wartungen durchführen
- Welche zwei prinzipiellen Wärmetauscherverfahren sind für Reinstwassersysteme geeignet?
• Rohrbündelwärmetauscher mit Doppelrohrboden:
zwei getrennte Rohrböden, auch im Leckagefall kein Eindringen des Energieträges auf Produktseite
• Rohrbündelwärmetauscher mit Differenzdruckmessung:
Messung des Drucks auf Produkt- und Energieträgerseite, Druck auf Produktseite muss immer höher sein zur Verhinderung von Kontamination im Leckagefall
- Beschreiben Sie die Wirkungsweise von Ozongeneratoren.
Verminderung der Keimzahl im Reinstwasser durch Ozon (O3)
Prinzip der katalytischen Wasserelektrolyse, dabei Anode und Kathode im Wasser mit Gleichspannung versorgt, O2– und H+-Ionen entstehen, die O2-Ionen wandern zur Anode (von Elektrokatalysator aus Elektrolyt umgeben) und bilden Gasblasen aus Sauerstoff
- Nennen Sie Verwendungsarten von Warmwasser in der Life Science Industrie.
• Personalbezogen (Händewaschen, Duschen)
• Reinigung der Gebäudeflächen
(Boden, Wand etc.)
• Reinigung von Geräten und Produktionsanlagen
- Nennen Sie die drei grundsätzlichen Betriebsarten, die bei der Warmwasserversorgung möglich sind.
- Einzelversorgung: jede Entnahmestelle eigener Trinkwassererwärmer
- Gruppenversorgung: verschiedene, nahe beieinander liegende Entnahmestellen ein gemeinsamer Trinkwassererwärmer
- Zentralversorgung: alle Entnahmestellen eines Gebäudes / Gebäudeteils zentral Leitungsnetz von einem Trinkwassererwärmer versorgt
- Beschreiben Sie Vor- und Nachteile von Durchfluss- und Speicher-Wassererwärmern.
Durchflusserwärmer: + Kein Speicher notwendig + Wirtschaftlich (es wird soviel erzeugt, wie benötigt)
- Es steht nur begrenzte Warmwassermenge zur Verfügung
Speicher-Wassererwärmer: +Größerer Komfort, da warmes Wasser direkt zur Verfügung steht
- Gesamte Wassermenge muss dauerhaft warmgehalten werden
- Welche drei Speicherarten mit indirekter Beheizung kennen Sie?
- Doppelmantelspeicher
- Einwandiger Speicher
- Durchlaufwassererwärmer
- Beschreiben Sie die Legionellenproblematik und Maßnahmen, die nach dem DVGW-Arbeitsblatt W 551 erforderlich sind. (auch SS 2015; SS 2016)
Stabförmige Bakterien die sich zwischen 30° und 45° Celsius vermehren und bei Menschen zu Infektion führen können (Duschen Aerosole)
Unterscheidung in Stich- und Zirkulationsleitungssysteme
Stichleitung: Leitungslänge darf Wasservolumen von max. 3l haben, ansonsten Rohrbegleitheizung oder als Zirkulationsleitung ausführen, sollen generell vermieden werden
Zirkulationleitung: Wasser sollte mindestens einmal am Tag auf 60°C erwärmt werden, aber auch nicht höher da sonst verstärkte Korrosion, Zirkulations- temperatur: 50°C
- Welche Möglichkeit kennen Sie, um bei der Dämmung von Rohrleitungen Energie einzusparen?
Warmwasserleitungen sollten gedämmt sein (Dicke Dämmschicht = Rohrdurchmesser) Unterbrechung der Zirkulation
Vor- und Rücklauf in Rohr-an-Rohr-Systemen (ergibt Einsparung von bis zur 30% ggü. einzelner gedämmter Verlegung (Dicke Dämmschicht = Rohrdurchmesser größeres Rohr)
- Nennen Sie Verfahrensschritte, die bei der Planung von Wasserversorgungsanlagen durchlaufen werden müssen.
1) Zusammenstellung Projektteam
2) Festlegung der benötigten Wasserqualität
3) Auslegung Wasseraufbereitung
4) Bedarfsermittlung (Tages- & Spitzenverbräuche)
5) Festlegung Entnahmestellen
6) Festlegung Lagerungsarten
7) Festlegung Aufstellungsbereiche: Aufbereitungs- und Lageranlagen
8) Grobdesign für Rohrleitungsverlauf
9) Überprüfung der Einbringungsmöglichkeiten für Großkomponenten
10) Überprüfung der Implementation der Rohrleitungen in Gebäudestruktur
11) Hydraulische Berechnung und Dimensionierung der Nennweiten
12) Definition der qualitätsrelevanten Anlageparameter
13) Festlegung der qualitätsrelevanten Messstellen
14) Erarbeitung Steuerungskonzept
15) Erstellung eines Fließbildes
16) Erstellung einer Anlagenstückliste
17) Festlegung des geforderten Dokumentationsumfangs
18) Durchführung einer Risikoanalyse
19) Definition des Qualifizierungsumfangs
20) Erstellung Terminplan
21) Erstellung Lastenheft
22) Erstellung Ausschreibungsunterlagen
23) Festlegung Projektbudget
1. Projektteam
Wie. Wasserwauli
3
5.
6. Lagerung
7. Grobdesign
8. Hydraulische berechnung
9. Qualität
- Erläutern Sie die Begriffe Summendurchfluss und Spitzendurchfluss bei der Bemessung von Rohrleitungssystemen.
(auch SS 2016)
Mindestfließdruck: PminFL: erforderlicher statischer Überdruck an ungünstigster Entnahme- Stelle
Berechnungsdurchfluss: VR angenommener Durchfluss einer Entnahmearmatur [l/s]
Summedurchfluss: ΣVR Summe aller Berechnungsdurchflüsse für die jeweiligen Leitungs- abschnitte
Spitzendurchfluss: VS für hydraulische Berechnung maßgebender Durchfluss unter Berücksichtigung wahrscheinlicher Gleichzeitigkeit bei Wasserentnahme
- Beschreiben Sie das prinzipielle Vorgehen bei der Ermittlung von Rohrdurchmessern von Wasserverteilsystemen.
Bild lernen
- Was ist der Vorteil eines Schrägsitz ventils gegenüber einem Geradsitzventil?
(SS 2016)
Schrägsitzventils - Geringerer Strömungswiderstand
- Beschreiben Sie oder skizzieren Sie die prinzipielle Wirkungsweise eines Gas-Brennwert-Wassererwärmer s. (SS 2016)
- Abgas wird über zweiten Wärmetauscher geleotet, der vom Rücklauf (Heizung/WW) durchflossen wird.
- Abgas wird abgekühlt, kondensiert und gibt dabei seine Latentwärme an den Rücklauf ab
- Wie lassen sich vereinfacht die Anforderungen der Energieeinsparverordnung 2014 an die Dämmung von Warmwasserleitungen zusammenfassen? (SS 2016)
Dicke Dämmschicht = Rohrdurchmesser
- Bei einer geplanten Industriewasseranlage reicht der vorhandene Versorgungsdruck nicht aus. Was muss eingebaut werden und wie funktioniert die einzubauende Anlage?
(SS 2015)
Druckerhöhungsanlage Pumpe gewährleistet einen konstanten Druck
- Erläutern Sie, wie prinzipiell bei der Bemessung von Schmutzwasserleitungen vorgegangen werden muss.
(SS 2015)
Ermittlung des Schmutzwasserabfluss mit den Komponenten
• K = Abflusskennzahl
• DU = Anschlusswerte
• Einzelanschlussleitungsdurchmesser
