Schmid

Vorbehandlung (3 Punkte)

(a) Natriumhydrogencarbonat hat eine Löslichkeit in Wasser von 93,4 g/l (bei 20 °C), während Calciumhydrogencarbonat nur eine Löslichkeit in Wasser von 1,66 g/l (bei 20 °C) besitzt. Erklären Sie anhand dieser Angaben zur Löslichkeit, weshalb die Gefahr von Scaling durch Enthärtung des Wassers sinkt?

(b) Bewerten Sie, inwiefern eine UV-Bestrahlung mit 254 nm zur Reduktion der Keimbelastung von Wasser geeignet ist? Hinweis: Eine Bewertung schließt immer eine Begründung mit ein.

(c) Der TOC-Gehalt des Wassers lässt sich im Rahmen einer Vorbehandlung u. a. auch durch eine Aktivkohlefiltration reduzieren. Was wird dabei entfernt?

Ionenaustausch (1 Punkt)

(a) Geben Sie ein Ion an, das von einem Anionenaustauscher zur Vollentsalzung gebunden wird. (b) Weshalb enthält ein Aufbereitungssystem für gereinigtes Wasser stets zwei Enthärtungsbehälter?

Umkehrosmose (1 Punkt) Korrigieren Sie die beiden nachfolgenden Aussagen zur Umkehrosmose:

(a) Es ergibt sich ein Aufkonzentrierungsfaktor von 10 für das Filtrat, wenn die Permeat-Ausbeute 90 % beträgt

(b) Die porige, semipermeable Membran besitzt eine Trennschicht mit einer Dicke von nur ca. 200 nm, die durch Stützschichten/-strukturen stabilisiert wird.

Welche beiden Verfahren folgen üblicherweise nach der Umkehrosmose in PW-Erzeugeranlagen? (1 Punkt)

Wählen Sie die jeweils korrekten Begriffe zur Vervollständigung der Funktion eines Ultrafiltrationsmoduls (siehe Abbildung) aus. (1 Punkt)

Das Begriff 1 wird nach dem Prinzip einer Begriff 2 betrieben. Das Wasser durchquert die Begriff 3, während Verunreinigungen (wie z.B. Begriff 4) zurückgehalten werden und das Modul geradlinig als Retentat verlassen.

WFI-Herstellung / Destillation (1,5 Punkte)

(a) Welches Verdampfungsverfahren kommt neben dem Naturumlaufprinzip bei Druckkolonnendestillationsanlagen zum Einsatz?

(b) Nennen Sie einen Vorteil des Thermokompressionsverfahrens gegenüber der mehrstufigen Druckkolonnendestillation.

(c) Was versteht man unter kaltem WFI?

Engineering und Qualifizierung (1,5 Punkte)

(a) Welche Informationen werden im Rahmen des Basic Engineering für die Auslegung der Reinstwassererzeugungs- und Lagerungskapazität zwingend benötigt?

(b) Vor der Auslieferung einer Wasseraufbereitungsanlage an den Kunden erfolgt beim Hersteller ein FAT. Tests aus welchen Phasen der Qualifizierung werden darin integriert?

Vorbehandlung (2 Punkte)

(a) Durch eine Vorbehandlung wird die Gefahr von Scaling und Fouling im Wasseraufbereitungssystem verringert. Was bedeutet dies hinsichtlich Betriebssicherheit und Lebensdauer der im System eingesetzten Membranen?

(b) Weshalb sinkt die Gefahr von Scaling durch Verringerung des pH-Werts?

Welche Inhaltsstoffe müssen aus Trinkwasser entfernt werden, um gereinigtes Wasser zu erhalten? (1 Punkt)

Ionenaustausch (1 Punkt)

(a) Geben Sie ein Ion an, das durch einen Enthärter nur sehr schlecht gebunden wird, jedoch von einem Kationenaustauscher zur Vollentsalzung effektiv aus dem Wasser entfernt wird.

(b) Nennen Sie eine Problematik, die die Regeneration von Ionenaustauschern zur Vollentsalzung mit sich bringt.

Wählen Sie die jeweils korrekten Begriffe zur Vervollständigung der Funktion eines Wickelmoduls zur Umkehrosmose (siehe Abbildung) aus. (1 Punkt)

Rohwasser (1) wird in die Trennschicht (3) zwischen den Membrantaschen (5) zugeführt. Das Wasser durchquert die Begriff 1 (5) in die Trennschicht (6) innerhalb der Membrantasche und fließt daraufhin spiralförmig (2) in das zentrale Sammelrohr (7), auf dem die Membrantaschen aufgeklebt sind. Das Begriff 2 (2) tritt über das Sammelrohr (7) aus dem Wickelmodul aus, während das Begriff 3 (4) das Modul aus dem Raum zwischen den Membrantaschen verlässt und rezirkuliert bzw. verworfen wird.

Membranentgasung und EDI (1,5 Punkte)

(a) Durch eine Membranentgasung in PW-Erzeugeranlagen wird CO2 entfernt. Wie wirkt sich dies auf die Leitfähigkeit des Wassers aus?

(b) Welche Spannungsart wird für die ordnungsgemäße Funktion eines EDIModuls benötigt?

(c) Wie erfolgt die Regeneration eines EDI-Moduls?

(b) Nennen Sie ein grundlegendes Prinzip zur Abscheidung von Tröpfchen bei Destillationsverfahren neben dem Umlenkungsprinzip.

(c) Bei welchem Destillationsverfahren wird mit Verdampfungstemperaturen deutlich unter 100 °C gearbeitet?

Lagerung und Sanitisierung (1 Punkt)

(a) Wie muss ein Leitungssystem für die Verteilung von Reinstwasser gestaltet sein, damit eine permanente Zirkulation ermöglicht wird?

(b) Welche Form der Kaltsanitisierung kann bei der Kaltlagerung von Reinstwasser neben einer Ozonisierung zum Einsatz kommen?

Engineering und Qualifizierung (1 Punkt)

(a) In welcher Projektphase werden die Einbringmöglichkeiten für die später zu installierenden Anlagenkomponenten (Reinstwassererzeugungsanlage, Lagerbehälter usw.) überprüft? Als Teil des Basic Engineering, der IQ oder des SAT?

(b) Wie lange dauert die dritte Phasen der Leistungsqualifizierung (PQ) einer pharmazeutischen Wasseraufbereitungsanlage?

Vorbehandlung (2 Punkte)

(a) Nennen Sie zwei Möglichkeiten, wie im Rahmen einer Vorbehandlung von Ausgangswasser die Scaling-Gefahr reduziert werden kann.

(b) Was kann durch eine Aktivkohlefiltration effizient aus dem Wasser entfernt werden?

(c) Der TOC-Gehalt des Wassers lässt sich im Rahmen einer Vorbehandlung reduzieren. Welche Methodik kann hierfür neben Filtrationsverfahren zum Einsatz kommen?

Ionenaustausch (1,5 Punkte) Ionentauscher bestehen aus Kunstharzkügelchen, an deren Oberfläche sich geladene Ankergruppen befinden, an die wiederum austauschbare Ionen gebunden sind.

(a) Welches Ladungsvorzeichen hat die Ankergruppe bei einem Kationentauscher?

(b) Welches Ion gibt ein Anionentauscher zur Vollentsalzung ab?

(c) Was wird zur Regeneration eines Kationentauschers zur Vollentsalzung benötigt?

Umkehrosmose (1 Punkt) Korrigieren Sie die nachfolgenden Aussagen zur Umkehrosmose:

(a) Der Betriebsdruck muss kleiner als der natürliche osmotische Druck sein.

(b) Die bei der Umkehrosmose eingesetzten Porenmembranen haben eine Trenngröße von ca. 100 Dalton.

Membranentgasung (1,5 Punkte) Beschreiben Sie in knappen Worten das Prinzip der Membranentgasung von Wasser und gehen Sie dabei auch auf die Membraneigenschaften und das Trennprinzip ein.

WFI-Herstellung (1,5 Punkte)

(a) Bei welchem Destillationsverfahren wird mit Verdampfungstemperaturen deutlich über 100 °C gearbeitet?

(b) Nach welchem Prinzip werden bei der Vakuummembrandestillation Tröpfchen zurückgehalten?

(c) Welches Aufbereitungsverfahren muss folgen, um aus PW „kaltes WFI“ zu machen?

Sie sollen ein System zur Lagerung und Verteilung von Purified Water planen. Geben Sie drei unterschiedliche Grundsätze an, die Sie hierbei berücksichtigen sollten? (1,5 Punkte)

Qualifizierung (1 Punkt) Weshalb dauert die dritte Phasen der Leistungsqualifizierung (PQ) einer pharmazeutischen Wasseraufbereitungsanlage mindestens ein Jahr?

Vorbehandlung (2 Punkte)

(a) Bei Wasseraufbereitungsanlagen werden Vorfilter mit einer Porengröße von etwa 100 µm eingesetzt. Was wird durch diese entfernt?

(b) Wie muss der pH-Wert verändert werden, um die Scaling-Gefahr zu reduzieren?

(c) Der TOC-Gehalt des Wassers lässt sich durch eine UV-Bestrahlung bei 185 nm reduzieren. Weshalb?

(d) Mit welchem Verfahren lässt sich der Chlorgehalt von Wasser reduzieren?

Ionenaustausch (1,5 Punkte)

(a) Geben Sie ein Ion an, das von einem Enthärter aus dem Wasser entfernt wird.

(b) Ionenaustauscher zur Vollentsalzung werden üblicherweise nicht zur Herstellung von pharmazeutischen Wasserqualitäten eingesetzt, obwohl die Entsalzungsleitung sehr hoch ist. Nennen Sie zwei Gründe, weshalb zur Entsalzung die Umkehrosmose bevorzugt wird.

Umkehrosmose (1,5 Punkte)

(a) Ergänzen Sie die Abbildung so, dass daraus das Prinzip der Umkehrosmose nachvollziehbar hervorgeht.

(b) Welcher Aufkonzentrierungsfaktor ergibt sich für das Konzentrat, wenn die Permeat-Ausbeute 90 % beträgt?

Elektrodeionisation (1 Punkt)

Benennen Sie die mit den Zahlen 1 & 4 markierten Elemente eines Elektrodeionisationsmoduls.

WFI-Herstellung (1,5 Punkte)

(a) In wie viele der Kolonnen einer 5-stufigen Druckkolonnendestillationsanlage wird frisches Speisewasser eingeleitet?

(b) Ordnen Sie die folgenden Destillationsverfahren nach ihrer Verdampfungstemperatur. Kleinste Temperatur zuerst.

(c) Welches Aufbereitungsverfahren muss folgen, um aus PW „kaltes WFI“ zu machen?

Welche beiden Abscheideprinzipien für Wassertröpfchen nutzt dieser Zyklonabscheider? (1 Punkt)

Engineering und Qualifizierung (1,5 Punkte)

(a) In welcher Projektphase wird der Qualifizierungsplan erstellt: als Teil des Basic oder Detail Engineering? Bitte ganz kurz begründen.

(b) Nach der Aufstellung der Wasseraufbereitungsanlage am Zielort erfolgt der SAT. Tests aus welchen Phasen der Qualifizierung werden darin integriert?

(c) Aus wie vielen Phasen besteht die PQ eines Reinstwassererzeugungssystems?

Vorbehandlung

Geben Sie ein Verfahren an, mit dem Kolloide aus dem Wasser entfernt werden können

Ionenaustausch (1,5 Punkte)

(a) Was unterscheidet einen Kationenaustauscher zur Vollentsalzung von einem Enthärter?

Umkehrosmose (1 Punkt)

(a) Welche Membranart kommt bei der Umkehrosmose zum Einsatz?

(b) Welcher Aufkonzentrierungsfaktor ergibt sich für das Konzentrat, wenn die Permeat-Ausbeute 75 % beträgt?

Woran ist zu erkennen, dass das nachfolgend abgebildete Ultrafiltrationsmodul nach dem Prinzip der Cross-Flow-Filtration funktioniert. (1 Punkt)

Destillation (1 Punkt) Wie kann eine hohe Dampfgeschwindigkeit zur Abscheidung von Tröpfchen genutzt werden? Erklären Sie eine Möglichkeit.

Durch eine Ultrafiltration von PW kann „kaltes WFI“ generiert werden. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme wird in Systemen zur kalten WFIHerstellung als Vorbehandlung häufig eine UV-Bestrahlung bei 185 nm und 254 nm integriert. Welche Effekte bringen diese Bestrahlungen mit sich? (1 Punkt)

Engineering und Qualifizierung (1,5 Punkte)

(a) Welches zentrale Dokument, das die Nutzeranforderungen auflistet, ist im Rahmen des Basic Engineering zu erstellen?

(b) Im Rahmen der Qualifizierung einer Wasseraufbereitungsanlage werden auch die Leistungsdaten verifiziert. Was gehört neben der gewünschten Wasserqualität und –temperatur zu den zentralen Leistungsdaten?

Wasserqualitäten:

(a) Nennen Sie eine Anwendung von VE-Wasser.

(b) Hinsichtlich welches Analyseparameters neben Leitfähigkeit und Endotoxine unterscheiden sich die Spezifikationen / Qualitätsanforderungen zwischen gereinigtem Wasser und Wasser für Injektionszwecke. (1 Punkt)

Vorbehandlung: Durch eine Vorbehandlung des Wassers soll die Gefahr von Scaling und Fouling reduziert werden.

(a) Weshalb ist dies für nachfolgende Membrantrennverfahren sehr wichtig?

(c) Coronaviren haben einen Durchmesser von ca. 120 nm. Welche Filtrationsmethode mit Porenmembran würden Sie zur Abscheidung der Viren aus Wasser einsetzen?

Ionenaustausch:

(a) Welche zwei allgemeinen Voraussetzungen muss ein Ion „mitbringen“, damit es von einem Ionenaustauscher gebunden werden kann?

(b) Wie verändert sich der pH-Wert des Wassers durch eine Behandlung mit einem Kationenaustauscher zur Vollentsalzung? (1,5 Punkte)

Umkehrosmose:

(a) Wie hoch muss der Druck bei der Umkehrosmose mindestens sein, damit Wasser von der salzhaltigen Seite über die semipermeable Membran auf die reine Seite gedrückt wird?

(b) Welcher Aufkonzentrierungsfaktor ergibt sich für das Konzentrat, wenn die Permeat-Ausbeute 80 % beträgt?

(c) Wie nennt man die Bauart von Umkehrosmosemodulen (siehe Abbildung)?

Die Kaltlagerung von gereinigtem Wasser erfolgt bei kontrollierten Temperaturen, i. d. R. zwischen 15 °C und 20 °C.

(a) Weshalb ist dabei stets eine aktive Kühlung des Wassers erforderlich, auch im Winter?

(b) Welche Möglichkeit neben einer UV-Bestrahlung gibt es für die Kaltsanitisierung des Lager- und Verteilsystems von PW noch? (1 Punkt)

Destillation:

(a) Welches Verdampfungsverfahren kommt neben dem Fallfilmprinzip bei Druckkolonnendestillationsanlagen zum Einsatz?

(b) Weshalb trägt eine reine Umlenkung des Dampfstroms in Destillationsanlagen zur Abscheidung von Wassertröpfchen bei? (1 Punkt)