Lounges 2014, ISPE , Marcel Zehnder
Good Practice Guide
Ozone Sanitization of
Pharmaceutical
Water System
Good Practice Guide Ozone Sanitization
of Pharmaceutical Water System
Chapter 1 – 8
1. Introduction
2. Use of Ozone in Pharmaceutical Industry
3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Good Practice Guide Ozone Sanitization
of Pharmaceutical Water System
1. Introduction
2. Use of Ozone in Pharmaceutical Industry
3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Punkt
Ozon Guide
Zweck
Der Zweck dieses Leitfadens ist es, eine detaillierte Anleitung
für die Planung und den Betrieb von Pharmawasser.
Das Verwendung von Ozon zur Desinfektion sowie deren
Beschreibung.
Umfang
Der Umfang dieses Handbuchs enthält Ausführungen und
Praktiken mit Ozon zur Desinfektion im GMP Umfeld.
Pharmawasser Lagerung und Verteilung. Andere
Ozon-Anwendungen werden nicht berücksichtigt
Punkt
Ozon Guide
Hintergrund
Diese ISPE Good Practice Guide : Ozon Desinfektion von
Pharmawasser-Systemen beschreibt Design und Methoden
und den erweiterten Einsatz von Ozon basiert auf der
Kenntnis der Prinzipien und deren Vorteile.
Seit mehr als 100 Jahren wird Ozon verwendet um
Trinkwasser zu desinfizieren und seinen organischen Anteil zu
reduzieren.
Die Verwendung in pharmazeutischen Wassersystemen
erstreckt sich seit über 30 Jahren.
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1. Introduction
2. Use of Ozone in Pharmaceutical
Industry
3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Anwendung von Ozon im Wasser
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Industrieabwässer, Deponie-sickerwasser oder vergleichbare Allgemeine Abwässer, (z.B. Kommunal), stark belastetes Prozesswasser und Schwimmbad-wasser Trinkwasser, wenig belastetes Prozesswasser und Schwimmbadwasser Pharmawasser (systemischer Schutz) Pharmawasser (systemischer Schutz) Leitwert > 1.000 µS/cm Leitwert > 1.000 µS/cm Leitwert ca. 1.000 µS/cm Leitwert ca. 5 µS/cm Leitwert < 1 µS/cm Ozonkonzentration im Wasser [ppb]ca. 5.000 ca. 2.000 ca. 600 – 1.000 ca. 20 – 50 ca. 20
Keimbelastung
[KBE/ml]
> 1.000 ca. 1.000 < 1
•[ppb]
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2.2.1
Vorteile
Höhere Produktivität
• kürzere Desinfektionszyklen
• höhere Betriebszeiten
• Reduziert Biofilm Bildung
Verbesserte
Wasserqualität
• Tank permanent unter Ozon
• TOC Abreicherung
Reduzierte
Energiekosten
• Strom Versus Dampf
• Carbon Food Print
• Keine Abwasser Kosten für chemische Sanitsation
2.2.2
Nachteile
Equipment Kosten
• Ozongenerator / UV Lampe / Restozonmessung
• Ozon Reduktion für Tank Belüftung
METHODE VORTEILE NACHTEILE Permanente Sanitisierung bei 65...85 °C . keine Chemikalien . hohe Sicherheit . anerkannt . leicht steuerbar . Betriebskosten
. teure Kühlsysteme für Kalt- wasser-Endverbraucher
Sterilfiltration
. wirksam
. kann validiert werden (Integritätstest)
. kein Schutz für das ganze System, da Endfiltration . Investitionskosten . Patronenwechsel kritisch UV-Anlagen . keine Chemikalien . Installations- und Betriebskosten
. keine absolute Sicherheit . kein Wassernetzschutz . in Tanks und Behältern
nicht wirksam Elektrolytisch erzeugtes Ozon . permanenter Schutz . periodische Desinfektion . niedrige Unterhaltskosten . keine Kontamination . Schutz des Wassernetzes . Entfernung von Pyrogenen und TOC
. Investitionskosten . Material
. Akzeptanz
. Ozon muss vernichtet werden
. Analyse Eqipment
Sanitisierung
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Sanitisierung
METHODE VORTEILE NACHTEILE
Sterilisation mit Dampf bei 121°C,
alternativ dazu die Druck-Heißwasser-Sterilisation ( Vorteil keine Entleerung und
keine zusätzlichen Installationskosten )
. keine Chemikalien . Sicherheit
. erprobt und anerkannt . kann über Temperatur gesteuert werden
. Installationskosten . Produktionsstopp
. System muss entleert werden . Verteilsystem muss Gefälle
haben
. arbeitsintensiv
. keinen permanenten Schutz
Chemische Desinfektion mit z.B.: . Peressigsäure . Wasserstoffperoxid . Natriumhypochlorit . Formaldehyd . wirksam . einfache Handhabung . niedrige Investitions-kosten
. Wirkung abhängig vom Verschmutzungsgrad . Chemikalien
. Spülung muss überwacht werden
. Produktionsstopp
. kein permanenter Schutz . zeitintensiv
. Beschädigung von Membranen / Harzen
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1. Introduction
2. Use of Ozone in Pharmaceutical Industry
3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Punkt
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Regulatoren
• USP General Information Chapter < 1231 > Wasser für pharmazeutische Zwecke
• ISPE Baseline Leitfaden für Wasser-und Dampfsysteme (Second Edition)
• FDA Guide to Inspections of High Purity Water Systems • FDA Consensus -Standard für AAMI / ANSI RD62 : 2006
USP General Information
Chapter <1231>
Im Jahr 2005 hat die USP die Notwendigkeit erkannt und gab einen kurzen Kommentar auf seiner umstrittenen Text: " keine Zusatzstoffe " In der überarbeiteten Kapitel < 1231 > "Wasser für pharmazeutische Zwecke" heißt es:
"Chemische Additive werden in Wassersystemen verwendet , um Mikroorganismen zu entfernen
EP, JP EMEA
Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung, wird die Anwendung von Ozon in der aktuellen European Pharmacopoeia (EP) beschrieben.
Japanese Pharmacopoeia (JP) oder die EMA haben keinen Ausschluss von Ozon. Es wird aber verwiesen, das Ozon entsprechend abgebaut werden muss.
EU
EU-Biozidverordnung: Seit 1. September 2013 ist Ozon als biozider Wirkstoff zu behandeln. Gemäß EU-Recht verlangt die Biozidverordnung, dass sowohl der Wirkstoff als auch Ozonerzeuger einer Zulassung unterworfen werden.
„Ozone Registration Group” bestehend aus den Hersteller:
BWT, Degrémont Technologies (Ozonia), ProMinent und Xylem (WEDECO) arbeiten zusammen für die neue Zulassung.
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3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Punkt
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Ozon Eigenschaften
• hohe Oxidationskraft 2,08 V (H2O2 1.78 / Chlor 1.36 / O2 1.23) • in kleinen Konzentrationen schnell und effizient wirksam
• kurze Halbwertszeit im Reinstwasser bei pH 7 und 25°C ca. 15-20 Min., abhängig von: pH / Temperatur / Qualität des Wassers (TOC) / UV
• zerfällt rückstandslos und/oder wird verbraucht
• Bildung von Radikalen bei falscher Auslegung von Ozonkonzentration und UV Intensität
Risiko
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1. Introduction
2. Use of Ozone in Pharmaceutical Industry
3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for
Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Punkt
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Wirkungsweise
• Ozon zerstört Zellwand und –Membran der Mikroorganismen • Zellen „platzen“ auf und verlieren Cytoplasma
• Reaktivierung und Reproduktion der Zellen nicht möglich • Hohe Reaktionsgeschwindigkeit
Ozonkonzentration
• Bei einer Täglichen / Wöchentlichen Anwendung =
20 – 50 ppb
• Zum Eindringen in einen Biofilm sind Konzentrationen > 40 ppb notwendig (Anwendung wenn Ozon nicht Täglich / Wöchentlich eingesetzt wird)
• Bei hartnäckigen Biofilmen sind Konzentrationen von > 200 ppb über einen längeren Zeitraum notwendig
Wachstum wahrscheinlich
Wachstum möglich
Kein Wachstum
0 0.004 0.008 0.012 0.016 0.020
Ozonkonzentration mg/l (ppm)
Hoffmann-La Roche (Swiss Pharma 1983)
Sanitisierung erfolgt in der Regel bei 25ppb
Ozonkonzentration
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1. Introduction
2. Use of Ozone in Pharmaceutical Industry
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5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Punkt
Ozon Guide
Ozon Erzeugung
1. Korona Entladung / stille elektrische Entladung 2. UV Strahlung
3. Elektrolytische Ozonerzeugung
Korona Stille elektrische
Entladung
Eine Korona Entladung ist eine elektrische Entladung, die durch Ionisation eines
elektrisch nichtleitenden Fluids (Gas oder Flüssigkeit) entsteht, das einen elektrischen Leiter umgibt.
Anwendung: Trinkwasser / Enthärtetes Wasser - für grössere Leistungsbereiche (>100 g Ozon/h) stellt diese Art der Ozonerzeugung die nach heutigem Stand einzig wirtschaftliche Verfahrensweise dar.
UV Strahlung
UV-Stationen welche mit einer “harten”, ozonerzeugenden Strahlung (185 nm Wellenlänge) arbeiten.
Anwendung: Kleinsten Wasseraufbereitungsanlagen (Tischgerätegrösse) haben. Erfolgreich eingesetzt werden solche Anlagen z.B. in der Analytik (Wasser für die HPLC, ...
Elektrolytische Ozonerzeugung
Elektrolytisch mit der einzige Bedingung die an das Wasser gestellt wird ist ein Leitwert von < 20 µS/cm.
Anwendung: Pharmazeutischen Wasseraufbereitung
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Korona Entladung
21 Lounges 2014, ISPE, Marcel Zehnder
Kalte Lagerung mit Ozon
23 Lounges 2014, ISPE, Marcel Zehnder
Punkt
Ozon Guide
Auslegung Abhängig von:
• Menge von Ozon welches vom Generator im Wasser gelöst wird • Dimensionierung von Tank und Rohrleitungen
• Durchfluss und Druck
O3 Rechner
Ozone (g/h)=
[[Make-up flow (m3/h) + Recirculation flow (m3/h)] × Concentration(ppb)] × [Design Factor] × (1/transfer efficiency factor)
Design Faktoren
1. Temperatur 2. Mischung
3. Ozon Konzentration im Wasser 4. Ausgasung im Tank
5. Abbau von Ozon im System 6. Ozon Erzeugung
7. Wasser Qualität
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Ozon Auslegung
Ozone (g/h)=
[[Make-up flow ( 2.27 m3/h) + Recirculation flow (11.4 m3/h)] × Concentration(50 ppb)]
× [Design Factor] 5 × (1/ 0.95 transfer efficiency factor)
--- 1000
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1. Introduktion
2. Use of Ozone in Pharmaceutical Industry
3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Punkt
Ozon Guide
Beschrieb UV-System
• 185 nm zur Abreicherung von Organischen Stoffen (TOC)
• 254 nm zur Abreicherung von Mikrobiologie und Ozon mit einer Strahlungsintensität (Dosis) von: >600 J/m²
Anwendung • Technische + Pharma Anwendung Vorteile • Einfaches Design
• Kein Abwasser
Nachteile • Kein 100% Mikrobiologischer Schutz
• Keine Abreicherung von Ionen und Endotoxinen UV Lampen • Quecksilberlampen
• Niederdruck Lampen Pharma Einsatz • Validierte Lampen
Punkt
Ozon Guide
UV Auslegung • EOLL = End-of-Lamp-Life • Wasserqualität • UV% Transmission • Ozon Wert • Temperatur • Durchfluss 29 Lounges 2014, ISPE, Marcel Zehnder
UV Lampen
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1. Introduction
2. Use of Ozone in Pharmaceutical Industry
3. Regulatory and Industry Guidance
4. Ozone Characteristics
5. Effectiveness of Ozone for Microbial Control
6. Ozone Generation
7. UV light for Ozone Destruction
8. Ozone Sensors
Punkt
Ozon Guide
Polarographisch (Elektrochemische
Sensor)
Der Sensor besteht aus 2 Metallelektroden, einer Messelektrode
(Kathode) aus Edelmetall und einer Referenzelektrode (Anode). Beide Elektroden sind in einer Elektrolytlösung und durch eine Membran vom Messmedium getrennt. Eine Guard-Ring Hilfselektrode umgibt die Messelektrode, zur Verbesserung der Messstabilität und als
Abschirmung gegen Interferenzen durch andere Gase. UV Photometer
Das Prinzip der UV-Photometer ist, das UV-Licht wird durch eine
Küvette mit der Probe geleitet. Die Menge des absorbierten UV-Licht ist eine Funktion der Menge von Ozon in der Probe.
Messbereich Gelöstem Ozon = 5 – 200 ppm
Kalibrierung Die Luft- oder Direktwertkalibrierung kannn für elektrochemische Sensoren verwendetwerden.
Nachweisgrenze Die zuverlässige Nachweisgrenze für Ozon im Wasser liegt bei heutigen Messverfahren bei ca. 5 ppb
•Gold
Kathode
•Platin
Guard Ring
•Silber
Anode
Orbisphaere
Sensor
Ozon Sensor
Mettler Toldedo Sensor
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•
Differenz Partialdruck lässt Gas durch
die Membrane diffundieren
•
O
3wird reduziert an elektrochemischer
Zelle
•O3 Verbrauch !!
P
O3
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•Off
line
•In line
•In line
Ozon Sensor
37Vielen Dank!
39
