DE2301904A1 - Verfahren zum diskontinuierlichen betrieb einer umkehr-osmoseanlage sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents
Verfahren zum diskontinuierlichen betrieb einer umkehr-osmoseanlage sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrensInfo
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Description
- Verfahren zum diskontinuierlichen Betrieb einer Umkehr-Osmoseanlage sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum diskontinuierlichen Betrieb einer Umkehr- Osmoseanlage, instesondere zur Herstellung von hochreinem Wasser zur Anwendung in künstlichen Nieren, bei der Leitungswasser unter hohem Druck einer Membraneinheit zugeführt wird, in der eine Trennung des Leitungswassers in hochreines Wasser und in ein die im Leitungswasser vorhandenen Substanzen enthaltendes Konzentrat erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Veriahrene.
- Hochreines Wasser wird für die unterschiedlichsten Zwecke benötigt, so beispielsweise für die Anwendung in den heute gebräuchlichen künstlichen Nieren. Das physikalische Prinzip bei der Behandlung eines Patienten mit der kffnstlichen Niere beruht auf der Diffusion der Harnschlacken durch eine Zellglasmembran. Man nennt dieses Verfahren auch Dialyse. Dabei wird das Blut des Patienten auf einer Seite einer in einer außerhalb des Körpers des Patienten befindlichen künstlichen Niere (Dialysator) angeordneten Zellglasmemtran vorbeigeleitet. Auf der anderen Seite wird eine wässerige Elektrolytlösung, das sogenannte Dialysat, vorbeigeführt. Dabei diffundieren im Laufe der Zeit (Behandlungsdauer mehrere Stunden) diejenigen Substanzen aus dem Blut durch die Membran in das Dialysat, die die natürliche Niere nicht mehr oder nur in ungenügendem Maße aus dem Organismus entfernen kann, nämlich die Harngifte und die Schlackenstoffe. Um zu verhindern, daß die für den Elektrolythausbalt des Patienten wesentlichen Elemente, wie Natrium, Kalium, Chlor, Calcium, Magnesium u. dgl., aus dem Blut ebenfalls herauedifiundieren, muß das Dialysat diese Elemente in gleicher Konzentration wie im Blutplasma des Patienten enthalten.
- Der Zusammensetzung des Dialysates kommt unter diesen Umständen große Bedeutung zu. Das Dialysat wird in der Regel aus Leitungswasser hergestellt, dem die genannten El.-mente (Salse) in Form einer konzentrierten Lösung zugemischt werden Da Leitungswasser aus der öffentlichen Leitungawass ernetz aus jahreszeitlichen ~klimatischen und regionalen Gründen starken und über der Toleranzgrenze liegenden Konzentrationsschwankungen bezüglich der in ihm enthaltenen Substanzen unterliegt, ist eine Aufbereitung des Leitungawassere erforderlich. Ziel dieser Aufbereitung ist die Herstellung hochreinen Wassers, das weder anorganische noch organische Substanzen enthält. Das zur Herstellung des Dialysates verwendete hochreine Wasser und auch das Dialysat sollen instesonderte auch keine Mikroorganismen (Bakterien, Viren, Pilze, Algen) und keine Pyrogene (fiebererzeugende Substanzen) enthalten, weil die gebräuchlichen Zellglasmenbranen nicht frei sind von kleinsten Löchern, durch die die Mikroorganismen und Pyrogene in das Blut des Patienten gelangen können.
- Zur Herstellung von bochreinei Wasser aus Leitungswasier sind mehrere Verfahren bekannt. Für die verschiedenen, nach dem Prinzip des Iononaustaunches arbeitenden Verfahren sind für die Entsalzung gefährliche Stoffe (Salzsäure, Natronlauge) erforderlich. Dies führt zu einer Gefährdung der Bedienungsperson, insbesondere dann, wenn sich Patienten zu Hause selbst iit der tUnstlichen Tiere behandeln. Außerdem können die Anforderungen an die hygienischen bzw. bakteriologischen Verhältnisse nur mit weiter ei erheblichen technischen Aufwand erfüllt werden.
- Das Verfahren der Destillation liefert einwandfreies hochreines Wasser, weil hierbei aus den Leitungswasser alle in diesem enthaltenen Substanzen praktisch zu 100 % entfernt werden. Man müßte dem Destillat nur noch eine sterilisierte konzentrierte Salzlösung hinzufügen und hätte ein steriles, in seiner Zusammensetzung genau bekanntes Dialysat Da man für eine Behandlung illit einer künstlichen Niere große Mengen an hochreinem Wasser (etwa 300 bis 600 Liter) benötigt, andererseits die Kosten für das Destillationaverfahren relativ hoch sind, kann dieses Verfahren aus wirtschaftlichen Gründen nicht eingesetzt werden.
- In den letzten Jahren hat das Verfahren der umgekehrten Osmose zur Wasseraufbereitung mehr und mehr Verwendung gefunden. Bei diesem Verfahren wird das Leitungswasser unter hohem Druck (bi. 100 stau) dünnen Membranen zugeführt. Das reine Wasser tritt durch die Membranen, wird in einer Samieleinrichtung (Sammelrohr) gesammelt und von dort der weiteren Verwendung zugeführt, während die anorganischen, is Leitungswasser enthaltenen Substanzen nahezu vollständig (97 - 100 ,~) und die bedeutungsvollen organischen Substanzen, die Mikroorganismen und deren Abbauprodukte sowie die Pyrogene vollständig zurückgehalten werden. Eine derartige Anlage ist grundsätzlich in der Lage, übliches Leitungswasser in jeder gewünschten Menge bei geringen Kosten zu einem einwandfreien, hochreinen Wasser zum Zwecke der Dlalysatherstellung aufzutereiten.
- Ein besonderes Problem besteht auch Lei diesem Verfahren darin, das aufbereitete iia3ser steril zu halten Da entsprechend dem @blichen Behandlungsmodus mit künstlichen Nieren das hochreine Wasser pro woche nur etwa dreimal 10 Stunden benötigt wird, steht die Umkehr- tsmoseanlage Jeweils über größere Zeiträume still. Der Betrieb erfolgt somit diskontinuierlich. bei den bekannten Geräten wurde nach relativ kurzzeitigem Gebrauch auf der Reinwasserseite ständig eine vielfach höhere Anzahl an Bakterien als im Leitungs- oder Rohwasser festgestellt.
- Dies wird damit erklärt, daß in den Betriebspausen Bakterien und andere ,ikroorganismen retrograd in die Reinwasserseite der Anlage eindringen und sich dort insbesonders in toten Sicken und in dem porösen Ilaterial der kembranauflage festsetzen und vermehren können. Derartige Bakteriennester sind nur sehr schwierig, und manchmal überhaupt nicht zu beseitigen, was einen Austausch der teuren Membraneinheit (Module) erforderlich macht.
- Man hat bereits versucht, das Einwandern der Bakterien und das Bakterienwachstum zu verhindern, indem während der Betriebspausen chemische Sterilisationsmittel, wie Pormalin, aktive Chlorverbindungen oder organische Jodverbindungen in die Anlage eingefüllt werden. Diese #aßnahme weist wiederum Nachteile auf, die insbesondere dann erheblich sind, wenn sich patienten zu Hause selbst mit der künstlichen Niere behandeln. eben dem zeitlich aufwendigen Verfahrensgang ist namlich der Umgang mit aggressiven Lösungen für viele Patienten nicht akzeptabel und für alle potentiell leLenegefahrlich. Bezüglich der Gefahren bei der Handhabung dieser Sterilisationssubstanzen ist darauf hinzuweisen, daß das Sterilisationsmittel unmittelbar vor jeder behandlung vollständig aus der Anlage herausgewaschen werden muß. Die Bedienungsperson - also in vielen Fällen der Patient selbst -hat Eich mittels einer chemischen Untersuchungsprobe davon zu überseugen, daß wirklich kein Rest des Sterilisationsmittels mehr inder Umkehr- Osmoseanlage vorhanden ist.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Anlagen der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß ein Keimwachstum in den Arbeitspausen auf wesentlich einfachere Weise als bisher vermieden wird.
- Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß während der Stillstandszeiten der Anlage wenigstens die Membraneinheit gekühlt wird. Der Erfindung liegt somit die Erkenntnis zugrunde, daß ein Keimwachstum in den Arbeitspausen durch Kälfkonservierung verhindert werden kann. Während der Betriebszeiten der Anlage ist ein Kühlung nicht erforderlich, da in dieser Zeit aufgrund ständiger, schneller und turbulenter Wasserströmung ein Bakterienwachstum nicht stattfindet Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß neben der Membraneinheit auch die zur Erzeugung des Hochdruckes erforderliche Piir:lpe und die Hilfseinrichtungen, wie Zusatzfilter, Burchflußmeßeinrichtungen, Druckmeßeinrichtungen, Drosseleinrichtungen, Druckhalteventile od. dgl., und die Schläuche sowie die Schlauchanseblüsse ebenfalls gekühlt werden.
- Die Temperatur, auf die die Anlage abgekühlt wird, liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung von 1 0C bis 4 OC die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß uie Umkehrosnloseanlage - bzw. wenigstens die tembraneinheit - in einer Kühleinrichtung mit wärmeisolierenden Wandungen angeordnet ist.
- Die Kübleinrichtung kann beispielsweise aus einem Kahlschrank oder einem Gefrierschrank bestehen.
- In weiterer Ausgestaltung der erfIndurlUsgernäßen Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Kühleinrichtung schallisoliert ist.
- Durch diese Maßnahme werden die durch die Pumpe erzeugten Geräusche stark gedämpft. Da bei Umkehr- Osmoseanlagen mit möglichst hohen Wasserdrücken gearbeitet wird, um eine möglichst gute qualität des lteinwassers zu erreichen, werden Hochdruckpumpen bevorzugt. derartige Pumpen weisen einen hohen Geräuschpegel auf, während andererseits zu bedenken ist, daß die Patienten während des Betriebes bzw. während der Behandlung schlafen.
- Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in folgendem.
- Der in den Membraneinheiten verwendete Werkstoff besteht in den meisten Fällen aus Zelluloseacetat. Dieser Werkstoff ist nur im sauren Milieu (pH-Wert 4 - 6) ausreichend lange stabil. Leitungswasser liegt im allgemeinen im pH-Wert höher (7 - 8,5). Der einsetzende Vorgang der Hydrolyse ist aber in hohem Maße temperaturabhängig, weshalb unter anderem die obere Grenze der Betriebstemperatur bei Membranen aus Zelluloaeacetat bei 25°C,Zelluloaeacetat also nur wenig über der Raumtemperatur liegt. Da die Stillstandszeiten etwa 80 - 85 * der Gesamtstandzeiten betragen, wird die Geschwindigkeit des Hydrolysevorganges durch die erfindungagemäße Kühlung um ein entscheidendes Maß reduziert.
- Während des Betriebes übt nämlich das strömende Leitungswasser mit seiner relativ niedrigen Temperatur (ca 15°C ) einen Kühleffekt aus Bisher konnte der unerwünschte srfekt der Hydrolyse nur durch Zudosieren einer konzentrierten Säure verzögert werden. Dies erübrigt sich durch das erfindungegemäße Verfahren.
- Zusammenfassend kann gesagt werden, daß mit der Erfindung mehrere Probleme gleichzeitig gelöst werden, nämlich die Verhinderung von Bakterienwachstum, die Erzielung einer wirksamen Geräuschdämpfung sowie eine wesentliohe Verlängerung der Lebensdauer der Membraneinheit. Der Aufwand ist niedrig, die Handhabung einfach und gefahrlos, und eine Wartung ist praktisch nicht erforderlich.
- jschfolgend sei die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausfubrungsteispieles weiter erläutert. Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer in einer Käblbox angeordneten Umkehr- Osmoseanlage.
- In der Anlage wird Leitungswasser aus dem Leitungswassernetz aus der Richtung des Pfeiles A über das von Hand zu betätigende Ventil 1, einem Schlauch 2, einen Vorfilter 7, einen Schlauch 4, eine Durchflußmeßeinrichtung 5 und einen Schlauch 6, einer Hochdruckpumpe 7 zugeführt. Mittels der Hochdruckpumpe 7 wird der Druck des Leitungswassers von dem in der Größenordnung bis 6 atil liegenden Druck im Leitungswassernetz durch Nachechaltung eines hydraulischen Widerstandes 13 auf bis 100 atü erhöht. Das Wasser wird unter diesem Druck über eine Schlauchleitung 8 der Membraneinheit 9 zugeführt, in der eine Trennung des Leitungswassers in Permeat (hochreines Wasser) und Konzentrat erfolgt.
- Das konzentrat wird über eine Schlauchleitung 10 sowie eine Schlauchleitung 11, in die eine Durchflußmeßeinrichtung 12 eingeschaltet ist, in Richtung des Pfeiles 3 nach außen abgeführt Zwischen der Schlauchleitung 10 und der Schlauch leitung 11 tefindet sich der hydraulische Widerstand 13.
- Das Permeat wird über jeweils mit der Reinwasserseite der Membranen verbundene Ausflußröhrchen 14 a-c, zugehörigen #urchflußmeßeinrichtungen 15 a-c und Schläuchen 16 a-c einein Emmelrenr 17 zugefuhrt. Über eine weitere, dem Sammelrohr nachgeschaltete Durchflußmeßeinrichtung 18 und einen Schlauch 19 kann über ein Entnahmeventil 20 in Richtung des pfeiles C einem Schlauch 21 hochreines Wasser entnommen werden. Die Qualität des Permeats kann laufend über am Ende des Sammelrohres 17 eingebaute Elektroden 22 durch ein Leitfthigeits-Meßgerät 23 kontrolliert werden. Von dem Schlauch 19 zweigt ein weiterer Schlauch 24 ab, in den ein verstellbares Druckhalteventil 25 eingeschaltet ist, das bei geschlossenem Entnahmeventil 20 nach Erreichen eines gewünschten Druck öffnet und den Abfluß in Richtung des Pfeiles D freigibt.
- Die gesamte beschriebene Anordnung mit Ausnahme der Ventile 1 und 20 ist in einer Kühlboi 26 untergebracht, deren Wandungen nicht nur wärmeisolierend, sondern auch schallisoliegend wirken. Während der Betriebspausen der Anlage wird die im einzelnen nicht dargestellte Kühliascbine 27 singeschaltet und die tAblleistung über einen Thermofühler 28 so gesteuert, daß das in der Anlage vorhandene Wasser und somit auch sämtliche mit dem Wasser in Berührung kommende Teile der Anlage auf eine Temperatur von etwa 1 bis 4 oC abgekühlt werden.
- Es kann auch vorgesehen sein, daß zusätzlich zu der Umkehr-Osmoseanlage in der Kühleinrichtung weitere Vorrichtungen untergebracht sind, an die bezüglich der hygienischen Verhältnisse gleichartige Anforderungen gestellt werden, wie beispielsweise die Nierenmaschine selbst.
Claims (6)
1. Verfahren zum diskontinuierlichen Betrieb einer Umkehr- Osmoseanlage,
insbesondere zur Herstellung von hochreinem Wasser zur Anwendung in künstlichen
Nieren, bei der Leitungswasser unter hohem Druck einer Membraneinheit zugeführt
wird, in der eine Trennung des Leitungswassers in hochreines Wasser und in ein die
im Leitungswasser vorhandenen Substanzen enthaltendes Konzentrat erfolgt, dadruch
gekennzeichnet, daß während der Stillstandszeiten der Anlage wenigatens die Membraneinheit
(9) gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe
(7) sowie Hilfseinrichtungen (Zusatzfilter (3), Durchflußmeßeinricbtungen (5, 15
a-c, 18), Druckmeßeinrichtungen, Drosseleinrichtungen (13), Druckhalteventile (25)
od. dgl.) und Schläuche während der Stillstandszeiten ebenfalls gekühlt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Anordnung auf Temperaturen in der Größenordnung von 1 oO - 4 Or gekühlt wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehr- Osmoseanlage in einer Kühleinrichtung
(26) mit wärmeisolierten Wandungen angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die landung
der Kühleinrichtung (26) schallisoliert ist.
6. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch
gekeilnzeichnet, daß in der Kühleinrichtung (26) auch die Nierenmaschine angeordnet
ist.
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|---|---|---|---|---|
| EP0058303A1 (de) * | 1981-02-13 | 1982-08-25 | Gambro Lundia AB | Wasserreinigungseinheit mit einem flüssigkeitsgekühlten Pumpenmotor |
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1973
- 1973-01-16 DE DE2301904A patent/DE2301904A1/de active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0058303A1 (de) * | 1981-02-13 | 1982-08-25 | Gambro Lundia AB | Wasserreinigungseinheit mit einem flüssigkeitsgekühlten Pumpenmotor |
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