Der Hauptreinigungsprozess zur Herstellung von Dialysewasser erfolgt mit einem Umkehrosmose-System.
Das Umkehrosmosesystem dient der Entfernung anorganischer (Ionen), organischer Stoffe und Mikroorganismen mittels Membrantechnologie. Unter hohem Druck wird das aufzubereitende Wasser über semipermeable Membranen gedrückt, wodurch diese Stoffe zurückgehalten und als „Konzentrat“ entfernt werden.
Ökologische Optimierungsmöglichkeiten
- Erzielung eines hohen Wirkungsgrades (Ausbeute)
- Verbrauchsabhängige Steuerung
- Organisatorische Maßnahmen
- Optimierung der Spülzyklen
- Vorerwärmung des Rohwassers
- Verwendung des von der Umkehrosmose abgeführten unkritischen Konzentrats
- Modernisierung der Anlage
Erzielung eines hohen Wirkungsgrads
Ältere Umkehrosmosesysteme haben oftmals einen nur niedrigen Wirkungsgrad (Wasserausbeute, Waters Conversion Factor WCF) verbunden mit einem hohen Wasser- und Salzverbrauch des Enthärters. Umkehrosmosen können zudem auf einen relativ niedrigen Wirkungsgrad eingestellt worden sein, u. a. um auch bei Trinkwasser mit höheren Anteilen an chemischen Verbindungen die Produktion von Permeat in der geforderten Qualität zu ermöglichen. Es sollte in jedem Fall geprüft werden, ob eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Umkehrosmose möglich ist, bevor über eine Neuanschaffung nachgedacht wird.
Beispiel Wirkungsgrad
| Wirkungsgrad 50 % | Wirkungsgrad 80 % |
| Aus 100 Litern Trinkwasser werden 50 Liter Permeat erzeugt. | Aus 100 Litern Trinkwasser werden 80 Liter Permeat erzeugt. |
| Für 100 L Permeat gehen 100 Liter als „Konzentrat“ in das Abwasser, es werden insgesamt 200 L Trinkwasser benötigt. | Für 100 L Permeat nur noch 25 Liter als „Konzentrat“ in das Abwasser, es werden insgesamt nur noch 125 L Trinkwasser benötigt (Einsparung 37,5%). |
Nutzen
Mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades lässt sich der Trinkwasser- und Salzverbrauch ggf. deutlich verringern.
Möglicher Nachteil
Durch Erhöhung des Wirkungsgrades werden nicht mehr so viele Inhaltsstoffe des Trinkwassers zurückgehalten. Das produzierte Permeat kann somit erhöhte Konzentrationen an Chemikalien enthalten. Da dies Einfluss auf die Leitfähigkeit des Permeats hat, sollte die Leitfähigkeit nach einer Veränderung der Parameter eng beobachtet werden.
Bei einer deutlichen Veränderung der Leitfähigkeit empfiehlt es sich, eine chemische Analyse durchzuführen oder die jährliche Analyse vorzuziehen, um sicherzustellen, dass die Qualität den Anforderungen der DIN EN ISO 23500-3 entspricht.
Verbrauchsabhängige Steuerung
Viele Umkehrosmosesysteme produzieren dauerhaft mehr Wasser, als im Dialysezentrum zum aktuellen Zeitraum benötigt wird. Das nicht verbrauchte Permeat (Permeat) wird in der Regel über ein Ringleitungssystem wieder vor der Umkehrosmose in den Zulauf eingespeist, so dass sich der Wasserverbrauch des Systems (WCF, s. o.) hierdurch nicht signifikant erhöht.
Trotzdem ist für die permanente neue Produktion des Permeats elektrische Energie für die Hochdruckpumpe(n) erforderlich. Durch eine verbrauchsabhängige Steuerung wird der Energiebedarf an die für die Permeatproduktion erforderliche Fördermenge angepasst. Dies kann beispielsweise durch frequenzgesteuerte Pumpen erfolgen, die ihre Drehzahl und Leistung dem tatsächlichen Förderbedarf anpassen, oder durch eine softwaregesteuerte Pumpenregelung, bei der die Leistung durch das Zuschalten weiterer Pumpen oder die Nutzung bereits aufgebauter hydraulischer Energie (Druck) geregelt wird.
Nutzen
Durch verbrauchsabhängige Steuerung kann der Energieverbrauch einer Umkehrosmose deutlich reduziert werden.
Möglicher Nachteil
Durch eine reduzierte Pumpenförderleistung kann die Überströmung – also die Fließgeschwindigkeit entlang der Oberfläche auf der unreinen Seite der Umkehrosmosemembranen – in einen kritischen Bereich absinken. Dies ermöglicht bakterielles Wachstum (Fouling) und begünstigt das Ablagern von Salzen (Scaling) auf den Umkehrosmose Membranen. Darüber hinaus wird ggf. die Lebensdauer der Membranen reduziert. Umkehrosmosen sollten deshalb über technische Funktionen verfügen, die zu jedem Zeitpunkt eine ausreichende Überströmung der Membranen sicherstellen.
Organisatorische Maßnahmen
Organisatorische Maßnahmen können zur Reduzierung des Wasser- und Salzverbrauchs beitragen, z. B.:
- Optimierung der Schaltzeiten: „Versorgen“-Modus (Anlage geht in Betrieb) kurz vor Schichtbeginn bzw. „Bereit“-Modus (Anlage geht in Standby) kurz nach letztem Schichtende
- Aufrüsten der Dialysegeräte erst kurz vor Ankunft des Patienten bzw. währenddessen Verwendung eines verminderten Dialysierflüssigkeitsflusses
Empfehlung
Es sollte geprüft werden, ob eine Optimierung der Schaltzeiten möglich ist, wenn die Umkehrosmose ihre Permeatproduktion nicht automatisch abregeln kann.
Optimierung der Spülzyklen
Um Biofilmbildung durch stagnierendes Permeat im Ringleitungssystem vorzubeugen, werden während der Stillstandzeiten automatisch Spülzyklen durchgeführt.
Ältere Umkehrosmosen verwerfen dabei das Permeat, was zu einem erhöhten Wasser- und Salzverbrauch führt. Der Verbrauch richtet sich nach Häufigkeit und der benötigten Menge in Abhängigkeit der Anlagengröße und Länge der Ringleitung. Oftmals werden stündliche Spülzyklen angewandt. Bei guten mikrobiologischen Ergebnissen kann das Spülintervall z. B. von 1- auf 4-stündlich verlängert werden, solange sich die mikrobiologischen Werte nicht verschlechtern.
Inzwischen gibt es auch Umkehrosmosen, die das Wasser während der Spülung nicht verwerfen, sondern wieder vor die Umkehrosmosemembranen transportieren, so dass kein Wasserverbrauch stattfindet.
Achtung:
Wenn nach dem Aktivkohlefilter Chlormessungen erforderlich sind, müssen diese Filter jedoch mit frischem Wasser versorgt werden, um falschnegative Ergebnisse durch zu lange Verweilzeiten (meist > 10 min) des zu prüfenden Wassers im Aktivkohlefilter zu vermeiden. Manche Umkehrosmosen erlauben ein spezielles Spülprogramm, welches unmittelbar vor der Chlormessung gestartet werden sollte, sofern noch kein Verbrauch an Permeat stattfindet.
Empfehlung
Es sollte geprüft werden, ob eine Optimierung der Spülzyklen möglich ist. Die Einstellung ist von autorisiertem Personal vorzunehmen.
Möglicher Nachteil / Nachteil
Werden zu lange Spülzyklen gewählt, kann sich dies auf die mikrobiologische Qualität auswirken, schlimmstenfalls sogar eine Biofilmbildung fördert. Daher ist zu empfehlen, nach einer Änderung die mikrobiologische Qualität weiterhin regelmäßig, ggf. kurzzeitig in einem engerem Abstand zu überprüfen.
Vorerwärmung des Trinkwassers
Die Wassertemperatur hat einen erheblichen Einfluss auf die Menge des produzierten Permeats. Pro Grad Celsius höherer Wassereingangstemperatur steigt die Produktionsleistung der Umkehrosmose um ca. 3%. Somit kann der Energiebedarf an der Umkehrosmose reduziert werden.
Darüber hinaus wird der Verbrauch an elektrischer Energie am Dialysegerät reduziert, da das Permeat bereits vorgewärmt bereitgestellt wird. Die Vorerwärmung kann durch selbst erzeugte Energie aus der Kombination Photovoltaik und Wärmepumpe erfolgen. Weiterhin kann die Abwärme eines Blockheizkraftwerks oder Wärme aus dem Heizkreislauf genutzt und teure elektrische Energie gegen günstigere Energieformen ersetzt werden.
Möglicher Nachteil
Die Erhöhung der Produktionsleistung ist durch die maximal zulässige Flächenbelastung der Osmosemembran der Anlage beschränkt und darf nicht überschritten werden.
Die Erhöhung der Wassertemperatur hat einen gewissen Einfluss auf die Permeabilität der Umkehrosmose-Membran. Daher kann sich die chemische Zusammensetzung des erzeugten Permeats ändern, was sich in möglicherweise höheren Konzentrationen chemischer Verbindungen sowie einer erhöhten Leitfähigkeit widerspiegelt.
Bei einer deutlichen Veränderung der Leitfähigkeit empfiehlt es sich, eine chemische Analyse durchzuführen oder die jährliche Analyse vorzuziehen, um sicherzustellen, dass die Qualität den Anforderungen der DIN EN ISO 23500-3 entspricht.
Die Erhöhung der Wassertemperatur kann einen Einfluss auf das Wachstum von Mikroorganismen haben. Veränderungen lassen sich durch die regelmäßigen mikrobiologischen Analysen von Permeat entsprechend der DIN EN ISO 23500-3 feststellen. Eine regelmäßige Desinfektion gemäß den Empfehlungen der DGAHD sollte durchgeführt werden.
Verwendung der von der Umkehrosmose abgeführten unkritischen Konzentrats
Die von der Umkehrosmose „abgeführten Reststoffe“ werden üblicherweise direkt verworfen. Der höhere Gehalt an Inhaltsstoffen, insbesondere der zurückgehaltenen Salze, schränkt die Wiederverwendung ein. Denkbar ist jedoch die Verwendung zur Toilettenspülung.
Ist der Salzgehalt niedrig, so ist auch eine Verwendung in der Agrikultur zur Bewässerung denkbar.
Modernisierung der Anlage
Beschreibung
Moderne Umkehrosmosesysteme bieten weitere Wasser-, Salz- und Energieeinsparpotentiale. Beispielsweise wird zu Zeiten weniger benötigten Permeats die Systemleistung automatisch angepasst und gedrosselt.
Empfehlung
Es sollte daher geprüft werden, ob eine Modernisierung angebracht ist.
Bei den Umkehrosmosen gibt es mehrere Möglichkeiten, Wasser, Salz und Energie einzusparen:
Veraltete Umkehrosmosesysteme haben oftmals einen sehr hohen Wasser- und Energieverbrauch, so dass eine Neuanschaffung erwägenswert ist.
Hohe Dialysierflüssigkeitsflüsse tragen ebenso zu einem höheren Wasser- als auch Salzverbrauch für die Enthärtung bei. Wird noch mit hohen Flussraten dialysiert, ist eine Reduzierung der Flussraten in Betracht zu ziehen.
Weitere Informationen, z. B. hinsichtlich des chemischen und mikrobiologischen Monitorings, können der „Leitlinie für angewandte Hygiene in der Dialyse“ zu beziehen über www.dgahd.de entnommen werden.