Seccions

Gestió d’efluents en la producció de fàrmacs

Cada any, es consumeixen més de 100.000 tones de productes farmacèutics a tot el món. Els principis actius farmacèutics (API) són l’origen de contaminació mediambiental, tant en la seva fabricació, com més tard durant el seu ús i eliminació.

Les aigües residuals generades en aquest sector són molt variables, pel que fa al seu cabal i composició, fet que fa que el tractament sigui complex.

Existeixen diverses tecnologies per al tractament biològic d’aquests vessaments, entre les quals destaquen: Tractament biològic per fangs activats, procés biològic MBBR (biomassa fixa sobre llit mòbil), tractaments anaerobis, tractaments selectius de microcontaminants, etc.

El problema és que en molts casos apareixen problemes provocats pels contaminants inhibidors i tòxics, així com pels compostos orgànics resistents a l’oxidació.

Per aquest motiu, moltes empreses de la indústria farmacèutica confien la gestió dels seus efluents a gestors de residus especialitzats, incorren en elevats costos per a l’eliminació dels seus residus líquids.

En aquest escenari, els evaporadors al buit destaquen pel seu alt rendiment i rendibilitat econòmica a l’hora de tractar les aigües residuals produïdes per la indústria farmacèutica.

Producció d’aigües residuals a la indústria farmacèutica

En el sector farmacèutic s’empra aigua purificada per a l’elaboració dels seus productes específics i, d’altra banda, també utilitza aigua d’aportació per a processos de sanejament d’equips, recipients i envasos primaris. Com a conseqüència, s’obtenen efluents caracteritzats per contenir residus de productes químics, com sobrants de fàrmacs i/o detergents utilitzats en la neteja.

L’Organització Mundial de la Salut indica que una gran diversitat de residus generats pel sector farmacèutic es barreja amb l’aigua del medi ambient, a través dels efluents de les instal·lacions de fabricació o producció.

El volum i composició d’aigües residuals provinents d’aquesta indústria presenten gran variabilitat degut a que es presenten diferents modalitats en els processos productius i composició dels fàrmacs.

En els processos d’elaboració de productes farmacèutics s’utilitzen substàncies que contenen productes químics, productes de neteja i els denominats API, o principis actius, que són la base de les medicines que es comercialitzen per a la prevenció i tractament de les malalties.

Aquests contaminants anormals per al medi ambient reben el nom de “contaminants emergents” (CE), i són compostos que es vessin a l’aigua i que no estan regulats. Els contaminants emergents, també anomenats microcontaminants, són compostos químics producte de les activitats humanes que es realitzen en la vida diària, com la higiene personal o la cura de la salut. Es tracta de substàncies d’origen i composició química diversa de les quals es coneix relativament poc respecte a l’impacte que tenen en el medi ambient i en l’ésser humà.

Tractament de vessaments amb contaminants emergents

En general, els processos de tractament biològic són els més econòmics i habituals per al tractament d’aigües residuals, però la complexitat dels components que estan presents en l’aigua residual de la indústria farmacèutica dificulta l’aplicació d’un determinat tractament. Així mateix, la presència de certs compostos com els antibiòtics i els desinfectants impedeix que s’aconsegueixi una completa eliminació dels contaminants mitjançant els tractaments biològics convencionals.

Processos d’oxidació avançada (POA) + Tractaments biològics

Els processos d’oxidació avançada (POA) han demostrat una gran eficàcia per a aigües residuals produïdes a la indústria farmacèutica, especialment aquelles que contenen microcontaminants, o contaminants emergents.

Aquesta tecnologia utilitza oxidants químics per reduir els nivells de demanda química d’oxigen (DQO), així com per trencar els enllaços d’aquests compostos orgànics contaminants i facilitar la seva biodegradabilitat, per la qual cosa s’estalvia reactiu i el seu cost d’explotació és menys elevat que si es pretengués oxidar tota la matèria orgànica amb reactius.

Aquests tractaments es basen en processos fisicoquímics capaços de produir canvis profunds en l’estructura química dels contaminants, implicant la generació i l’ús d’espècies poderoses transitòries, principalment el radical hidroxil (OH-), que és el major poder oxidant després del F. A més, la generació de radicals es genera a partir d’oxigen, aigua oxigenada i catalitzadors suportats, per la qual cosa els subproductes de reacció són únicament aigua i diòxid de carboni.

Entre les principals tecnologies de processos d’oxidació avançada destaquen els processos de Fenton i les seves variants, que consisteixen en l’addició de sals de ferro que actuen com a catalitzadors, en presència de peròxid d’hidrogen (HO), en medi àcid, i en determinades condicions de pressió i temperatura, per a la formació de radicals OH-.

Després del procés POA, es pot continuar amb un tractament biològic, que en molts casos permetrà complir amb els límits de vessament, i fins i tot reutilitzar les aigües tractades en serveis de la pròpia indústria, o per a regadiu.

Tractament d’efluents amb oxidació POA + Biològic
Tractament d’efluents amb oxidació POA + Biològic

Evaporació al buit

L’evaporació al buit és un procés que implica l’eliminació d’aigua i altres dissolvents presents en un residu líquid mitjançant l’aplicació de calor sota condicions de buit.

En reduir la pressió atmosfèrica sobre la solució, es disminueix el punt d’ebullició del líquid, fet que permet la seva evaporació a temperatures més baixes.

Contribucions del procés

L’evaporació al buit és una tecnologia àmpliament utilitzada per la indústria farmacèutica. A continuació, resumim com aquest procés contribueix a la gestió d’aigües residuals generades en aquesta indústria:

  • Concentració de contaminants i minimització de l’efluent residual: Durant l’evaporació, l’aigua s’escalfa i es converteix en vapor. Els contaminants orgànics i inorgànics presents a l’aigua no s’evaporen i queden concentrats en la solució residual. Això permet reduir el volum total d’aigües residuals que s’han de tractar posteriorment, i separar una part important dels contaminants.
  • Recuperació de productes valuosos i reutilització d’aigua: Els productes concentrats poden resultar valuosos per a les indústries que els generen, com és el cas dels API per a les indústries farmacèutiques. La seva recuperació requereix d’un procés d’evaporació controlat en determinades condicions d’operació per evitar que es deteriorin o perdin qualitats.
  • Eliminació de microcontaminants: Tot i que l’evaporació no elimina completament els microcontaminants, pot concentrar-los. Posteriorment, es poden aplicar tècniques addicionals (com adsorció o filtració) per eliminar aquests contaminants concentrats.
  • Eficàcia energètica: Els evaporadors al buit han millorat la seva eficiència operativa a efectes de reduir el consum energètic, com és el cas dels evaporadors amb bombes de calor, o els que treballen amb termocompressió de vapor.

Limitacions del procés

L’evaporació és una tècnica valuosa en el tractament d’aigües residuals de la indústria farmacèutica, però també té les seves limitacions. A continuació, explorarem algunes d’elles:

  • Complexitat dels efluents: Les aigües residuals farmacèutiques poden contenir una varietat de compostos, incloent principis actius farmacèutics (API), productes químics i microcontaminants. L’evaporació no sempre pot eliminar tots aquests components de manera eficient a causa de la seva complexitat.
  • Concentració de contaminants: Tot i que l’evaporació concentra els contaminants en el rebuig (la fracció no evaporada), i minimitza el volum de residus a enviar a gestor, aquest rebuig de compostos concentrats pot continuar sent perjudicial per al medi ambient i s’ha de gestionar adequadament.
  • Limitacions en l’eliminació de microcontaminants: Tot i que l’evaporació pot concentrar microcontaminants, no sempre els elimina completament. Es poden requerir passos addicionals per abordar aquests compostos específics.
  • Necessitat de tecnologies complementàries: Per abordar les limitacions de l’evaporació, sovint es combinen amb altres tècniques de tractament, com l’adsorció, la biodegradació. L’elecció de la tecnologia adequada depèn de la composició específica de les aigües residuals.

Oxidació avançada (POA) + Evaporació

La combinació d’oxidació avançada i evaporació al buit és una solució d’alt rendiment per al tractament d’aigües residuals generades per la indústria farmacèutica.

Els Processos d’Oxidació Avançada (POA) són mètodes que utilitzen radicals hidroxils (OH-) altament reactius per oxidar i degradar contaminants orgànics. Aquests processos tenen avantatges com la capacitat de mineralitzar compostos orgànics i la reactivitat amb una àmplia gamma de contaminants.

Tanmateix, els processos d’oxidació avançada també tenen inconvenients, com el cost de reactius i els requeriments energètics. Per tant, sovint es combinen amb altres tractaments.

Tractament d’efluents amb oxidació POA + evaporació
Tractament d’efluents amb oxidació POA + evaporació

L’evaporació al buit, segons hem comentat, és una tècnica que concentra els contaminants en convertir l’aigua en vapor. Pot reduir el volum total d’aigües residuals i permetre la recuperació de productes valuosos. Tanmateix, l’evaporació també té costos energètics i no elimina completament els microcontaminants.

La combinació de POA i evaporació ofereix una alta eficiència, ja que, les POA poden degradar compostos orgànics difícils de tractar, i l’evaporació pot concentrar els contaminants abans d’aplicar altres tractaments. Aquesta combinació de processos és especialment adequada per a baixos cabals i altes càrregues contaminants.

Evaporadors al buit per a la recuperació de principis actius en els efluents residuals

Els API són substàncies químiques que han de ser manejades amb extrema precaució a causa del seu potencial impacte en la salut pública. El tractament inadequat dels API pot conduir a problemes com:

  • La contaminació creuada
  • La pèrdua de potència del medicament, o
  • L’aparició d’impureses, fet que podria posar en risc la salut dels pacients i comprometre la reputació de l’empresa farmacèutica.

Els processos de producció dels API segueixen el següent traçat bàsic:

  • Recepció i emmagatzematge: Els API solen arribar a les instal·lacions de l’empresa farmacèutica en forma de pols, grànuls o líquids. És crucial comptar amb procediments rigorosos per a la recepció i l’emmagatzematge d’aquests materials, assegurant la seva identificació correcta, la seva integritat i la seva traçabilitat.
  • Manipulació i processament: Durant la fabricació de medicaments, els API es manipulen i processen per formular els productes finals. Aquest procés inclou operacions com la barreja, la granulació, la compressió i l’encapsulació, que han de dur-se a terme seguint estrictes protocols de bones pràctiques de fabricació (GMP).
  • Anàlisi i control de qualitat: Es realitzen anàlisis exhaustives per verificar la identitat, la puresa i la potència dels API, així com per detectar la presència d’impureses. Aquests controls de qualitat són essencials per garantir que els medicaments compleixin amb els estàndards regulatoris i siguin segurs per al seu ús.
  • Emmagatzematge i distribució: Els API acabats han de ser emmagatzemats en condicions adequades per preservar la seva estabilitat i evitar la contaminació. A més, s’han d’establir procediments segurs per a la distribució dels API a altres instal·lacions de fabricació o als clients finals.

La fabricació d’API està subjecta a controls estrictes per part de les agències reguladores. És crucial que les empreses compleixin amb aquestes normatives i apliquin bones pràctiques de fabricació per garantir la qualitat i la seguretat dels productes farmacèutics.

Aquests compostos, juntament amb altres ingredients químics, es alliberen al medi ambient a través de les aigües residuals, creant un problema que necessita ser aturat des de l’origen, és a dir durant el procés de producció, mitjançant l’ús de tecnologies eficients a l’hora de gestionar aquests efluents residuals.

En aquest sentit, les empreses són cada cop més conscients de la necessitat de seguir una política mediambiental sostenible i busquen solucions que permetin minimitzar no només el volum dels residus produïts sinó també millorar l’eficiència en la seva eliminació.

Els tractaments d’aigües residuals convencionals no sempre aconsegueixen eliminar tots els restes de principis actius farmacèutics, ja que es tracta de residus molt complexos de tractar.

Els evaporadors al buit són la tecnologia més eficient per separar, concentrar i reutilitzar els API, així com altres contaminants, presents en l’aigua residual produïda per la indústria farmacèutica.

ENVIDEST MFE 3
Evaporació al buit Envidest MFE 3 de Condorchem

Els avenços tecnològics realitzats durant els últims anys han permès reduir els costos operatius dels evaporadors al buit, convertint-los en una tecnologia que permet donar resposta a la necessitat de tractar efluents complexos, com són els produïts en el sector farmacèutic.

La separació de principis actius farmacèutics (API) per evaporació és un mètode utilitzat a la indústria farmacèutica per purificar o concentrar substàncies químiques. Aquest procés implica l’evaporació controlada del dissolvent en què es troba dissolt el principi actiu, deixant enrere el compost que es desitja recuperar en forma sòlida o concentrada.

Els evaporadors al buit permeten concentrar i recuperar els API emprats per la indústria farmacèutica, com és el cas dels dissolvents o productes químics utilitzats en la síntesi de medicaments.

El procés d’evaporació pot dur-se a terme de diverses maneres:

  • Evaporació al buit
  • Evaporació a temperatura ambient
  • Evaporació mitjançant escalfament.

L’elecció del mètode depèn de les propietats del principi actiu i del dissolvent utilitzat, així com dels requisits específics del procés.

L’evaporació al buit és una tècnica eficaç per a la separació i concentració de principis actius, però és important que el procés es desenvolupi en les condicions adequades per evitar la degradació o la pèrdua de puresa del compost d’interès.

Per tant, s’han de tenir en compte factors com:

  • Temperatura: La temperatura d’evaporació varia segons el principi actiu i el dissolvent utilitzat. En general, es selecciona una temperatura prou alta per promoure una evaporació eficient del dissolvent, però prou baixa per evitar la degradació o la volatilització del principi actiu. Per tant, les temperatures solen estar en el rang d’ambient a moderadament elevades, depenent de les necessitats del procés i de l’estabilitat del compost.
  • Pressió: La pressió també pot variar depenent de les condicions específiques del procés. En molts casos, s’utilitza una pressió reduïda o al buit per facilitar l’evaporació a temperatures més baixes, fet que ajuda a prevenir la degradació tèrmica del principi actiu i del dissolvent. La pressió reduïda disminueix el punt d’ebullició del dissolvent, fet que facilita la seva evaporació a temperatures més baixes.
  • Temps d’exposició: El temps durant el qual es manté el principi actiu en condicions d’evaporació també és important. Es busca un equilibri entre l’eliminació eficient del dissolvent i la minimització de l’exposició del principi actiu a condicions que puguin provocar la seva degradació.

L’evaporació dels principis actius farmacèutics (API) pot dur-se a terme en diferents condicions de pressió i temperatura, depenent de les propietats físiques i químiques del principi actiu i del dissolvent, així com dels requisits específics del procés.

En resum, l’evaporació dels principis actius farmacèutics es realitza típicament a temperatures moderades, amb pressions reduïdes o al buit per facilitar l’evaporació i minimitzar la degradació, i amb temps d’exposició controlats per garantir la qualitat del producte final.

Per a l’evaporació de principis actius farmacèutics (API) sota buit, es poden utilitzar diversos tipus d’evaporadors que poden adaptar-se a les necessitats específiques de l’aplicació:

  • Evaporadors de pel·lícula descendent al buit: Aquests evaporadors utilitzen un disseny de pel·lícula descendent per maximitzar l’eficiència de transferència de massa i calor. Són adequats per a la concentració de solucions viscoses i sensibles a la calor, ja que permeten un temps de residència curt i una evaporació suau.
  • Evaporadors de múltiple efecte: Permeten assolir elevades concentracions en els productes a deshidratar degut a que actuen amb múltiple efecte.
  • Evaporadors amb bomba de calor: Permeten evaporar el vessament que conté el producte a deshidratar, a baixa temperatura i en condicions de pressió en un temps d’exposició moderat. Són adequats per a la concentració de solucions d’alta viscositat i API propensos a la seva degradació a altes temperatures.
  • Cristal·litzadors a buit amb bomba de calor: Amb aquests equips s’obtenen valors de concentració elevats del producte a separar i assecar, amb baix consum i elevat rendiment, respectant l’estabilitat dels compostos API.

En general, l’elecció de l’evaporador adequat dependrà de diversos factors, com les propietats del principi actiu i del dissolvent, el volum de mostra, la sensibilitat a la calor i els requisits específics del procés. És important seleccionar un evaporador que ofereixi un control precís de la temperatura i la pressió d’evaporació, així com una alta eficiència de transferència de massa, per garantir una evaporació eficient i una alta qualitat del producte final.

Conclusió

La manufactura de medicaments i la neteja d’equips generen una aigua residual amb contaminants emergents (CE) de difícil eliminació amb tractaments tradicionals.

Entre les diverses tecnologies disponibles, l’evaporació al buit es presenta com una solució eficient i rendible per tractar els vessaments de la indústria farmacèutica, tot i que és important considerar les seves limitacions i combinar-la amb altres estratègies per aconseguir una gestió integral i responsable d’aquestes aigües residuals complexes.

En un context de creixent consciència ambiental i regulacions més estrictes, s’espera que l’evaporació al buit segueixi sent una opció atractiva per al tractament de vessaments a la indústria farmacèutica.

Bibliografia i consultes:
Wastewater treatment of the pharmaceutical industry through the ozone technique
Tractament d’aigües residuals industrials | Condorchem Enviro Solutions

    Interessat en aquesta solució?