Seccions
- Producció d’aigües residuals a la indústria farmacèutica
- Gestió d’efluents en la producció de fàrmacs
- Tractament de vessaments biodegradables
- Evaporació al buit per a efluents de difícil tractament
- Processos d’oxidació avançada (POA)
- La necessitat d’una solució personalitzada i integrada per a cada cas
Producció d’aigües residuals a la indústria farmacèutica
La indústria farmacèutica utilitza grans quantitats d’aigua purificada per a la fabricació de medicaments i altres productes sanitaris. Així mateix, consumeix aigua en les operacions de neteja i sanejament d’equips, reactors, dipòsits, conduccions i envasos primaris.
Com a resultat d’aquests processos es generen efluents que contenen residus de productes químics, restes de principis actius farmacèutics (API), dissolvents, detergents i altres compostos emprats durant la producció.
L’Organització Mundial de la Salut (OMS) assenyala que una gran diversitat de residus generats pel sector farmacèutic acaba assolint el medi ambient a través dels efluents procedents de les instal·lacions de fabricació.
El volum i la composició d’aquestes aigües residuals presenten una elevada variabilitat, ja que depenen tant del tipus de medicament fabricat com de les matèries primeres utilitzades, els processos de producció, els protocols de neteja i les diferents tecnologies emprades a cada planta.
Durant la fabricació de productes farmacèutics intervenen nombroses substàncies químiques, productes de neteja i els anomenats principis actius farmacèutics (API), responsables de l’efecte terapèutic dels medicaments destinats a la prevenció, tractament o diagnòstic de malalties.
Gestió d’efluents en la producció de fàrmacs
Les aigües residuals generades per la indústria farmacèutica presenten una elevada variabilitat tant en cabal com en composició, fet que converteix el seu tractament en un important repte tècnic.
Durant la fabricació de medicaments poden generar-se corrents amb característiques molt diferents: aigües de rentat amb matèria orgànica biodegradable, efluents amb principis actius farmacèutics (API), dissolvents, productes de neteja i desinfecció, compostos refractaris, així com corrents amb concentracions molt elevades de sals.
Aquesta heterogeneïtat fa especialment important aplicar una estratègia de segregació d’efluents a l’origen, evitant barrejar indiscriminadament corrents de característiques molt diferents abans del seu tractament.
Per què no tots els efluents s’han d’enviar al tractament biològic?
El funcionament d’un reactor biològic depèn de mantenir una població de microorganismes activa i unes condicions ambientals adequades per al seu metabolisme.
L’entrada de determinades corrents procedents del procés productiu pot alterar aquestes condicions i reduir significativament el rendiment del tractament. Entre les més problemàtiques es troben:
- Efluents amb principis actius farmacèutics (API), com antibiòtics, desinfectants o altres compostos biològicament actius, que poden exercir efectes tòxics o inhibidors sobre els microorganismes.
- Corrents amb elevada concentració de dissolvents o altres compostos orgànics, els quals poden provocar pics de DQO i, depenent de la seva naturalesa i concentració, inhibir l’activitat biològica.
- Efluents amb elevada salinitat, que poden generar estrès osmòtic sobre la biomassa i reduir la seva activitat metabòlica quan les concentracions superen els nivells tolerats pel procés.
- Corrents amb una elevada proporció de matèria orgànica refractària o no biodegradable, la incorporació de la qual al reactor augmenta la càrrega de DQO sense que els microorganismes puguin eliminar-la eficaçment.
- Efluents concentrats i de composició variable, que poden generar càrregues puntuals que desestabilitzin les condicions d’operació del reactor.
- Les purgues o rebuigs líquids procedents dels scrubbers utilitzats per al tractament d’emissions atmosfèriques. Aquestes purgues acostumen a contenir elevades concentracions de sals i altres compostos capturats durant el rentat de gasos.
A causa d’aquesta àmplia varietat de contaminants no biodegradables, la solució més eficient és identificar i segregar aquelles corrents que poden comprometre el funcionament del reactor biològic i tractar-les mitjançant tecnologies específicament adaptades a la seva composició.
Segregació de corrents per protegir el reactor biològic i optimitzar el tractament
Les aigües amb una càrrega fonamentalment biodegradable poden dirigir-se al tractament biològic, mentre que les corrents concentrades, salines, tòxiques, inhibidores o poc biodegradables poden segregar-se per rebre un tractament específic.
Aquesta estratègia permet:
- Protegir la biomassa davant substàncies tòxiques o inhibidores.
- Evitar càrregues salines excessives al reactor biològic.
- Reduir els pics de DQO i de càrrega contaminant.
- Mantenir unes condicions d’operació més estables.
- Millorar l’eficiència d’eliminació de la matèria orgànica biodegradable.
- Reduir el risc de pèrdua de rendiment o desestabilització del procés.
- Aplicar a cada corrent la tecnologia més adequada des del punt de vista tècnic i econòmic.
Dins d’aquesta estratègia, l’evaporació al buit juga un paper especialment rellevant per al tractament separat de corrents concentrades que no resulta convenient incorporar directament al procés biològic.
Tractament de vessaments biodegradables
En termes generals, els tractaments biològics són l’alternativa més estesa i econòmica per al tractament d’aigües residuals industrials.
Per al tractament biològic d’aquests efluents existeixen diverses tecnologies, entre les quals destaquen els sistemes de fangs activats, els biorreactors de llit mòbil (MBBR), els tractaments anaerobis i els processos específics per a l’eliminació de microcontaminants, entre altres.
Després d’una correcta segregació, el reactor biològic hauria de rebre principalment les corrents amb una fracció orgànica suficientment biodegradable.
En una planta farmacèutica, típicament podrien dirigir-se al biològic:
- Aigües de rentat i esbandida d’equips, sempre que siguin relativament diluïdes i no continguin concentracions problemàtiques d’API, desinfectants o dissolvents.
- Aigües procedents de neteja de reactors, dipòsits i conduccions després de separar les primeres fraccions més concentrades. Els primers rentats poden arrossegar molta més càrrega de producte, mentre que els esbandits posteriors solen ser més diluïts.
- Efluents de processos amb matèria orgànica biodegradable, per exemple determinades corrents associades a processos de fermentació o formulació, un cop comprovada la seva biodegradabilitat.
- Aigües amb DBO/DQO favorable, on una proporció suficientment important de la matèria orgànica pugui ser utilitzada pels microorganismes.
- Corrents prèviament tractades mitjançant POA o un altre pretractament quan aquest hagi reduït la seva toxicitat o transformat compostos refractaris en substàncies més biodegradables.
- Efluents amb traces de determinats API biodegradables, sempre que les concentracions resultants no inhibeixin la biomassa i que el procés biològic hagi demostrat capacitat per eliminar-los.
Com ja hem comentat anteriorment, en molts casos aquests tractaments troben limitacions a causa de la presència de compostos inhibidors.
Com a conseqüència, nombroses empreses farmacèutiques recorren a gestors autoritzats de residus per a l’eliminació dels seus efluents líquids, assumint elevats costos associats al seu transport i tractament.
En aquest context, els evaporadors al buit s’han consolidat com una de les tecnologies més eficients i rendibles per al tractament de les aigües residuals generades per la indústria farmacèutica, especialment quan es tracta d’efluents amb altes càrregues contaminants o compostos de difícil tractament.
Evaporació al buit per a efluents de difícil tractament
L’evaporació al buit és un procés de separació tèrmica que permet eliminar aigua i altres dissolvents presents en un efluente líquid mitjançant l’aplicació de calor sota condicions de pressió reduïda.
En disminuir la pressió dins de l’evaporador, també es redueix el punt d’ebullició de l’aigua, fet que permet evaporar-la a temperatures considerablement inferiors a les de l’evaporació atmosfèrica. Això redueix el consum energètic i minimitza la degradació tèrmica dels compostos sensibles a la calor.
Gràcies a aquestes característiques, l’evaporació al buit s’ha convertit en una de les tecnologies més utilitzades per al tractament d’aigües residuals complexes, especialment en sectors com la indústria farmacèutica, química o biotecnològica.
El paper dels evaporadors al buit a la indústria farmacèutica
A la indústria farmacèutica, aquesta tecnologia resulta especialment interessant perquè permet tractar de forma independent determinades corrents que, a causa de la seva composició, podrien resultar problemàtiques per a un tractament biològic.
Efluents amb elevada salinitat
Les sals dissoltes no es poden eliminar mitjançant un tractament biològic convencional i, quan assoleixen concentracions elevades, poden afectar negativament l’activitat de la biomassa.
L’evaporació permet separar una gran part de l’aigua d’aquestes corrents mentre les sals romanen majoritàriament concentrades al rebuig.
Aquesta aplicació pot resultar especialment interessant per a determinades purgues de scrubbers i altres corrents salines generades durant els processos farmacèutics, evitant que la seva incorporació al sistema biològic incrementi innecessàriament la conductivitat i la salinitat de l’aigua que rep el reactor.
Efluents amb API i altres compostos de baixa biodegradabilitat
Els principis actius farmacèutics i altres microcontaminants poden presentar una baixa biodegradabilitat i, en determinats casos, exercir efectes inhibidors sobre els microorganismes.
L’evaporació permet retirar aquestes corrents del circuit biològic i concentrar gran part dels contaminants en un volum considerablement menor.
Tot i que l’evaporació no implica necessàriament la destrucció dels API, la seva concentració en una corrent reduïda facilita la seva posterior gestió o tractament mitjançant altres tecnologies, com oxidació avançada, adsorció o cristal·lització.
Quan les característiques del compost i del procés ho permeten, la concentració obtinguda també pot facilitar la recuperació de principis actius o altres productes de valor.
Efluents amb dissolvents
Els dissolvents són un altre tipus de corrent que mereix una gestió diferenciada, ja que determinades concentracions de dissolvents poden provocar una elevada càrrega de DQO i inhibir l’activitat de la biomassa.
En corrents aquoses complexes, on els dissolvents apareixen juntament amb sals, API i altres contaminants i l’objectiu principal és reduir el volum de residu, l’evaporació al buit pot constituir una alternativa adequada. En aquests casos, una estratègia de separació tèrmica correctament dissenyada pot permetre separar o recuperar determinats dissolvents, reduint tant la càrrega contaminant que s’ha de gestionar posteriorment com el consum de matèries primeres.
Quan la concentració i el valor del dissolvent ho justifiquen, l’alternativa preferent pot ser l’ús de destil·ladors de dissolvents que permeten separar i recuperar selectivament un o diversos dissolvents amb una puresa suficient per reutilitzar-los.
A la indústria farmacèutica és possible recuperar dissolvents amb pureses molt elevades, amb processos específicament dissenyats per recuperar THF, metanol, acetat d’etil o DMSO de corrents residuals.
La taula següent mostra en quins escenaris és preferible una o altra alternativa:
| Tipus de corrent | Tecnologia que sol tenir més sentit |
|---|---|
| Corrent rica en un dissolvent recuperable | Destil·lació / destil·lació al buit per a recuperació de dissolvent |
| Mescla de diversos dissolvents i aigua | Destil·lació multietapa, extractiva o altra separació específica, segons azeòtrops i equilibri VLE |
| Aigua residual amb petites quantitats de dissolvents + sals + API + altres contaminants | Evaporador al buit, possiblement amb tractament dels vapors/destil·lat |
| Corrent salina o amb DQO refractària, on l’objectiu és reduir volum | Evaporació al buit |
| Corrent de procés on a més interessa recuperar matèria primera | Convé estudiar recuperació de dissolvent abans de tractar el residu restant |
El disseny s’ha de realitzar específicament per a la mescla considerada, tenint en compte aspectes com volatilitat, temperatura d’ebullició, formació d’azeòtrops, seguretat del procés i possibilitats reals de recuperació.
Efluents concentrats amb elevada DQO no biodegradable
Una DQO elevada no implica necessàriament que un efluente pugui tractar-se biològicament.
Quan una part important d’aquesta DQO correspon a substàncies refractàries, la introducció de la corrent al reactor biològic augmenta la càrrega contaminant sense proporcionar necessàriament un substrat que els microorganismes puguin degradar.
Segregar aquestes corrents evita sobrecarregar innecessàriament el tractament biològic i permet tractar-les mitjançant evaporació o altres tecnologies específicament dissenyades per a contaminants refractaris.
L’evaporació al buit com a barrera de protecció del reactor biològic
La funció d’un evaporador al buit en una planta farmacèutica va més enllà de tractar efluents complexos i reduir el volum de residus.
Una etapa de tractament mitjançant evaporador al buit permet aïllar el reactor biològic d’aquelles corrents que presenten elevada salinitat, toxicitat, baixa biodegradabilitat o concentracions elevades de determinats contaminants.
Una configuració conceptual de tractament pot ser:
Procés farmacèutic → segregació de corrents → tractament específic d’efluents problemàtics → tractament biològic de les corrents biodegradables → tractament final/reutilització
Amb aquesta solució, el tractament biològic s’utilitza precisament allà on resulta més eficient: en l’eliminació de matèria orgànica biodegradable. Paral·lelament, els efluents que podrien comprometre el seu funcionament reben un tractament específic.
Aquesta combinació permet dissenyar plantes més robustes, reduir les fluctuacions de càrrega que rep la biomassa i optimitzar el cost global del tractament.
Principals beneficis d’instal·lar un evaporador al buit en una ptar farmacèutica
Concentració de contaminants i minimització del volum de residus
Durant el procés d’evaporació, l’aigua passa a estat de vapor mentre que la major part dels contaminants orgànics i inorgànics romanen en el concentrat.
Com a conseqüència, es redueix significativament el volum de residus líquids que posteriorment han de gestionar-se o tractar-se mitjançant altres tecnologies, disminuint tant els costos de transport com els costos associats a la seva eliminació.
A més, aquesta concentració facilita la separació d’una part important dels contaminants presents en l’efluent.
Recuperació de productes de valor
En determinades aplicacions, els compostos concentrats conserven un elevat valor econòmic i poden recuperar-se per a la seva reutilització dins del propi procés productiu.
Aquest és el cas de nombrosos principis actius farmacèutics (API), dissolvents o matèries primeres utilitzades durant la fabricació de medicaments.
La recuperació d’aquests productes requereix un procés d’evaporació acuradament controlat, amb condicions específiques de temperatura, pressió i temps de residència que evitin la degradació o pèrdua de propietats dels compostos recuperats.
Concentració de microcontaminants
Tot i que l’evaporació al buit no destrueix completament els microcontaminants, sí que permet concentrar-los en una corrent de menor volum.
Aquesta concentració facilita la seva posterior eliminació mitjançant tecnologies complementàries com l’adsorció, l’oxidació avançada, la cristal·lització o determinats processos de filtració especialitzats.
Recuperació i reutilització d’aigua
El destil·lat generat mitjançant evaporació pot presentar una qualitat elevada. Depenent de la composició inicial de l’efluent, de la volatilitat dels seus contaminants i del tractament posterior aplicat, aquesta aigua pot reutilitzar-se en determinats serveis auxiliars de la planta.
D’aquesta manera, l’evaporació pot contribuir simultàniament a reduir el volum de residus líquids i el consum d’aigua fresca.
Protecció del tractament biològic
La segregació i evaporació de corrents altament salines, inhibidores, refractàries o concentrades permet evitar que aquests contaminants arribin al reactor biològic.
D’aquesta manera es fomenta una major estabilitat de la biomassa i es redueix el risc de pèrdua de rendiment provocada per càrregues puntuals o substàncies incompatibles amb el procés biològic.
Limitacions de l’evaporació al buit
Tot i que l’evaporació al buit constitueix una tecnologia molt eficaç per al tractament d’efluents farmacèutics, també presenta determinades limitacions que s’han de considerar durant el disseny de la planta de tractament.
- Complexitat dels efluents: Les aigües residuals procedents de la indústria farmacèutica poden contenir una combinació molt diversa de principis actius farmacèutics (API), productes químics, sals, dissolvents, tensioactius i microcontaminants. Aquesta complexitat fa que, en determinades aplicacions, l’evaporació per si sola no sigui suficient per assolir els objectius de tractament requerits.
- Gestió del concentrat: Un dels principals objectius de l’evaporació consisteix a concentrar els contaminants presents al rebuig, reduint al màxim el volum de residus que han d’enviar-se a un gestor autoritzat. Tanmateix, aquest concentrat continua contenint una elevada càrrega contaminant i ha de gestionar-se adequadament per evitar qualsevol impacte ambiental.
- Eliminació de microcontaminants: L’evaporació permet concentrar els microcontaminants, però no sempre aconsegueix eliminar-los completament. Quan l’objectiu consisteix en la seva destrucció o mineralització, sol ser necessari incorporar tecnologies complementàries capaces de degradar aquests compostos.
Processos d’oxidació avançada (POA)
Els Processos d’Oxidació Avançada (POA) són molt eficients en el tractament d’aigües residuals que contenen compostos orgànics persistents, microcontaminants o substàncies difícilment biodegradables mitjançant processos convencionals.
El seu funcionament es basa en la generació d’espècies altament reactives, principalment radicals hidroxil, capaços d’oxidar una àmplia varietat de contaminants orgànics i transformar molècules complexes en compostos més simples. Entre les tecnologies més utilitzades es troben:
- Processos Fenton i les seves variants
- Ozonització
- Diferents combinacions d’oxidants, radiació ultraviolada i catalitzadors.
A la indústria farmacèutica, els POA resulten especialment interessants per la presència potencial de principis actius farmacèutics (API), antibiòtics i altres compostos orgànics refractaris que poden presentar una baixa biodegradabilitat i resultar difícils d’eliminar mitjançant tractaments convencionals.
Els POA solen integrar-se amb altres tecnologies dins d’un tren de tractament a causa del seu elevat consum d’energia i reactius. Depenent de les característiques de l’efluent i de l’objectiu de tractament, existeixen dues configuracions especialment interessants per a les aigües residuals de la indústria farmacèutica:
- La combinació d’oxidació avançada amb tractament biològic
- Combinació d’oxidació avançada amb evaporació al buit.
Processos d’oxidació avançada (poa) + tractament biològic
Els Processos d’Oxidació Avançada (POA) han demostrat una elevada eficàcia en el tractament de les aigües residuals procedents de la indústria farmacèutica, especialment quan contenen contaminants emergents, compostos refractaris o substàncies difícils de biodegradar.
Aquestes tecnologies empren agents oxidants capaços de generar radicals hidroxil (•OH), espècies extremadament reactives que degraden els compostos orgànics complexos fins a transformar-los en molècules més simples i biodegradables.
Gràcies a aquest procés, els POA permeten reduir la Demanda Química d’Oxigen (DQO) i trencar l’estructura molecular de nombrosos contaminants orgànics, facilitant posteriorment la seva eliminació mitjançant tractaments biològics convencionals.
Aquesta estratègia resulta especialment interessant des del punt de vista econòmic, ja que no pretén mineralitzar completament tota la matèria orgànica mitjançant reactius químics, sinó incrementar la seva biodegradabilitat perquè el tractament biològic posterior completi el procés amb un menor consum de reactius i un cost operatiu més reduït.
Els Processos d’Oxidació Avançada es basen en mecanismes fisicoquímics capaços de provocar modificacions profundes en l’estructura química dels contaminants mitjançant la generació de radicals hidroxil (•OH), considerats un dels agents oxidants més potents disponibles per al tractament d’aigües residuals.
La formació d’aquests radicals pot obtenir-se a partir de diferents combinacions d’oxidants, com oxigen, peròxid d’hidrogen (H2O2), ozó, radiació ultraviolada o catalitzadors específics, depenent de la tecnologia utilitzada. Com a resultat, els principals productes finals de l’oxidació solen ser aigua, diòxid de carboni i altres compostos de menor impacte ambiental.
Entre les tecnologies més utilitzades destaquen els processos Fenton i les seves diferents variants. Aquests processos consisteixen en l’addició de sals de ferro que actuen com a catalitzadors en presència de peròxid d’hidrogen (H2O2) i sota condicions controlades de pH, temperatura i temps de reacció, afavorint la formació de radicals hidroxil capaços d’oxidar una àmplia varietat de contaminants orgànics.
Un cop finalitzada l’etapa d’oxidació avançada, l’efluent pot sotmetre’s a un tractament biològic convencional. En molts casos, aquesta combinació permet assolir els límits de vessament establerts per la normativa i fins i tot obtenir una qualitat d’aigua suficient per a la seva reutilització en determinats serveis auxiliars dins de la pròpia planta farmacèutica.
Oxidació avançada (POA) + evaporació al buit
La combinació de Processos d’Oxidació Avançada (POA) i evaporació al buit constitueix una de les solucions més eficaces per al tractament de les aigües residuals generades per la indústria farmacèutica, especialment quan els efluents presenten una elevada concentració de contaminants orgànics, compostos refractaris o microcontaminants difícils d’eliminar mitjançant tecnologies convencionals.
Els Processos d’Oxidació Avançada empren radicals hidroxil (•OH), espècies altament reactives capaços d’oxidar una àmplia varietat de compostos orgànics. Entre els seus principals avantatges destaquen la seva elevada capacitat per degradar contaminants persistents i, en molts casos, mineralitzar-los parcial o totalment fins a transformar-los en diòxid de carboni, aigua i altres compostos de menor impacte ambiental.
No obstant això, l’oxidació avançada també presenta certes limitacions, principalment relacionades amb el consum de reactius i els requeriments energètics, especialment quan es pretén tractar efluents amb elevades concentracions de matèria orgànica.
Per aquest motiu, resulta habitual combinar els POA amb altres tecnologies que permetin optimitzar el rendiment global del procés i reduir els costos d’explotació.
L’evaporació al buit complementa eficaçment l’oxidació avançada en concentrar els contaminants presents a l’efluent mitjançant l’evaporació de l’aigua. A més de reduir significativament el volum de residus líquids, aquest procés facilita la recuperació de determinats compostos de valor i disminueix la càrrega que han de tractar les etapes posteriors.
La integració d’ambdues tecnologies permet aprofitar els avantatges de cadascuna d’elles. Mentre els POA degraden els compostos orgànics més complexos i augmenten la biodegradabilitat de l’efluent, l’evaporació concentra els contaminants restants i minimitza el volum de rebuig generat.
Com a resultat, s’obté un sistema de tractament altament eficient, especialment indicat per a cabals reduïts amb elevades càrregues contaminants, una situació molt habitual en nombrosos processos de fabricació farmacèutica.
La necessitat d’una solució personalitzada i integrada per a cada cas
A la pràctica, l’evaporació al buit sol formar part d’una estratègia integral de tractament. L’elevada diversitat de corrents generades a la indústria farmacèutica fa difícil establir una única tecnologia vàlida per a tots els efluents.
La solució passa per analitzar quins contaminants conté cada corrent, en quina concentració es troben i quina tecnologia resulta més adequada per eliminar-los, separar-los o recuperar-los.
Els tractaments biològics continuen sent una solució eficient per a les corrents biodegradables.
Els Processos d’Oxidació Avançada poden utilitzar-se per degradar determinats contaminants refractaris o augmentar la seva biodegradabilitat.
L’evaporació al buit permet separar i concentrar corrents complexes, salines o poc biodegradables, a més d’oferir possibilitats de recuperació d’aigua, dissolvents, API o altres productes de valor.
Depenent de les característiques de l’efluent, aquests processos poden combinar-se amb altres tecnologies de tractament d’aigües residuals industrials com són els processos físic-químics, l’adsorció, la cristal·lització o els processos de membranes per assolir els objectius de depuració, reutilització o vessament.
La clau està en segregar correctament els diferents efluents des del seu origen i evitar que les corrents més problemàtiques comprometin el funcionament de la resta de la planta de tractament.
Aquest enfocament permet desenvolupar sistemes de tractament més robustos, eficients i adaptats a les característiques reals de cada procés farmacèutic.