Secciones
- Introducción
- Las aguas residuales de las industrias farmacéuticas
- Tratamiento de vertidos con contaminantes emergentes
- Procesos de oxidación avanzada (POA) + Tratamientos biológicos
- Procesos biológicos
- Evaporación a vacío
- Oxidación avanzada (POA) + Evaporación
- Recuperación de principios activos de los vertidos (API)
- Conclusión
Introducción
Cada año, se consumen más de 100.000 toneladas de productos farmacéuticos en todo el mundo. Los principios activos farmacéuticos (API), tanto en su fabricación, como más tarde durante su uso y eliminación, son el origen de una contaminación medioambiental que debe ser correctamente gestionada, tanto por las empresas, como por las administraciones.
El tratamiento de aguas residuales en la industria farmacéutica es un tema crucial para garantizar la protección del medio ambiente y la salud pública. Las aguas residuales generadas en este sector son muy variables, en cuanto a su caudal y composición, lo que hace que el tratamiento sea complejo.
Existen diversas tecnologías de depuración adoptadas habitualmente para el tratamiento de estos vertidos como son: Tratamiento biológicos por fangos activados, proceso biológico MBBR (biomasa fija sobre lecho móvil), tratamientos anaerobios, tratamientos selectivos de micro contaminantes, etc., pero suelen aparecer inconvenientes, que en muchos casos son producidos por los contaminantes inhibidores y tóxicos, así como por los compuestos orgánicos resistentes a la oxidación.
Por este motivo,muchas industrias acuden a una solución externalizada, confiando la gestión de sus efluentes a empresas especializadas. Entre los tratamientos más efectivos para este tipo de vertidos, cabe destacar la evaporación. Condorchem Enviro Solutions dispone de gran variedad de sistemas de evaporación adecuados para este tipo de efluentes.
Las aguas residuales de las industrias farmacéuticas
La industria farmacéutica requiere de agua purificada para la elaboración de sus productos específicos, además de consumir agua corriente procesos de saneamiento de los equipos, los recipientes y los envases primarios. Como consecuencia, se obtienen efluentes caracterizados por contener residuos de productos químicos, como sobrantes de fármacos y/o detergentes utilizados en la limpieza.
Las aguas residuales provenientes de la industria farmacéutica presentan gran variabilidad en su cantidad y componentes, debido a que se presentan distintas modalidades en la producción y composición de los medicamentos.
Pese a que la cantidad de residuos farmacéuticos vertidos puede ser baja, su entrada continua al ecosistema puede aumentar la concentración de contaminantes en la naturaleza, lo que genera un riesgo para los organismos acuáticos y terrestres a largo plazo.
En los procesos de elaboración de productos farmacéuticos se utilizan sustancias que contiene productos químicos, productos de limpieza y los denominados API o principios activos, que son la base de las medicinas que se comercializan para la prevención y tratamiento de las enfermedades. Estos contaminantes anormales para el medio ambiente reciben el nombre de “contaminantes emergentes” (CE), y son compuestos que se vierten en el agua y que no están regulados. Los contaminantes emergentes, también llamados micro contaminantes, son compuestos químicos producto de las actividades humanas que se realizan en la vida diaria, como la higiene personal o el cuidado de la salud. Se trata de sustancias de diferente origen y composición química de las que se conoce relativamente poco con respecto al impacto que tienen en el ambiente y en el ser humano.
Tratamiento de vertidos con contaminantes emergentes
En general, los procesos de tratamiento biológico son considerados como los más económicos para el tratamiento de aguas residuales, pero el desconocimiento y la complejidad de los componentes que están presentes en el agua residual de las industrias farmacéuticas dificulta la aplicación de un determinado tratamiento. Así mismo, la presencia de ciertos compuestos como los antibióticos y los desinfectantes impide que se dé una completa eliminación de los contaminantes por medio de los tratamientos biológicos convencionales.
Procesos de oxidación avanzada (POA) + Tratamientos biológicos
Existen diversas tecnologías aplicables para conseguir un tratamiento adecuado de las aguas residuales de las industrias farmacéuticas, y específicamente de los efluentes que contiene micro contaminantes o contaminantes emergentes.
Los tratamientos que han demostrado mayor eficacia son los aportados por los procesos de oxidación avanzada (POA). Estas tecnologías utilizan oxidantes químicos para reducir los niveles de demanda química de oxígeno (DQO), que también se utilizan para romper los enlaces de estos compuestos orgánicos contaminantes y facilitar su biodegradabilidad, con lo que se ahorra reactivo y su coste de explotación es menos elevado que si se pretendiera oxidar toda la materia orgánica con reactivos.
Estos tratamientos se basan en procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes, implicando generación y uso de especies poderosas transitorias, principalmente el radical hidroxilo (OH-), que es el mayor poder oxidante tras el F-. Además, la generación de radicales se realiza a partir de oxígeno, agua oxigenada y catalizadores soportados, por lo que los subproductos de reacción son únicamente agua y dióxido de carbono.
Entre las principales tecnologías de procesos de oxidación avanzada destacan los procesos de Fenton y sus variantes, que consiste en la adición de sales de hierro como catalizadores, en presencia de peróxido de hidrógeno (H2O2), en medio ácido, y en determinadas condiciones de presión y temperatura, para la formación de radicales OH-.
Tras el proceso POA, se puede realizar un tratamiento biológico adecuado al efluente, con el que se podrán alcanzar, en muchos casos, los límites de vertidos tolerados, o incluso reducciones de los contaminantes que permitan la reutilización de estas aguas tratadas en servicios de la propia industria, o para riego.
Procesos biológicos para aguas residuales farmacéuticas
En cuanto a los procesos biológicos, estos son los más habitualmente empleados:
Proceso biológico de fangos activos: Aunque es el proceso más competitivo cuando se trata de aguas residuales con materia orgánica fácilmente biodegradable, a causa de la posible presencia de compuestos inhibidores y tóxicos para la biomasa, así como la baja biodegradabilidad de algunos efluentes producidos, no es el proceso más recomendable. No obstante, si la contaminación es biodegradable, es un proceso sencillo y eficiente.
Proceso con biomasa fija sobre lecho móvil (MBBR): Cuando las aguas residuales sean compatibles con un tratamiento biológico y el contenido de materia orgánico sea elevado, el MBBR es sin duda la opción más eficiente. Esta tecnología consiste en el crecimiento de biomasa, en forma de biopelícula, en unos soportes de plástico que están en continuo movimiento dentro del reactor biológico.
Estos soportes tienen una elevada superficie específica por unidad de volumen, factor que hace posible el crecimiento de mayor cantidad de biomasa por unidad de volumen que en el caso de reactores convencionales. Los MBBR, por un lado, no presenta los problemas de colmatación del lecho por el excesivo crecimiento de la biomasa que presentan los sistemas de lecho fijo, y en comparación con el sistema convencional, se trata de un sistema considerablemente más eficiente porque la biopelícula que se forma en las paredes del soporte se caracteriza por una mayor efectividad que los flóculos biológicos.
Además, teniendo en cuenta que las partículas del soporte disponen de una elevada superficie específica, los reactores MBBR son de un volumen mucho menor que los de fangos activos. Otra ventaja adicional es que se puede dividir el proceso en diferentes etapas y en cada una de ellas crecerá una biomasa específica adaptada a la carga contaminante de la corriente alimentada. Esta flexibilidad permite poder degradar compuestos más persistentes. Esta técnica solamente es viable cuando la contaminación es biodegradable.
Proceso de digestión anaerobia: En aquellos casos en los que las aguas residuales presentan una elevada concentración de materia orgánica biodegradable y no existen sustancias tóxicas ni inhibidoras, el tratamiento de las aguas residuales mediante un proceso de digestión anaerobia puede resultar eficiente y económico. Al ser anaerobio no sólo se ahorra la aeración del proceso, sino que se genera biogás, el cual puede ser convertido con relativa facilidad en energía calorífica y eléctrica.
Evaporación al vacío
La evaporación a vacío es un proceso que implica la eliminación de agua u otros solventes de una solución mediante la aplicación de calor bajo condiciones de vacío. Al reducir la presión atmosférica sobre la solución, se disminuye el punto de ebullición del líquido, lo que permite su evaporación a temperaturas más bajas.
Contribuciones del proceso:
La evaporación es una tecnología ampliamente utilizada en el tratamiento de aguas residuales, incluyendo las generadas por la industria farmacéutica. A continuación, resumimos cómo este proceso contribuye al tratamiento de los efluentes:
- Concentración de contaminantes: Durante la evaporación, el agua se calienta y se convierte en vapor. Los contaminantes orgánicos e inorgánicos presentes en el agua no se evaporan y quedan concentrados en la solución residual. Esto permite reducir el volumen total de aguas residuales que deben tratarse posteriormente, y separar una parte importante de los contaminantes.
- Recuperación de productos valiosos: Los productos concentrados pueden resultar valiosos para las industrias que los generan, como es el caso de los API para las industrias farmacéuticas. Su recuperación requiere de un proceso de evaporación controlado en determinadas condiciones de operación para evitar que se deteriores o pierdan cualidades.
- Eliminación de micro contaminantes: Aunque la evaporación no elimina completamente los micro contaminantes, puede concentrarlos. Posteriormente, se pueden aplicar técnicas adicionales (como adsorción o filtración) para eliminar estos contaminantes concentrados.
- Eficiencia energética: Los evaporadores al vacío han mejorado distintos aspectos técnicos con el objetivo de reducir el consumo energético, como es el caso de los evaporadores con bombas de calor, o los que trabajan con termocompresión de vapor.
Limitaciones del proceso:
La evaporación es una técnica eficiente para el tratamiento de aguas residuales de la industria farmacéutica, pero también tiene sus limitaciones. A continuación, exploraremos algunas de ellas:
- Complejidad de los efluentes: Las aguas residuales farmacéuticas pueden contener una variedad de compuestos, incluyendo principios activos farmacéuticos (API), productos químicos y micro contaminantes. La evaporación no siempre puede eliminar todos estos componentes de manera eficiente debido a su complejidad.
- Costes energéticos: Aunque la evaporación es efectiva, requiere energía para calentar el agua y convertirla en vapor. Esto puede aumentar los costos operativos.
- Concentración de contaminantes: Si bien la evaporación concentra los contaminantes en el rechazo (la fracción no evaporada), esto puede ser un problema si el rechazo se descarga sin un tratamiento adicional. Los compuestos concentrados pueden seguir siendo perjudiciales para el medio ambiente.
- Limitaciones en la eliminación de micro contaminantes: Aunque la evaporación puede concentrar micro contaminantes, no siempre los elimina por completo. Se pueden requerir pasos adicionales para abordar estos compuestos específicos.
- Necesidad de tecnologías complementarias: Para abordar las limitaciones mencionadas, a menudo se combinan con otras técnicas de tratamiento, como la adsorción, la biodegradación. La elección de la tecnología adecuada depende de la composición específica de las aguas residuales.
Oxidación avanzada (POA) + Evaporación
La combinación de oxidación avanzada y evaporación es una solución de alto rendimiento para el tratamiento de las aguas residuales generadas por la industria farmacéutica.
Los Procesos de Oxidación Avanzada (POA) son métodos que utilizan radicales hidroxilos (OH-) altamente reactivos para oxidar y degradar contaminantes orgánicos. Estos procesos tienen ventajas como la capacidad de mineralizar compuestos orgánicos y la reactividad con una amplia gama de contaminantes. Sin embargo, los POA también tienen inconvenientes, como un elevado coste debido a la adición de reactivos y los requerimientos energéticos. Es por este motivo que a menudo se combinan con otros tratamientos.
La evaporación a vacío es una técnica que concentra los contaminantes al convertir el agua en vapor, a la vez que reduce el volumen total de aguas residuales y permite la recuperación de productos valiosos.
La combinación de POA y evaporación puede ser beneficiosa, ya que, las POA pueden degradar compuestos orgánicos difíciles de tratar, y la evaporación puede concentrar los contaminantes antes de aplicar otros tratamientos. Esta combinación de procesos es especialmente adecuado para bajos caudales y altas cargas contaminantes.
Recuperación de principios activos de los vertidos (API)
¿Qué son los API?
Los API son sustancias químicas que deben ser manejadas con extrema precaución debido a su potencial impacto en la salud pública. El tratamiento inadecuado de los API puede conducir a la contaminación cruzada, la pérdida de potencia del medicamento, o la aparición de impurezas, lo que podría poner en riesgo la salud de los pacientes y comprometer la reputación de la empresa farmacéutica.
Los procesos de producción de los API siguen el siguiente trazado básico:
- Recepción y almacenamiento. Los API suelen llegar a las instalaciones de la empresa farmacéutica en forma de polvo, gránulos o líquidos. Es crucial contar con procedimientos rigurosos para la recepción y el almacenamiento de estos materiales, asegurando su identificación correcta, su integridad y su trazabilidad.
- Manipulación y Procesamiento. Durante la fabricación de medicamentos, los API se manipulan y procesan para formular los productos finales. Este proceso incluye operaciones como la mezcla, la granulación, la compresión y la encapsulación, que deben llevarse a cabo siguiendo estrictos protocolos de buenas prácticas de fabricación (GMP).
- Análisis y Control de Calidad. Se realizan análisis exhaustivos para verificar la identidad, la pureza y la potencia de los API, así como para detectar la presencia de impurezas. Estos controles de calidad son esenciales para garantizar que los medicamentos cumplan con los estándares regulatorios y sean seguros para su uso.
- Almacenamiento y Distribución. Los API terminados deben ser almacenados en condiciones adecuadas para preservar su estabilidad y evitar la contaminación. Además, se deben establecer procedimientos seguros para la distribución de los API a otras instalaciones de fabricación, o a los clientes finales.
La fabricación de API está sujeta a controles estrictos por parte de las diferentes agencias regulatorias y es crucial que las empresas cumplan con estas normativas y apliquen buenas prácticas de fabricación para garantizar la calidad y la seguridad de los productos farmacéuticos.
Sin embargo, estos compuestos, junto con otros ingredientes químicos, se liberan al medio ambiente debido a su presencia en las aguas residuales, creando un problema que necesita ser atajado desde el origen, es decir durante el proceso de producción. Esto se consigue mediante el uso de tecnologías eficientes para tratar efluentes, como son los evaporadores de aguas residuales y los cristalizadores.
Tratamiento y recuperación de principios activos mediante evaporadores al vacío
Los tratamientos de aguas residuales convencionales no siempre logran eliminar todos los restos de principios activos farmacéuticos, ya que son residuos muy complejos de tratar y las estaciones depuradoras de aguas residuales municipales (EDAR) no suelen incluir la tecnología adecuada para ello.
En la industria farmacéutica, algunos compuestos son valiosos y/o reutilizables, como es el caso de los API. El proceso de evaporación puede ayudar a concentrar estos compuestos para su posterior recuperación. Por ejemplo, se pueden recuperar solventes o productos químicos utilizados en la síntesis de medicamentos.
La eliminación de principios activos farmacéuticos (API) por evaporación es un método utilizado en la industria farmacéutica para purificar o concentrar sustancias químicas. Este proceso implica la evaporación controlada del solvente en el que se encuentra disuelto el principio activo, separando el compuesto deseado en forma sólida o concentrada.
La eliminación por evaporación es una técnica eficaz para la separación y concentración de principios activos en la producción farmacéutica, pero es importante llevarla a cabo con cuidado para evitar la degradación o la pérdida del compuesto de interés. Por lo tanto, se deben tener en cuenta factores como la temperatura, la presión y el tiempo de exposición durante el proceso de evaporación para garantizar la calidad y la pureza del producto final.
La evaporación de los principios activos farmacéuticos (API) puede llevarse a cabo en una variedad de condiciones de presión y temperatura, dependiendo de varios factores, como las propiedades físicas y químicas del principio activo y del solvente, así como de los requisitos específicos del proceso. Sin embargo, hay algunas condiciones generales que se consideran comunes:
- Temperatura. La temperatura de evaporación varía según el principio activo y el solvente utilizado. En general, se selecciona una temperatura lo suficientemente alta para evaporar el solvente de forma eficiente, pero lo suficientemente baja como para evitar la degradación o la volatilización del principio activo. Por lo tanto, las temperaturas suelen estar en el rango de ambiente a moderadamente elevadas, dependiendo de las necesidades del proceso y de la estabilidad del compuesto.
- Presión. La presión también puede variar dependiendo de las condiciones específicas del proceso. En muchos casos, se utiliza una presión reducida o al vacío para facilitar la evaporación a temperaturas más bajas, lo que ayuda a prevenir la degradación térmica del principio activo y del solvente. La presión reducida disminuye el punto de ebullición del solvente, lo que facilita su evaporación a temperaturas más bajas.
- Tiempo de exposición. El tiempo durante el cual se mantiene el principio activo en condiciones de evaporación también es importante. Se busca un equilibrio entre la eliminación eficiente del solvente y la minimización de la exposición del principio activo a condiciones que puedan provocar su degradación.
En resumen, la evaporación de los principios activos farmacéuticos se realiza típicamente a temperaturas moderadas, con presiones reducidas o al vacío para facilitar la evaporación y minimizar la degradación, y con tiempos de exposición controlados para garantizar la calidad del producto final.
Para la evaporación de principios activos farmacéuticos (API) bajo vacío, se pueden utilizar varios tipos de evaporadores, los cuales se diseñan a medida de las necesidades específicas de la aplicación.
- Evaporadores de película descendente al vacío (Envidest MVR FF). Estos evaporadores utilizan un diseño de película descendente para maximizar la eficiencia de transferencia de masa y calor. Son adecuados para la concentración de soluciones viscosas y sensibles al calor, ya que permiten un tiempo de residencia corto y una evaporación suave.
- Evaporadores de múltiple efecto (Envidest MFE y Envidest DPM). Permiten alcanzar elevadas concentraciones en los productos a deshidratar debido a que actúan con multiple efecto.
- Evaporadores con bomba de calor (Envidest LT VS). Permiten evaporar el vertido que contiene el producto a deshidratar a baja temperatura y en condiciones de presión controladas en un tiempo de exposición moderado. Son adecuados para la concentración de soluciones de alta viscosidad y API propensos a su degradación a altas temperaturas.
- Cristalizadores a vacío con bomba de calor (Desalt LT – DRY). Con estos equipos se obtienen valores de concentración elevados del producto a separar y secar, con bajo consumo y elevado rendimiento, respetando la estabilidad de los compuestos API.
Como hemos comentado, es importante seleccionar un evaporador que ofrezca un control preciso de la temperatura y la presión de evaporación, así como una alta eficiencia de transferencia de masa, para garantizar una evaporación eficiente y una alta calidad del producto final.
Conclusión
La gestión adecuada de los vertidos farmacéuticos es crucial para proteger el medio ambiente y la salud pública.
Entre las diversas tecnologías disponibles, la evaporación al vacío se presenta como una solución eficaz y sostenible para tratar los vertidos de la industria farmacéutica, aunque es importante considerar sus limitaciones y combinarla con otras estrategias para lograr una gestión integral y responsable de estas complejas aguas residuales.
La combinación de oxidación avanzada y evaporación puede ser la solución más adecuada, especialmente cuando se busca una solución integral y sostenible para el tratamiento de los efluentes que contienen micro contaminantes.
En un contexto de creciente conciencia ambiental y regulaciones más estrictas, se espera que la evaporación al vacío siga siendo una opción atractiva para el tratamiento de vertidos de la industria farmacéutica.
Bibliografía y consultas:
Wastewater treatment of the pharmaceutical industry through the ozone technique
Tratamiento de aguas residuales industriales | Condorchem Enviro Solutions
