Modernas técnicas de desinfecção de água de processo para uso na indústria farmacêutica

A água de processo utilizada na indústria farmacêutica e setores congêneres necessita ser completamente desinfectada. Águas de abastecimento público, normalmente tratadas com cloro (em alguma de suas formas), usualmente não atingem o grau de desinfecção requerido, pois o padrão de potabilidade destas águas somente se baliza pela contagem de bactérias do tipo coliformes de origem fecal/total, enquanto que a indústria farmacêutica requer usualmente a ausência total de quaisquer microorganismos, além de ausência de cloro e níveis reduzidos de outras substâncias tais como cálcio, magnésio, ferro, etc., independente de sua origem (rede pública, poços artesianos, etc.).

Vários processos ou combinações de processos vêm sendo habitualmente utilizados para o tratamento destas águas, sendo o mais freqüente uma combinação de cloração (desinfecção), desmineralização (remoção de cátions e anions), decloração (remoção do cloro).

Um problema especial da desinfecção é a eliminação de bactérias do tipo pseudomonas: provenientes do lençol freático. Trata-se de microorganismos de tamanho muito reduzido (< 0,5 micra), que em meio líquido se multiplicam com extrema rapidez e facilidade, além desenvolverem um movimento browniano com altas velocidades. O nível de sua incidência no lençol freático também varia bastante em função das condições climáticas tais como: estação do ano, incidência de chuvas, etc., sendo de difícil previsão.

Apesar de não ser particularmente resistente à desinfecção por qualquer meio, a combinação de tamanho reduzido com altas velocidades de movimentação fazem com que frequentemente “escapem” ao processo de desinfecção (devido a terem tempos de residência no processo muito menores que o teórico), ressurgindo no sistema de distribuição de água a jusante. Os pontos de maior ressurgência tem sido as colunas de decloração por carvão ativado, (o carvão ativado, por sua alta superfície específica, apresenta condições ideais para a proliferação de microorganismos), os tanques de armazenagem da água tratada, e o próprio sistema de distribuição quando este é executado em materiais com superfície adequada à fixação de bio-filme (tal como a maioria dos plásticos).

A eliminação consistente de pseudomonas em esquemas convencionais de tratamento tem sido conseguida somente através de esterilização térmica/pasteurização da água, aliada à sanitizações periódicas do sistema de tratamento com vapor/formol. A periodicidade desta depende do nível inicial de contaminação, que como vimos anteriormente é de difícil previsão, precisando portanto ser monitorado.

A esterilização térmica é um processo de tratamento extremamente oneroso, sanitizações periódicas também são onerosas, além de trabalhosas e causarem interrupções na operação do sistema de tratamento, portanto do abastecimento de água.

Ultimamente tem se tentado realizar a desinfecção através do emprego de luz ultravioleta, porém com resultados não consistentes, pois este tipo de tratamento requer para uma ótima eficiência, condições específicas e constantes da água a tratar, tais como:

– baixa turbidez;

– baixa condutividade elétrica;

– baixo nível de sólidos em suspensão;

– tempo de residência igual ou superior ao mínimo teórico.

Como vimos anteriormente, especialmente esta última condição difìcilmente é atingida no caso da totalidade das pseudomonas presentes na água devido à sua alta velocidade. No entanto, o uso de ultravioleta para desinfecção apresenta a vantagem de não alterar quaisquer características físico-química da água, por não retirar nem adicionar nada a ela.

Recentemente desenvolveu-se uma tecnologia inovadora para a solução da problemática descrita, eliminando as dificuldades no uso somente de raios ultravioleta para a desinfecção, através da utilização combinada de luz ultravioleta e aplicação de ozônio de baixa concentração (vide figura abaixo).

Esta tecnologia elimina a necessidade da esterilização térmica/pasteurização, bem como a cloração (e em consequência, a decloração), reduzindo substancialmente o custo de tratamento da água, e com eficiência total, 100% contra quaisquer tipos ou classes de microorganismos.

O ozônio é um dos mais poderosos oxidantes conhecidos, apresentando inúmeras vantagens em relação a outros oxidantes químicos:

– desinfecção de altíssima eficiência;

– estabilização e precipitação de espécies químicas oxidáveis (Fe, Ca, Mg, etc.), podendo substituir a desmineralização em determinados casos;

– redução de turbidez por oxidação dos sólidos (coloidais ou não) em suspensão;

– redução de cor por oxidação de sólidos dissolvidos, orgânicos ou não;

– ausência de quaisquer subprodutos de oxidação, sempre presentes quando do uso de halogênios como cloro e bromo (sendo vários destes compostos sob suspeita de serem carcinogênicos);

– inexistência de concentração residual do oxidante: por ser instável, qualquer eventual excesso de ozônio é eliminado no respiro do sistema. Um adequado dimensionamento da concentração de ozônio a ser empregue evita usualmente a necessidade de instalações para destruição de ozônio em excesso.

Porém, devido à qualidade da água requerida na Indústria Farmacêutica e para que se possa garantir a não presença de ozônio na água, prevemos a instalação de um aparelho de Ultravioleta com dosagem de irradiação de 60.000 uSseg/cm2, para quebrar a cadeia de ozônio excedente (se houver) com uma eficiência de aproximadamente 85%, conforme gráfico abaixo. Esta tecnologia requer um adequado dimensionamento de cada um de seus componentes, em função das características da água bruta a tratar e da qualidade final desejada da água.

Note que além de promover a desinfecção total ela permite a não formação de biofilme bacteriológico devido ao looping de sanitização das linhas e equipamentos e auxilia na eliminação do TOC com um ultravioleta de menor comprimento de onda na fase de polimento.

Descrição do processo

A água bruta, proveniente de rede pública ou do lençol freático, é passada primeiramente por um filtro grosso (para remoção de sólidos em suspensão de maior tamanho) e por um sistema de desmineralização ou abrandamento (dependendo das características da água) para redução dos teores de minerais dissolvidos a níveis adequados (tratamento físico químico convencional) A água assim pré-tratada passa por uma pré-desinfecção num primeiro tratamento por raios de luz ultravioleta, para eliminação de algas e da maior parte das bactérias, sendo conduzida ao tanque de contato. No tanque de contato realiza-se a aplicação de ozônio por difusão, em concentração especificamente calculada em função das características da água, para realizar tanto a desinfecção como a redução de outras características indesejáveis tais como metais, turbidez e cor.

Em seguida esta é recirculada por meio de uma bomba com vazão bastante superior à vazão de consumo, aplicando-se neste fluxo uma segunda corrente de ozônio através de um injetor venturi, para atingir-se a desinfecção total. O fluxo de água de consumo passa por uma filtração fina final (0,2 micra), destinado a reter e eliminar por ozonização quaisquer bactérias “escapadas” devido à sua alta velocidade. O ozônio para ambas as aplicações é gerado através da exposição de um fluxo de ar atmosférico (ou de instrumentação), a radiação ultravioleta no comprimento de onda de 185 nanômetros.

Finalmente, junto ao(s) ponto(s) de consumo realiza-se um polimento final através da passagem por um segundo tratamento por raios ultravioleta, destinado a eliminar quaisquer recontaminações que eventualmente surjam no sistema de distribuição, além de garantir a destruição de eventual ozônio residual (ozônio é destruído por radiação UV no comprimento de onda de 254 nm, que é o utilizado para a desinfecção). E ainda pode reduzir a presença de TOC (se houver).

Quando a água não esta sendo utilizada em processos de fabricação, a mesma passa por um by-pass no segundo ultravioleta e promove a sanitização com ozônio nas linhas e equipamentos (fim de semana por exemplo).

A tecnologia descrita representa uma alternativa extremamente viável em relação aos tratamentos convencionais, em função de sua total eficiência aliada ao baixo custo de investimento, operação e manutenção, vindo a solucionar um problema frequente da indústria farmacêutica. A instalação dos equipamentos de ozonização e ultravioleta em sistemas existentes é rápida e descomplicada, sendo a única utilidade requerida para o funcionamento à energia elétrica. A manutenção restringe-se usualmente à limpeza periódica (em média uma vez por mês) e à substituição anual das lâmpadas fluorescentes de luz ultravioleta, utilizadas em ambos os tipos de equipamentos.

A instalação desta técnica precedente da osmose reversa é de extrema utilidade, pois evita a formação de colônias de microorganismos vivos nas membranas,com um consequente aumento da vida útil das mesmas, além de evitar a formação de biofilme na tubulação e suas sanitizações periódicas.

Todo o sistema é comandado por um PLC com temporizador que comanda toda a operação, (água para processo / água para sanitização).

Validação

Todos os equipamentos e tubulações devem ser construídos em materiais compatíveis com o produto  utilizado e dentro das normas de fabricação, para possibilitar a validação do processo como um todo.

Os resultados práticos de desinfecção e sanitização são demonstrados na figura 2 abaixo.

Pablo Lima – diretor técnico da Proquim UV