16:37 En el caso de un flujo de efluentes farmacéuticos de unas pocas decenas de metros cúbicos al día, un sistema biológico basado en la tecnología MBBR suele cumplir los límites de vertido con un coste menor y una menor carga de trabajo para el operador que una línea completa de membranas. Un sistema MBR resulta más adecuado cuando los límites son estrictos, el espacio disponible es fijo o el agua se reutiliza.
Tratamiento de aguas residuales del sector farmacéutico: guía para la selección de procesos
Las plantas farmacéuticas no generan un único tipo de aguas residuales. Una instalación en la que se llevan a cabo procesos de síntesis, fermentación, formulación y envasado genera flujos que casi no tienen nada en común, y el hecho de que se separen o se combinen antes del tratamiento influye en la elección del proceso más que cualquier elección de equipamiento.
Las aguas residuales de síntesis contienen disolventes, un alto contenido de DQO y, a menudo, una elevada salinidad. Los residuos del caldo de fermentación presentan una carga orgánica elevada, aunque en gran parte biodegradable. La formulación y el lavado de equipos generan aguas de concentración moderada que contienen principios activos farmacéuticos en bajas concentraciones, y es precisamente esta corriente la que suscita la atención de las autoridades reguladoras. Las purgas de los sistemas de servicios y las aguas residuales sanitarias de la misma instalación son, en comparación, de carácter habitual, y su combinación con los efluentes de proceso diluye en gran medida el problema, al tiempo que aumenta el tamaño de la planta.
Hay cuatro características que se repiten en todas las instalaciones farmacéuticas y que establecen los criterios de comparación que se utilizarán a lo largo del resto de esta guía:
Esas cuatro razones explican por qué las páginas de comparación de proveedores que clasifican el MBBR frente al MBR según criterios genéricos ofrecen respuestas inútiles para una planta farmacéutica. Los criterios que determinan la elección son la variabilidad de la carga, el riesgo de inhibición y el grado de rigor del límite de vertido.
MBBR (reactor de biopelícula de lecho móvil). La biomasa crece en forma de biopelícula sobre soportes de plástico que se mantienen en suspensión mediante aireación. Dado que la biomasa está adherida y no suspendida, no se elimina cuando se producen picos de caudal, y el reactor se recupera de un pico inhibitorio más rápidamente que un sistema de crecimiento en suspensión. La separación de sólidos se sigue realizando posteriormente, normalmente mediante sedimentación o un filtro sencillo, y los sólidos en suspensión del efluente dependen de la eficacia de dicha separación.
MBR (biorreactor de membrana). Biomasa en suspensión con membranas sumergidas que sustituyen al clarificador. La barrera retiene toda la biomasa en el reactor, independientemente de su capacidad de sedimentación, lo que permite una concentración de biomasa mucho mayor y una larga vida útil de los lodos en un depósito de pequeñas dimensiones. Los sólidos en suspensión del efluente quedan retenidos por la membrana, y no por su comportamiento de sedimentación.
Híbrido: MBBR precedido de un MBR. Los transportadores de la primera etapa absorben el impacto y la fracción inhibidora, protegiendo así la biomasa en suspensión que se encuentra en el depósito de membrana situado detrás. Cuanto más equipamiento, más puntos de control y mayor resiliencia.
Merece la pena mencionar una cuarta opción, ya que suele ser la más adecuada y rara vez aparece en las páginas comparativas: separar el flujo más problemático y tratarlo por separado, o transportarlo fuera de las instalaciones, mientras que al resto del volumen se le aplica un proceso más sencillo en la planta. En una planta en la que una sola línea de producción genera la mayor parte de las dificultades con una fracción del volumen, esto suele resultar más económico que construir una planta capaz de gestionar el peor de los casos combinados.
| Dimensión | Sistema basado en MBBR | Sistema MBR | Sistema híbrido MBBR + MBR |
| Sólidos en suspensión en el efluente | Depende de la separación posterior | Establecido por la barrera de membrana | Establecido por la barrera de membrana |
| Tolerancia a las babosas inhibidoras | Alto, la biopelícula se recupera | Queda al descubierto la biomasa inferior, suspendida | En el nivel más alto, los transportadores amortiguan la etapa de membrana |
| Resistencia a las oscilaciones de caudal | Alto, la biomasa se mantiene estable | Alto, la biomasa se mantiene estable | Alto |
| Huella | Compacto, más grande que el MBR para una carga equivalente | El más pequeño | Más grande que cualquiera de los dos por separado |
| Edad de los lodos alcanzable | Moderado | Largo, desacoplado del flujo | Largo |
| Eliminación de compuestos de degradación lenta | Moderado | Además, una edad del lodo prolongada resulta beneficiosa | Mejor |
| Se requiere experiencia como operador | Nivel inferior, disciplina sin membrana | Más alto: control de TMP, CIP, respuesta ante la formación de incrustaciones | El más alto |
| Consumibles | Como mínimo, los portadores tienen una vida útil prolongada | Sustitución de membranas y productos químicos para la limpieza in situ (CIP) | Ambos |
| Energía de aireación | Solo aire de proceso | Aire de proceso más aire de limpieza continua | El más alto de los tres |
| Idoneidad como materia prima para la reutilización | Requiere tratamiento adicional | Alimentación directa al sistema de ósmosis inversa | Alimentación directa al sistema de ósmosis inversa |
| Reacción cuando el límite se endurezca más adelante | Puede que haya que reconstruirlo | Margen ya disponible | Margen ya disponible |
| Coste de capital con caudal reducido | Mínimo | Más alto | El más alto |
En comparación con las páginas de comparación de tecnologías de uso general que predominan en los resultados de búsqueda sobre este tema, el aspecto más importante en una web farmacéutica suele ser la tolerancia a la inhibición, más que la calidad de los efluentes, ya que una planta que cumple el límite en una semana favorable pero que falla cuando se lleva a cabo una campaña de limpieza no es una planta que cumpla con la normativa.
La práctica habitual en el sector es recurrir al MBR cada vez que el efluente parece complicado. En el caso de los pequeños flujos farmacéuticos, esa práctica suele ser errónea, y conviene precisar en qué casos ocurre esto.
Un sistema basado en la tecnología MBBR es la mejor opción comercial cuando se dan varias de las siguientes circunstancias:
Si se invierten las condiciones, la respuesta también cambia. Cuando la instalación vierte sus aguas a un curso de agua sujeto a una normativa estricta, no dispone de espacio suficiente o desea recuperar el agua, el MBR es el proceso que permite lograrlo, mientras que el MBBR por sí solo no lo consigue.
Veamos, pues, la comparación tal y como es: el sistema MBR produce agua de mejor calidad, pero su mantenimiento es más caro; el sistema MBBR produce agua adecuada para muchas aplicaciones farmacéuticas y su mantenimiento es más barato. La decisión viene determinada por los requisitos de vertido establecidos en la autorización, no por cuál de las dos tecnologías sea más avanzada.
Tratamiento de aguas residuales del sector farmacéutico: guía para la selección de procesos
Cuando la evaluación se centra en el MBR, los pequeños caudales de productos farmacéuticos plantean una cuestión de dimensionamiento que las directrices a escala municipal no resuelven adecuadamente: la granularidad de los módulos. Una planta que trate decenas de metros cúbicos al día necesita una superficie de membrana que se sitúe entre los tamaños estándar de los casetes, y elegir una granularidad incorrecta hace que el operador se quede sin superficie suficiente o tenga que pagar por una capacidad que nunca se utiliza.
Banott’s MBR de fibra hueca El rango se publica en función del área efectiva de la membrana:
| Modelo | Superficie efectiva de la membrana | Posicionamiento publicado |
| MBRIII3C | 3 m² | Sistemas compactos de tratamiento de aguas residuales |
| MBRIII10C | 10 m² | Tratamiento de aguas residuales, rendimiento de filtración estable |
| MBI120C | 20 m² | Sistemas de tratamiento de aguas residuales, rendimiento de filtración estable |
La gama de tres pasos resulta útil a pequeña escala precisamente porque permite montar una superficie en pequeños incrementos, en lugar de en grandes bloques modulares. Una línea de producción que requiera una superficie total moderada puede construirse a partir de una combinación que se adapte a la demanda y deje una vía de ampliación definida, lo cual es importante en una planta en la que la incorporación de una línea de producción modifique la carga dos años más tarde.
La superficie por sí sola no determina el tamaño de una planta. Los siguientes datos no aparecen en las páginas de productos y deben solicitarse por escrito antes de realizar un pedido:
| Parámetro a solicitar | Por qué es necesario en una planta farmacéutica |
| Material de la membrana y tamaño nominal de los poros | Determina el rechazo y la compatibilidad con trazas de disolventes y productos químicos de CIP |
| Flujo de diseño en función del MLSS y la temperatura | Convierte el caudal en superficie total de membrana y número de módulos |
| Rango de TMP de funcionamiento y umbral de alarma | Los conjuntos determinan el tiempo de funcionamiento de la bomba y el umbral de incrustaciones |
| Tasa de aireación de lavado por módulo | La partida de costes operativos más importante y, a menudo, el factor decisivo en contra del sistema MBBR |
| Dimensiones del módulo y profundidad necesaria del depósito | Determina si un depósito compacto en envase es compatible con el módulo |
| Tipos de productos químicos utilizados en los procedimientos de limpieza en lugar (CIP), concentraciones y frecuencia | Determina la carga de trabajo del operador, lo cual constituye el principal argumento en contra del MBR a esta escala |
| Compatibilidad química con los desinfectantes residuales | Los productos de limpieza utilizados en el lavado de la línea de producción pueden llegar a la membrana |
| Vida útil prevista de la membrana en estas condiciones de funcionamiento y plazo de entrega para su sustitución | Imprescindible para cualquier comparación honesta de los costes del ciclo de vida |
Banott también produce Módulos MBR de lámina plana de PVDF con un soporte de lona de PET, con flujo de fuera hacia dentro, en configuraciones compactas, integradas y estándar. En plantas pequeñas con personal de mantenimiento limitado, merece la pena incluir en la hoja de comparación la inspección manual más sencilla que permite el formato de lámina plana, en lugar de optar por defecto por la fibra hueca.
Hay tres tipos de fallos que explican la mayoría de los casos de mal funcionamiento de las plantas de tratamiento de aguas residuales farmacéuticas, y ninguno de ellos se debe a un fallo de las membranas.
Una campaña de limpieza acaba con la vida.
Las operaciones de limpieza in situ (CIP) en la producción liberan desinfectantes y sosa cáustica en pulsos concentrados. Al llegar al biorreactor sin diluir, estos inhiben o destruyen la biomasa, y la recuperación lleva semanas, durante las cuales la planta incumple la normativa. La solución está en la fase previa: un depósito de compensación dimensionado para la mayor descarga individual de CIP y un sistema de dosificación que lo vierta gradualmente en el reactor en lugar de verterlo de golpe. Este elemento suele especificarse con unas dimensiones demasiado pequeñas con más frecuencia que cualquier otro.
Se parte de la base de que los disolventes son tratables.
Algunas sí. Otras se volatilizan en un tanque aireado y se convierten en un problema de emisiones atmosféricas en lugar de un problema de aguas residuales, y otras son totalmente resistentes al tratamiento biológico. Lo que permite zanjar esta cuestión es una prueba de tratabilidad realizada con el efluente real, y no una suposición basada en la bibliografía a partir de las propiedades químicas del producto.
La planta está diseñada para la gama actual de productos.
Cambios en la producción farmacéutica. Una planta dimensionada en función de los productos actuales puede resultar poco adecuada para un nuevo principio activo (API) que se introduzca dos años más tarde. Incorporar un margen documentado y saber qué parámetro lo limita resulta más económico que reconstruir la planta.
Un caso especial que merece la pena destacar por separado: las instalaciones que manipulan antibióticos se enfrentan a un creciente interés regulador por la resistencia a los antimicrobianos en los efluentes, lo cual es una cuestión distinta del cumplimiento de los requisitos de DQO y puede dar lugar a requisitos que ni el MBBR ni el MBR por sí solos abordan. Cuando la cartera incluya antibióticos, comprueba qué es probable que exija la autorización a lo largo de la vida útil de la planta, en lugar de limitarte a lo que exige en la actualidad.
Tratamiento de aguas residuales del sector farmacéutico: guía para la selección de procesos
Banott no publica los precios de venta de los módulos de membrana MBR ni de las plantas de tratamiento en contenedores. Los precios se facilitan previa solicitud, y para obtener una cifra significativa es necesario conocer la caracterización de las aguas residuales, la normativa de vertido, el perfil de caudal y el espacio disponible. Existe información publicada sobre la capacidad de la gama de pequeñas máquinas de ósmosis inversa (RO), con un rango de 300 a 3.000 GPD, y de las industriales Membranas de ósmosis inversa Están disponibles en los formatos estándar de 4040 y 8040 elementos; ninguno de ellos tiene un precio de catálogo.
Al comparar un presupuesto de MBBR con uno de MBR, hay que valorar ambos en las mismas cinco partidas; de lo contrario, la comparación resultará engañosa:
Los presupuestos que solo incluyen la membrana parecen más baratos de lo que realmente son. Los presupuestos basados en un soporte parecen más baratos de lo que realmente son cuando se omite la etapa de separación posterior.
El equipo de ingeniería de tratamiento de aguas de Banott ofrece asesoramiento técnico previo a la venta que abarca la selección del proceso, el tipo de membrana y el cálculo de la superficie necesaria, así como la configuración del sistema en función de los datos de calidad del agua facilitados, basándose en casi 20 años de experiencia en la tecnología de separación por membranas de ultrafiltración y su aplicación en ingeniería. En el caso de un flujo con riesgo de inhibición, facilitar los datos reales proporciona una respuesta más útil que una cifra de capacidad.
R: Ninguna de las dos es mejor en teoría. El sistema MBBR suele ser la mejor opción comercial para caudales reducidos que se vierten al alcantarillado, sobre todo cuando el efluente contiene una fracción inhibidora y la instalación no cuenta con un operador especializado en aguas residuales. El sistema MBR es la mejor opción cuando la normativa de vertido es estricta, el espacio disponible es limitado o el agua tratada se va a reutilizar.
R: Puede funcionar con él, pero la biomasa en suspensión queda expuesta a todo lo que llegue. Lo que lo protege es una igualación adecuada antes del reactor y, en algunos casos, una primera etapa basada en un portador. Cuando existe preocupación por un API específico, una prueba de tratabilidad realizada con el efluente real es la única base fiable para el diseño.
R: Una membrana MBR funciona con un tamaño de poro que elimina los sólidos en suspensión y la biomasa, pero no las moléculas disueltas. La eliminación de compuestos farmacéuticos disueltos en un MBR se debe a la degradación biológica y a la adsorción que se produce con una larga permanencia de los lodos, y no a la propia barrera. Cuando sea necesario eliminar un compuesto disuelto específico hasta un límite definido, se requiere una etapa de membrana más selectiva u otro proceso de pulido después del MBR.
R: El sistema MBR es el más compacto para una carga determinada, ya que la membrana permite una alta concentración de biomasa en un depósito pequeño. El sistema MBBR es compacto en comparación con el sistema convencional de lodos activados, pero más grande que el MBR para la misma carga. Un sistema híbrido requiere ambas etapas. Cuando el espacio es realmente la limitación, este factor determina por sí solo la elección.
R: La carga y el carácter inhibitorio varían en función de ello. Los sistemas diseñados con un margen de capacidad documentado y una vía de expansión definida pueden hacer frente a esta situación; los sistemas dimensionados exactamente para la campaña actual, no. Pregunta durante la fase de diseño qué parámetro limita la planta y en qué medida.
R: El permeado del MBR no contiene sólidos y puede alimentarse directamente al sistema de ósmosis inversa, lo que hace que su reutilización para refrigeración, limpieza o usos auxiliares sea técnicamente viable. Las instalaciones farmacéuticas también deben cumplir requisitos de homologación respecto a cualquier agua que entre en contacto con la producción, por lo que los objetivos prácticos de reutilización suelen ser los usos auxiliares, más que el agua de proceso.
R: Con mayor frecuencia que en el caso de las aguas residuales municipales, y el intervalo vendrá determinado por las características de tus efluentes, la temperatura y la concentración de biomasa. Dado que el tiempo de trabajo del operario es el principal argumento económico en contra del uso del MBR a pequeña escala, solicita que se incluyan en el presupuesto la frecuencia de limpieza y el protocolo de CIP, en lugar de que se estimen.
R: No se ha publicado. Los precios se facilitan previa solicitud, en función de la superficie de la membrana, la configuración de los módulos y la capacidad del proyecto.
R: Las plantas de tratamiento de agua pura y de aguas residuales en contenedores están disponibles como unidades modulares prefabricadas con un alto grado de automatización, lo que resulta adecuado para instalaciones farmacéuticas en las que las obras de obra civil dentro de una planta en funcionamiento pueden suponer una interrupción o en las que puede ser necesario trasladar la planta.
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