Introducción
En la actualidad la contaminación de las aguas superficiales y cuerpos receptores es un grave problema ambiental. La preservación de la calidad de las aguas terrestres es un tema regulado por las legislaciones internacionales y nacionales.1,2,3,4 La generación de residuos líquidos constituye un problema ambiental importante de la industria farmacéutica por la toxicidad de algunas de las sustancias contenidas en ellos. El mayor impacto ambiental tiene lugar sobre los cuerpos receptores.5
La industria farmacéutica por sus diferentes modalidades en las operaciones, produce residuos de variadas composiciones y concentraciones.6 La composición de los vertimientos al medio ambiente varía mucho en función de los procesos que los producen. En general, contienen restos de disolventes orgánicos, de materias primas y auxiliares y de principios activos.7 Las mismas pueden poseer características especiales debido a la naturaleza del proceso productivo. Normalmente, las plantas productoras de medicamentos son polivalentes y sus aguas residuales son intermitentes, fluctuantes y poseen una composición variable dependiendo del régimen de producción y de los productos fabricados.8 La diversidad de las aguas de proceso dentro de la industria farmacéutica pueden contener compuestos tóxicos y persistentes, así como compuestos fácilmente biodegradables como sustancias orgánicas más persistentes.9
Los principales residuos son originados por la limpieza de equipos, además, al efluente se le adicionarán todos los compuestos utilizados en el proceso de limpieza.10,11 Durante el desarrollo y la producción de productos farmacéuticos se genera una gran cantidad de residuos sanitarios, siendo la naturaleza de estos desechos muy variada, ya que pueden llegar a contener residuos biológicos, radioactivos, químicos puros y ácidos, entre otros.12 Estos productos determinan altos valores de Demanda Química de Oxígeno (DQO) en las aguas residuales y en algunas ocasiones bajos valores de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), lo que significa que no se pueden aplicar eficientemente los tratamientos biológicos.13) A pesar de que es difícil identificar las características de los efluentes provenientes de las industrias farmacéuticas, se infiere que las aguas residuales, originadas en plantas de síntesis orgánica presentan una alta concentración de DQO y salinidad.14
Entre las principales industrias de Cuba generadoras de residuos peligrosos se encuentra la farmacéutica, por lo que constituye una prioridad eliminar su posible impacto negativo al ambiente, en la salud de la población y de los trabajadores.5 El Instituto Finlay de Vacunas es una empresa de ciclo completo perteneciente al grupo de empresas de BioCubaFarma. Está constituida por nueve instalaciones, de ellas cinco son generadoras de aguas residuales en grandes volúmenes que son tratadas antes de su vertimiento al alcantarillado y deben cumplir con la norma de vertimiento NC 27:2012.4 Existe un proyecto de inversión para la construcción y explotación de la planta de conjugación de polisacáridos donde se exige por la Oficina de Regulación y Seguridad Ambiental que, como parte del proyecto, se incluya una propuesta de planta de tratamiento para los residuales líquidos.2
Este trabajo se enmarca en el complejo productivo de Planta III, específicamente en la Planta de Conjugación de Polisacáridos que se encuentra en un proceso inversionista. En la misma se producirán conjugados monovalentes que serán empleados como ingredientes farmacéuticos activos (IFAs) en la obtención de vacunas conjugadas. Al ser este un proceso productivo nuevo, no se conoce el impacto ambiental de las aguas residuales que se generan. Por tal motivo, es necesario partir de la caracterización de las aguas residuales generadas en este proceso con el propósito de definir su carga contaminante, si cumple o no con la norma de vertimiento NC 27:20124 y si requiere de un tratamiento previo antes del vertimiento al alcantarillado.
El objetivo de este trabajo es realizar la caracterización desde el punto de vista físico-químico de las aguas residuales generadas en el proceso. Para esto es necesario identificar los posibles contaminantes de las diferentes etapas del proceso que pudiesen generar contaminación en el efluente; evaluar los principales parámetros físico-químicos presentes en este tipo de efluente; analizar e interpretar los resultados de los ensayos analíticos comparándolos con los límites máximos permisibles exigidos en la norma de vertimiento NC 27:2012.4 Además, se determina el índice de biodegradabilidad del efluente.
Materiales y Métodos
Identificación de posibles contaminantes en el efluente
Se estudió el proceso productivo para identificar los posibles contaminantes de las diferentes etapas del proceso que pudiesen generar contaminación en el efluente. Para esto se utilizaron los diagramas de análisis del proceso (OTIDA) de cada etapa del proceso.15
Evaluación de los principales parámetros identificados
Se evaluaron los principales parámetros físicos químicos identificados en este tipo de efluente y se tuvo en cuenta lo exigido en la Norma Cubana NC 27: 2012.4 Los parámetros analizados fueron pH, conductividad eléctrica (CE), temperatura (T), DQO, Demanda Bioquímica de Oxígeno a los 5 días (DBO5), Fósforo total (Pt), Nitrógeno total (Nt) y Sólidos Sedimentables (SS).4,13,16
Los ensayos fueron realizados por el personal del laboratorio de la Empresa Nacional de Servicios Técnicos de la Habana (ENAST), acreditado para la realización de las caracterizaciones de aguas residuales.
En la Tabla 1 se relacionan los ensayos solicitados al laboratorio de la ENAST con los métodos analíticos aplicados y el documento normalizado de referencia mediante el cual se realiza.
Ensayos | Métodos | Documento normalizado de referencia |
---|---|---|
Potencial de Hidrógeno (pH) | Electrométrico | Procedimiento analítico para el ensayo de pH (PA01) |
Conductividad eléctrica (CE) | Electrométrico | Procedimiento analítico para el ensayo de conductividad eléctrica (PA02) |
Temperatura (T) | Laboratorio con termómetro calibrado 0-100°C | Standards methods for examinations of waters and wastewater (2550 B)17 |
Demanda química de Oxígeno (DQO) | Dicromato de potasio | Procedimiento analítico para el ensayo de DQO (PA 11) |
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5, 20) | Prueba de DBO a los 5 días | Procedimiento analítico para el ensayo de DBO (PA12) |
Fósforo total (Pt) | Colorimetría con cloruro estañoso | Standards methods for examinations of waters and wastewater (4500-P D)18 |
Nitrógeno total (Nt) | Colorimetría con cloruro estañoso | Standards methods for examinations of waters and wastewater (4500-P D)18 |
Sólidos Sedimentables (SS) | Volumetría en cono Imhoff | Procedimiento analítico para el ensayo de sólidos sedimentables (PA13) |
DBO5, 20: ensayo de DBO a los 5 días a 20˚C de temperatura.
El muestreo del efluente se realizó a la salida de cada etapa en diferentes procesos durante el 2019, recogiéndose una muestra representativa de 5L, tomando en cuenta el volumen de generación de cada etapa, para esto se utilizaron frascos de plástico de 5L y de 1L. La muestra fue tomada según lo recomendado para cada tipo de ensayo a realizar13,16 y que fuera suficiente para 3 réplicas por muestra.
Análisis e interpretación de los resultados de los ensayos analíticos
Se realizó un análisis del comportamiento de los diferentes indicadores estudiados en las muestras. Como parte de este análisis, los valores de los diferentes indicadores analizados se compararon con la Norma Cubana de vertimiento de aguas residuales a las aguas terrestres y al alcantarillado, especificaciones NC 27:2012,4 acápite referido a los Límites Máximos Permisibles Promedio (LMPP) para parámetros de las aguas residuales considerando que el vertimiento se efectúa al alcantarillado.4
Determinación del índice de biodegradabilidad del efluente
Se calculó el índice de biodegradabilidad del efluente para conocer si el efluente que se genera en el proceso es biodegradable o no y poder identificar qué tipo de tratamiento es el más conveniente para el efluente que se genera.4
Se determina como la relación DBO5/DQO, donde:
Si DBO5/DQO >0,4 el agua residual es muy biodegradable.
Si 0,2≤ DBO5/DQO < 0,4 el agua residual es medianamente biodegradable.
Si DBO5/DQO <0,2 el agua residual es poco biodegradable o no es biodegradable.16
Esta relación se calculó para cada una de las muestras analizadas.
Resultados y Discusión
Identificación de posibles contaminantes en el efluente
Del análisis de los diagramas OTIDAS se confeccionaron las tablas resumen de entradas y salidas de cada etapa; se pudo identificar la composición del residual líquido por etapa, como muestra la Figura 1:
De manera general, se puede decir que el residual líquido generado en el proceso de obtención de conjugados monovalentes, es un residual cuya composición química contiene sales de sodio, fosfatos, ácidos y otras impurezas, no se aprecia presencia de color, ni olor fuerte, ni materia orgánica en suspensión.
Evaluación de los principales parámetros identificados
En la Tabla 2 se exponen los resultados promedios de los diferentes indicadores en las diferentes etapas del proceso y los límites máximos permisibles promedios correspondientes a cada indicador establecidos en la Norma Cubana de vertimiento de aguas residuales NC 27:2012.4
Al analizar los resultados obtenidos, se aprecia que los valores de pH oscilaron entre 4,56 y 7,86. Las etapas de fragmentación y modificación mantuvieron valores de pH ácido. La CE mostró un intervalo de valores entre 207 y valores superiores a 4000 (S/cm que se corresponden con las etapas de activación de la proteína y conjugación. Los valores de T se mantuvieron similares en todas las etapas, entre 25 a 27,2˚C. Los valores mayores de DQO y DBO se encontraron en la etapa de conjugación. En el caso del Pt y el Nt, la etapa de conjugación mostró los valores más elevados de estos indicadores, muy por encima de las otras etapas. Los SS se mantuvieron con un valor inferior al límite de cuantificación del método de ensayo (0,1 mL/L) para todas las muestras ensayadas.
En líneas generales, se constató que la etapa de conjugación mostró valores superiores de CE, DQO, DBO, Pt y Nt que el resto de las etapas.
Se comparan los resultados de los indicadores en las muestras de los diferentes puntos, con los LMPP establecidos en la Norma Cubana de vertimiento de aguas residuales (NC 27:2012),4 considerando el vertimiento al alcantarillado.
El pH es la concentración de iones de H+ en agua, su medición nos indica la acidez, neutralidad o la basicidad del agua residual. Los pH medidos en estos residuales están por debajo de los LMPP, hay que señalar que en las etapas de fragmentación y modificación están por debajo del límite inferior del rango establecido, que es 6. Esto aporta acidez al medio, afectando el balance químico y ecológico del cuerpo receptor y además influye en la corrosión de los sistemas de drenaje. En cuanto a la T, los valores obtenidos están por debajo de los LMPP por lo que no hay contaminación desde el punto de vista térmico.
La CE es la capacidad de un material para transportar una corriente eléctrica. Las aguas residuales con sales, bases y ácidos pueden tener coeficientes de conductividad más altos que las aguas residuales con compuestos orgánicos que no se disocian, para los cuales es casi nulo. Los valores de CE en las etapas de activación de la proteína y conjugación sobrepasan el LMPP, esto indica que hay una concentración considerable de electrolitos que se corresponde con una alta concentración de sales en los residuales analizados. Un agua residual con altos coeficientes de conductividad aumenta la salinidad del cuerpo receptor.
La DBO se define como la cantidad de oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica y la DQO es la cantidad de oxígeno disuelto que se consume en la oxidación química de toda la materia oxidable, sea biodegradable o no,19 por lo que valores altos de estos indicadores producen una disminución del oxígeno disuelto en el cuerpo receptor. Es, por tanto, una medida representativa de la contaminación orgánica de un efluente. Al analizar los resultados de DBO y DQO, se constató que los valores están por debajo de los LMPP, excepto en la etapa de conjugación. En cuanto a los SS de todas las muestras están en concentraciones inferiores al límite de cuantificación del método utilizado, es decir, inferiores a 0,1mL/L y no sobrepasan el LMPP de la Norma Cubana NC 27:2012.4 Para el vertimiento al alcantarillado esta norma4) no establece límites máximos permisibles para los indicadores de Pt y Nt. Elevados valores de nitrógeno y fósforo, como los que se registraron en este residual, pueden provocar eutrofización en los cuerpos de agua donde son vertidos. La eutrofización es el crecimiento masivo de plantas acuáticas y afecta la biodiversidad.16) En el análisis de los resultados se aprecia que en la etapa de conjugación los valores de estos indicadores están muy por encima de las otras etapas. Por lo que se deberá prestar mayor atención a estos indicadores debido a que en el proceso de obtención de polisacáridos conjugados se utilizan sustancias con alto contenido de fósforo y nitrógeno. Estos compuestos se deben monitorear y controlar antes del vertimiento.
Determinación del índice de biodegradabilidad del efluente
Del índice de biodegradabilidad se deduce fácilmente si el efluente a depurar es degradable biológicamente o no y señala el método de depuración más adecuado.
Como se puede observar en la Figura 2, el índice de biodegradabilidad se encuentra entre 0,24 y 0,46. Estos valores indican que la materia orgánica presente en el efluente de cada etapa varía de ligeramente biodegradable a medianamente biodegradable, donde es posible en dependencia del comportamiento de la muestra compuesta del proceso, aplicar un tratamiento físico químico o un tratamiento biológico.16
Conclusiones
Las aguas residuales que se generan en el proceso de obtención de polisacáridos conjugados, cumplen con los LMPP exigidos por la Norma Cubana NC 27:2012 para el vertimiento de aguas residuales al alcantarillado, en cuanto a T y SS. Por otra parte, los parámetros de pH, CE, DQO y DBO no cumplen con los límites establecidos por dicha norma. Lo anterior sugiere la aplicación de un tratamiento, ya sea fisicoquímico o biológico previo al vertimiento de estas aguas al alcantarillado.