Sistemas de Tratamento de Água para Uso Farmacêutico

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1 Sistemas de Tratamento de Água para Uso Farmacêutico A água tem importância fundamental para indústria farmacêutica, pois além de participar dos processos de limpeza de materiais e superfícies, pode ser utilizada como veículo em formulações, o que exige maior atenção e conhecimento. Devido a essa importância, a água deve ser analisada em sua composição, pois é um solvente universal e pode carregar consigo algumas substâncias que comprometem não somente a qualidade dos medicamentos, mas também a vida útil dos sistemas de tratamento de água. Para se ter uma idéia, existem hoje disponíveis no mercado, mais de 6 mil compostos químicos que depois de utilizados pelas empresas e residências serão lançados nos corpos d água. Para a indústria farmacêutica os compostos que devem despertar maior interesse são os compostos inorgânicos, orgânicos, microorganismos, bactérias e vírus. As indústrias podem optar pela captação da água de poços artesianos ou mananciais, os quais deve se fazer um pré tratamento para adequar às condições de potabilidade. Geralmente as indústrias de pequeno porte optam por utilizar a água potável, fornecida pela rede pública, a qual se enquadra dentro da Portaria Estadual 1.469/2000 e Federal CONAMA n 20 de18/06/1986. Estas normas padronizam os limites de contaminantes na água potável para utilização humana, o que torna os sistemas de tratamento mais simples devido ao rigor e controle das autoridades neste sentido. A água pode ser utilizada nas seguintes apresentações: Água para injetáveis Excipiente na produção de injetáveis e aplicações farmacêuticas diversas, obtida a partir de água potável que pode ter sido previamente purificada e que deve ser submetida a um tratamento adicional, por osmose reversa ou destilação. Deve atender aos requisitos estabelecidos para água purificada, além de endotoxinas e microorganismos e seus sistemas utilizados para a produção, armazenagem e distribuição devem ser validados. Água purificada estéril É a água purificada que é embalada e tomada estéril por processos adequados. Água para injetáveis estéril É a água para injetáveis que é embalada e tomada estéril por processos adequados Água para injetáveis bacteriostática Água para injetáveis, na qual foram adicionados preservantes antimicrobianos. Água estéril para irrigação Água para injetáveis, embalada em recipientes de dose única, produzida para distribuição rápida. De acordo com a United States Pharmacopeia (USP 25) os requisitos para água purificada e para a água para injetáveis são os seguintes:

2 * Pode se utilizar o testee para substâncias oxidáveis em substituição a este parâmetro ** Somente como recomendação Os pontos q seguintes: Qualidade produção; e ue merecemm estudo mais detalhado para obtenção de água para aplicações farmacêuticas são os da água disponível inicialmente; Qualidade e quantidade de água a ser produzida; Modo de Custo de implantação e operação dos processos de tratamento. Importância da qualidade da água inicial Certos compostos químicos não são afetadoss pela técnica de tratamento, outros podem degradar ou danificar os equipamentos que compõem o sistema de tratamento. Isto é mais crítico quando a fonte de água utilizada não é o sistema público de abastecimento. Deve se levar em conta também a quantidade necessária de água, e ela deve ser determinada por uma estimativa considerando se a água incorporada no produto e a água comoo composto auxiliar, na lavagem de vidrarias e outros utensílios de laboratório. A capacidade de estocagem do sistema deve atender ao consumo diário de água, pois a armazenagemm também pode influenciar na qualidade final. Quanto maior o tempo de estocagem, maior a possibilidade de degradação de qualidade da água, ocasionado pelo desenvolvimento dee microorganismos e absorção de gás carbônico, pois água parada gera contaminação. O tipo de conexão e o percurso da água também podem afetar a qualidade, pois existem pontos, zonass mortas, em que podee haver estagnação da água. Pontos baixos devem possuir dispositivos para drenagem. Referente ao modo m de produção, muitas vezes a utilização de sistemas contínuos de produção não é viável. Nestes casos, pode se lançar e manter a água em circulação ao menos no circuito de água tratada e durante paradass prolongadas utilizar preservantes s. Também é importante definir procedimentos dee limpeza e sanitização dos componentes do sistema. Água para utilização na indústria farmacêutica Para que seja possível obter água no nível de qualidade desejado, é necessário considerar a qualidade da água disponível e a qualidade da água desejada, avaliando desta maneiraa as possíveis técnicas de tratamento e as restrições, possibilitando a utilização de sistemas complementares ao a tratamento. Ao se dispor de água potável, as técnicas comumente utilizadas são: Sistema convencional de tratamento, filtração, microfiltração, ultrafiltração, adsorçãoo em carvão, variando ao arranjo dee acordo com a fonte da água.

3 É necessário também observar que nas águas superficiais existe maior concentração de sólidos em suspensão e a sua composição é imediatamente afetada pelas condições climáticas. A geologia do local também pode afetar a qualidade da água. Na água subterrânea há presença de substâncias dissolvidas, íons metálicos responsáveis pela dureza, complexos orgânicos naturais, gases ionizáveis sulfídrico e amônia, devido à ausência de oxigênio dissolvido. Neste tipo de água existe sílica, o que é um problema para os filtros. Sistemas Convencionais de Tratamento de Água (Pré Tratamento). O sistema de pré tratamento é constituído por três fases: Coagulação e floculação Neutralizam as cargas das partículas floculando e tornado mais pesado, permitindo a decantação. Decantação ou sedimentação Só é eficiente para partículas grandes separando dos agregados formados no processo anterior. Filtração remoção das partículas que ainda se encontram em suspensão Desinfecção Inativação de organismos patogênicos. Processo de Filtração O sistema de filtração é parte constituinte do sistema convencional de tratamento e é amplamente utilizado. O sistema de filtração com meio poroso apresenta limitação com relação ao diâmetro da partícula que pode ser removida. Geralmente, meios granulares de filtração não são eficientes para remover partículas com diâmetro menor que dez micrômetros e muitos sistemas de tratamento de água para utilização farmacêutica não toleram partículas com diâmetro superior a um micrômetro. Para estes casos pode se lançar mão de sistemas de filtração do tipo cesto, bolsa (saco) ou cartucho. Em todos os casos a concentração de partículas não deve ser elevada ( 0,1 %) Os filtros mencionados são especificados com base no diâmetro da partícula que se deseja remover e estão disponíveis no mercado filtros com porosidade para retenção de partículas de um mícron a mais de duzentos micrômetros. Em geral recomenda se a utilização de filtros em série com diâmetros decrescentes. Microfiltração Baseiam se nos mesmos conceitos de filtração em meio granular ou porosidade, contudo existem algumas diferenças básicas, tais como: As membranas poliméricas são utilizadas como meio poroso e geralmente são de poliamida ou nylon, polissulfona, polivilideno, membrana cerâmica, permitindo um fluxo de líquido paralelo à membrana o que gera um mínimo de acúmulo de sólidos na superfície.podem ser considerados como filtros absolutos com diâmetro de poros variando entre 0,1 a 3 micrometros. Alguns fornecedores comercializam membranas com diâmetros de até 0,04 micrômetros como sendo de microfiltração, o que origina uma pressão de operação entre 0,3 a 1,7 bar. Atualmente estão sendo

4 avaliados como alternativa ao sistema convencional de tratamento de água, pois a operação é simples e não utiliza produtos químicos para formação de iodo. Exige uma menor área para sua instalação e contém elevada taxa de produção, cerca de 95% da alimentação pode ser convertida em produto. Além disso, pode ser utilizado para remoção seletiva de metais e é facilmente integrado a outro processo de tratamento, operando com baixo consumo de energia e o custo de investimento é relativamente baixo. As desvantagens deste processo são que os afluentes devem apresentar baixa carga de sólidos e as membranas estão sujeitas ao ataque químico principalmente do cloro. Outra desvantagem deste sistema é que substâncias iônicas e gases dissolvidos não são afetados e podem ser um foco de proliferação de microorganismos; Ultrafiltração É similar ao processo de microfiltração com algumas diferenças, como diâmetro do poro menor que 0,1 micrômetros e pressão de operação 0,7 a 6,9 bar. A principal vantagem da ultrafiltração é a capacidade de separação de compostos orgânicos com elevado peso molecular (1000 a g/mol) e capacidade de retenção de vírus. A desvantagem pode estar no custo das membranas o que inviabiliza o investimento, pois correspondem a 30% 35% da unidade. Adsorção em carvão ativado Processo utilizado para remoção de compostos orgânicos e redução de cloro pelo mecanismo de adsorção, devido ao contaminante apresentar uma baixa solubilidade no efluente, ou o contaminante possuir grande afinidade pelo carvão; ou uma combinação entre os dois fatores. Além de compostos orgânicos sintéticos, outros contaminantes podem ser removidos, tais como metais e outros compostos inorgânicos. A presença de sólidos em suspensão na água a ser tratada afeta o desempenho do sistema gerando uma elevação da perda de carga no leito e necessidade de retrolavagem, obstruindo os poros de carvão que resulta na perda da capacidade de retenção. Um cuidado especial é no que se refere ao potencial de proliferação de microorganismos, que utilizam o carvão como suporte e substrato. Podem se assemelhar aos sistemas de filtração do tipo cartucho ou sistemas de filtração em meio granular. Desinfecção por radiação ultravioleta Para garantir a qualidade da água produzida e a integridade dos equipamentos, a contagem de microorganismos deve ser mantida dentro de níveis adequados e a radiação ultravioleta, principalmente a UVC, que é efetiva para a inativação de microorganismos. Ela atua no material genético das células dos microorganismos rompendo as ligações químicas das moléculas que constituem o DNA e RNA. Desta maneira os processos vitais são interrompidos, não havendo, portanto, a remoção física dos microorganismos. A inativação de bactérias, vírus e leveduras, expostos a uma radiação UVC são efetivas e os microorganismos são inativados em segundos, isso somente não ocorre quando sólidos suspensos protegem os microorganismos da exposição à radiação. Tecnologias de Tratamento de Água Destilação: Processo de tratamento de água, utilizado para separação de compostos de diferentes pontos de ebulição. Consiste no aquecimento, evaporação, condensação e resfriamento da água em um dispositivo

5 adequado. Existem casos de tratamento de água em que a separação da água dos contaminantes solúveis geralmente ocorre com ponto de ebulição muitas vezes superior ao da água. Evaporador de único efeito É o tipo mais simples que existe e mais antigo, opera com um único estágio de evaporação. A água é alimentada ao sistema, aquecida, evaporada, condensada e resfriada. Antes de chegar ao condensador, o vapor produzido passa por um separador de gotículas. A energia utilizada para aquecimento e evaporação é originada por energia elétrica ou caldeira. Quando o vapor é comprimido a sua temperatura aumenta, de forma que quando esse vapor passa pelo trocador ele cede energia para a água. A qualidade da água varia de acordo com a tecnologia utilizada, mas pode se obter uma água com condutividade elétrica variando entre 0,5 a 8 S/cm, isenta de microrganismos, que pode apresentar compostos orgânicos. A vantagem é de uma tecnologia bem desenvolvida e que isenta a água de microorganismos, devido ao calor. Não requer um sistema de pré tratamento, a menos que a água de alimentação contenha alta concentração de compostos orgânicos voláteis. Mas como todo sistema possui desvantagens, este apresenta um alto consumo de energia e não é suficiente para remover compostos orgânicos, devendo se agregar um filtro de carvão ativado. Apresenta problemas também com sílica e cálcio. Troca Iônica Não deve ser considerada como filtro, pois visa remover da água substâncias que se encontram dissolvidas, principalmente os compostos iônicos pelo sistema de troca. Os contaminantes são transferidos para uma fase sólida insolúvel, as resinas, e como resultado estas liberam uma quantidade equivalente de outras espécies iônicas para a água, que não irão comprometer a qualidade da água. As resinas apresentam capacidade limitada para reter os íons em sua estrutura, sendo esta característica definida como capacidade de troca Em função desta capacidade de troca, durante a sua utilização, as resinas acabam saturadas sendo necessário o abrandamento. As resinas de troca iônica não são eficazes para a remoção de compostos nãoiônicos, bem como para compostos orgânicos. Material em suspensão e microorganismos também afetam de forma negativa, podendo até colonizá la, sendo necessário a adoção de filtros tipo cartucho para material particulado e filtro de cloro residual (antracita) para evitar degradação. A desinfecção é feita com radiação lutravioleta e gerador de ozônio que pode ser colocada antes das resinas, para evitar colonização por microorganismos. A vantagem desta tecnologia bastante conhecida é que com um bom pré tratamento pode se obter água com qualidade superior à água bi destilada, com condutividade elétrica menor que 1,0 μs/cm aliado ao baixo consumo de energia elétrica. As desvantagens são que as resinas só removem compostos iônicos, podendo ocorrer a proliferação de microorganismos e sólidos em suspensão. Outra desvantagem é que necessita de um sistema de prétratamento, apresentando capacidade limitada de troca, o que exige regeneração. Osmose reversa

6 Tecnologia recente baseada no fenômeno natural de osmose, que consiste na passagem de água pura de uma solução salina diluída, para uma mais concentrada, através de membrana semipermeável. O fluxo de água é interrompido quando se atinge o equilíbrio. A diferença de nível entre as duas soluções é conhecida como pressão osmótica de equilíbrio. Pressão hidráulica, superior a pressão osmótica de equilíbrio, na solução concentrada, resulta no processo inverso, dando origem ao nome de osmose reversa. A corrente purificada que passou através da membrana é conhecida como permeado e a que contém a maior parte dos sais inicialmente presentes na alimentação é denominada concentrado. O processo é adequado para a separação de substâncias que se encontram dissolvidas na água, sejam elas compostas, iônicas ou moleculares. A taxa de recuperação na osmose pode ser superior a 80%, dependendo das características da água de alimentação e do tipo de membrana utilizada. A vida útil das membranas gira em torno de mais ou menos cinco anos. A osmose pode remover compostos não iônicos, bactérias, vírus e muitos compostos orgânicos. Para aplicações farmacêuticas foram desenvolvidas membranas resistentes à altas temperaturas ( 80 ), o que possibilita os processos de sanitização com água quente. Para ter qualidade de água WFI a osmose precisa ter duplo passo e nesta tecnologia a sílica e os sólidos dissolvidos são um problema, pois podem saturar as membranas, elevando o índice de Langelier. Com o processo de osmose reversa pode se obter uma água com alto grau de qualidade com condutividade elétrica inferior a 1 μs/cm, praticamente isenta de microorganismos. As vantagens da osmose são que o sistema opera com um baixo consumo de energia gerando água a um custo competitivo, o equipamento é compacto e eficiente para a remoção de espécies iônicas e moleculares bactérias e vírus. As desvantagens ficam por conta de que o sistema não separa compostos orgânicos de baixo peso molecular, gases dissolvidos e dióxido de carbono, devendo assim utilizar pré tratamento com filtro de cinco micrômetros. Qualificação e validação do sistema de tratamento de água Todo sistema de tratamento de água deve ter seus equipamentos qualificados e calibrados para que funcionem corretamente e conduzam aos resultados esperados e validados. Geralmente para sistemas de tratamento de água o tempo para observação análise e validação gira em torno de um ano. É importante que se Qualifique as Instalações (QI), as Operações (QO) e o Desempenho (QD).