Artículo Original
Caracterización
de las aguas residuales generadas en la producción de conjugados monovalentes
en el Instituto Finlay de Vacunas
Characterization of the wasteswater generated in the
production of conjugated monovalent at the Finlay Vaccine Institute
Alicia Margarita Perojo-Bellido
de Luna1* ORCID:
https://orcid.org/0000-0001-8748-4375
Yuri Aguilera-Corrales2 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4468-3064
Annette Villar-Aneiros1 ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5182-833X
Yudisleydis
de la Caridad Avilés Aguilera1 ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3172-1567
1 Instituto Finlay de Vacunas, La Habana,
Cuba.
2 Instituto Superior de Tecnologías y
Ciencias Aplicadas, Universidad de La Habana, Cuba.
Autor para correspondencia:
aperojo@finlay.edu.cu
RESUMEN
En la actualidad la contaminación de las aguas
terrestres es un grave problema ambiental. La industria farmacéutica es una de
las que produce un mayor impacto por la gran variedad de químicos que aporta al
agua; sus efluentes generalmente tienen asociadas elevadas cargas orgánicas no
biodegradables. La preservación de la calidad de las aguas terrestres es un
tema regulado por la legislación nacional, donde se exige la caracterización de
las aguas residuales antes de su vertimiento con vistas a evaluar el impacto
ambiental que producen y diseñar el sistema adecuado para su tratamiento. El
Instituto Finlay de Vacunas, pertenece al grupo de BioCubaFarma, es una empresa
de ciclo completo, cuenta con nueve instalaciones, cinco de ellas son
generadoras de grandes volúmenes de aguas residuales industriales. El presente
trabajo tiene el objetivo de presentar los resultados obtenidos en la
evaluación de los parámetros físico-químico de los residuales líquidos del
proceso productivo de conjugados monovalentes, para esto se muestrearon los
residuales líquidos generados al final de cada etapa del proceso. Se
determinaron los indicadores de contaminación: pH, temperatura, conductividad
eléctrica, demanda química y bioquímica de oxígeno, fósforo total, nitrógeno
total y sólidos sedimentables; los ensayos fueron realizados en el laboratorio
de la Empresa Nacional de Servicios Técnicos de la Habana, acreditado para la
realización de las caracterizaciones de aguas residuales. Los resultados fueron
comparados con los límites máximos permisibles establecidos en la Norma Cubana
NC-27:2012 de vertimiento de aguas residuales al alcantarillado, además se
calculó el índice de biodegradabilidad. Se demostró que el pH, la conductividad
eléctrica, demanda química de oxígeno y demanda bioquímica de oxígeno no cumplen con el vertido para la descarga al
alcantarillado pudiendo impactar de manera negativa en los recursos hídricos
Palabras
clave: aguas residuales; industria
farmacéutica; indicadores de contaminación; contaminación del agua.
ABSTRACT
At
present, the pollution of terrestrial waters is a serious environmental
problem. The drug industry is one of those that produces a greater impact, due
to the great variety of chemicals that can contribute to the water; its
effluents generally have associated high non-biodegradable organic loads. The
preservation of the quality of terrestrial waters is a subject regulated by
legislation, where the characterization of wastewater is required before its
discharge, since it allows evaluating the environmental impact it produces and
designing the appropriate system for its treatment. The Finlay Vaccine
Institute, belongs to the BioCubaFarma group, is a full cycle company, has nine
facilities, five of them are generators of large volumes of industrial
wastewater. The current work presents the results obtained in the evaluation of
the physical-chemical parameters of the liquid waste from the production
process of monovalent conjugates, for this the liquid waste generated at the
end of each stage of the process was sampled. Pollution indicators were
determined: pH, temperature, electrical conductivity, chemical and biochemical
oxygen demand, total phosphorus, total nitrogen and sedimentable solids. The
results were compared with the maximum permissible limits established in NC-27:
2012 for the discharge of wastewater. The biodegradability index was also
calculated. It was shown that some of the determined parameters do not comply
with the discharge to release to the sewer system, which could have a negative
impact on water resources.
Keywords:
waste water; drug industry; pollution indicators;
water pollution.
Recibido: 17 de diciembre del 2022
Aceptado: 14 de marzo de 2022
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 27:2012(4) 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.
Tabla
1.
Ensayos, métodos analíticos y documentos normalizados de referencia empleados
en la caracterización de las aguas residuales.
|
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 realizar(13,16) 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 se muestra a continuación:
Fig. 1. Entradas y salidas de cada etapa del proceso de
obtención de conjugados monovalentes.
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)
Tabla 2.
Resultados de la caracterización de las aguas residuales de las diferentes
etapas del proceso.
|
Ensayos |
Límites Máximos Permisibles Promedios
(LMPP) NC 27:2012 |
Resultado Promedio Etapa de proceso |
|||
|
Fragmentación |
Modificación |
Activación de
la proteína |
Conjugación |
||
|
Potencial de Hidrógeno (pH) |
6-9 |
4,56 |
5,57 |
7,86 |
6,56 |
|
Conductividad eléctrica (CE) |
<4000 mS/cm |
207 |
855,7 |
8246,6 |
23993,6 |
|
Temperatura (T) |
<50 ˚C |
25 |
26 |
26,5 |
27,2 |
|
Demanda Química de Oxígeno (DQO) |
<700 mg/L |
132 |
73,25 |
95,57 |
815,3 |
|
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) |
<300 mg/L |
61,3 |
27,75 |
22, 57 |
307,3 |
|
Fósforo total (Pt) |
- |
4,1 |
3,9 |
6,6 |
14,9 |
|
Nitrógeno total (Nt) |
- |
2,3 |
2 |
3,74 |
19,5 |
|
Sólidos Sedimentables (SS) |
<10 mL/L |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
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 mS/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
norma(4) 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.
Fig. 2.
Comportamiento de los resultados de la Relación DBO5/DQO en las diferentes etapas del proceso.
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.
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Conflicto de Intereses
Los autores no declaran
conflictos de intereses.
Roles de autoría
Alicia Margarita Perojo Bellido de Luna: lideró la investigación,
estableció sus objetivos y diseño, participó en el análisis de los datos del
estudio y en la elaboración del artículo.
Yuri Aguilera Corrales: participó en el diseño, análisis de los datos
del estudio y en la revisión del artículo.
Annette Villar Aneiros: participó en el diseño, ejecución de la
investigación y revisión del artículo.
Yudisleydis de la Caridad Avilés Aguilera: participó en el diseño,
ejecución de la investigación y revisión del artículo.
Todos los autores revisaron y aprobaron la versión final de este
manuscrito.
* Ingeniera química, Especialista de alta
calificación D, Especialista principal del Grupo de Seguridad Integral, Salud y
Medio Ambiente.