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Traitement des ingrédients pharmaceutiques actifs dans la fabrication des eaux usées


Les médicaments pharmaceutiques jouent un rôle essentiel dans la santé humaine et animale. Cependant, ces dernières années, il y a de plus en plus de preuves que les ingrédients pharmaceutiques actifs (API) s’accumulent dans les rivières, les lacs et l’eau potable dans le monde et ont un impact sur les écosystèmes aquatiques. En conséquence, les produits pharmaceutiques dans l’environnement (PiE) sont devenus un risque sanitaire mondial selon l’ONU, l’OMS, la Commission européenne et le Forum économique mondial.

Les principaux fabricants de produits pharmaceutiques ont pris des mesures pour résoudre ce problème en collaborant avec des chercheurs, des organisations à but non lucratif et des agences internationales pour développer et mettre en œuvre de nouvelles solutions innovantes à travers la chaîne de valeur pharmaceutique. Pendant ce temps, les gouvernements ont généralement mis du temps à réagir avec des directives, des réglementations et une surveillance claires.

Il existe plusieurs façons dont les produits pharmaceutiques atteignent l’environnement. La voie la plus connue est la consommation normale de drogues par les consommateurs et les animaux. Parce que notre corps ne métabolise qu’une partie de n’importe quel médicament, le reste passe dans le système d’égouts et dans les usines de traitement des eaux usées (STEP) qui ne sont pas conçues pour traiter les IPA. En conséquence, les rivières et les lacs sont devenus contaminés par des produits pharmaceutiques. Une deuxième voie est l’élimination inadéquate des médicaments inutilisés ou périmés. Bien que la pollution par les médicaments des consommateurs soit répandue, elle se produit généralement à de faibles concentrations.

Une troisième voie est celle des eaux usées contaminées par l’API rejetées par les usines pharmaceutiques. Plusieurs études récentes, y compris un rapport de 2018 de la Commission géologique des États-Unis, montrent que les installations de fabrication pharmaceutique sont une source importante de pollution pharmaceutique. Par rapport aux sources de consommation, la pollution pharmaceutique de source ponctuelle rejetée par les installations de fabrication peut être trouvée à des concentrations beaucoup plus élevées et à des niveaux susceptibles de mettre en danger la vie aquatique en aval. En conséquence, de nombreux fabricants de produits pharmaceutiques adoptent des solutions de traitement pour éliminer les IPA dans les eaux usées afin d’atténuer les risques environnementaux, sanitaires, financiers et de réputation futurs.

Cet article passe en revue les approches conventionnelles pour traiter les API dans la fabrication des effluents, y compris l’oxydation thermique, les processus d’oxydation avancés (AOP) et le charbon activé. Il met également en évidence un nouveau processus d’oxydation électrochimique avancé (EAOP) développé par Axine Water Technologies comme nouvelle norme pour le traitement des API dans les eaux usées pharmaceutiques.

Les API sont difficiles à traiter avec les technologies classiques des eaux usées.Les API sont difficiles à traiter avec les technologies classiques des eaux usées.Gracieuseté d’Axine Water Technologies via format35 / iStockS’attaquer au PiE et à son impact

L’industrie pharmaceutique fabrique des milliers d’API pour une large gamme d’applications de traitement, y compris les thérapies contre le cancer, la gestion de la douleur, les antidépresseurs et les antibiotiques. Alors que toute l’étendue de l’impact de la pollution pharmaceutique sur les humains, les animaux et l’environnement fait l’objet de recherches en cours, les API antibiotiques sont liés au problème croissant de la résistance aux antimicrobiens (RAM) et à la montée des superbactéries résistantes aux antibiotiques.

Au Forum économique mondial de 2016, plus de 100 entreprises et associations pharmaceutiques et biotechnologiques ont signé la Déclaration de l’industrie sur la RAM en tant qu’engagement collectif pour lutter contre la menace mondiale de la RAM pour la santé humaine. La déclaration a été suivie par l’adoption d’une feuille de route pour les progrès de l’industrie dans la lutte contre la RAM et la création de l’AMR Industry Alliance pour rechercher, développer et mettre en œuvre des solutions pour lutter contre le PiE.

L’un des résultats de ce travail par l’industrie est le développement de valeurs de concentration prédite sans effet (PNEC) pour les API. Les PNEC sont des cibles recommandées par l’industrie pour les concentrations d’API dans l’eau qui sont jugées sans danger pour la faune et les écosystèmes récepteurs. Les niveaux de PNEC sont très stricts, nécessitant dans de nombreux cas un

Pourquoi les STEP conventionnelles ne réussissent pas à traiter les API

Les API sont difficiles à traiter avec les technologies classiques des eaux usées car elles sont chimiquement stables, souvent récalcitrantes et non biodégradables. Dans de nombreux cas, les systèmes conventionnels sur site installés dans les stations d’épuration pharmaceutiques ou municipales sont soit inefficaces pour traiter les API, soit incapables de traiter les API aux niveaux requis pour minimiser les impacts sur l’environnement.

La plupart des stations d’épuration utilisent des procédés de traitement primaires, secondaires et parfois tertiaires. Le traitement primaire implique l’élimination des solides via les tamis, les chambres de graviers et la décantation. Le traitement secondaire implique l’utilisation de processus biologiques (boues activées, filtres ruisselants, etc.), qui utilisent des bactéries pour consommer la matière organique et la décomposer en sous-produits inoffensifs, éliminant jusqu’à 85% des matières organiques. Le traitement tertiaire améliore encore la qualité des effluents et implique généralement des processus tels que la filtration, l’élimination de l’azote et du phosphore et la désinfection.

L’efficacité du traitement et de l’élimination des API par les stations d’épuration varie selon les installations de traitement. Alors que les bactéries dans le processus secondaire peuvent décomposer certaines API ou les modifier suffisamment pour les rendre inoffensives, toutes les API ne seront pas complètement dégradées par un traitement biologique et certaines ne se dégraderont pas du tout. De plus, certaines API sont toxiques et peuvent tuer les bactéries, ce qui réduit l’efficacité de la STEP. Par conséquent, les fabricants de produits pharmaceutiques doivent utiliser d’autres approches d’élimination et / ou technologies de traitement avancées pour s’assurer que tous les IPA sont détruits avant que l’eau traitée ne soit rejetée dans l’environnement.

Système Axine installé dans une usine de fabrication pharmaceutique aux États-Unis.Système Axine installé dans une usine de fabrication pharmaceutique aux États-Unis.Approches conventionnelles pour le traitement des API dans les eaux usées pharmaceutiques

Les approches les plus courantes pour traiter les eaux usées contaminées par l’API sont l’oxydation thermique, les processus d’oxydation avancés (AOP) et le charbon actif. Chacune de ces approches présente des avantages et des inconvénients et est résumée ci-dessous.

Oxydation / incinération thermique: Le camionnage et l’incinération des eaux usées contaminées par des API est une pratique bien établie dans l’industrie pharmaceutique. Les eaux usées sont collectées dans des fûts, des bacs ou des réservoirs, transférées dans des camions, puis transportées, souvent sur des centaines de kilomètres, pour être incinérées dans des installations de traitement des déchets spéciales. Les eaux usées sont acheminées vers des fours au mazout ou au gaz naturel et incinérées à des températures comprises entre 800 et 1 200 ° C pour assurer la destruction complète des IPA. Le camionnage et l’incinération sont coûteux, énergivores, comportent des risques plus élevés et sont souvent en contradiction avec les objectifs de développement durable de l’entreprise visant à réduire les déchets, les émissions de gaz à effet de serre et à améliorer la sécurité et les performances environnementales.

Oxydation avancée: les AOP utilisent des produits chimiques pour générer des radicaux hydroxyles (OH *), qui oxydent les API dans les eaux usées en petites molécules organiques. Les AOP classiques comprennent l’ozone combiné avec du peroxyde d’hydrogène (O3/ H2O2) et la lumière ultraviolette combinée avec du peroxyde d’hydrogène (UV / H2O2). Bien que les AOP puissent être efficaces pour traiter certaines API à faible concentration, leur mise en œuvre est coûteuse et leurs performances sont limitées. L’un des principaux inconvénients des AOP est qu’ils sont souvent incapables de détruire complètement les API pour respecter les valeurs PNEC strictes et peuvent produire des sous-produits d’oxydation toxiques.

Dans le cas de O3/ H2O2, l’ozone est généralement généré sur place, ce qui nécessite une grande quantité de capital pour sa conception, sa construction et son fonctionnement. L’ozone est également toxique, ce qui nécessite une surveillance rigoureuse et la destruction des effluents gazeux du procédé. H2O2 est un produit chimique dangereux avec des exigences réglementaires pour le stockage et la manipulation. UV / H2O2 nécessite également d’importants investissements initiaux et a des coûts d’exploitation élevés, y compris l’énergie, le remplacement de la lampe UV, le remplacement du ballast et H2O2. En plus des considérations de sécurité et réglementaires de H2O2, il existe une exigence supplémentaire pour l’élimination des lampes UV, qui dans la plupart des cas contiennent du mercure.

Charbon activé: le charbon actif est un média couramment utilisé pour adsorber les composés organiques naturels et synthétiques des eaux usées. Dans certaines applications, il peut s’agir d’une technologie de traitement efficace en raison de la nature très poreuse et de la grande surface sur laquelle les contaminants peuvent s’adsorber sur le milieu. Dans les applications pharmaceutiques, il est utilisé pour adsorber et donc isoler les API dans les eaux usées. Cependant, le charbon actif n’est efficace que sur certaines API et, dans la plupart des cas, ne peut pas réduire les niveaux d’API dans les eaux usées aux niveaux PNEC. Les systèmes à charbon actif sont coûteux à utiliser et à entretenir car le milieu carboné nécessite un remplacement ou une régénération fréquents. Les médias épuisés doivent être expédiés hors site pour élimination ou régénérés sur site, ce qui entraîne un autre flux de déchets contaminés par l’API qui nécessite une gestion et une élimination.

Nouvelle norme pour le traitement des API dans les eaux usées pharmaceutiques

Axine a créé une nouvelle norme pour le traitement des API dans la fabrication des eaux usées basée sur son processus d’oxydation électrochimique avancé (EAOP). La technologie EAOP d’Axine applique de l’électricité à des catalyseurs avancés pour générer des oxydants mixtes. Les API et autres polluants organiques sont oxydés et minéralisés pour tracer les gaz de sous-produits tels que H2, O2, N2, CO et CO2. Aucun déchet liquide ou solide n’est généré et aucun produit chimique dangereux n’est utilisé.

La technologie EAOP d’Axine a fait ses preuves dans le commerce et est capable de traiter une gamme diversifiée d’API complexes et / ou de polluants organiques pour atteindre les niveaux de PNEC les plus rigoureux grâce à de multiples mécanismes d’oxydation. L’eau traitée peut être évacuée en toute sécurité dans un égout ou réutilisée sur place (comme composition de tour de refroidissement). Le tableau 1 montre les concentrations d’API avant et après traitement par la technologie EAOP d’Axine dans un flux d’eaux usées mixtes API.

Tableau 1. Concentrations d'API avant / après le traitement axial dans plusieurs mélanges d'API. Valeurs A selon la liste PNEC du Centre des technologies de l'eau et de l'environnement (WET) de Temple University, 2019. Valeurs B selon la recommandation de l'AMR Industry Alliance, 2019. * Les valeurs indiquent les limites de détection analytique de ces composés.Tableau 1. Concentrations d’API avant / après le traitement axial dans plusieurs mélanges d’API. Valeurs A selon la liste PNEC du Centre des technologies de l’eau et de l’environnement (WET) de Temple University, 2019. Valeurs B selon la recommandation de l’AMR Industry Alliance, 2019. * Les valeurs indiquent les limites de détection analytique de ces composés.Dans le cadre de son modèle de service, Axine finance, possède, exploite et entretient des systèmes de traitement modulaires situés dans des sites de fabrication pharmaceutique, offrant aux utilisateurs finaux des performances de traitement garanties. Cela permet aux usines pharmaceutiques d’atteindre leurs objectifs de traitement API sans faire des investissements en capital importants ou prendre des risques technologiques.

La technologie et le modèle de prestation de services d’Axine offrent aux fabricants pharmaceutiques une solution capable de traiter tous les types d’API pour atteindre des niveaux PNEC à des performances plus élevées et à un coût inférieur par rapport aux AOP conventionnelles et à d’autres technologies. La technologie d’Axine peut être appliquée à une gamme d’applications pharmaceutiques, y compris le traitement des API dans les flux de rinçage propres pour éviter l’incinération hors site, le prétraitement des flux contaminés par les API avant le traitement des eaux usées sur site et le traitement des API dans les effluents de l’usine entière avant rejet .

Quelle est la prochaine étape pour les API dans les effluents de fabrication pharmaceutique?

D’ici 2025, le marché mondial des IPA devrait atteindre plus de 250 milliards de dollars par an, en raison de l’augmentation de l’incidence des maladies chroniques, de l’augmentation des taux de cancer, de l’augmentation rapide de la population gériatrique et des nouveaux produits biopharmaceutiques pour lutter contre les maladies non traitées auparavant. Dans le même temps, les sociétés pharmaceutiques font face à une pression croissante de la part des consommateurs, des investisseurs et des régulateurs pour s’assurer que les opérations de fabrication ne rejettent pas d’eaux usées contaminées par des API qui ont un impact négatif sur la santé humaine, les écosystèmes aquatiques et l’environnement. Au sein de ce marché en mutation, Axine Water Technologies s’engage à établir et à maintenir une nouvelle norme de solutions de traitement sur site pour aider l’industrie pharmaceutique à résoudre ce problème mondial.



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