www.cleanrooms.ru/Архив/2021/1/2021 (81) январь-февраль

Новые технологии для чистой воды

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СРЕДЫ | 1/2021 (81) январь-февраль

Новые технологии для чистой воды

 

Фармацевтическая промышленность может преодолеть проблемы качества, используя синергетические методы для оптимизации управления водными ресурсами.

 

        Чистая вода используется на всех этапах фармацевтического производства. Она служит растворителем, наполнителем и реагентом при производстве безопасных лекарств, а также является важным компонентом при разработке нутрицевтиков, растительных препаратов, ферментов и средств личной гигиены.

        Однако в глобальном масштабе качество воды меняется, поскольку в системы водоснабжения попадают новые химические и биологические загрязнители из разных источников, включая промышленность, здравоохранение и сельское хозяйство. Это может показаться удивительным, но традиционные методы очистки только усугубляют эту проблему, поскольку всё шире применяются химические способы очистки, делающие компонентный состав воды ещё более сложным. Продолжающееся во всём мире быстрое промышленное производство стимулирует дальнейший рост промышленного водопользования, следовательно, усложнение химического состава воды продолжится.

        Быть в курсе постоянно меняющегося набора загрязняющих веществ, обнаруживаемых в водоёмах и муниципальных системах водоснабжения, – актуальная проблема при изучении, разработке и производстве лекарств. Это требует новаторских подходов к управлению водными ресурсами и новых технологий эффективной очистки воды.

 

Промышленность озадачена

        Фармацевтическая промышленность работает на воде. Например, в реакционных смесях и буферах, используемых в клинических анализах, доля воды велика. Она является важным компонентом большинства растворов реагентов, а также интенсивно используется в процессе производства и изготовления.

       

        Вода используется разная, потому что каждая фармацевтическая процедура - от ополаскивания посуды до хроматографии, предъявляет особые требования к качеству воды. Не все процессы требуют особой чистоты воды, но каждый из них чувствителен к определённым примесям – от взвешенных частиц до неорганических ионов и растворённых газов. Загрязняющие вещества могут затруднять экспериментальный анализ, мешая работе, замедляя рост клеток и тканей, загрязняя полимеры, мембраны и многое другое. Таким образом, неочищенная вода может отрицательно повлиять на точность, подлинность и согласованность результатов, которые действительно важны, например, данные, которые требуются при разработке нового лекарства.

Система хранения и распределения воды очищенной на

фармацевтическом предприятии

 

        Гарантия надлежащей очистки и пригодности воды для использования – критически важное условие для разработки эффективных, безопасных для применения продуктов. Но удалить загрязняющие вещества из воды, поставляемой коммунальным хозяйством, далеко непросто. Очистка воды требует много времени и денежных затрат, она также отвлекает ценные ресурсы от процессов разработки фармацевтических препаратов, которые должны быть более быстрыми, экономичными и ещё более эффективными.

        Поскольку в системах водоснабжения становится всё больше загрязняющих веществ, а их химический состав усложняется, вода из муниципальных систем водоснабжения должна подвергаться более глубокой и комплексной очистке. Очистка грозит удлинением сроков разработки лекарств и дополнительными затратами, а это серьёзная проблема для фармацевтической промышленности, ресурсы которой и без того ограничены. Для преодоления таких препятствий компаниям требуются инновационные, альтернативные способы эффективной очистки воды.

 

Проблемы очистки воды

        Для обеспечения надлежащей чистоты воды фармацевтические компании применяют различные процессы очистки и мониторинга. Однако традиционные методы очистки либо малоэффективны, либо используют реагенты, которые в дальнейшем необходимо удалять.

        В большинстве процессов обработки используется очищающий химический реагент. Ярким примером является хлорирование – добавление в систему водоснабжения дезинфицирующих средств на основе хлора. Эти вещества нейтрализуют биологические загрязнители, окисляют органические соединения, но вместе с тем придают воде дополнительные биохимические свойства. Следовательно, реагент и его побочные продукты должны быть удалены, чтобы вода стала безопасной для использования в экспериментальных целях, потому что они могут оказать неблагоприятное влияние на результаты фармацевтических исследований, а также потенциально вредны для человеческого организма при употреблении в больших дозах.

        Другой подход к очистке – использование функционализированных материалов в муниципальной системе водоснабжения. Главные примеры таких материалов – активированный уголь, природные глинистые минералы и силикагель, которые используются для удаления из воды хлора и других примесей за счёт сочетания процессов адсорбции и каталитической конверсии. При этом нет нежелательных побочных продуктов, однако функционализированные материалы могут удалить лишь ограниченный перечень загрязняющих веществ, а некоторые органические соединения могут снизить их эффективность – химически (отравление) или физически (закупоривание пор).

 

Инновационные решения в управлении водными ресурсами

        В условиях, когда химический состав воды и угрозы загрязнения могут возникать и стремительно нарастать, фармацевтической промышленности нужны надёжные технологии управления водными ресурсами. К счастью, созданные на базе существующих технологий новые многообещающие разработки способны предложить решения, отвечающие разнообразным растущим потребностям отрасли.

        Так, на основе графена появляются всё более совершенные технологии фильтрации, способные преодолеть многие ограничения функционализированных материалов. Графен устойчив к химическому отравлению и загрязнению, а благодаря увеличенной площади поверхности способен дольше удерживать примеси без закупоривания в процессе использования. Графеновые фильтрующие сита обладают огромным потенциалом в опреснении морской воды, а также доказали свою способность удалять из воды обычные соли, нано- и органические частицы.

        На основе этой технологии вскоре станет возможным изготовление мембран из оксида графена с точными, в масштабах атомов, размерами пор. Такая масштабируемость и контроль могут дать технологии фильтрации определённых примесей по требуемому размеру.

        Альтернативными являются электрохимические методы, обладающие многими преимуществами (по сравнению с традиционными методами), в которых используются очищающие реагенты. Электрохимические технологии надёжно очищают воду за счёт образования короткоживущих радикалов и окислителей, которые впоследствии не влияют на широкий спектр фармацевтических процессов и, следовательно, не нуждаются в удалении. Такой химически безвредный процесс снижает стоимость и сложность глубокой химической очистки и позволяет получать воду высокого качества, пригодную для использования даже в самых чувствительных фармацевтических процессах.

 

Преимущества синергетической очистки

        Для достижения желаемого уровня очистки воды часто требуется многоступенчатый процесс. Разные фармацевтические компании имеют весьма специфические потребности в лабораторной воде, кроме того, в зависимости от географии, окружающей производственной деятельности и других факторов, они сталкиваются с разными уровнями загрязнения поступающей воды и разными типами её загрязнений. Сочетание нескольких технологий очистки обеспечивает гибкость и эффективность фармацевтического производства, позволяя компаниям получать незагрязнённую воду для аналитических, медико-биологических и общих лабораторных целей.

        Наряду с разработкой и оптимизацией инновационных методов очистки воды доступны также новые системы, которые синергетически объединяют в один этап несколько электрохимических технологий, например, ультрафиолетовое окисление и ультрафильтрацию. Совместное действие этих методов способно максимизировать эффективность очистки – удалять органические вещества, частицы, бактерии, пирогены и нуклеазы до высокого уровня чистоты, производя воду, подходящую для высокочувствительных процессов.

 

Защита жизненной силы

        Вода – это жизненная сила фармацевтической промышленности. Она используется в качестве сырья, ингредиента, растворителя и реагента при производстве и упаковке. Обеспечить подачу воды надлежащего качества для разнообразного применения становится всё более сложной задачей, поскольку промышленная и научная деятельность вносит в глобальную водную систему постоянно меняющийся набор сложных загрязнителей. К счастью, фармацевтические компании способны преодолеть эту проблему и связанные с ней финансовые и организационные препятствия, используя инновационные синергетические технологии на местах потребления для оптимизации управления водными ресурсами.

< вернуться назад