EL PUNTO DE USO TIENE UN LUGAR EN LA PRODUCCIÓN DE AGUA ULTRAPURA

LAS INDUSTRIAS FARMACEUTICAS Y DE SEMICONDUCTORES, USAN OSMOSIS INVERSA Y DESMINERALIZACION COMO TRATAMIENTO. 

Las industrias farmacéuticas y de semiconductores se apoyan fuertemente en tecnología de punto de uso, incluyendo la ósmosis inversa y los desmineralizadores, para abastecer de agua ultrapura para el proceso de manufactura. Para ayudar a éstos clientes de la industria en el diseño de sus sistemas, los profesionales de la industria del tratamiento de agua deben comprender las necesidades básicas de calidad de agua de este tipo de industrias y como se han desarrollado.

 El agua ultrapura se juzga a través de diversos parámetros físicos y contaminantes claves, en los que algunos son medidos en rangos de partes por   trillón. Los requerimientos de pureza varían de sitio en sitio de cliente a cliente el costo del tratamiento de agua aumenta cuando las necesidades de calidad de agua aumentan.

 Algunas de las consideraciones de la calidad del agua ultrapura incluyen lo siguiente:

COMPUESTOS ORGANICOS TOTALES

 (TOC). Las fuentes de TOC incluyen microorganismos, ácidos húmicos, productos de resina de intercambio iónico que se pierde y se descompone y algunos plásticos.

 RESISTIVIDAD. El recíproco de la conductividad, la resistividad  mide la contaminación iónica, y frecuentemente se mide en línea con un resistivímetro. La resistividad de un agua teóricamente pura  es de 18.26 megaohms por centímetro 25°C.

 Al aumentar la contaminación iónica la resistividad disminuye.

 PARTICULAS. Éstas incluyen cualquier coloide o sustancia suspendida en el agua. La industria de semiconductores considera a las partículas extremadamente dañinas ya que se pueden depositar y causar algún defecto.

MICROORGANISMOS. Estos pueden vivir y crecer hasta en agua ultrapura aunque el flujo  turbulento minimiza la contaminación por bacterias, el agua que esta cerca de la superficie de los tanques, tuberías y filtros pueden ser un medio de cultivo. Los nutrientes y las bacterias pueden acumularse en las superficies y formar colonias; las bacterias pueden después emigrar para contaminar otras partes del sistema de agua ultrapura, que puede ser: difícil de Limpiar una vez que han sido contaminados.

 SILICE. Ésta existe en estado disuelto y en estado de partícula en el agua, y puede entrar en el agua ultrapura desde la alimentación de agua cruda o de un flujo de recirculación después de contactar  yacimientos de sílice. Los niveles de sílice pueden reducirse por medio de membranas de filtración y de resinas de intercambio aniónicas. Es muy dañina para los aparatos semiconductores ya que puede ocasionar aditamentos irregulares si se deposita en ellos. Esto es aparente durante el procedimiento térmico del sistema.

GASES DISUELTOS Estos son de preocupación más reciente en los sistemas de agua ultrapura. Entre los contaminantes más importantes está el oxigeno y el bióxido de carbono debido a que el oxigeno es un agente oxidante ayudara a oxidar contaminantes orgánicos a CO₂ se necesita más trabajo para determinar los niveles de oxigeno que se necesitan para ayudar a remover orgánicos, y además minimizar la contaminación de oxígeno en el punto de uso.

El agua que se usa en farmacéutica debe cumplir con las especificaciones de la Pharmacopeia  (USP) que publica nuevos estándares para agua purificada y para agua inyectable (WFT) en 1995. La nueva USP 23 se enfoca en los contaminantes de mayor importancia en agua de grado farmacéutico como son:

Conductividad Con la USP 23, la medición de conductividad en línea se reemplazan las pruebas químicas como las de sulfatos, cloruros, amoniaco, calcio y CO₂. El nuevo estándar es de 1.3 microsiemens por centímetro.

 Carbono orgánico total. Los instrumentos en línea de medición de TOC, proveen una medida de la contaminación orgánica y éstos reemplazan las pruebas de sustancias oxidables. El estándar se fijo en 500 partes por billón máximo.

 Bacterias y pirógnos (sustancias productoras de fiebre) El agua de grado USP ahora tiene el limite de 100 unidades formadoras de colonias por mililitro (cfu/ml) Las especificaciones de la WFI son  aún más estrictas, requiriendo 10 cfu/100 ml y menos de 0.25 unidades de endotoxinas por milímetro (EU/ml)  Para los sistemas existentes el cumplimiento de éstas normas pueden ser simplemente mejorar el sistema o rediseñar todo el sistema y sus componentes.

 EL TRATAMIENTO DE PUNTO DE USO TIENE UN OBJETIVO

 La osmosis inversa, la microfiltración y la ultrafiltracion tienen membranas semipermeables que inhiben físicamente o rechazan el flujo., de ciertos contaminantes. Las membranas no solo capturan algunas partículas sino que también las comparte.

 La ósmosis inversa es una técnica de separación particularmente valiosa ya que puede remover hasta el 98% de iones disueltos, además de partículas, orgánicos, bacterias y pirógneos. La ósmosis inversa frecuentemente se usa como un preparamiento de una desmineralización secundaria, ya sea desmineralización continua, segundo paso de ósmosis inversa o intercambio iónico.

 Las membranas deben seleccionarse de acuerdo a los tipos y concentraciones de los contaminantes que se quiere remover, y de acuerdo a sus compatibilidad con los limpiadores químicos.

 Por ejemplo, las membranas de acetato de celulosa, generalmente toleran el cloro mejor, pero tiene un porcentaje de rechazo bajo. La membrana de poliamida de capa delgada tiene porcentajes de rechazo mucho mas alto pero son más sensibles a la degradación  química particularmente de los compuestos químicos que contienen cloro.

 La electrodesmineralización continua usa una combinación de resinas de intercambio iónico y membranas y corriente directa para desmineralizar el agua sin necesidad de químicos de regeneración.

 En intercambio iónico, las cuentas poliméricas de resina de intercambio iónico están estructuradas químicamente para dar grupos funcionales con cargas negativas o positivas que atraen y retienen ciertos contaminantes del agua. La tecnología de desmineralización convencional puede remover inorgánicos disueltos, tales como, minerales y sales y algunos orgánicos disueltos. No remueven coloides, ni partículas, ni bacterias ni pirógenos.

 La resina catiónica remueve iones de carga positiva como cl calcio, el magnesio y el sodio, y  los reemplaza con hidrógenos. Las resinas., aniónicas remueven iones de carga negativa como cloruros, nitratos y sílice y los reemplaza con hidróxidos. Los iones de hidrógeno e hidróxido se unen después formando moléculas de agua.

 En los equipos mixtos de intercambio iónico, el agua pasa a través del tanque conteniendo una mezcla de resina catiónica y aniónica. Los sistemas, mixtos pueden producir muy alta calidad de agua con resistividades de 18.2  megaohms por centímetro

 Con el transcurso de tiempo, las resinas se saturan con contaminantes y son menos efectivas para tratar el agua. También, el agua de alta calidad que pasa por éstas resinas saturadas pueden  traer trazas de contaminantes por efecto de cromarografia, causando una disminución en la calidad del agua.

 La electrodesmineralización continua remueve materiales iónicos v disueltos como sales, ácidos y bases también puede remover materiales debidamente ionizados como la sílice disuelta, el bióxido de carbono y algunos orgánicos. Los contaminantes muy grandes como para pasar a través de la membrana de intercambio iónico son removidas

 Ambas desmineralizaciones requieren de agua pretratada para prevenir la formación de incrustación y taponamiento por partículas y coloides.

 El pretratamiento se requiere, también, para reducir los niveles de cloro libre y de contaminantes orgánicos. El tipo de pretratamiento requerido se determina por los requerimientos de la calidad de agua producida. Para la mayoría de las necesidades de agua ultrapura, los sistemas frecuentemente usan ósmosis inversa y otros procesos de pretratamiento.

COMPUESTO	USP22	USP23
PH	5 A 7	Sin cambio
Cloruros	0.6	Eliminado**
Sulfatos	1.0*	Eliminado****
Amoniaco	0.03**	Eliminado**
Calcio	1.0*	Eliminado**
Bióxido de carbono	5.0*	Eliminado**
Metales pesados	0.1 COMO Cu2	Eliminado**
Substancias oxidables	Pasar la prueba de permanganato de la USP	Eliminado**
Sólidos totales (mg/l)	10.0	Eliminado**
TOC		500 partes por billón****
Conductividad		1.3 us/cm a 25° C
Bacterias (guías solamente)
Purificada (dfu/ml)	100**	100
WFI (cfu/100m.)	50	10
Endotoxinas
Purificada (cfu/ml)	No especifica	Sin cambio
WFI	0.25	Sin cambio

 * Los valores numéricos son interpretaciones de procedimientos listados en los estándares de la Pharmacopeia XXI
** Reemplazado por medición de conductividad
*** Reemplazado por medición de TOC
**** O haber pasado la prueba de permanganato para substancias oxidables