Comment choisir la meilleure solution de déchloration en pharmaceutique

Puisque l’eau purifiée pharmaceutique doit être produite à partir d’eau potable, la plupart des usines pharmaceutiques produisent leur eau purifiée à partir d’une eau d’alimentation contenant au moins un biocide oxydant. Il est important d’éliminer ces oxydants à l’étape du pré-traitement pour protéger les membranes d’osmose inversée (RO) d’une dégradation rapide.

Pourquoi une déchloration fiable est encore plus importante dans les applications pharmaceutiques

Une membrane d’osmose inversé typique est évaluée avec une tolérance au chlore de 1000 ppm-heures. Toutefois, la dégradation irréversible progresse linéairement lorsque la membrane est exposée à des agents oxydants.

Dans les systèmes validés, la qualité du perméat du RO peut chuter en dessous des niveaux acceptables très rapidement lorsqu’une membrane commence à s’oxyder. Bien que l’eau purifiée finale puisse encore être utilisable, cette dégradation inexpliquée de la qualité di perméat du RO déclenchera une longue et coûteuse analyse des causes profondes, une action corrective et un processus de revalidation. C’est pourquoi la fiabilité de l’étape de déchloration est particulièrement importante dans les systèmes à eau purifiée pharmaceutique.

Résumé des technologies de déchloration

Les technologies de déchloration de loin les plus utilisées sont le charbon activé et le métabisulfite de sodium. Plus récemment, certains fabricants ont commencé à utiliser l’irradiation ultraviolette (UV) pour la déchloration. Les trois options ont leurs avantages, alors passons rapidement en revue leur fonctionnement.

Charbon activé

Le charbon actif déchlore l’eau en utilisant le potentiel d’oxydation du chlore. Au départ, les réactions d’oxydation se produisent à la surface du charbon actif lorsque l’eau s’écoule à travers le milieu carboné. Laissés seuls, les lits de charbon deviennent en fait plus efficaces pour éliminer le chlore au fil du temps, car ils captent également les matières organiques et deviennent un terrain fertile pour les bactéries, qui réagissent aussi avec le chlore.

Charbon activé en granules utilisé pour la déchloration de l’eau

Dans l’industrie pharmaceutique, il est assez courant de voir des filtres à charbon conçus pour être stérilisés à la vapeur, dans le but de réduire la charge bactérienne envoyée en aval vers l’osmose inversée. Ce choix a un impact majeur sur le coût d’acquisition des filtres au charbon. L’utilisation de la désinfection aux rayons UV comme dernière étape du pré-traitement peut servir à ralentir le taux d’encrassement biologique sur les membranes d’osmose.

Le charbon activé standard n’est pas particulièrement efficace pour éliminer les chloramines, principalement parce que les chloramines ont un potentiel d’oxydation beaucoup plus faible que le chlore. Les charbons actifs spécialisés connus sous le nom de charbon activé « catalytique » offrent une bien meilleure élimination des chloramines. Le charbon actif utilisé pour l’élimination des chloramines devra être remplacé plus fréquemment que le charbon qui élimine simplement le chlore.

Métabisulfite de sodium (SMBS)

Le métabisulfite de sodium est un agent réducteur courant, souvent utilisé comme désoxygénant. Dans le pré-traitement des osmose inversées, il est souvent utilisé pour réduire directement le chlore libre et les chloramines par les réactions chimiques suivantes :

Pour le chlore libre: Na2S2O5 + 3H2O + 2Cl2 –> NaHSO4 + 2HCl

Pour les Chloramines: Na2S2O5 + 9H2O + 2NH3 +6Cl2 –> 6NaHSO4 + 10HCl + 2NH4Cl

Le métabisulfite de sodium est un agent réducteur courant

Alors que les réactions du SMBS avec le chlore et les chloramines sont presque instantanées, il faut veiller à ce que le dosage soit suffisant pour une élimination complète. Cela peut être un défi lorsque les concentrations de chlore dans l’eau d’alimentation sont variables comme dans de nombreuses municipalités. Le SMBS agissant également sur l’oxygène, il crée un environnement anaérobie et accélère l’encrassement biologique des membranes d’osmose lorsque son dosage est trop élevé.

Irradiation par lumière ultra-violette

Une alternative moins connue pour l’élimination du chlore et des chloramines, l’irradiation ultraviolette (UV) est maintenant utilisée avec succès dans les applications pharmaceutiques. Nécessitant une dose 15 à 30 fois supérieure à la dose de désinfection standard, l’élimination du chlore et de la chloramine par UV désinfectera également l’eau, réduisant ainsi le risque d’encrassement biologique des membranes d’osmose inversée. Bien sûr, les UV sont une alternative sans produits chimiques et la maintenance des systèmes UV est généralement assez simple, ce qui en fait une option intéressante dans de nombreux cas.

Si les UV sont utilisés comme seule méthode de déchloration, il faut faire très attention à la fois au dimensionnement et à l’entretien du système UV. Le dimensionnement de l’unité doit être suffisamment grand pour assurer une déchloration complète aux pics de concentration de chlore et des mesures doivent être prises pour protéger les membranes RO en cas de défaillance du système UV.

Il convient également de noter qu’aux doses d’UV requises pour la déchloration, une chaleur importante sera générée et doit être prise en compte dans la conception globale du système.

Choisir la bonne solution pour votre application

Le tableau ci-dessous résume les compromis à considérer en sélectionnant une technologie de déchloration pour un système d’eau purifiée pharmaceutique. Nous recommandons que vous imprimiez ce tableau en PDF pour le compléter. Pour chaque question, encerclez les réponses « oui » ou « non » de la rangée correspondante. Ensuite, totalisez le nombre de réponses encerclées pour chaque colonne. Celle avec le plus grand nombre de réponses encerclées est probablement votre meilleure option. Bien entendu, nous vous recommandons de consulter un expert avant de prendre votre décision finale.

Charbon activé standard Charbon activé stérilisable Bisulfite UV
Est-ce que la concentration de chlore dans l’eau d’alimentation varie de plus de 1 mg/L? Yes Yes No Yes
Est-ce acceptable pour vous d’arrêter la production d’eau pendant 8 heures pour procéder à un nettoyage et une stérilisation du système? Yes No Yes No
Est-ce que de l’eau purifiée sera régulièrement renvoyée vers l’entrée du système? Yes Yes No No
Est-ce que votre entreprise a une politique nécessitant une conception sanitaire pour toutes les composantes du système? No Yes No Yes
Est-ce une priorité de minimiser le coût en capital du système, pourvu la qualité de l’eau produite n’est pas affectée? Yes No Yes No
Est-ce que l’espace disponible est très limitée? No No Yes Yes
Répondre à cette question seulement si l’eau d’alimentation contient des chloramines.
Est-ce qu’un arrêt du système aux 6 mois pour remplacer le charbon activé est acceptable?
Yes Yes No No
Est-ce que votre approvisionnement en électricité provient de sources propres (sans émissions de GES)? No No No Yes

Comparaison des coûts

Conclusion

Est-ce que cette comparaison des différentes technologies de déchloration vous a été utile? Quel est votre choix préféré pour la déchloration dans les systèmes d’eau purifiée pharmaceutiques? Partagez votre opinion et vos questions dans les commentaires ci-dessous. Nous sommes impatients d’avoir de vos nouvelles!

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