Il processo di purificazione dell'acqua

Benvenuto sul sito Italiano

Abbiamo rilevato che potresti preferire il sito Global. Se necessario, utilizza il menu a tendina delle lingue per modificare la scelta.

Go to Global

La purezza dell’acqua è fondamentale per le industrie farmaceutiche e biochimiche

La presenza di particelle sospese o disciolte, di composti organici, di impurità e di altre sostanze inquinanti, preclude l’utilizzo dell’acqua di rubinetto nelle applicazioni di laboratorio e nella ricerca scientifica. Per classificare la qualità dell’acqua e, di conseguenza, specificarne gli usi previsti, si utilizzano parametri quali resistività, conduttività, dimensioni della materia parcellizzata e concentrazione dei microrganismi. In alcune applicazioni è possibile tollerare la presenza nell’acqua di particolari impurità, mentre in altre, come nella Cromatografia liquida ad alta efficienza (HPLC), è necessario eliminare la maggior parte delle sostanze inquinanti.

Sostanze inquinanti

L’acqua è un ottimo solvente che si può trovare pressoché ovunque sulla terra. Questa sua proprietà la espone tuttavia a diverse forme di inquinamento.

Particelle: limo e detriti che possono essere eliminati filtrando l’acqua con un filtro tra 10 e 20 micron (o più piccolo, se necessario).
Microrganismi: gli agenti batterici rappresentano un grande problema per i sistemi di purificazione dell’acqua. La loro velocità di crescita, le dimensioni e la robustezza richiedono una progettazione altamente efficiente (rilevamento, eliminazione dal punto d’ingresso dell’acqua, inibizione della crescita, ecc). I batteri si misurano in colonie che costituiscono unità per millilitro e possono essere eliminati con disinfettanti. Di conseguenza, per evitare una contaminazione, occorre altresì eliminarne secrezioni e frammenti cellulari.
Endotossine, pirogeni, DNA e RNA: frammenti cellulari e sottoprodotti batterici dannosi per le colture dei tessuti. La loro presenza può essere rilevata con il test del lisato di amebociti di limulus (LAL).
Elementi inorganici disciolti: comprendono fosfati, nitrati, calcio e magnesio, anidride carbonica, silicati, ferro, cloruro, fluoruro e qualsiasi altra sostanza chimica di origine naturale o artificiale derivante da esposizione all’ambiente. La conduttività elettrica (μSiemens/cm) è utilizzata per monitorare concentrazioni elevate di ioni, mentre la resistività (MÙcm) viene utilizzata per identificare gli ioni, laddove presenti in piccole concentrazioni. Queste sostanze inquinanti possono ripercuotersi sulla durezza e sull’alcalinità/acidità dell’acqua.
Elementi organici disciolti: pesticidi, resti o frammenti animali e vegetali. Gli analizzatori di carbonio organico totale (TOC) sono utilizzati per misurare le emissioni di CO2 da parte di sostanze organiche soggette ad ossidazione. L’acqua priva di elementi organici viene utilizzata soprattutto in applicazioni in cui viene eseguita l’analisi delle sostanze organiche (ad es. HPLC, cromatografia e spettrometria di massa).

Le applicazioni scientifiche impongono l’eliminazione di particolari tipi di sostanze inquinanti. Per contro, la produzione farmaceutica richiede, nella maggior parte dei casi, l’eliminazione pressoché totale delle impurità (criteri stabiliti da standard specifici o da enti normativi locali/internazionali).

Il processo di purificazione

Esistono diversi metodi per purificare l’acqua. La loro efficacia dipende dal tipo di sostanza inquinante trattata e dal tipo di applicazione per la quale l’acqua sarà utilizzata.

Filtrazione: esistono diversi tipi di filtrazione:
- Filtrazione grossa: denominata anche filtrazione particellare, può utilizzare filtri di dimensioni comprese tra 1 mm (filtro a sabbia) e 1 micron (filtro a cartuccia).
- Microfiltrazione: utilizza dispositivi con dimensioni comprese tra 1 e 0,1 micron per filtrare i batteri. Una tipica implementazione di questa tecnica si trova nel processo di fabbricazione della birra.
- Ultrafiltrazione: elimina pirogeni, endotossine, frammenti di DNA e RNA.
- Osmosi inversa: spesso denominata RO, l’osmosi inversa rappresenta la forma più sofisticata di filtrazione liquida. Anziché un filtro, utilizza un materiale poroso che agisce da setaccio unidirezionale in grado di separare particelle grandi quanto molecole.
Distillazione: è il metodo di purificazione più antico. E’ economica, ma non è utilizzabile per processi su richiesta. L’acqua deve essere distillata e poi immagazzinata per l’uso successivo, il che la rende nuovamente soggetta a contaminazione in caso di stoccaggio non idoneo.
Assorbimento a carbone attivo: agisce come un magnete sul cloro e sui composti organici.
Radiazione ultravioletta: a una determinata lunghezza d’onda, può indurre la sterilizzazione dei batteri e la scomposizione di altri microrganismi.
Deionizzazione: anche nota come scambio di ioni, è utilizzata per produrre acqua purificata su richiesta, facendo passare l’acqua attraverso strati di resina. La resina con carica negativa (cationica) elimina gli ioni positivi, mentre quella con carica positiva (anionica) elimina gli ioni negativi. Un monitoraggio continuo e la manutenzione delle cartucce permettono di produrre acqua estremamente pura.

Sanitizzazione con acqua calda

La sanitizzazione con acqua calda delle apparecchiature per la purificazione dell’acqua si ottiene mediante un’adeguata combinazione di temperatura e tempi di esposizione. Tra gli utilizzi più comuni di questo processo vi è l’inattivazione dei microbi vitali. E’ bene sottolineare che la riduzione delle endotossine non è un risultato diretto del processo di sanitizzazione con acqua calda.

In funzione dell’origine dell’acqua di alimentazione, delle condizioni di esercizio del sistema e delle procedure operative e di manutenzione dell’utente finale, potrebbe essere necessario ricorrere ai tradizionali processi di pulitura chimica.

Il processo di sanitizzazione con acqua calda prevede l’inserimento di scambiatori di calore nel tradizionale sistema CIP (clean in place) per riscaldare e raffreddare gradualmente l’acqua che circola nel sistema di membrane ad osmosi inversa. I produttori di membrane, di norma, fissano una velocità controllata di raffreddamento e riscaldamento, per proteggere le membrane da danni irreversibili e garantire prestazioni a lungo termine per il sistema.

Una tipica sequenza di sanitizzazione con acqua calda prevede le fasi seguenti:

Inizializzazione (verifica delle condizioni)
Riscaldamento
Mantenimento
Raffreddamento

Un sistema di controllo deve quindi essere flessibile per garantire l’ottenimento di un controllo preciso e ripetibile del processo di sterilizzazione e deve presentare le seguenti caratteristiche:

Preciso controllo del loop con programmazione del profilo del setpoint
Controllo sequenziale per il processo di sanitizzazione/sterilizzazione
Visualizzazione su schermo dei messaggi dell’operatore
Controllo della pompa operativa / in stand-by
Raccolta affidabile dei dati on-line provenienti dal sistema di purificazione per le analisi e le prove
Interfaccia operatore locale con grafica chiara ed accesso controllato ai parametri

Visual Supervisor Eycon™ è la soluzione ideale per questa applicazione.