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Degradação de poluentes emergentes por processos oxidativos avançados (O3, O3/UV, O3/fe2+, O3/UV/ fe2+) visando o tratamento de efluentes hospitalares

Resumo

Compostos farmacêuticos são detectados em diversas matrizes ambientais. Estes compostos, quando não eliminados por técnicas avançadas de tratamento, contribuem para impactos ambientais negativos. Especificamente, efluentes hospitalares apresentam altas concentrações destes compostos principalmente pela excreção por pacientes. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com a pesquisa científica em relação a efluentes hospitalares no Brasil, propondo alternativas de tratamento com ozônio para a remoção de fármacos. Para atingir o objetivo proposto, foi realizado um diagnóstico em um hospital visando identificar o consumo das principais classes farmacêuticas.

A partir deste estudo, desenvolveu-se um planejamento de experimentos para avaliar os parâmetros mais adequados do processo de ozonização para a remoção de cafeína (CAF), amoxicilina (AMX) e ampicilina (AMP) em soluções aquosas. Foram avaliados experimentalmente os processos O3, O3/UV, O3/Fe2+, O3/UV/Fe2+. Investigou-se a influência da concentração inicial de fármaco, do pH, da potência de luz UV aplicada e da concentração inicial de Fe2+ utilizado como catalisador homogêneo. A variável de resposta foi a eficiência de mineralização. Os parâmetros obtidos pelo planejamento experimental foram aplicados para o Atenolol (ATE) e para soluções aquosas contendo a mistura de todos os compostos analisados (CAF, AMX, AMP e ATE). Um estudo cinético para determinação das constantes de reação foi realizado para a cafeína e atenolol.

Para avaliar o tratamento com efluente hospitalar, uma caracterização (detecção de compostos farmacêuticos e parâmetros físico-químicos e toxicológicos) foi realizada antes e após o processo que apresentou a melhor eficiência de mineralização. Com o objetivo de extrapolar os estudos realizados e avaliar outros poluentes emergentes, além dos compostos farmacêuticos, realizaram-se experimentos com 90 compostos como drogas de abuso, hormônios e produtos de higiene pessoal que também podem estar presentes em efluentes hospitalares, avaliando a influência do pH e da dosagem de ozônio aplicada.

Como principais resultados, os antibióticos e cardiovasculares foram as classes farmacêuticas mais consumidas no hospital. Pelo planejamento de experimentos, observou-se que todos os compostos avaliados foram rapidamente degradados (100% em menos de 15min) e as melhores eficiências de mineralização atingiram 70,8%, 60,4% e 63,6% para CAF, AMX e AMP, respectivamente. O sistema O3/UV/Fe2+ obteve a melhor eficiência de mineralização para o ATE (67,9%) e para a mistura dos compostos (69,5%).

O estudo cinético possibilitou o cálculo das constantes cinéticas: kO3 =697,46 M-1 s-1 e kOH = 6,41×109 M-1 s-1 para a cafeína; e kO3 =146,56 M-1 s-1 e kOH = 15,29×109 M-1 s-1 para o atenolol. A eficiência de mineralização para os experimentos com efluente hospitalar atingiu 54,7% para o sistema O3/UV, sendo eficiente para a completa eliminação de diversos compostos farmacêuticos e remoção da toxicidade. Em relação à remoção dos 90 poluentes emergentes, observou-se que 53,3% dos compostos foram completamente degradados utilizando uma razão mMO3/mMC=0,3 em pH neutro.

Os resultados encontrados indicam que o presente trabalho contribui para o avanço da pesquisa sobre efluentes hospitalares, pois apresenta uma alternativa de tratamento eficiente para a completa remoção de diversos compostos farmacêuticos, minimizando o impacto negativo destes no meio ambiente.

Introdução

Vários compostos orgânicos são detectados nos recursos hídricos. Dentre estes, os compostos farmacêuticos têm despertado crescente interesse da comunidade científica devido ao impacto negativo na saúde humana e animal (Petrie et al., 2015). Após o consumo, estes compostos são excretados pela urina e fezes na forma inalterada ou como metabólitos (Evgenidou et al., 2015). Com isso, a sua introdução nos recursos hídricos é contínua e o aumento do consumo mundial de fármacos aumenta a detecção destes compostos em águas residuais, superficiais e águas potáveis (Santos et al., 2013).

Compostos farmacêuticos incluem a classe dos analgésicos e anti-inflamatórios, antibióticos, antiepilépticos, β-bloqueadores, reguladores lipídicos, hormônios (incluindo contraceptivos orais), antidepressivos e ansiolíticos. Os antibióticos são os mais preocupantes, devido ao desenvolvimento da resistência bacteriana (Gothwal e Shashidhar, 2015; Harris et al., 2014).

Mesmo detectados na faixa de µg L-1 a ng L-1, estudos indicam que alguns compostos possuem a capacidade de exercer efeitos tóxicos aos organismos aquáticos (Petrie et al., 2015). Estes compostos são detectados em diversas matrizes ambientais em todo o mundo, evidenciando que não são completamente removidos durante o tratamento convencional aplicado nas estações de tratamento (Jiang et al., 2013; Bila e Dezotti, 2007).

Entre estas matrizes ambientais, destacam-se os efluentes hospitalares, que apresentam uma grande quantidade de compostos farmacêuticos em altas concentrações (Verlicchi et al., 2015; Frederic e Yves, 2014; Almeida et al., 2013; Santos et al., 2013; Sim et al., 2013; Sim et al., 2011; Kosma et al., 2010; Lin e Tsai, 2009). De maneira geral, em países em desenvolvimento como o Brasil, os efluentes hospitalares são lançados in natura na rede municipal, sem serem submetidos a qualquer processo de desinfecção. Esta situação acarreta risco potencial à saúde humana e ao meio ambiente (Mendoza et al., 2015; Sodré et al., 2010). Além disso, o desconhecimento da composição do efluente hospitalar em relação aos fármacos lançados impossibilita avaliar a dimensão do impacto ambiental causado.

No Brasil, há poucos trabalhos abordando a detecção de fármacos no efluente hospitalar e o monitoramento destes antes do lançamento nas redes de esgoto municipais (Martins et al., 2008). Assim, é de grande interesse científico a busca por novas alternativas que minimizem o potencial poluidor dos efluentes gerados em hospitais ou nos diversos segmentos da saúde, sem gerar novos poluentes. Os processos oxidativos avançados (POAs) são métodos que têm se mostrado bastante promissores na degradação de compostos farmacêuticos (Bila et al., 2007).

Os POAs são baseados na geração de radicais hidroxila (∙OH) em soluções, podendo atuar na oxidação química de uma vasta gama de substâncias (Benitez et al., 2011). Tem como objetivo degradar os poluentes e não só transferí-los de fase como ocorre, por exemplo, nos processos de adsorção e filtração com membranas (Prieto-Rodríguez et al., 2013).

Entre os POAs, a ozonização é considerada um processo bastante eficaz na degradação de compostos orgânicos e na desinfecção de efluentes hospitalares. Neste contexto, o presente trabalho aborda a preocupação da presença de diversos compostos farmacêuticos nas matrizes ambientais, focando em efluentes hospitalares. Como justificativa da escolha do tema, a Figura 1 apresenta a evolução de publicações que relatam a presença destes compostos no meio ambiente. (…)

Autora: Fernanda Siqueira Souza.

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