Resumo
O desenvolvimento humano e o avanço tecnológico nas industrias químicas e farmacêuticas, aumentaram a poluição por compostos químicos emergentes nas matrizes ambientais. Muitos desses compostos são encontrados no meio ambiente numa faixa de concentração inferiores a μg g-1 ou μg L-1, estes, ainda não apresentam regulamentações e seus efeitos na saúde humana, a médio e longo prazo, ainda são pouco conhecidos. Dentre estes compostos está a amoxicilina, um antibiótico do tipo penicilina muito prescrito e consumido ao redor do mundo. Sua presença no ecossistema pode ser prejudicial, principalmente, por induzir a seleção de bactérias resistentes ao composto. O antibiótico, portanto, deve ser removido antes de atingir os compartimentos ambientais. Dentre os sistemas e processos de tratamento com potencial para remover compostos emergentes do efluente, está o MBRs, o biorreator com membranas submersas, que conta com um processo biológico para o tratamento do esgoto e um sistema de membranas para a filtração do efluente tratado. O presente trabalho tem como objetivo avaliar a eficiência de um sistema MBRs piloto para remover amoxicilina de efluente sintético. O MBRs em estudo tem operado com o tempo de detenção hidráulica muito elevada (40 h) o que justifica a elevada porcentagem de remoção de Demanda Química de Oxigênio (DQO), Carbono Orgânico Dissolvido (COD) e cor. A remoção de nitrogênio também é eficiente devido à configuração do sistema para remoção deste nutriente. Para avaliar o impacto que o antibiótico pode causar na biomassa do sistema, foram realizados ensaios respirométricos para as bactérias heterotróficas, as quais apresentaram redução de até 7%.na taxa de consumo de oxigênio (TCO) na presença de concentrações de amoxicilina, indicando uma possível de toxicidade desse composto para as bactérias heterotróficas. Tal efeito inibitório pode ser resultado da inibição do próprio metabolismo ou respiração do microrganismo ou um efeito na taxa de biodegradação dos seus compostos.
Introdução
O sistema MBR surgiu ao final da década de 60 com o desenvolvimento dos processos com membranas e a comercialização das membranas de micro e ultrafiltração. Registros na literatura contam que o projeto original foi introduzido por Dorr Oliver, em 1966, combinando o uso de biorreatores com biomassa suspensa e um módulo externo de membranas de ultrafiltração. No entanto, o alto custo das membranas, o baixo valor econômico do produto e o alto potencial de perda de desempenho por incrustações tornaram o sistema pouco interessante na época (LE-CLECH, CHEN & FANE, 2006).
Os biorreatores com membranas submersas (MBRs) contam com o módulo de membranas no interior do tanque aerado. De modo geral, as membranas utilizadas neste caso são de fibra-oca ou placa-plana, o lodo presente no biorreator fica em contato com a superfície externa das membranas e o filtrado é succionado após passar pelas paredes da mesma, fazendo com que o concentrado permaneça no tanque (NG e KIM, 2007).
O sistema de aeração tem como objetivo fornecer oxigênio necessário para os microrganismos realizarem as reações bioquímicas de consumo de substratos, degradação dos compostos e tratamento do esgoto, além de manter o lodo em suspensão. Em MBRs, a aeração também é importante para a prevenção do fouling, pois o cisalhamento provocado pelas bolhas de ar ao entrar em contato com a superfície das membranas diminui a deposição e remove algumas partículas, tornando baixa a taxa de aumento da pressão transmembrana, além de promover um fluxo tangencial para o processo de filtração (CADORE et al., 2014).
O reator biológico opera com microrganismos aglomerados na forma de flocos que ficam em suspensão por agitação mecânica ou aeração e são os principais responsáveis pela degradação dos poluentes. Os flocos presentes em sistemas MBR costumam ser consideravelmente menores que os flocos de processos de Lodos Ativados. As concentrações típicas de Sólidos Suspensos Totais (SST) em MBR podem variar de 5.000 a 20.000 mg L-1 (BRINDLE & STEPHENSON, 2000).
Quando aplicados em tecnologia ambiental, as membranas utilizadas são, em geral, de microfiltração e ultrafiltração instaladas ou associadas a reatores biológicos; então o sistema MBR consiste na degradação de compostos mediada por microrganismos e a permeação do efluente tratado através da membrana que retém a biomassa (SANT’ANNA JR & CERQUEIRA, 2011). Assim, o sistema MBR é considerado um tratamento avançado por ser eficiente no processo de remoção de compostos emergentes, como os produtos farmacêuticos recalcitrantes (TAMBOSI et al., 2010; XIA et al., 2012).
Dentre esses compostos, destaca-se a amoxicilina, um antibiótico do tipo penicilina que pertence ao grupo dos β-lactâmicos, com amplo espectro de atuação contra as bactérias. Esse tipo de antibiótico atua destruindo as paredes celulares das bactérias quando estão no processo de reprodução (BAGHAPOUR; SHIRDARREH & FARAMARZIAN, 2014). A prescrição do uso de amoxicilina ainda é elevada devido a sua grande eficácia no combate à maioria das bactérias patogênicas, baixo custo e poucos efeitos colaterais, sendo que sua utilização acontece na medicina humana e veterinária (ELIZALDE-VELÁZQUEZ et al., 2016). Quando ingerida, apenas uma pequena porcentagem é metabolizada pelo organismo e cerca de 80 a 90% é excretada sem alteração chegando às estações de tratamento de esgoto (ETE) e de tratamento de água para reúso (ETAR), que, devido às suas características, os tratamentos convencionais das ETEs e ETARs não são eficazes para sua completa remoção (BOUND & VOULVOULIS, 2004).
Os principais problemas da presença da amoxicilina no meio ambiente estão relacionados à saúde humana, como alergia ao medicamento e problemas toxicológicos graves, e à indução da seleção das bactérias resistentes ao antibiótico (CABELLO, 2006). Os riscos associados a efeitos direto e indireto do antibiótico sobre a saúde humana pelo consumo passivo e ativo de antibióticos têm levado a definir regulamentos sobre a utilização de alguns antibióticos e ao estabelecimento de limites máximos e mínimos de resíduos. Nos Estados Unidos, por exemplo, a tolerância para os resíduos de amoxicilina é de 0,1 ppm (10 ng g-1) no leite e no tecido bovino não cozido (ELIZALDE-VELÁZQUEZ et al., 2016).
Bai et al. (2012) avaliaram a remoção de amoxicilina de efluentes tratados por MBR com a variação do tempo de detenção hidráulica, e observaram que com a redução do TDH, houve a redução da remoção do composto. A remoção de fármacos utilizando sistema MBR pode ocorrer pelos mecanismos de biodegradação, sorção no lodo e/ou retenção física pelas membranas (TAMBOSI et al., 2010). Segundo Kimura et al. (2005), alguns dos compostos são removidos pelo sistema MBR por esse apresentar elevado tempo de retenção de sólidos (TRS) e adaptação dos microrganismos aos compostos menos (bio)degradáveis.
O metabolismo microbiano aeróbio pode ser medido por meio da respiração, ou seja, pode ser medido pelo consumo de O2 ou pela produção de CO2. Assim, a respirometria é uma técnica baseada na medição da taxa biológica de consumo de oxigênio (Taxa de Consumo de Oxigênio – TCO) em condições experimentais controladas, uma vez que o consumo de oxigênio por parte dos microrganismos está associado ao crescimento da biomassa e à remoção de substrato (VANROLLEGHEM, 2002). A proposta do ensaio é fornecer um método rápido para avaliar os efeitos das substâncias nos microrganismos aeróbios do lodo das estações de tratamento de águas residuais, e os resultados podem servir de indicador de concentrações não inibitórias adequadas de determinadas substâncias (OECD, 2010). Uma pequena redução do valor da TCO endógena, quando não há redução da carga orgânica aplicada, pode indicar a presença de substâncias tóxicas ou inibidoras no afluente (FERNANDES et al., 2001).
Nesse sentido, o presente trabalho visa avaliar a eficiência do sistema MBRs em remover amoxicilina de esgoto sanitário (no caso, utilizando efluente sintético) através de ensaios respirométricos para as bactérias heterotróficas.
Autores: Milena Emy Matsubara; Lúcia Helena Gomes Coelho e Eduardo Lucas Subtil.
