Resumo
Nos últimos anos, tem havido um aumento nos estudos sobre processos de nanofiltração com objetivo de remover antibióticos e outros compostos farmacêuticos de água e efluentes. Este estudo teve como objetivo geral avaliar o desempenho da nanofiltração associada a microfiltração e desenvolver um modelo para prever a rejeição e o fluxo de antibióticos em águas residuárias. Foi avaliado o desempenho de duas membranas de nanofiltração (MMCO 400 e 200 Da) em relação a pH e concentração na remoção de amoxicilina, norfloxacino e sulfametoxazol. Para norfloxacino e sulfametoxazol um modelo de previsão da rejeição e fluxo de permeado foi desenvolvido usando um planejamento fatorial 25 com análise dos resultados pelo método linear de regressão múltipla usando soluções com água desionizada. Foram considerados como fatores de controle, a massa molecular do antibiótico, a concentração, a massa molecular de corte da membrana, a vazão da alimentação e a pressão transmembrana. O modelo também foi usado para avaliar o processo de microfiltração/nanofiltração como um tratamento terciário de esgoto urbano para a remoção de norfloxacino e sulfametoxazol. Neste trabalho, elevados coeficientes de rejeição foram obtidos em pH 6,0 em função de interações eletrostáticas e polarização por concentração com diminuição de fluxo de permeado. A membrana de faixa estreita (NF97) apresentou rejeições >97%) e fluxos mais baixos, enquanto a membrana de faixa mais larga NF 270 variou de 65-97% dependendo da matriz aquosa e fluxos de permeados três vezes maior que a NF 97. O modelo criado para prever a rejeição e o fluxo de permeado apresentou bons resultados de concordância dos dados experimentais de rejeição e de fluxo de permeado com os previstos na validação interna e externa onde R 2 0,96 sendo um valor maior do que os já encontrados na literatura. O modelo pode prever melhor a rejeição do que o fluxo de permeado. A diferença da matriz de dissolução dos antibióticos (água desionizada ou esgoto doméstico) afeta os resultados e, portanto, o modelo é válido com restrições para esgoto doméstico, sendo que os coeficientes do modelo precisam ser determinados para cada estação de tratamento de esgotos ou sistemas industriais de recuperação de água. A nanofiltração integrada com a microfiltração é uma tecnologia que pode ser implementada para separar antibióticos norfloxacino e sulfametoxazol de com eficiência de 97 – 98% para esgoto oriundo de tratamento secundário, com elevadas taxas de recuperação de água (mais de 70%). O uso específico do reúso da água fica sujeito à legislação vigente. Com base em todos os resultados apresentados e na diferença obtida entre os valores previstos e os valores experimentais de rejeição no tratamento de esgoto, pode-se indicar que o modelo (desenvolvido para solução aquosa de NOR ou de SMX) tem possibilidade de ser usado para prever a rejeição para NOR quando a matriz for esgoto doméstico pré-tratado. Para SMX, dentro das faixas estudadas para esgoto (COD 10 – 20 mg.L-1 e teor de sólidos totais ~ 500 mg.L-1 , incluindo cloretos), o modelo apresenta valores menores de rejeição do que o que foi realmente obtido experimentalmente, indicando que este pode ser utilizado como uma ferramenta para prever a rejeição mínima a ser esperada. Com relação ao fluxo de permeado, adequações ao modelo serão necessárias, já que em todos os ensaios, principalmente no tratamento de esgoto, foram verificados valores experimentais mais baixos do que os valores previstos. Considerando os dados da rejeição, fluxo de permeado e recuperação de água a nanofiltração pode ser recomendada para a remoção de antibióticos de esgoto, e a membrana NF270 pode ser indicada para o tratamento, pois apresenta maiores fluxos que a NF 97 e elevadas taxas de rejeição.
Introdução
Muitas substâncias orgânicas poluentes têm sido frequentemente detectadas em diversas matrizes aquosas, inclusive na forma de traços, devido ao desenvolvimento de métodos analíticos mais sensíveis. Destacam-se, então, os chamados contaminantes de preocupação emergente (CPE) ou também chamados de poluentes de preocupação emergente.
A Diretiva 2013/39/EU trata os contaminantes de preocupação emergente como aqueles que ainda não fazem parte dos programas de monitoração de rotina, mas que devido aos seus potenciais efeitos ecotoxicológicos ou toxicológicos e aos seus níveis no meio aquático poderão representar riscos significativos que exijam regulamentação (PARLAMENTO EUROPEU, CONSELHO EUROPEU, 2013).
Entre os CPE estão fármacos, retardantes de chama, cianotoxinas, produtos de cuidados pessoais (SAUVÉ E DESROSIERS, 2014), os quais têm causado grande preocupação devido ao impacto ambiental em função da ocorrência frequente, persistência e risco à vida aquática e humana, podendo apresentar efeitos adversos como resistência bacteriana (DIAMANTIKANDARAKIS et al., 2009), toxicidade e desregulação endócrina (EBELE, ABDALLAH, HARRAD, 2017; EPA, 1997) e câncer (RAIMUNDO, 2011).
Os antibióticos têm sido usados extensivamente na medicina humana e veterinária. Após a administração, sofrem processo de excreção parcial pela urina ou fezes (SENTA ET AL., 2013), podendo se manter inalterados ou na forma de metabólitos, alguns dos quais continuam sendo bioativos. Após a excreção, alcançam as estações de tratamento de efluentes através da rede de esgoto urbano, contaminando várias matrizes ambientais e biológicas (GORITO et al, 2017).
A presença de fármacos como amoxicilina, ciprofloxacino, norfloxacino, ofloxacino, sulfametoxazol, azitromicina e outros em águas e efluentes, tem se tornado uma grande preocupação a nível mundial (HERNÁNDEZ et al., 2019; JOHNSON et al., 2017; QUOCTUC et al., 2017).
As estações de tratamento de esgoto doméstico e efluentes industriais (ETE) visam eliminar sólidos sedimentáveis e em suspensão, matéria orgânica solúvel ou coloidal, microrganismos e diversos poluentes. A literatura tem evidenciado que os tratamentos convencionais usados não garantem a remoção completa dos CPE, incluindo várias classes de antibióticos (GORITO et al., 2017; SENTA et al., 2013; XU et al., 2015). A eliminação incompleta dos antibióticos no tratamento tem resultado em resistência bacteriana, constatada pela presença de antibióticos e pela ocorrência de genes bacterianos de resistência em níveis altos em estações de tratamento de águas residuárias (RODRIGUEZ-NARVAEZ et al, 2017).
A literatura tem mostrado concentrações elevadas de ingredientes farmacêuticos ativos em corpos d’água receptores de efluentes em cidades onde há instalações industriais de fabricação dos mesmos. Isto, além da contaminação ambiental, representa perdas no setor. Em função disto há necessidade de reduzir custos devido à estas perdas de produtos e também diminuir a carga desses ingredientes biologicamente ativos em corpos d’água sensíveis (BIELEN et al., 2017; LÜBBERT et al., 2017; KLEYWEGT et al., 2019; MILAKOVIĆ et al., 2019).
Por outro lado, no Brasil, embora haja uma grande quantidade de água, tem havido períodos de grande seca, especialmente nas regiões nordeste e sudeste (NOBRE et al, 2016). Diante da falta de água, existe a necessidade de seu reúso. Para isto, o uso de técnicas apropriadas de eliminação de poluentes e CPE é urgente. Vários processos vêm sendo estudados e aplicados na remoção dos CPE. Processos de filtração por membranas, como a microfiltração, a ultrafiltração, a nanofiltração e a osmose reversa são uma alternativa para obter água de reúso eliminando ou minimizando os CPE (RODRIGUEZ-NARVAEZ et al., 2017; TEODOSIU et al., 2018).
A presença de fármacos em águas residuárias e águas de superfície, a falta da eficiência dos tratamentos convencionais para a total remoção de antibióticos, as consequências de resíduos de antibióticos em águas para a biodiversidade, para o meio ambiente e para a saúde do homem, as perdas dos compostos ativos farmacêuticos para as empresas e a necessidade de reúso da água pelas empresas foram motivos que levaram a esta tese.
Autora: Dalva Inês de Souza.
