Avaliação da presença de fármacos em lodo de estação de tratamento de esgotos, antes e após processo de biorremediação por compostagem / Evaluation of the presence of drugs in sewage treatment station sludge before and after the bioremediation process by composting

Resumo A presença de fármacos residuais no ambiente é um problema crescente e de abrangência global, com ampla quantidade de pesquisas visando sua quantificação. Porém, seu comportamento e efeitos, tanto no ambiente quanto para o ser humano, ainda não são bem conhecidos. Neste trabalho foram avaliados sete fármacos: Atenolol, Carbamazepina, Clonazepan, Ibuprofeno, Paracetamol, Sinvastatina e Fluoxetina, em amostras de lodo proveniente de uma estação de tratamento de esgotos do sistema público. A extração dos compostos na matriz foi baseada na sua lixiviação em água e a quantificação analítica foi determinada por um sistema de cromatógrafo líquido de ultra performance, acoplado ao espectrômetro de massas. Os resultados indicam a possível movimentação de alguns fármacos da fase aquosa para a sólida. Observou-se que a compostagem do lodo pode favorecer a biodegradação ou mobilização dos compostos, pois houve redução significativa nas concentrações, quando comparados os valores obtidos antes e após o processo de compostagem. A não detecção de um composto não significa necessariamente que ele tenha sido degradado por microrganismos, entretanto, estudos pretéritos chegaram a resultados semelhantes, o que corrobora para a adequação da proposta metodológica e dos procedimentos adotados, contribuindo para a produção de resultados confiáveis.

Abstract The presence of residual drugs in the environment is a growing global issue, with many studies seeking to quantify it. However, its behavior and effects, both on the environment and on humans are still mostly unknown. In this study, seven drugs were evaluated: Atenolol, Carbamazepine, Clonazepam, Ibuprofen, Paracetamol, Simvastatin, and Fluoxetine, from samples of sludge from a sewage treatment plant of the public system. The extraction of the compounds from the matrix was based on the leaching of the compounds in water and the analytical quantification was determined by an ultra-performance liquid chromatograph system, coupled to the mass spectrometer. The data indicate the possible movement of some drugs from aqueous to solid phase. We observed that the composting of the sludge could favor the biodegradation or mobilization of the compounds since there was a significant reduction in the concentrations, when comparing the values obtained before and after the composting process. The non-detection of a compound does not necessarily mean that it has been fully degraded by microorganisms; however, past studies reached similar results, which corroborates the adequacy of the methodological proposal and the adopted procedures, contributing to the production of reliable results.

Avaliação da presença de fármacos em biossólido compostado proveniente de Estação de Tratamento de Esgotos / Evaluation of the presence of drugs in composted biosolid from sewage treatment plant

O comportamento e o destino dos fármacos e seus metabólitos no meio aquático, assim como seus efeitos na biota e saúde humana, têm sido objeto de estudos em âmbito global. No entanto, poucas pesquisas relacionam parâmetros operacionais e físico-químicos à remoção dos fármacos em Estações de Tratamento de Esgotos (ETE). Os principais processos responsáveis pela redução da concentração destes contaminantes na fase aquosa, durante o tratamento de esgotos, são a biodegradação e a sorção à fase sólida. No que diz respeito à qualidade dos lodos produzidos, um aspecto ainda pouco estudado refere-se à identificação de poluentes emergentes, substâncias presentes no ambiente e que usualmente não são monitoradas, especialmente pela ausência de regulamentação legal nos países, podendo apresentar risco potencial à saúde humana e ao meio ambiente. Desse modo, o presente estudo tem por objetivo identificar, quantificar e avaliar a eficiência de remoção de fármacos presentes em biossólidos provenientes de uma ETE, antes e após o processo de compostagem, utilizando técnicas de cromatografia UFLCTM e espectrometria MS-MS, e avaliar os fármacos escolhidos para estudo, com base no modelo QSAR (ECOSAR-EPA), visando identificar o potencial de bioacumulação e ecotoxicidade dessas substâncias no ambiente, de acordo com as propriedades físico-químicas. De acordo com os resultados obtidos observa-se que houve redução na concentração dos compostos avaliados, indicando tendência à biodegradação ou redução na biodisposição dos mesmos. O processo de compostagem estudado, além de mostrar-se adequado para a produção de um biossólido com características compatíveis com as requeridas para o uso agrícola, possibilitou constatar a eficiência do processo como alternativa para o tratamento desses contaminantes presentes no lodo de esgotos. Possíveis interações que possam ocorrer com outros fármacos presentes no ambiente, em relação a concentrações residuais e metabólitos gerados, os quais não foram investigados no presente estudo, apontam para a necessidade de estudos em relação aos mecanismos farmacocinéticos e farmacodinâmicos para entendimento dos mecanismos de reação envolvidos na formação e toxicidade de seus metabólitos. A presença destes compostos nas várias matrizes ambientais denota a importância das pesquisas nessa área, e a adoção de boas práticas operacionais visando garantir a qualidade e a segurança requeridas na utilização benéfica do lodo de esgotos, principalmente para fins agrícolas.

The behavior and fate of drugs and their metabolites in the aquatic environment, as well as their effects on biota and human health, have been the object of studies on a global scale. However, few research relate operational and physicochemical parameters to the removal of drugs in Sewage Treatment Plants (ETE). The main processes responsible for reducing the concentration of these contaminants in the aqueous phase, during sewage treatment, are biodegradation and sorption to the solid phase. Regarding the quality of the sludge produced, an aspect that has still been poorly studied refers to the identification of emerging pollutants, substances present in the environment that are usually not monitored, especially due to the lack of legal regulations in the countries, which may present a potential risk to health. human and the environment. Thus, this study aims to identify, quantify, and evaluate the efficiency of removal of drugs present in biosolids from an ETE, before and after the composting process, using UFLCTM chromatography and MS-MS spectrometry techniques, and evaluate the drugs chosen for study, based on the QSAR model (ECOSAR-EPA), to identify the bioaccumulation potential and ecotoxicity of these substances in the environment, according to their physicochemical properties. According to the results obtained, it is observed that there was a reduction in the concentration of the compounds evaluated, indicating a tendency to biodegradation or a reduction in their biodisposition. The composting process studied, in addition to being suitable to produce biosolids with characteristics compatible with those required for agricultural use, made it possible to verify the efficiency of the process as an alternative for the treatment of these contaminants present in sewage sludge. Possible interactions that may occur with other drugs present in the environment, in relation to residual concentrations and generated metabolites, which were not investigated in this study, point to the need for studies in relation to pharmacokinetic and pharmacodynamic mechanisms to understand the reaction mechanisms involved in the formation and toxicity of its metabolites. The presence of these compounds in the various environmental matrices denotes the importance of research in this area, and the adoption of good operational practices to ensure the quality and safety required in the beneficial use of sewage sludge, mainly for agricultural purposes.