Avaliação do desempenho de biorreatores anaeróbios de leito fixo ordenado e empacotado para remoção dos antibióticos sulfametoxazol e ciprofloxacina

Autor(es)

Rodrigo Braz Carneiro

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2019-09-06

Membros da banca

Marcelo Zaiat; Pedro Sérgio Fadini; Paulo Clairmont Feitosa de Lima Gomes; Rogers Ribeiro; Adriano Luiz Tonetti

• Orientador: Marcelo Zaiat; Álvaro José dos Santos Neto

Resumo

A biodegradação de antibióticos nos sistemas usuais de tratamento biológico de esgotos domésticos geralmente não é satisfatória e sua presença nas águas residuárias e de abastecimento se agrava pelo fato de esses micropoluentes emergentes promoverem o desenvolvimento e espalhamento de genes de resistência no ambiente. Diante deste contexto, este estudo buscou avaliar a remoção dos antibióticos sulfametoxazol (SMX) e ciprofloxacina (CIP), em duas configurações de reatores anaeróbios de leito fixo - ordenado (RALFO) e empacotado (RALFE). Os reatores atingiram ótimo desempenho na remoção de DQO (93 ± 2 %), SMX (93 ± 4 %) e CIP (85 ± 10 %), aplicando esgoto lab-made e tempo de detenção hidráulica (TDH) de 12 h. O RALFO mostrou maior potencial de aplicação em termos operacionais e econômicos, uma vez que apresentou menor quantidade de material suporte e performance equivalente ou superior comparado ao RALFE. A redução do TDH para 4 h levou a diminuição da eficiência de remoção de DQO (79 ± 6 % no RALFE e 88 ± 5 % no RALFO), SMX (69 ± 7 % no RALFE e 81 ± 7 % no RALFO) e CIP (66 ± 8 % no RALFE e 64 ± 8 % no RALFO), possivelmente devido à diminuição do tempo de contato substrato-biomassa no biofilme. A aplicação de esgoto doméstico como substrato de alimentação dos reatores em TDH de 12 h levou a uma queda da eficiência do sistema - DQO (80 ± 7 %), SMX (77 ± 9 % no RALFE e 73 ± 13 % no RALFO), e CIP (67 ± 19 % no RALFE e 72 ± 14 % no RALFO), devido à alteração da comunidade microbiana no leito dos reatores, com a redução na população de arqueias metanogênicas, sobretudo hidrogenotróficas, e de bactérias dos gêneros Clostridium e Bacillus, associadas à biodegradação dos antibióticos. A diminuição do TDH não impactou na constante cinética de decaimento dos compostos, porém a concentração residual resultante foi maior. Com esgoto doméstico, as constantes cinéticas de remoção foram reduzidas, o que denota a diminuição da capacidade de biodegradação dos fármacos. A remoção de SMX e CIP foi praticamente devida a biotransformação, sendo que para a CIP a remoção foi influenciada pelo mecanismo de sorção na biomassa, dada pelo alto logKD obtido (2,6 a 2,8 L kg-1SS). O efluente produzido nos reatores não apresentou potencial ecotoxicológico agudo e crônico sobre Chironomus sancticaroli, nem atividade antimicrobiana sobre os microrganismos Ochrobactrum sp., Brevundimonas sp., Sphingomonas sp. e Escherichia coli. A análise das estruturas moleculares dos produtos de transformação identificados revelou que estes mantiveram a estrutura da quinolona e da sulfonamida intacta, podendo apresentar bioatividade residual. A avaliação da biodegradação de SMX e outros micropoluentes orgânicos em condição acidogênica mostraram que as diferentes etapas da digestão anaeróbia podem atuar de forma distinta sobre a biotransformação dos compostos, devido a mecanismos enzimáticos e microrganismos específicos de cada etapa. Os resultados alcançados neste estudo evidenciam o potencial de reatores anaeróbios de leito fixo na remoção de compostos farmacêuticos presentes no esgoto, notadamente os antibióticos sulfonamidas e fluoroquinolonas, constituindo uma barreira primária na dispersão desses micropoluentes no ambiente. (AU)

• Processo FAPESP: 15/04427-4 - Avaliação do desempenho de biorreatores anaeróbios de leito fixo ordenado e empacotado para remoção dos antibióticos sulfametoxazol e ciprofloxacina
• Beneficiário: Rodrigo Braz Carneiro
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado