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Title: Identificação e avaliação da toxicidade de subprodutos de fármacos formados pelo tratamento secundário de águas por fotólise, fotocatálise, ozonização e cloração.
Authors: Quaresma, Amanda de Vasconcelos
metadata.dc.contributor.advisor: Afonso, Robson José de Cássia Franco
Keywords: Fármacos
Cloração
Processos oxidativos avançados
Subprodutos de degradação
Toxicidade
Issue Date: 2018
metadata.dc.contributor.referee: Afonso, Robson José de Cássia Franco
Canela, Maria Cristina
Moreira, Renata Pereira Lopes
Hilário, Flaviane Francisco
Teixeira, Mônica Cristina
Citation: QUARESMA, Amanda de Vasconcelos. Identificação e avaliação da toxicidade de subprodutos de fármacos formados pelo tratamento secundário de águas por fotólise, fotocatálise, ozonização e cloração. 2018. 156 f. Tese (Doutorado em Engenharia Ambiental) - Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: Contaminantes de preocupação emergente, em especial a classe dos fármacos e produtos de higiene pessoal (PPCP), tornaram-se um novo problema ambiental por serem constantemente encontrados em compartimentos aquáticos. Devido ao alto consumo, PPCP são continuamente introduzidos no esgoto e a sua remoção nos processos de tratamento de águas residuais pode ser baixa. Como resultado, eles são encontrados em águas superficiais que podem ser captadas para produzir água potável. Embora os PPCP sejam encontrados em concentrações traços (μg/L – ng/L), eles têm sido amplamente estudados devido aos riscos que podem representar ao meio ambiente. Assim, torna-se necessário aplicar tecnologias de tratamento adicionais para remover PPCP da água potável. Cloração tradicional e processos oxidativos avançados têm sido estudados para a remoção de PPCP de águas. Porém, somente análises físico-químicas são incapazes de prever as propriedades tóxicas das soluções de água tratada e ensaios de toxicidade são fundamentais. Desta forma, o objetivo deste estudo foi investigar a degradação de três fármacos (atenolol, cimetidina e dexametasona) por processos oxidativos. Foram realizados quatro processos oxidativos diferentes por 30 minutos: cloração (NaClO = 10 mg/L); ozonização (O3 = 8 mg/L); fotocatálise (TiO2 = 120 mg/L e luz UV-C) e fotólise (luz UV-C). As taxas de mineralização foram determinadas pelo teor de carbono orgânico total. A eficiência de remoção e a identificação e caracterização dos subprodutos formados foram realizadas por espectrometria de massas de baixa resolução (MS) e de alta resolução (HRMS). Avaliou-se a toxicidade aguda das soluções tratadas pelo ensaio de MTT utilizando células do hepatocarcinoma humano (HepG2). Pelo software ECOSAR, concentrações de toxicidade aguda e crônica foram preditas de acordo com a estrutura dos subprodutos identificados. Para os três fármacos foram obtidas baixas taxas de mineralização (até 25 %) e altas taxas de remoção (superiores a 30 %) após os tratamentos oxidativos. Esses valores indicam que a remoção dos fármacos ocorre por transformação em subprodutos recalcitrantes. A inspeção dos espectros de massas permitiu a elucidação dos subprodutos. No tratamento do atenolol foram identificados 12 subprodutos. Pelo ensaio de MTT, foi observada uma diminuição da viabilidade celular, mas as soluções não foram consideradas tóxicas. Pelo software ECOSAR, apenas o subproduto ATE-238 foi considerado prejudicial para Daphnid e algas verdes, possivelmente pela presença de um grupo aldeído na estrutura. No tratamento oxidativo da cimetidina foram identificados 7 subprodutos. No ensaio de MTT as soluções tratadas não foram consideradas tóxicas. Pelo software ECOSAR, o subproduto CIM-97 foi considerado prejudicial para os três níveis tróficos estudados, provavelmente pela presença de um grupo imidazol na estrutura. Após o tratamento da dexametasona foram formados 16 subprodutos. A solução tratada por cloração, apenas na concentração de 1,00 mg/L, foi considerada tóxica para células HepG2, pois houve uma diminuição significativa da viabilidade celular. Neste tratamento, foi identificado o subproduto formado pela cloração da dexametasona. Pelo software ECOSAR, 7 subprodutos foram considerados tóxicos em relação à toxicidade aguda e/ou crônica e 3 foram considerados muito tóxicos. A toxicidade pode ser devido à interação entre os subprodutos e o receptor de glicocorticoide dos organismos testados. Os resultados obtidos neste estudo podem auxiliar na tomada de decisão em relação a tratamentos de água potável, pois demonstrou que análises químicas e de toxicidade devem ser realizadas para garantir a segurança ambiental dos processos de degradação aplicados.
metadata.dc.description.abstracten: Contaminants of emerging concern, especially the class of pharmaceuticals and personal care products (PPCP), have become a new environmental problem because they are constantly found in aquatic compartments. Due to the high consumption, PPCP are continuously introduced into the sewage and the removal in wastewater treatment processes may be low. As a result, they are found in surface water that may be captured to produce potable water. Although PPCPs are found in trace concentrations (μg/L - ng/L), they have been extensively studied because of the risks they pose to the environment. Thus, it is necessary to apply additional treatment technologies to remove PPCP from potable water. Traditional chlorination and advanced oxidative processes have been studied for the removal of PPCP from water. However, only physico-chemical analyzes are unable to predict the toxic properties of the treated water solutions and toxicity tests are paramount. Thus, the objective of this study was to investigate the degradation of three drugs (atenolol, cimetidine and dexamethasone) by oxidative processes. Four different oxidative processes were performed for 30 minutes: chlorination (NaClO = 10 mg/L); ozonation (O3 = 8 mg/L); photocatalysis (TiO2 = 120 mg/L and UV-C light) and photolysis (UV-C light). The mineralization rates were determined by total organic carbon. The removal efficiency and the identification and characterization of the by-products formed were performed by low resolution (MS) and high resolution mass spectrometry (HRMS). The acute toxicity of the solutions treated by the MTT assay using human hepatocellular carcinoma (HepG2) was evaluated. Through the ECOSAR software, acute and chronic toxicity concentrations were predicted according to the structure of the identified by-products. For the three drugs, low rates of mineralization (up to 25 %) and high removal rates (greater than 30 %) were obtained after oxidative treatments. These values indicate that the removal of drugs occurs by transformation into recalcitrant by-products. The inspection of the mass spectra allowed for the elucidation of by-products. In the treatment of atenolol, 12 by-products were identified. By the MTT assay, a decrease in cell viability was observed, but the solutions were not considered to be toxic. By ECOSAR software, only the by-product ATE-238 was considered harmful to Daphnid and green algae, possibly by the presence of an aldehyde group in the structure. In the oxidative treatment of cimetidine were identified 7 by-products. In the MTT assay the treated solutions were not considered to be toxic. By ECOSAR software, the by-product CIM-97 was considered to be harmful for the three trophic levels studied, probably due to the presence of an imidazole group in the structure. After the treatment of dexamethasone, 16 by-products were formed. The solution treated by chlorination, only at the concentration of 1.00 mg/L, was considered toxic to HepG2 cells, as there was a significant decrease in cell viability. In this treatment was identified the by-product formed by the chlorination of dexamethasone. By ECOSAR software, 7 by-products were considered toxic in relation to acute and/or chronic toxicity and 3 were considered very toxic. Toxicity may be due to the interaction between the by-products and the glucocorticoid receptor of the organisms tested. The results obtained in this study can help in decision making in relation to drinking water treatments, since it was demonstrated that chemical and toxicity analyzes should be performed to guarantee the environmental safety of applied degradation processes.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental. Núcleo de Pesquisas e Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11953
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 20/02/2019 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante. Não permite o uso para fins comerciais nem a adaptação.
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