Degradation of the pharmaceuticals amoxicillin and ampicillin and evaluation of toxicity and biodegradability of derived-products

A presença de compostos farmacêuticos e de higiene pessoal no ambiente aquático tem sido objeto de preocupação entre a comunidade científica. Uma forma de aporte dessas substâncias ocorre por meio dos efluentes das indústrias farmacêuticas que possuem baixa biodegradabilidade e alta toxicidade. A preocupação com relação aos efluentes da produção industrial dos antibióticos beta-lactâmicos se deve ao fato de que os mesmos podem promover efeitos negativos como o desenvolvimento de organismos resistentes no ambiente aquático. O presente estudo avalia a eficiência dos Processos Oxidativos Avançados (POA) homogêneo UV, H2O2/UV, Fe2+/H2O2, Fe2+ H2O2/UV, Fe3+/ H2O2, Fe3+/ H2O2/UV e Fe2+/ H2O2/solar na degradação de amostras sintéticas dos antibióticos AMX e AMP. Para esses POA investigou-se o efeito de parâmetros como a concentração dos íons Fe+2, Fe+3, a concentração de H2O2, a ação da radiação UV e solar na degradação de AMX e AMP. O processo Fenton (Fe2+/H2O2) apresentou os melhores resultados mostrando-se bastante promissor. Esse processo é eficiente, simples e de baixo custo A avaliação da eficiência dos processos se deu por meio do acompanhamento da variação da concentração de AMX e AMP por espectrofotometria no UV, pela redução da DQO durante 60 min de reação e pela avaliação da presença de compostos carbônicos nos resíduos sólidos da degradação por espectrometria no IR. A toxicidade e a biodegradabilidade dos produtos formados pelo processo Fenton também foram objeto de estudo. A toxicidade foi avaliada pela influência na determinação da dose letal para 50% dos organismos (DL50) em Artemia salina e pela inibição do crescimento radicular e alteração no ciclo celular mitótico do organismo Allium cepa. Os resultados observados para a redução da concentração dos analitos AMX e AMP foram acima de 95,0% para os POA Fenton e foto-Fenton após 60 min de reação. A redução da DQO observada para o processo Fenton atingiu 75% para AMX e 81% para AMP. O resíduo sólido resultante do processo de oxidação com Fe2+/H2O2 para AMX e AMP mostrou, para ambos os antibióticos, a presença de compostos carbônicos. As respostas para toxicidade dos produtos gerados resultaram para o sistema-teste Artemia salina um DL50=70% (v/v) após 48 h de ensaio, para AMX/Fenton e DL50= 50% (v/v), após 72 h, de ensaio para AMP/Fenton. No sistema-teste Allium cepa, a toxicidade avaliada pelo crescimento da raiz foi observada para soluções acima de 5% de diluição (v/v) tanto para AMX quanto para AMP. Quanto à genotoxicidade, os resíduos de degradação apresentaram para o sistema Allium cepa alterações no ciclo celular mitótico, o que indica toxicidade podendo promover mutação no conteúdo genético celular. A biodegradabilidade (DBO/DQO) dos resíduos do tratamento por Fe2+/H2O2 mostraram uma recalcitrância indicando a necessidade de tratamento combinado como químico/biológico para este efluente. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACTThe presence of active pharmaceutical substances and personal-care products in aquatic environment has been a great concern for the scientific community. Pharmaceutical industries are one of the main sources of these types of compounds, which are characterized by low degradability and high toxicity. The antibiotic preparation may negatively affect living organisms in water bodies. However, some organisms in the water bodies may become resistant after their contact with the bioactive chemical wastes. In the present work the efficiency of some homogeneous Advanced Oxidation Process (AOP) UV, H2O2/UV, Fe2+/H2O2, Fe2+ H2O2/UV, Fe3+/ H2O2, Fe3+/ H2O2/UV e Fe2+/ H2O2/solar radiation was investigated toward the degradation of AMX and AMP. The effect of relevant experimental parameters Fe+2, Fe+3, H2O2 concentration and the UV radiation was investigate. The Fenton process (Fe2+/H2O2) offered the most promising results, mainly accounts of high degradation capacity higher than 97% at reaction time 60 min. This process is high operational, simplicity and low coast. The efficiency of Fenton process was available using UV-Vis spectral data and chemical oxygen demand (COD). The results showed that AOP Fenton and AOP photo-Fenton are able to reduce near 100% of the concentrations of AMX and AMP after 60 min of reaction. The reduction of COD using Fenton process reached 75% and 81% for AMX and AMP, respectively. Solid residues from AMX and AMP oxidation reactions produced by Fenton reagent was evaluated by infrared spectroscopy (IR). The IR results showed the presence of carbonic compounds for both antibiotics. Toxicity tests with Artemia salina and Allium cepa were performed because of fast answers related to the toxicity of by-products from oxidation process. Artemia salina was efficient for the AMX/Fenton and AMP/Fenton, which showed DL50= 70% (v/v), after 48 h, and DL50= 50% (v/v), after 72 h, respectively. Allium cepa was efficient for chemical solution greater than 5% dilution (v/v) for both AMX and AMP considering the effects of toxicity on roots growth. Allium cepa showed changes in the mitotic cellular cycle for both AMX and AMP under Fenton reagent. It indicates an eventual mutation in the cellular genetic content. The biodegradability (BOD/COD) of Fenton process residue was investigated and shows the low biodegradation for AMX residues