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Fitorremediação de águas contaminadas com fármacos

Author(s): Correia, Carolina Mourão

Date: 2010

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10174/16262

Origin: Repositório Científico da Universidade de Évora

Subject(s): Águas residuais; Antibióticos; LCMs; LECA; Oxitetraciclina; Phragmites australis; Antibiotics; Constructed Wetlands; LECA; Oxytetracycline; Phragmites australis; Wastewaters


Description

A presença de compostos farmacêuticos e seus metabolitos no ambiente aquático tornou-se nos últimos anos num problema ambiental emergente. Em particular, uma especial atenção tem vindo a ser dada aos antibióticos dada a sua ecotoxicidade e devido ao problema específico de desenvolvimento de estirpes bacterianas resistentes à sua acção. A baixa eficiência das ETARs na remoção da maior parte deste tipo de poluentes é uma das principais razões para a contaminação dos recursos hídricos e, portanto, é necessário o desenvolvimento de novos processos de tratamento que sejam eficientes na remoção de fármacos, mas se mantenham a níveis de custo aceitáveis. A utilização de leitos construídos de macrófitas (LCMs) tem surgido nas últimas décadas como um sistema de tratamento de efluentes líquidos de baixo custo e com elevadas eficiências na remoção de diversos poluentes orgânicos xenobióticos, incluindo alguns fármacos. Este trabalho teve como objectivo principal avaliar a eficiência de remoção de um antibiótico, a oxitetraciclina, por um microcosmos de LCM utilizando LECA 2/4 como matriz de suporte e plantado com Phragmites australis. Preliminarmente foi avaliada a capacidade de adsorção da oxitetraciclina pelo material LECA, a diversas concentrações iniciais, em água e num efluente recolhido após um tratamento secundário. A LECA mostrou elevada capacidade de remoção da oxitetraciclina, quer em água quer em efluente, embora neste último meio se tenha verificado uma ligeira diminuição na eficiência de remoção (4 a 8 %). A quantidade de oxitetraciclina adsorvida relacionou-se de uma forma linear com a quantidade inicial, tendo a LECA demonstrado estar ainda distante da saturação da sua capacidade de adsorção aos níveis de concentração testados (1.5 a 36 mg L-1). Posteriormente foi avaliada a eficiência de remoção de oxitetraciclina alcançada pelo microcosmos de LCM, a qual se verificou ter sido muito elevada (> 99 %) podendo a maior parte da eficiência ser atribuída à matriz de suporte através de fenómenos de adsorção. No entanto, comparando as remoções alcançadas em leitos plantados e não-plantados verificou-se que as plantas permitiram acelerar significativamente o processo de remoção. A cinética de remoção caracterizou-se por um passo inicial rápido, em que nas primeiras 6 h foi removida cerca de 88 % da quantidade inicial de oxitetraciclina nos leitos plantados e 67 % nos leitos não plantados, e por um passo subsequente mais lento, com a quase total remoção do fármaco, tendo as concentrações de equilíbrio sido alcançadas ao fim de 120 h nos leitos plantados e 144 h nos leitos não plantados. O facto de não se ter detectado oxitetraciclina em tecidos de folhas das plantas usadas nos ensaios sugere que o fármaco não é absorvido pelas plantas, ou, sendo absorvido, não é translocado para a parte aérea ou, então, sofre uma rápida metabolização/transformação (num período inferior a 48 h). Mesmo considerando a hipótese de não ser absorvido pelas plantas, é claro, pelos resultados, que estas têm um efeito positivo na sua remoção, podendo a influência das plantas dever-se a um estímulo do desenvolvimento dos microrganismos que se verificou serem capazes de biodegradar a oxitetraciclina e/ou à libertação de exsudados pelas raízes que poderão catalisar enzimaticamente a degradação deste antibiótico. Os resultados deste estudo apontam para a potencial utilização dos LCMs, tendo LECA como matriz de suporte e plantados com Phragmites australis, para a remoção de oxitetraciclina de efluentes contaminados com este antibiótico; ABSTRACT: The occurrence of pharmaceutical compounds and their metabolites in the aquatic environment has become an emergent environmental problem over the last years. A special attention is being given to antibiotics in particular, considering its ecotoxicity and the specific problem of the development of antibiotic resistant strains of bacteria. One of the main reasons for the contamination of water resources with pharmaceuticals is the low efficiency of wastewater treatment plants in removing most of these pollutants. Therefore, the development of efficient and cost-effective wastewater treatment processes is necessary to deal with this type of pollutants. The constructed wetlands systems (CWS) have become, over the last decades, a low cost and low maintenance wastewater treatment alternative which has already shown high efficiencies in the removal of several organic xenobiotic compounds, including some pharmaceuticals. The main objective of this work was to evaluate the removal efficiency of an antibiotic, oxytetracycline, by a microcosm of a CWS using LECA 2/4 as the support matrix and planted with Phragmites australis. In preliminary studies, the adsorption capacity of oxytetracycline by LECA was evaluated for several initial concentrations of oxytetracycline, in water and in a wastewater that was collected after secondary treatment. LECA has shown a high capacity for the removal of oxytetracycline, both in water and in wastewater, although some slight decrease in the removal efficiency (4 to 8 %) has been observed in latter. The adsorbed amounts of oxytetracycline presented a linear relationship with the initial amounts which showed that the adsorption capacity of LECA was still far from saturation at the concentration levels tested (1 – 36 mg L-1). Following, assays were conducted in order to evaluate the oxytetracycline removal efficiency by the CWS microcosms. Results have shown high removal efficiencies (> 99 %) which could be attributed mostly due to adsorption processes occurring at the support matrix. Nevertheless, by comparing the removals attained in planted beds with those obtained by unplanted beds, it could be observed that the presence of plants led to a significant acceleration of the removal process. The removal kinetics was characterized by a fast initial step that was responsible, during the first 6 h, for the removal of about 88 % of the initial amounts of oxytetracycline in the planted beds and 67 % in the unplanted beds. A subsequent slower step allowed for the additional removal of almost all remaining pharmaceutical, and the equilibrium concentrations were attained after 120 h and 144 h in the planted and unplanted beds respectively. The fact that no detectable amounts of oxytetracycline were found in leaf tissues of the plants used in the assays suggests that either the pharmaceutical is not taken up by the plants or, if it is, it is not translocated to aerial parts or it is quickly metabolized/transformed (within a period shorter than 48 h). Even considering the hypothesis that oxytetracycline is not taken up by the plants, it is quite clear that, considering the results obtained, plants have a positive effect in its removal. This contribution may consist of a stimulus for the development of microorganisms that were shown to be able to biodegrade oxytetracycline and/or the release of exudates that may enzymatically catalyze the degradation of this antibiotic. The results of this study point out the potential for the use of CWS, with LECA as support matrix and planted with Phragmites australis, for the removal of oxytetracycline from contaminated wastewaters.

Document Type Master thesis
Language Portuguese
Contributor(s) Dordio, Ana Vitória Martins Neves Barrocas; Teixeira, Dora Maria Fonseca Martins Ginja
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