DEGRADACIÓN, SORCIÓN Y BALANCE DE

MASAS DE PRODUCTOS FARMACÉUTICOS

DURANTE EL TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES

DRA. ISABEL MARTÍNEZ-ALCALÁ.

INVESTIGADORA DEL GRUPO IAMA (UCAM).

MURCIA, 10 DE NOVIEMBRE DE 2016

XIIJORNADAS TÉCNICAS

SANEAMIENTO Y DEPURACIÓN

Ó

9 Y 10

NOVIEMBRE

2016

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

1. ANTECEDENTES

• LOS CONTAMINANTES EMERGENTES SON SUSTANCIAS CONTAMINANTES DESCONOCIDAS O NO

RECONOCIDAS COMO TAL, CUYA PRESENCIA EN EL MEDIO AMBIENTE NO ES NECESARIAMENTE NUEVA,

PERO SÍ LA PREOCUPACIÓN POR LAS POSIBLES CONSECUENCIAS DE LA MISMA.

• EJEMPLOS DE FÁRMACOS QUE TERMINAN SIENDO VERTIDOS AL MEDIO AMBIENTE:

ANALGÉSICOS/ANTIINFLAMATORIOS (IBUPROFENO Y EL DICLOFENACO); ANTIEPILÉPTICOS

(CARBAMAZEPINA); ANTIBIÓTICOS (AMOXICILINA Y EL SULFAMETOXAZOL); Β-BLOQUEANTES

(METOPROLOL); HORMONAS; ETC.

• EL CONSUMO MUNDIAL DE FÁRMACOS SE CIFRA EN MILES DE TONELADAS AL AÑO Y CON TENDENCIA A

INCREMENTARSE.

• PELIGROSIDAD. POR LA POSIBILIDAD DE QUE SE DESARROLLEN CEPAS BACTERIANAS RESISTENTES,

PERSISTENCIA, ALGUNOS EXHIBEN PROPIEDADES CARCINOGÉNICAS, MUTAGÉNICAS O EMBRIOGÉNICAS,

APARICIÓN DE FENÓMENOS DE FEMINIZACIÓN, HERMAFRODITISMO Y DISMINUCIÓN DE LA FERTILIDAD.

1. ANTECEDENTES

• ESTUDIO COMPARATIVO DE

CONTAMINANTES EMERGENTES Y

PRIORITARIOS EN DISTINTAS EDARS DE LA

REGIÓN DE MURCIA: ALTERNATIVAS DE

MEJORA (2013-2014).

• DETERMINACIÓN CUALITATIVA Y

CUANTITATIVA DE DICLOFENACO Y OTROS

COMPUESTOS FARMACÉUTICOS EN LAS

EDARS DE ALCANTARILLA Y MULA

(MURCIA). APROXIMACIÓN POR BALANCE

DE MASAS (2014-2015).

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

2. OBJETIVOS

RAZONAR LA DEGRADACIÓN BIOLÓGICA DE LOS FÁRMACOS Y EL

GRADO DE SORCIÓN DE LOS MISMOS EN LOS LODOS GENERADOS

DURANTE EL TRATAMIENTO SECUNDARIO DE DEPURACIÓN.

1. EXAMINAR LA OCURRENCIA Y DESTINO DE LOS FÁRMACOS EN EL

TANQUE DE AIREACIÓN.

2. DETERMINAR LAS CONSTANTES DE VELOCIDAD DE DEGRADACIÓN

BIOLÓGICA (Kbiol) Y LOS COEFICIENTES DE SORCIÓN EN EL LODO (Kd).

3. EVALUAR EL BALANCE DE MASAS.

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

ZONA DE ESTUDIO: EDAR DE ROLDÁN, LO FERRO, BALSICAS

(TORRE PACHECO).

POBLACIÓN:

Servida: 10.917 Hab.

Equivalente: 7.213 Hab.

CAPACIDAD:

Diseño: 2.007.500 m3 a-1

Actual: 472.958 m3 a-1

TECNOLOGÍA APLICADA:

Fangos Activos - Aireación Prolongada + Coagulación + Floculación +

Filtro de Arena + Desinfección Ultravioleta.

Datos de http://www.esamur.com/mapa-de-edar

SITUACIÓN:

UTMX (ETRS89): 679615,75

UTMY (ETRS89): 4185244,92

Efluente

R.B. Anóxica

R.B. Anaerobia

R.B. Aeróbica

LodosInfluente

Muestras:

Aguas

Aguas y lodos

Lodos

LA CAMPAÑA DE MUESTREO SE

DESARROLLÓ DURANTE EL MES DE FEBRERO

DE 2016. SE TOMARON TRES RÉPLICAS DE

CADA UNA DE LAS MUESTRAS DE AGUAS Y

LODOS.

3. MATERIALES Y MÉTODOS

Condiciones Febrero 2016

TRH en el reactor biológico 87 h.

S.S. 4,09 g L-1

V30 700 mL L-1

Tª 6/19 ºC

Precipitaciones 0,00 mm.

3. MATERIALES Y MÉTODOS

CARBAMAZEPINA

C15H12N2O

CARBATROL,

EQUETRO,

TEGRETAL,

TEGRETOL

DICLOFENACO

C14H11NCL2O2

VOLTAREN

NAPROXENO

C14H14O3

ALEVE,

ANTALGIN,

MOMEN,

NAPROXENO

IBUPROFENO

C13H18O2

200 MARCAS

KETOPROFENO

Figuras modificadas de https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov

C16H14O3

ARCENTAL,

FASTUM,

KEITHON,

ORUDIS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

• EXTRACCIÓN DE FÁRMACOS EN

AGUAS (VANDERFORD Y COL., 2003).

• EXTRACCIÓN DE FÁRMACOS EN

LODOS (MARTÍN Y COL., 2010).

• DETERMINACIÓN DE CONSTANTES DE

DEGRADACIÓN Y COEFICIENTES DE

SORCIÓN (JOSS Y COL., 2009).

• CÁLCULO DE BALANCE DE MASAS

(GAO, 2012).

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

b)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Lodo

des

hidr

a.

Concentr

ació

n (

ng g

-1)

0

5

10

15

20

25

30

Figura 1. Concentración de carbamazepina en a) aguas b) lodos de diferentes partes de la EDAR. Media ± error estándar (n = 3).

a)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Efflu

ente

Concentr

ació

n (

ng L

-1)

0

2

4

6

8

10

12

4. RESULTADOS CARBAMAZEPINA

b)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Lodo

des

hidr

a.

Concentr

ació

n (

ng g

-1)

0

10

20

30

40

50a)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Efflu

ente

Concentr

ació

n (

ng L

-1)

0

20

40

60

80

100

Figura 2. Concentración de diclofenaco en a) aguas b) lodos de diferentes partes de la EDAR. Media ± error estándar (n = 3).

4. RESULTADOS DICLOFENACO

b)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Lodo

des

hidr

a.

Concentr

ació

n (

ng g

-1)

0

20

40

60

80

100a)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Efflu

ente

Concentr

ació

n (

ng L

-1)

0

100

200

300

400

500

Figura 3. Concentración de ibuprofeno en a) aguas b) lodos de diferentes partes de la EDAR. Media ± error estándar (n = 3).

4. RESULTADOS IBUPROFENO

b)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Lodo

des

hidr

a.

Concentr

ació

n (

ng g

-1)

0

5

10

15

20a)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Efflu

ente

Concentr

ació

n (

ng L

-1)

0

10

20

30

40

50

Figura 4. Concentración de ketoprofeno en a) aguas b) lodos de diferentes partes de la EDAR. Media ± error estándar (n = 3).

4. RESULTADOS KETOPROFENO

b)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Lodo

des

hidr

a.

Concentr

ació

n (

ng g

-1)

0

20

40

60

80a)

Influ

ente

Z. a

nóxica

Z. a

naer

óbica

Z. a

erób

ica

Efflu

ente

Concentr

ació

n (

ng L

-1)

0

100

200

300

400

500

Figura 5. Concentración de naproxeno en a) aguas b) lodos de diferentes partes de la EDAR. Media ± error estándar (n = 3).

4. RESULTADOS NAPROXENO

CBZ DCF IBP KTP NPX

Elim

inac

ión

de

fárm

acos

en e

l agu

a (%

)

0

20

40

60

80

100

120

Figura 6. Porcentajes de eliminación de los fármacos a su paso por la EDAR.

Kbiol Kd

Compuesto Kbiol (L g-1ss h-1)

Kd (L g-1ss)

Carbamazepina -0,870,47

Diclofenaco 1,310,11

Ibuprofeno 1,220,03

Ketoprofeno 0,810,04

Naproxeno -1,910,08

Tabla 1. Constante de biodegradación (Kbiol

) y equilibrio de sorción en el lodo (Kd) para los diferentes

compuestos estudiados.

a). Compuestos con Kbiol< 0,10 L g-1ss h-1 no son biodegradados en un grado significativo (<20%);

b). Compuestos con 0,10<Kbiol<10 L g-1ss h-1 tienen una biodegradación parcial (entre un 20% y un 90%);

c). Compuestos con Kbiol>10 L g-1ss h-1 tiene una alta tasa de biodegradación (>90%).

Compuesto InfluenteR.B. 1

(Anóxico)

R.B. 2

(Anaeróbico)

R.B. 3

(Aeróbico)Efluente Lodo recirculado Lodo eliminado

Carbamazepina 5,11 N.D. 1,53 11,2 11,3 N.D. 4.181

Diclofenaco 98,7 64,8 44,2 20,2 7,43 N.D. 5.841

Ibuprofeno 585 363 318 6,74 2,02 26.486 12.364

Ketoprofeno 567 180 239 14,0 12,9 3.486 N.D.

Naproxeno 49,9 21,1 23,5 19,3 21,2 N.D. 1.293

Tabla 2. Balance de masas de los compuestos farmacéuticos en los diferentes compartimentos de la EDAR (mg d-1).

N.D.: No Disponible.

Compuesto mbio (mg d-1) msor (mg d-1) Rbio (%) Rsor (%)

Carbamazepina 0,00 4.181 0,00 100

Diclofenaco 0,00 5.841 0,00 100

Ibuprofeno 14.704 12.364 54,3 45,7

Ketoprofeno 0.00 1.293 0,00 100

Naproxeno 4.040 N.D. 99,7 0,32

Tabla 3. Eliminación de compuestos farmacéuticos (msor) y (mbio) y porcentajes de eliminación (Rbio) y (Rsor)debidos a la biodegradación y a la sorción.

N.D.: No Disponible.

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

5. CONCLUSIONES

• LA EDAR DE ROLDÁN, QUE CUENTA CON UN SISTEMA CONVENCIONAL DE FANGOS ACTIVOS Y AIREACIÓN PROLONGADA,

PRESENTÓ UNA MODERADA CONCENTRACIÓN DE LOS FÁRMACOS EN SU INFLUENTE. LA ELIMINACIÓN DE DICHOS FÁRMACOS

EN AGUA FUE CASI COMPLETA, CON VALORES MAYORES AL 80%, CON LA EXCEPCIÓN DEL KETOPROFENO (55%) Y LA

CARBAMAZEPINA (NEGATIVA). POR LO QUE, TRAS EL TRATAMIENTO, LAS CONCENTRACIONES PRESENTES EN EL EFLUENTE

FUERON MUY BAJAS.

• EL CÁLCULO DE LA CONSTANTE DE BIODEGRADACIÓN INDICÓ QUE CARBAMAZEPINA Y NAPROXENO SUFRIERON UNA BAJA

BIODEGRADACIÓN (<20%), MIENTRAS QUE LOS DEMÁS FÁRMACOS FUERON BIODEGRADADOS PARCIALMENTE (20-90%). EL

COEFICIENTE DE SORCIÓN FUE MAYOR PARA CARBAMAZEPINA Y DICLOFENACO. LA ELIMINACIÓN DE LOS COMPUESTOS

DEBIDA A LA BIODEGRADACIÓN, FUE MAYOR EN IBUPROFENO Y KETOPROFENO, PERO PARA EL RESTO, SE ESTIMÓ QUE SU

PÉRDIDA FUE DEBIDA PRINCIPALMENTE A LA SORCIÓN EN LOS LODOS, QUE ERAN RETIRADOS DE LA EDAR.

• EN RELACIÓN A SU POSIBLE EFECTO SOBRE LA SALUD PÚBLICA, NO SE HAN ENCONTRADO EVIDENCIAS CIENTÍFICAS DE QUE

LAS CONCENTRACIONES ENCONTRADAS EN LOS EFLUENTES DE LA EDAR DE ROLDÁN PUEDAN SUPONER UN RIESGO PARA LA

SALUD DE LA POBLACIÓN, INCLUSO AUNQUE ESTAS AGUAS SE CONSUMIERAN A LO LARGO DE TODA LA VIDA, NO OBSTANTE

SE DEBE SEGUIR INVESTIGANDO PARA CERCIORARNOS DE LA INEXISTENCIA DE RIESGOS.

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

6. BIBLIOGRAFÍA

• B.J. VANDERFORD, R.A. PEARSON, D.J. REXING, S.A. SNYDER, ANALYSIS OF ENDOCRINE DISRUPTORS,

PHARMACEUTICALS, AND PERSONAL CARE PRODUCTS IN WATER USING LIQUID

CHROMATOGRAPHY/TANDEM MASS SPECTROMETRY, ANAL. CHEM. 75 (2003) 6265-6274.

• J. MARTÍN, J.L. SANTOS, I. APARICIO, E. ALONSO, MULTI‐RESIDUE METHOD FOR THE ANALYSIS OF

PHARMACEUTICAL COMPOUNDS IN SEWAGE SLUDGE, COMPOST AND SEDIMENTS BY

SONICATION‐ASSISTED EXTRACTION AND LC DETERMINATION, J. SEP. SCI. 33 (2010) 1760-1766.

• A. JOSS, S. ZABACZYNSKI, A. GÖBEL, B. HOFFMANN, D. LÖFFLER, C.S. MCARDELL, T.A. TERNES, A.

THOMSEN, H. SIEGRIST, BIOLOGICAL DEGRADATION OF PHARMACEUTICALS IN MUNICIPAL WASTEWATER

TREATMENT: PROPOSING A CLASSIFICATION SCHEME, WATER RES. 40 (2006) 1686-1696.

• P.D. GAO, OCCURRENCE OF PHARMACEUTICALS IN A MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANT: MASS

BALANCE AND REMOVAL PROCESSES, CHEMOSPHERE 88 (2012) 17-24.

CONTENIDOS

1. ANTECEDENTES

2. OBJETIVOS

3. MATERIALES Y MÉTODOS

4. RESULTADOS

5. CONCLUSIONES

6. BIBLIOGRAFÍA

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

7. PUBLICACIONES Y CONFERENCIAS

• COMPARISON OF THE REMOVAL EFFICIENCIES OF SELECTED PHARMACEUTICALS IN WASTEWATER TREATMENT PLANTS IN THE REGION OF MURCIA, SPAIN.

ECOLOGICAL ENGINEERING JOURNAL . 95, 811-816.

• PHARMACEUTICAL BIOLOGICAL DEGRADATION, SORPTION AND MASS BALANCE DETERMINATION IN A CONVENTIONAL ACTIVATED-SLUDGE WASTEWATER

TREATMENT PLANT. CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL: EN REVISION.

• REMOVAL OF PHARMACEUTICAL COMPOUNDS IN WASTEWATER TREATMENT PLANTS (WWTPS) AND EXPECTED ECOTOXICOLOGICAL EFFECTS IN THE SEGURA

RIVER, SOUTHEAST SPAIN. ECOLOGICAL ENGINEERING JOURNAL: EN REDACCIÓN

• ESTUDIO DE LA ELIMINACIÓN DE IBUPROFENO EN EDARS DE LA REGIÓN DE MURCIA. TECNOAQUA. EN REDACCIÓN.

• CONTAMINANTES EMERGENTES EN EL CICLO DEL AGUA. IV JORNADA DE LA GESTIÓN DEL CICLO INTEGRAL DEL AGUA Y EL MEDIO AMBIENTE. MEJORAS,

INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN EN LA GESTIÓN INTEGRAL DEL AGUA. MURCIA, ESPAÑA.

• COMPARISON OF EFFICIENCY IN REMOVING DRUGS IN 10 WWTPS AND THE POSSIBLE ECOTOXICOLOGICAL RISK. CONGRESO LAUDATO SI. MURCIA, ESPAÑA.

• DETERMINACIÓN CUANTITATIVA Y CUALITATIVA DE DICLOFENACO Y OTROS COMPUESTOS FARMACEÚTICOS EN LAS EDARS DE ALCANTARILLA Y MULA (REGIÓN

DE MURCIA). CONGRESO LAUDATO SI. MURCIA, ESPAÑA.

• ECOTOXICOLOGICAL RISK ASSESSMENT AND REMOVAL OF PHARMACEUTICAL COMPOUNDS IN 12 WWTPS. GLOBAQUA INTERNATIONAL CONFERENCE.. 2016.

FREISING, ALEMANIA.

• PRELIMINARY STUDY OF PHARMACEUTICALS COMPOUNDS BY DIFFERENT TECHNOLOGIES USED IN WWTPS IN THE REGIÓN DE MURCIA. PREDICTION OF

CONSUMPTION DATA. GLOBAQUA INTERNATIONAL CONFERENCE. 2014. BARCELONA, ESPAÑA.

“Muchas gracias por su atención”

•«Nada es veneno, todo es

veneno: la diferencia está en la

dosis». Paracelso (1493-1541).