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).