revista latinoamericana el ambiente y las ciencias...

Revista Latinoamericana el Ambiente y las Ciencias 9(21):1714 – 1726 2018

Memoria en extenso. XVII Congreso Internacional XXIII Congreso Nacional de Ciencias Ambientales

1714

Identificación de fármacos en una planta de tratamiento de agua residual urbana.

Identification of pharmaceutical in urban wastewater treatment plant.

1Ángeles Martínez Orgániz, §2José Elías Becerril Bravo, 3María Laura Sampedro Rosas, 3José

Luis Rosas Acevedo, 4Giovanni Hernández-Flores, 5Juan Ernesto Mendoza Ramos.

1Escuela Superior de Ciencias Naturales, Universidad Autónoma de Guerrero. Carretera Nacional

Chilpancingo-Petaquillas, Ex Rancho Shalako, calle Universidad s/n, Chilpancingo, Guerrero,

México. C. P. 39105 ([email protected]). 2Instituto de Ingeniería, Universidad Nacional

Autónoma de México. Ciudad Universitaria, Coyoacán, Ciudad de México. C. P. 04510.

([email protected]). 3Centro de Ciencias de Desarrollo Regional, Universidad

Autónoma de Guerrero. Calle Pino s/n, colonia El Roble, Acapulco, Guerrero. México. C. P. 39640

([email protected], [email protected]). 4Catedrático CONACYT Escuela Superior de

Ciencias de la Tierra. Universidad Autónoma de Guerrero. Ex-hacienda de San Juan Bautista,

Taxco el Viejo, Guerrero, México. C. P. 40323 ([email protected]). 5Escuela Superior de

Desarrollo Sustentable, Universidad Autónoma de Guerrero. Carretera Nacional Acapulco-

Zihuatanejo Km. 106 + 900. Col. Las Tunas, Tecpan de Galeana, Guerrero. C.P. 40900

([email protected]). Correspondencia [email protected]

RESUMEN Una gran diversidad de fármacos son introducidos continuamente al medio

acuático como resultado de su elevada producción y consumo, incrementando el interés en

su estudio debido a la preocupación por su potencial efecto en la salud humana y el

ambiente. Desafortunadamente, las plantas de tratamiento de agua residual (PTAR)

convencionales son consideradas una de las principales fuentes de contaminación debido a

que no están diseñadas para remover fármacos, incluyendo a los antibióticos, y una gran

proporción de éstos pueden no ser eliminados y entrar al ambiente acuático a través de sus

efluentes. El estudio de algunos fármacos se encuentra entre las líneas de investigación

prioritarias de los principales organismos dedicados a la salud pública y ambiental a nivel

mundial (OMS, EPA, Comisión Europea). Sin embargo, en México es poca la información

con la que se cuenta sobre la presencia de fármacos en agua residual. El objetivo de este

trabajo fue identificar la presencia de fármacos en muestras de influente y efluente de una

PTAR urbana. Este estudio fue realizado en una PTAR de México. Los fármacos fueron

extraídos siguiendo un procedimiento de extracción en fase sólida (SPE por sus siglas en

inglés) y analizados por cromatografía líquida espectrometría de masas en tandem (LC-

MS/MS por sus siglas en inglés). Se identificaron los siguientes antibióticos Cefalexina,

Claritromicina, y Trimetroprima, yel antiepiléptico Carbamazepina (considerada, por su

persistencia, un posible marcador de contaminación antropogénica en aguas superficiales y

subterráneas), tanto en el influente como en el efluente de la PTAR. Este estudio permitió



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la identificación de fármacos que no son eliminados por una PTAR urbana y que son

descargados al ambiente acuático.

Palabras claves: Antibióticos, Contaminantes Emergentes, Carbamazepina

INTRODUCCIÓN

El primer estudio de contaminación por productos farmacéuticos en una planta de

tratamiento de agua residual (PTAR) se realizó en Kansas City en 1976, los resultados

fueron publicados y luego ignorados por 15 años(Hignite & Azarnoff, 1977).Sin embargo,

en los últimos años, la presencia y destino de los fármacos en el ambiente forma parte de

una de las principales líneas de investigación a nivel mundial, principalmente en Europa

(Alygizakis et al., 2016; Osorio et al., 2016), debido a que se ha detectado la presencia de

diversos grupos de fármacos utilizados en la medicina humana y veterinaria en aguas

superficiales subterráneas empleadas para consumo humano (Hilton & Thomas, 2003;

Arpin-Pont et al., 2016). La presencia de fármacos en el ambiente genera efectos negativos

sobre la salud humana y en ecosistemas acuáticos. (Aubertheau et al., 2017; Santos et al.,

2010). Algunas bacterias pueden generar resistencia a antibióticos, debido a que tiene la

capacidad de adaptarse y sobrevivir a su exposición mediante mutación genética o

adquisición de genes de resistencia (Christou et al., 2017).

Los fármacos, (analgésicos, anti-convulsionantes, anti-depresivos, anti-inflamatorios,

hormonas y antibióticos), son considerados una clase importante de contaminantes

emergentes (Yang et al.,2017). Su presencia y sus consecuencias ambientales son poco

conocidas y no necesitan ser persistentes para ocasionar efectos negativos, debido a que

tienen una amplia variedad de propiedades físicas y químicas, usos y mecanismos de

acción, y en consecuencia no se encuentran regulados.Varios productos farmacéuticos

después de ser ingeridos, son excretados del cuerpo sin cambios o como metabolitos activos

en altos porcentajes, y son liberados a los sistemas de alcantarillado público llegando en el

influente a las PTAR(Castiglioni et al., 2005). Los procesos de tratamiento de agua residual

convencionales no están diseñados para eliminareste tipo de contaminantes por lo que a

menudo no los remueven de manera eficiente, permitiendo su entrada continuaval medio

ambiente a través de los efluentes de las PTAR, consideradas una de las principales fuentes

de contaminación por fármacos en el medio acuático (Jelićet al., 2012; Verlicchi et

al.,2012). Varios estudios han detectado la presencia de fármacos en aguas superficiales y



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subterráneas, asociados con la eliminación de aguas residuales (Barnes et al., 2008; Miller

y Meek, 2006; Nikolaou et al., 2007; Ternes y Hirsch, 2000; Watkinson et al., 2009)

incluyendo antibióticos de uso veterinario y humano: ciprofloxacina, eritromicina,

sulfametoxazol, y antiepilépticos como la carbamazepina uno de los fármacos que se

encuentran en la lista de sustancias identificadas para monitoreo de la UE en el marco del

agua (Stuart et al., 2011). Actualmente, el desarrollo de nuevas técnicas analíticas ha

permitido la detección de fármacos en agua residual, superficial y subterránea en

concentraciones de ng/L o μg/L aumentando la detección de fármacos en los ambientes

acuáticos (Tewari et al., 2013). La detección de fármacos en el medio acuático ha sido

ampliamente investigada en los países desarrollados, sin embargo, en México existen pocos

estudios que permiten tener antecedentes de su presencia. Estrada-Arriaga et al., (2016)

detectó diversos fármacos (antibióticos, antiinflamatorios y carbamazepina) en una PTAR

en la ciudad de Guanajuato. Rivera-Jaimes et al. (2018) encontró doce productos

farmacéuticos en muestras de agua residuales y superficiales en Cuernavaca, Morelos.

Durán-Alvarez et al., (2009) y Gibson et al.,(2010) estudiaron la presencia de fármacos en

el suelo y su posterior transferencia a el agua subterránea en el Valle del Mezquital,

Hidalgo, una de las áreas más grandes en el mundo que utiliza agua residual para riego de

cultivos agrícolas, persistencia y potencial de lixiviación de un grupo de productos

farmacéuticos ácidos, carbamazepina siendo la más persistente entre 55% y 107% y tres

disruptores endocrinos en suelos del Valle de Tula en México.

El conocimiento sobre la presencia de fármacos en efluentes de agua residual de una PTAR

es necesario como punto de partida para la investigación de tratamientos más avanzados, lo

cual podría aumentar las tasas de eliminación y por lo tanto reducir el riesgo ambiental.

El objetivo de este trabajo fue identificar la presencia de fármacos en muestras de influente

y efluente de una PTAR urbana.

METODOLOGÍA

Sitio de estudio

Este estudio fue realizado en una PTAR que trata el agua residual urbana generada por una

población estimada de 800 mil habitantes. La PTAR tiene una capacidad instalada de 1350

l.p.s de caudal en el efluente, con un proceso biológico aeróbico a nivel secundario por

lodos activados con desinfección por radiación UV para el agua y espesamiento mecánico,

digestión aeróbica y deshidratación en filtros banda para los lodos. El tratamiento

preliminar al tratamiento biológico del agua residual cruda consiste en la eliminación de la

materia flotante, basura y sólidos gruesos por medio de tratamientos mecánicos de desbaste



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grueso y fino y la desarenación mecánica con aeración y con extracción mecánica del

material granular.

Muestreo y preparación de las muestras

Las muestras fueron colectadas en el influente y el efluente de la PTAR por duplicadoen

frascos de vidrio ámbar de 1 L, previamente lavados con metanol y agua ultra pura.

Seajustó el pH de las muestras (pH = 3) con ácido sulfúrico al 37% y se mantuvieron a 4 °C

hasta el momento de su procesamiento, el cual se realizó el mismo díaen el Laboratorio de

Análisis Químico Ambiental del Centro de Ciencias de Desarrollo Regional de la UAGro.

El agua residual fue filtrada con vacío a través de filtro de microfibra de vidrio de 0.45 μm

(Whatman GF/C).

Extracción y análisis de fármacos

Los fármacos fueron extraídos de las muestras de agua residual por extracción en fase

sólida (SPE por sus siglas en inglés) utilizando cartuchos Strata-X (500mg, 6ml,

Phenomenex, UK) y usando una estación múltiple de procesamiento a vacío (Agilent

Technologies). Los cartuchos fueron previamente acondicionados con 5 ml de metanol

seguido de 5 ml de agua ultrapura con un pH de 3 y secados a vacío durante 30 min. Un

volumen de 500 mL de influente y 1000 mL de efluente fueron pasados por los cartuchos a

un flujo aproximado de 10 ml/min. Después de la carga de la muestra, los cartuchos fueron

lavados con agua ultrapura y secados a vacío por 20 minutos. Los cartuchos se almacenaron

a 4 °C hasta su elución. Los analitos se eluyeron con 10 ml de metanol. Los extractos

fueron evaporados hasta sequedad bajo una suave corriente de nitrógeno y reconstituidos

con 50 μL de acetonitrilo: agua ultrapura (30:70, v/v). Los extractos fueron analizados por

cromatografía líquida espectrometría de masas en tandem (LC-MS/MS por sus siglas en

inglés) con una fuente de ionización de electrospray en el Instituto de Diagnóstico

Ambiental y Estudios del Agua, Barcelona, España. Para el análisis se utilizaron soluciones

de una mezcla de estándares certificados: Tetraciclina, Cefalexina, Trimetoprima,

Sulfamethazine, Sulfathiazole, Sulfadiazine, Ofloxacino, Enrofloxacino, Ciprofloxacino,

Sulfamethizole, Azitromicina, Clindamicina, Sulfamethoxazole, Claritromicina,

Eritromicina, Sulfadimethoxine y Carbamazepina (pureza > 99 %).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En las figuras 1-5, se muestras los cromatogramas de cada uno de los fármacos encontrados

en las muestra1 de influente (a), muestra 2 de influente (b), muestra 1 de efluente (c) y

muestra 2 de efluente (d), con sus respectivos estándares. Se identificaron los antibióticos:



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Trimetroprima, Cefalexina, Claritromicina, así como la presencia del antiepiléptico

Carbamazepina, tanto en el influente como en el efluente de la PTAR.



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La presencia de fármacos en diferentes matrices ambientales ha generado un gran interés

debido a los posibles efectos negativos que pudieran causar en la salud humana, por tal la

importancia de poderlos identificar en un país como México, en el cual aún existe poca

información, sin embargo, los antibióticos son los que han sido ampliamente detectados en

efluentes de agua residual e incluso agua potable en todo el mundo (Ye et al., 2007;

Yiruhan et al., 2010). Además de ser los que causan mayor preocupación a la comunidad

científica.

Los resultados de esta investigación se muestran En las figuras 1-5, los cromatogramas de

cada uno de los fármacos encontrados en las muestra 1 de influente (a), muestra 2 de

influente (b), muestra 1 de efluente (c) y muestra 2 de efluente (d), con sus respectivos

estándares. Se identificaron los antibióticos: Trimetroprima, Cefalexina, Claritromicina, así

como la presencia del antiepiléptico Carbamazepina, tanto en el influente como en el

efluente de la PTAR. Por lo cual podemos confirmar la presencia de antibióticos en el

efluente de la planta de tratamiento que se analizó en México.

En México existen pocos estudios que permiten tener antecedentes de su presencia de

fármacos Estrada-Arriaga et al., (2016) detectó diversos fármacos (antibióticos,

antiinflamatorios y carbamazepina) en una PTAR en la ciudad de Guanajuato. Rivera-

Jaimes et al. (2018) encontró doce productos farmacéuticos en muestras de agua residuales

y superficiales en Cuernavaca, Morelos. Durán-Alvarez et al., (2009) y Gibson et al.,(2010)

estudiaron la presencia de fármacos en el suelo y su posterior transferencia a el agua

subterránea en el Valle del Mezquital, Hidalgo, una de las áreas más grandes en el mundo

que utiliza agua residual para riego de cultivos agrícolas, persistencia y potencial de

lixiviación de un grupo de productos farmacéuticos ácidos, carbamazepina siendo la más

persistente entre 55% y 107% y tres disruptores endocrinos en suelos del Valle de Tula en

México.

CONCLUSIONES

La presencia de fármacos en el medio acuático ha sido investigado desde hace varias

décadas y ampliamente estudiado a nivel mundial, sin embargo aunque falta mucho trabajo

en los países en desarrollo, un gran porcentaje de las plantas de tratamiento de agua

residual no operan de manera correcta y mucho menos eliminan este tipo de contaminantes

debido a que no están diseñadas para dicha función, lo cual genera un gran problema ya que

son la fuente principal de introducción de fármacos al ecosistema, poniendo en riesgo el

ecosistema y la salud humana.



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En este estudio se identificaron antibióticos Trimetroprima, Cefalexina, Claritromicina así

como la presencia del antiepiléptico Carbamazepina, tanto en el influente como en el

efluente de la PTAR lo que permite concluir que este tipo de fármacos se encuentran en el

medio acuático confirmando la presencia y variedad de fármacos en los efluentes de agua

residual con otros estudios a nivel mundial.

En México existen pocos estudios sobre la presencia de fármacos en los efluentes de agua

residual con este estudio se aporta información para su posible regulación futura.

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