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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.75.2012.tde-24072012-165052
Documento
Autor
Nome completo
Eliane Sloboda Rigobello
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2012
Orientador
Banca examinadora
Vieira, Eny Maria (Presidente)
Julio, Marcelo de
Lanza, Marcos Roberto de Vasconcelos
Marchi, Mary Rosa Rodrigues de
Pádua, Valter Lúcio de
Título em português
Avaliação da remoção de diclofenaco e formação de subprodutos em tratamento de água
Palavras-chave em português
carvão ativado granular
ciclo completo
cloro
diclofenaco
dióxido de cloro
subprodutos
tratamento de água
validação de método
Resumo em português
A presença de resíduos de fármacos em águas superficiais e de abastecimento público tem preocupado a comunidade científica devido principalmente à sua persistência na água e aos efeitos adversos causados à comunidade aquática e aos possíveis riscos à saúde humana. Dentre os fármacos comumente identificados em águas de abastecimento público, encontram-se os anti-inflamatórios, como o diclofenaco (DCF), um dos fármacos mais consumidos no Brasil e no mundo. Nesse contexto, o presente trabalho, teve como objetivo principal estudar a eficiência das etapas de tratamento de água em ciclo completo (coagulação, floculação, sedimentação, filtração em areia e desinfecção com cloro) com e sem pré-oxidação com cloro e com dióxido de cloro e adsorção em carvão ativado granular (CAG) na remoção de DCF. Também foram determinados os trialometanos (THM) e identificados os principais subprodutos do DCF formados na oxidação com cloro e dióxido de cloro. Para a determinação do DCF nas amostras de água antes e após as etapas de tratamento de água foram desenvolvidos e validados métodos analíticos de extração em fase sólida (SPE) e cromatográfico por cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) com detecção no ultravioleta (UV). A validação do método foi feita de acordo com a resolução nº 899 de 2003 da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), considerando os requisitos para métodos bioanalíticos. Os procedimentos analíticos empregados foram efetivos e confiáveis para a identificação e quantificação do DCF nas amostras de água antes e após os processos de tratamento de água. Os ensaios de tratamento de água foram feitos em equipamento de reatores estáticos (jarteste) e filtros de escala laboratorial empregando-se água de poço artesiano não clorada preparada com substâncias húmicas aquáticas (SHA) para conferir cor verdadeira de 20 uH, caulinita para conferir turbidez de 70 uT e fortificada com 1 mg L-1 de DCF. Os resultados indicaram que as etapas de coagulação com sulfato de alumínio, floculação, sedimentação e filtração em areia não removeram o DCF. Nas etapas de préoxidação com cloro e dióxido de cloro e de pós-cloração houve remoção parcial do DCF, porém verificou-se a formação de subprodutos provenientes da oxidação do DCF. Dentre os THM, foi quantificado apenas o clorofórmio na etapa de pré-oxidação com cloro. Em geral, os resultados indicaram que o dióxido de cloro foi mais eficiente na redução do DCF e formou menos subprodutos. Entretanto, o tratamento em ciclo completo seguido da adsorção em CAG foi eficiente na remoção de DCF, com remoção maior que 99,7%. Os subprodutos formados na oxidação com cloro e dióxido identificados por cromatografia líquida acoplada a espectrometria de massas em série (LC-MS/MS) consistiram na descaboxilação/hidroxilação e substituição aromática de átomos de hidrogênio por cloro. Os subprodutos identificados na oxidação com cloro apresentaram as seguintes fórmulas moleculares: C14H112NO3, C13H10Cl3N e C14H10Cl3NO2. Com o dióxido de cloro foi identificado o subproduto de fórmula molecular igual a C14H11Cl2NO3.
Título em inglês
Evaluation of the removal of diclofenac and formation of by-products in water treatment
Palavras-chave em inglês
by-products
chlorine
chlorine dioxide
diclofenac
drinking water treatment
granular activated carbon
method validation
Resumo em inglês
The presence of pharmaceutical residues in surface waters and in drinking water supply has concerned the scientific community, mainly in which regards their persistence in water, adverse effects on the aquatic community and possible risks to human health. Antiinflammatory drugs, as diclofenac (DCF), are among those drugs commonly identified in drinking water supply. In this context, the main objective of this study was to assess the efficiency of the different stages of the conventional drinking water treatment (coagulation, flocculation, sedimentation, sand filtration and chlorine disinfection) with and without preoxidation with chlorine and chlorine dioxide and adsorption on granular activated carbon (GAC) in the removal of DCF. The trihalomethanes (THMs) were also determined and the main by-products of DCF formed by oxidation with chlorine dioxide and chlorine were identified. For the DCF determination in water samples before and after water treatment stages analytical methods of solid phase extraction (SPE) and chromatographic method by high performance liquid chromatography (HPLC) with detection in the ultraviolet (UV) were developed and validated. The method validation was based on Resolution nº 899 of the 2003 of the Brazilian National Health Surveillance Agency (ANVISA), considering the requirements for bioanalytical methods. The analytical procedures used were effective and reliable for the identification and quantification of DCF in the water samples before and after the water treatment stages. The water treatment tests were carried out in jar test equipment and filters on laboratory scale employing non chlorinated water of artesian well prepared with aquatic humic substances (AHS) to yield 20 uH true color, kaolin turbidity of 70 NTU and DCF concentration of 1 mg L-1. The results indicated that the stages of coagulation with aluminum sulphate, flocculation, sedimentation and filtration sand did not remove DCF. In the stages of pre-oxidation with chlorine and chlorine dioxide and chlorine disinfection the DCF was partially removed, however by-products were formed from the DCF oxidation. Among the THMs, only chloroform was quantified in the pre-oxidation with chlorine. In general, the results showed that chlorine dioxide was more effective to reduce the DCF and fewer by-products were formed. Nevertheless, the complete cycle treatment followed by GAC adsorption was effective to remove DCF (> 99.7%. removal). The by-products of the oxidation of DCF with chlorine and chlorine dioxide identified by liquid chromatography coupled tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) consisted in the descaboxylation/hydroxylation and aromatic substitution of hydrogen atoms by chlorine. The compounds identified in the oxidation with chlorine showed the following molecular formulas: C14H112NO3, C13H10Cl3N e C14H10Cl3NO2. The by-product identified using chlorine dioxide was C14H11Cl2NO3.
 
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Data de Publicação
2012-09-21
 
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