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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2023.tde-02052023-102526
Document
Author
Full name
Alexander de Souza Aragão
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2023
Supervisor
Committee
Silva, Ariovaldo Jose da (President)
Costanzi, Ricardo Nagamine
Ribeiro, Rogers
Title in Portuguese
Remoção de fármaco doxiciclina de água residuária sintética por meio do processo de eletrocoagulação
Keywords in Portuguese
contaminantes emergentes
eletrocoagulação
tratamento eletroquímico
tratamento terciário
Abstract in Portuguese
O desenvolvimento da indústria farmacêutica e o uso indiscriminado de produtos farmacêuticos têm chamado a atenção de órgãos reguladores e agências ambientais para evitar a proliferação de microrganismos resistentes a antibióticos nos corpos hídricos. A doxiciclina (DOX), assim como outros produtos farmacêuticos, é um antibiótico de amplo espectro da classe das tetraciclinas, utilizado de forma terapêutica no tratamento de infecções bacterianas. Contudo, a remoção desse composto em soluções convencionais de tratamento pode não ser satisfatória, exigindo-se alternativas mais eficientes. O tratamento por eletrocoagulação é uma dessas alternativas, apresentando aplicações promissoras no tratamento de fármacos e de outros contaminantes emergentes de maneira relativamente simples, utilizando compostos coagulantes formados em reações de hidrólise durante a operação do reator. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi de estabelecer parâmetros operacionais para a remoção de DOX de água residuária sintética por meio do processo de eletrocoagulação com eletrodos de alumínio, comparando sua eficiência de remoção em cinco diferentes condições de corrente elétrica, tensão e tempo de tratamento. Além disso, buscou-se comparar e avaliar a influência do processo de eletrocoagulação sobre os parâmetros condutividade, DQO, pH e temperatura em cada uma das condições estudadas. Os resultados indicaram concentração de DOX no efluente após o tratamento abaixo do limite de detecção do método de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), e eficiência de remoção acima de 90% em todas as condições analisadas, além de remoção média de DQO de 71,4% em relação à condição inicial. Os valores de pH medidos variaram de 9,05 a 9,20, enquanto a condutividade e o aumento de temperatura variaram de 814 µS.cm-2 a 849 µS.cm-2 e de 11% a 52%, respectivamente, nas condições analisadas. A análise estatística dos resultados de cada condição indicou pouca variação entre estes, assim como correlação estatisticamente significativa entre os parâmetros corrente elétrica e variação de temperatura (0,75) e entre os parâmetros pH e tempo de tratamento (0,55). Dessa maneira, considerando o critério econômico, adotou-se como condição ideal a corrente aplicada de 0,5 A e o tempo de tratamento de 20 min. Nesta condição, o consumo de energia elétrica foi de 2,67x10-3 kWh.m-3, enquanto o consumo estimado da massa do eletrodo foi de 55,92 g.m-3. Com isso, o custo operacional estimado do tratamento foi de R$ 2,13 m-3, indicando o potencial do processo de eletrocoagulação no tratamento de água residuária contendo o fármaco doxiciclina de maneira eficaz e com baixo custo.
Title in English
Removal of doxycycline pharmaceutical compound from synthetic wastewater using electrocoagulation process
Keywords in English
electrochemical treatment
electrocoagulation
emerging contaminants
tertiary treatment
Abstract in English
The development of the pharmaceutical industry and the indiscriminate use of pharmaceutical products have drawn the attention of regulatory bodies and environmental agencies to avoid the proliferation of antibiotic-resistant microorganisms in water bodies. Doxycycline (DOX), as other pharmaceutical products, is a broad-spectrum antibiotic of the tetracycline class, used therapeutically in the treatment of bacterial infections. However, the removal of this compound in conventional treatment solutions may not be satisfactory, requiring more efficient alternatives. Electrocoagulation wastewater treatment is one such alternative, showing promising applications in the treatment of pharmaceuticals and other emerging contaminants in a relatively simple manner, using coagulating compounds formed through hydrolysis reactions during reactor operation. In this context, the objective of this work was to establish operational parameters for the removal of DOX from synthetic wastewater using aluminum electrode electrocoagulation, comparing its removal efficiency under five different electric current, voltage and treatment time conditions. Additionally, the influence of the electrocoagulation process on conductivity, COD, pH, and temperature parameters under each of the studied conditions was compared and evaluated. The results indicated that DOX concentration in the effluent after treatment was below the detection limit of the high-performance liquid chromatography (HPLC) method, and that removal efficiency was above 90% under all analyzed conditions, as well as an average COD removal of 71.4% compared to the initial condition. The measured pH values ranged from 9.05 to 9.20, while conductivity and temperature increase varied from 814 µS.cm-2 to 849 µS.cm-2 and 11% to 52%, respectively, under the analyzed conditions. Statistical analysis of each conditions results indicated little variation between them, as well as statistically significant correlation between electric current and temperature increase (0.75) and between pH and treatment time (0.55). Thus, considering the economic criteria, the applied current of 0.5 A and the treatment time of 20 minutes was adopted as the ideal condition. In this condition, electrical energy consumption was 2.67x10-3 kWh.m-3, while estimated electrode mass consumption was 55.92 g.m-3. Thus, the estimated operational cost of the treatment was R$ 2.13 m-3, indicating the potential of the electrocoagulation process for effectively and affordably treating wastewater containing the doxycycline pharmaceutical compound.
 
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Publishing Date
2023-05-03
 
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