Processos baseados em irradiação UV aplicados à mineralização de eritromicina

Abstract

Processos convencionais de tratamento de efluentes são insuficientes para a remoção de antibióticos, que podem contribuir para o desenvolvimento de resistência bacteriana. Dessa forma processos alternativos de tratamento vêm sendo estudados, como os baseados em irradiação UV. O presente trabalho avaliou a aplicação de fotólise (F), fotocatálise heterogênea (FH) e fotoeletrooxidação (FEO), para a mineralização de eritromicina (ERI), um antibiótico de importante risco ambiental. Foram utilizadas lâmpadas de vapor de mercúrio de alta pressão de 125 W e 250 W e catalisadores de Ti/TiO2 e Ti/Ru0,3Ti0,7O2. Em solução de ERI em água deionizada (AD+ERI), analisaram-se o efeito do fluxo fotônico, do pH inicial (7, 4 ou 11) e da concentração inicial de ERI (10 ou 50 mg/L) sobre os processos. Depois, analisou-se a influência da matriz, utilizando-se um efluente doméstico real (EFD) adicionado de ERI (EFD+ERI). Observou-se que: (i) a FEO apresenta efeitos sinérgicos e supera as limitações de recombinação eletrônica da FH; (ii) um fluxo fotônico mais alto favoreceu as fototransformações, a formação de HO e a mineralização; (iii) a mineralização foi maior em pH 7 para F e em pH 4 e 7 para FH e FEO, devido a efeitos de especiação da ERI, do catalisador e das espécies oxidantes; (iv) a menor concentração inicial de ERI apresentou maior mineralização para a FEO. A mineralização de AD+ERI seguiu cinéticas aparentes de primeira ordem, indicando a formação de produtos intermediários, que são posteriormente mineralizados. F e FEO apresentaram os melhores resultados de mineralização para AD+ERI, sendo os dois processos então aplicados ao EFD+ERI. A F não resultou em mineralização quando aplicada ao EFD+ERI, devido à absorção de fótons pela matriz. Por outro lado, devido à formação eletroquímica de espécies como o Cl2 e o SO4- a partir dos íons presentes no EFD, a FEO levou a uma mineralização de EFD+ERI semelhante à de AD+ERI. Assim, a FEO se apresenta como a melhor alternativa entre os processos estudados, sendo recomendado o uso de um pH inicial neutro e do maior fluxo de fótons. Ensaios de crescimento radicular em cebolas indicaram não haver toxicidade devido à exposição ao EFD+ERI tratado. No entanto, ainda se faz necessário analisar a formação de produtos de reação, bem como a genotoxicidade do efluente.

Conventional wastewater treatment processes are insufficient for the removal of antibiotics, which contribute to the development of bacterial resistance, leading to increasingly difficult to treat infections. Therefore, alternative treatment processes are being studied, such as those based on UV irradiation. This study evaluated the application of photolysis (P), heterogeneous photocatalysis (HP) and photoelectro-oxidation (PEO) for the mineralization of erythromycin (ERY), an antibiotic of significant environmental risk. High-pressure mercury vapor lamps of 125 W and 250 W and Ti/TiO2 and Ti/Ru0.3TiO2 catalysts were used. The effect of photon flux, of initial pH (7, 4 or 11) and of initial ERY concentration (10 or 50 mg/L) on the processes were analyzed in ERY solution in deionized water (DW+ERY). Then, the influence of the matrix was analyzed, using a real domestic wastewater (WW) spiked with ERY (WW+ERY). It was observed that: (i) PEO has synergistic effects and overcomes the limitations of electronic recombination of HP; (ii) a higher photon flux favored phototransformations, HO formation and mineralization; (iii) mineralization was higher at pH 7 for P and at pH 4 and 7 for HP and PEO, due speciation effects of ERY, of the catalysts and of oxidant species; (iv) the lower initial ERY concentration showed higher mineralization for PEO. The mineralization of DW+ERY followed apparent first order kinetics, indicating the formation of intermediate products, which are later mineralized. Since P and PEO presented the highest mineralization for DW+ERY, the two processes were then applied to WW+ERY. Due to matrix absorption of photons, P did not result in mineralization of WW+ERY. On the other hand, due to the ions in DWW and the electrochemical formation of species such as Cl2 and SO4-, PEO led to a similar mineralization as in DW+ERY. Thus, the PEO was considered the best alternative, among the studied processes, for the treatment of WW+ERY. An initial pH of 7 and the higher photon flux would be recommended. Root growth tests on onions indicated no toxicity due to exposure to the treated WW+ERY. However, it is still necessary to analyze the formation of reaction by-products, as well as genotoxicity of the wastewater.