Sistema semi-piloto integrado de foto-Fenton solar e adsorção para a remoção de fármacos do kit-COVID e seus produtos de transformação em efluente hospitalar

Abstract

A presença de fármacos em efluentes hospitalares é amplamente reportada devido ao seu uso crescente e à sua baixa taxa de remoção nas estações de tratamento convencionais. Nesse contexto, o presente estudo avaliou a aplicação do processo foto-Fenton solar (SPF, do inglês solar photo Fenton), e seu acople com o processo de adsorção como estratégia de mitigação de fármacos amplamente usados durante a pandemia da COVID-19: azitromicina (AZT), acetato de dexametasona (ADEX), dipirona (DIP), hidroxicloroquina (HCQ), nitazoxanida (NTZ) e paracetamol (PCT) em água deionizada e efluente hospitalar. O processo SPF de forma isolada foi avaliado em pH ácido (2,8) e próximo a neutralidade (5,0) combinado com diferentes estratégias de adição de Fe2+. A degradação dos fármacos foi mais eficiente em pH ácido, entretanto um maior número produtos de transformação (TPs, do inglês transformation products) foram gerados. O pior cenário foi a DIP que levou a formação de 16 TPs. Através de predições in sílico de risco à saúde humana e ao meio ambiente e rankeamento dos TPs pelo método VIKOR, foi possível observar que os TPs gerados exclusivamente em pH 2,8 apresentaram maior risco associado. Além disso, a maioria dos TPs formados apresentou maior risco que os fármacos de partida e foram mais persistentes ao tratamento. O uso de pH 5,0 com diferentes estratégias de adição de Fe2+ levou a taxas de degradação semelhantes, além de menor remoção dos TPs. Por fim, o acoplamento dos processos de SPF e adsorção permitiu reduzir o tempo de 120min para 15min o tempo de SPF, sem perdas de eficiência. Além disso, devido à natureza distinta de cada processo, o acople permitiu alcançar maior eficiência na remoção de todos os fármacos, quando comparado aos mesmos isolados. Os resultados obtidos demonstram o potencial da integração entre processos oxidativos avançados, abordagens in sílico e multicritério e adsorção para o tratamento de efluentes hospitalares contendo fármacos e seus TPs.

The presence of pharmaceuticals in hospital wastewater has been widely reported due to their increasing use and their low removal rates in conventional wastewater treatment plants. In this context, the present study evaluated the solar photo-Fenton process (SPF), and its coupling with adsorption, for the mitigation of pharmaceuticals widely used during the COVID-19 pandemic: azithromycin (AZT), dexamethasone acetate (ADEX), dipyrone (DIP), hydroxychloroquine (HCQ), nitazoxanide (NTZ), and paracetamol (PCT) in both deionized water and hospital effluent. The standalone SPF process was evaluated under acidic conditions (pH 2.8) and near-neutral conditions (pH 5.0), combined with different Fe²⁺ addition strategies. Pharmaceutical degradation was more efficient under acidic conditions; however, a greater number of transformation products (TPs) were generated. The worst-case scenario was observed for DIP, which led to the formation of 16 TPs. Through in silico predictions of human health and the environmental risks, and TP ranking using the VIKOR method, it was possible to observe that the TPs generated exclusively at pH 2.8 were associated with higher risks. Furthermore, most of the TPs formed presented greater risks than the parent pharmaceuticals and were more persistent during treatment. The use of pH 5.0 with different Fe²⁺ addition strategies resulted in similar degradation rates, as well as lower TP removal. Finally, coupling the SPF and adsorption processes reduced the required SPF treatment time from 120 minutes to 15 minutes without any loss of efficiency. Moreover, due to the distinct nature of each process, their integration enabled higher removal efficiencies for all pharmaceuticals when compared to the individual processes applied separately. The results obtained demonstrate the potential of integrating advanced oxidation processes, in silico and multicriteria approaches, and adsorption for the treatment of hospital wastewater containing pharmaceuticals and their transformation products.