Drogues d’abús i fàrmacs en el medi aquàtic: Anàlisi, presencia i comportament

Abstract

Les drogues d'abús i els fàrmacs estan considerats com contaminants d'interès emergent en el medi aquàtic, és a dir, són substàncies que no estan incloses en els programes habituals de control i monitorització d'aigües, tot i que s'ha demostrat la seva presència en el medi ambient. Donat que aquests contaminants són possibles candidats a ésser regulats en futures legislacions, l'objectiu d'aquesta memòria ha estat desenvolupar metodologies d'anàlisi a nivells traça per poder quantificar la seva presència en el medi aquàtic i conèixer el seu comportament al llarg dels tractaments, tant en les plantes depuradores com en les potabilitzadores.

S'han desenvolupat metodologies d'anàlisi per drogues d'abús i fàrmacs, basades en l'extracció en fase sòlida i determinació per cromatografia de líquids acoblada a l'espectrometria de masses en tàndem. En tots els casos s'han trobat límits de quantificació, que permeten la detecció d'aquests contaminants en les tres matrius aquoses a nivells de ng/L.

S'han analitzat les drogues d'abús en aigües residuals, a les entrades i sortides de les depuradores. Les eliminacions calculades a partir de les concentracions trobades van indicar que els tractaments aplicats no són suficientment efectius per eliminar completament aquests contaminants, i per tant es poden trobar en les aigües superficials on s'aboquen les aigües depurades.

S'ha estudiat la presència de drogues i fàrmacs en les aigües superficials. En concret, l'aigua del riu Llobregat al llarg de tota la conca i exhaustivament a l'entrada de la planta potabilitzadora de Sant Joan Despí. Els estudis han demostrat que aquests contaminants es troben en l'aigua superficial en concentracions més baixes que a la sortida de les depuradores i que són susceptibles d'entrar a la planta potabilitzadora. Tanmateix, han permès tenir localitzats els punts més contaminats del riu per aquests tipus de compostos i veure que segueixen un comportament estacional, trobant les màximes concentracions a l'hivern i a la tardor.

En aquest treball s’ha estudiat també la presència de drogues d’abús i fàrmacs en les aigües potables, tant a la sortida de la potabilitzadora de Sant Joan Despí com en aixetes de consumidors de les principals ciutats espanyoles i d’altres països europeus, sud-americans i del Japó. La conclusió és que alguns contaminants (p.ex. cafeïna, nicotina, benziolecgonina, ibuprofè) poden arribar a les aixetes dels consumidors encara que a nivells de traça (pocs ng(L).

Un cop vist que les drogues d’abús i fàrmacs es poden trobar en les tres matrius d’aigua, es va portar a terme un estudi sobre el tractament avançat en aigua residual basat en membranes d’osmosi inversa, per a l’eliminació de les drogues d’abús, arribant a la conclusió que és molt més efectiu que els tractaments convencionals més comuns utilitzats avui en dia. A més es va provar que l’efectivitat amb tres membranes diferents és similar, de manera que es va triar la membrana que requeria menys energia pel seu funcionament.

Així mateix s’ha estudiat com els tractaments que s’apliquen en la potabilitzadora de Sant Joan Despí eliminen els fàrmacs i les drogues d’abús. Els resultats obtinguts demostren que s’aconsegueixen bones eliminacions pràcticament per tots els compostos estudiats, tant amb el tractament convencional (que inclou ozonització i filtració per carbó) com amb el tractament avançat (que inclou membranes d’ultrafiltració i osmosi inversa), tot i que aquest darrer les millora fins a un 15% per compostos com la nicotina.

Drugs of abuse and pharmaceuticals are considered contaminants of emerging concern in the aquatic environment. Given that these contaminants are potential candidates to be regulated in future legislations, the objective of this thesis has been devoted to develop a methodology for their analysis at trace levels; to quantify its presence in the aquatic environment as well as to improve the knowledge of their behaviour in different types of water treatments plants.

Analytical methods for drugs of abuse and pharmaceuticals, based on solid phase extraction and liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry have been developed. In all cases, the quantification limits achieved, allowed the detection of contaminants at trace levels (ng/L).

Drugs of abuse in influents and effluents of wastewaters treatment plants (WWTP) were analyzed. Results showed that the applied treatments are not enough effective and these pollutants can reach surface waters.

The presence of drugs and pharmaceuticals in surface waters were studied in Llobregat river and their basin and at the intake of the drinking water treatment plant (DWTP) in Sant Joan Despi. Results showed that these compounds are present in surface waters at lower concentrations than in effluents of WWTPs and therefore they can enter to the DWTP. Moreover, it has also allowed to keep track of the most polluted river points, and to verify that they follow a seasonal pattern, with the highest concentrations in winter and autumn. This work has also studied the presence of drugs of abuse and pharmaceuticals in treated waters from the DWTP and from tap waters of main Spanish cities and other countries. The principal conclusion is that few of these contaminants (i.e. caffeine, nicotine, benzoilecgonine, ibuprofen) can reach tap waters at trace levels (few ng/L).

A study on the advanced wastewater treatment based on reverse osmosis membranes showed that it is much more effective than conventional treatments commonly used in most WWTPs. No significant differences between the three kinds of membranes tested was observed and the membranes which requires less energy is proposed.

Likewise, studies of how tratments applied in DWTPs of Sant Joan Despí eliminated pharmaceuticals and drugs of abuse were carried out. Good eliminations for almost all studied compounds in the conventional treatment (using ozonation and carbon filtration) as in advanced tratment (with ultrafiltration and reverse osmosis membranes) were achevied, although with the latter the elimination is improved up to 15% for compounds such as nicotine.