Compostos farmacêuticos são detectados em diversas matrizes ambientais. Estes compostos, quando não eliminados por técnicas avançadas de tratamento, contribuem para impactos ambientais negativos. Especificamente, efluentes hospitalares apresentam altas concentrações destes compostos principalmente pela excreção por pacientes. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com a pesquisa científica em relação a efluentes hospitalares no Brasil, propondo alternativas de tratamento com ozônio para a remoção de fármacos. Para atingir o objetivo proposto, foi realizado um diagnóstico em um hospital visando identificar o consumo das principais classes farmacêuticas. A partir deste estudo, desenvolveu-se um planejamento de experimentos para avaliar os parâmetros mais adequados do processo de ozonização para a remoção de cafeína (CAF), amoxicilina (AMX) e ampicilina (AMP) em soluções aquosas. Foram avaliados experimentalmente os processos O3, O3/UV, O3/Fe2+, O3/UV/Fe2+. Investigou-se a influência da concentração inicial de fármaco, do pH, da potência de luz UV aplicada e da concentração inicial de Fe2+ utilizado como catalisador homogêneo. A variável de resposta foi a eficiência de mineralização. Os parâmetros obtidos pelo planejamento experimental foram aplicados para o Atenolol (ATE) e para soluções aquosas contendo a mistura de todos os compostos analisados (CAF, AMX, AMP e ATE). Um estudo cinético para determinação das constantes de reação foi realizado para a cafeína e atenolol. Para avaliar o tratamento com efluente hospitalar, uma caracterização (detecção de compostos farmacêuticos e parâmetros físico-químicos e toxicológicos) foi realizada antes e após o processo que apresentou a melhor eficiência de mineralização. Com o objetivo de extrapolar os estudos realizados e avaliar outros poluentes emergentes, além dos compostos farmacêuticos, realizaram-se experimentos com 90 compostos como drogas de abuso, hormônios e produtos de higiene pessoal que também podem estar presentes em efluentes hospitalares, avaliando a influência do pH e da dosagem de ozônio aplicada. Como principais resultados, os antibióticos e cardiovasculares foram as classes farmacêuticas mais consumidas no hospital. Pelo planejamento de experimentos, observou-se que todos os compostos avaliados foram rapidamente degradados (100% em menos de 15min) e as melhores eficiências de mineralização atingiram 70,8%, 60,4% e 63,6% para CAF, AMX e AMP, respectivamente. O sistema O3/UV/Fe2+ obteve a melhor eficiência de mineralização para o ATE (67,9%) e para a mistura dos compostos (69,5%). O estudo cinético possibilitou o cálculo das constantes cinéticas: kO3 =697,46 M-1 s-1 e kOH = 6,41x109 M-1 s-1 para a cafeína; e kO3 =146,56 M-1 s-1 e kOH = 15,29x109 M-1 s-1 para o atenolol. A eficiência de mineralização para os experimentos com efluente hospitalar atingiu 54,7% para o sistema O3/UV, sendo eficiente para a completa eliminação de diversos compostos farmacêuticos e remoção da toxicidade. Em relação à remoção dos 90 poluentes emergentes, observou-se que 53,3% dos compostos foram completamente degradados utilizando uma razão mMO3/mMC=0,3 em pH neutro. Os resultados encontrados indicam que o presente trabalho contribui para o avanço da pesquisa sobre efluentes hospitalares, pois apresenta uma alternativa de tratamento eficiente para a completa remoção de diversos compostos farmacêuticos, minimizando o impacto negativo destes no meio ambiente. / Pharmaceutical compounds (PhCs) are detected in various environmental matrices. These compounds, whether not eliminated by advanced treatment techniques, contribute to bacterial resistance and negative environmental impacts on water resource. Specifically, hospital wastewaster exhibit high concentrations of these compounds mainly by the excretion by patients. In this context, this paper aims to contribute to scientific research regarding hospital wastewater in Brazil, proposing treatment alternatives by ozone to remove PhCs. To achieve this purpose, it conducted a diagnosis in a hospital to identify the consumption of major pharmaceutical classes. With this result, it developed an experimental design to evaluate the most appropriate parameters of the ozonation process for the removal of caffeine (CAF), amoxicillin (AMX) and ampicillin (AMP) in aqueous solutions. This study evaluated the following processes experimentally: O3, O3/UV, O3/Fe2+ O3/UV/Fe2+. The influence of ozone dose, initial PhCs concentration, pH, power UV light applied and Fe2+ initial concentration used as homogeneous catalyst were investigated. Mineralization efficiency was the response variable. Parameters obtained by the experimental design were applied for Atenolol (ATE) and aqueous solutions containing the mixture of all compounds analyzed (CAF, AMX, AMP and ATE). A kinetic study for the determination of reaction constants was carried out for caffeine and atenolol. To evaluate the hospital wastewater treatment, a characterization (detection of pharmaceutical compounds and physico-chemical and toxicological parameters) was performed before and after the process that showed the best mineralization efficiency. In order to extrapolate the studies and evaluate other emergent pollutants, in addition to pharmaceutical compounds, were conducted experiments with 90 compounds such as illicit drugs, hormones and personal care products, which also may be present in hospital wastewater, evaluating the influence of pH and ozone dosage. Main results showed that antibiotics and cardiovascular were the most consumed pharmaceutical classes in the hospital. For the design of experiments, it was observed that all the evaluated compounds were rapidly degraded (100% in less than 15 minutes) and the best mineralization efficiency reached 70.8%, 60.4% and 63.6% for CAF and AMX AMP, respectively. The system O3/UV/Fe2+ obtained the best mineralization efficiency for ATE (67.9%) and mixture of compounds (69.5%). The kinetic study allowed the determination of the kinetic constants: kO3 = 697.46 M-1 s-1 and kOH = 6.41x109 M-1 s-1 for caffeine; and kO3 = 146.56 M-1 s-1 and kOH = 15.29x109 M-1 s-1 for atenolol. Mineralization efficiency for hospital wastewater experiments reached 54.7% by the system O3/UV, being efficient for complete elimination of various PhCs and removal of toxicity. Regarding the removal of 90 emergent pollutants, it was observed that 53.3% of the compounds were completely degraded using a ratio mMO3/MMC = 0.3 at neutral pH. The results indicated that this work contributes to the advance of research on hospital wastewater, because it presents an effective alternative treatment for complete removal of various pharmaceutical compounds, minimizing the negative impact on the environment.

Compostos farmacêuticos são detectados em diversas matrizes ambientais. Estes compostos, quando não eliminados por técnicas avançadas de tratamento, contribuem para impactos ambientais negativos. Especificamente, efluentes hospitalares apresentam altas concentrações destes compostos principalmente pela excreção por pacientes. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com a pesquisa científica em relação a efluentes hospitalares no Brasil, propondo alternativas de tratamento com ozônio para a remoção de fármacos. Para atingir o objetivo proposto, foi realizado um diagnóstico em um hospital visando identificar o consumo das principais classes farmacêuticas. A partir deste estudo, desenvolveu-se um planejamento de experimentos para avaliar os parâmetros mais adequados do processo de ozonização para a remoção de cafeína (CAF), amoxicilina (AMX) e ampicilina (AMP) em soluções aquosas. Foram avaliados experimentalmente os processos O3, O3/UV, O3/Fe2+, O3/UV/Fe2+. Investigou-se a influência da concentração inicial de fármaco, do pH, da potência de luz UV aplicada e da concentração inicial de Fe2+ utilizado como catalisador homogêneo. A variável de resposta foi a eficiência de mineralização. Os parâmetros obtidos pelo planejamento experimental foram aplicados para o Atenolol (ATE) e para soluções aquosas contendo a mistura de todos os compostos analisados (CAF, AMX, AMP e ATE). Um estudo cinético para determinação das constantes de reação foi realizado para a cafeína e atenolol. Para avaliar o tratamento com efluente hospitalar, uma caracterização (detecção de compostos farmacêuticos e parâmetros físico-químicos e toxicológicos) foi realizada antes e após o processo que apresentou a melhor eficiência de mineralização. Com o objetivo de extrapolar os estudos realizados e avaliar outros poluentes emergentes, além dos compostos farmacêuticos, realizaram-se experimentos com 90 compostos como drogas de abuso, hormônios e produtos de higiene pessoal que também podem estar presentes em efluentes hospitalares, avaliando a influência do pH e da dosagem de ozônio aplicada. Como principais resultados, os antibióticos e cardiovasculares foram as classes farmacêuticas mais consumidas no hospital. Pelo planejamento de experimentos, observou-se que todos os compostos avaliados foram rapidamente degradados (100% em menos de 15min) e as melhores eficiências de mineralização atingiram 70,8%, 60,4% e 63,6% para CAF, AMX e AMP, respectivamente. O sistema O3/UV/Fe2+ obteve a melhor eficiência de mineralização para o ATE (67,9%) e para a mistura dos compostos (69,5%). O estudo cinético possibilitou o cálculo das constantes cinéticas: kO3 =697,46 M-1 s-1 e kOH = 6,41x109 M-1 s-1 para a cafeína; e kO3 =146,56 M-1 s-1 e kOH = 15,29x109 M-1 s-1 para o atenolol. A eficiência de mineralização para os experimentos com efluente hospitalar atingiu 54,7% para o sistema O3/UV, sendo eficiente para a completa eliminação de diversos compostos farmacêuticos e remoção da toxicidade. Em relação à remoção dos 90 poluentes emergentes, observou-se que 53,3% dos compostos foram completamente degradados utilizando uma razão mMO3/mMC=0,3 em pH neutro. Os resultados encontrados indicam que o presente trabalho contribui para o avanço da pesquisa sobre efluentes hospitalares, pois apresenta uma alternativa de tratamento eficiente para a completa remoção de diversos compostos farmacêuticos, minimizando o impacto negativo destes no meio ambiente. / Pharmaceutical compounds (PhCs) are detected in various environmental matrices. These compounds, whether not eliminated by advanced treatment techniques, contribute to bacterial resistance and negative environmental impacts on water resource. Specifically, hospital wastewaster exhibit high concentrations of these compounds mainly by the excretion by patients. In this context, this paper aims to contribute to scientific research regarding hospital wastewater in Brazil, proposing treatment alternatives by ozone to remove PhCs. To achieve this purpose, it conducted a diagnosis in a hospital to identify the consumption of major pharmaceutical classes. With this result, it developed an experimental design to evaluate the most appropriate parameters of the ozonation process for the removal of caffeine (CAF), amoxicillin (AMX) and ampicillin (AMP) in aqueous solutions. This study evaluated the following processes experimentally: O3, O3/UV, O3/Fe2+ O3/UV/Fe2+. The influence of ozone dose, initial PhCs concentration, pH, power UV light applied and Fe2+ initial concentration used as homogeneous catalyst were investigated. Mineralization efficiency was the response variable. Parameters obtained by the experimental design were applied for Atenolol (ATE) and aqueous solutions containing the mixture of all compounds analyzed (CAF, AMX, AMP and ATE). A kinetic study for the determination of reaction constants was carried out for caffeine and atenolol. To evaluate the hospital wastewater treatment, a characterization (detection of pharmaceutical compounds and physico-chemical and toxicological parameters) was performed before and after the process that showed the best mineralization efficiency. In order to extrapolate the studies and evaluate other emergent pollutants, in addition to pharmaceutical compounds, were conducted experiments with 90 compounds such as illicit drugs, hormones and personal care products, which also may be present in hospital wastewater, evaluating the influence of pH and ozone dosage. Main results showed that antibiotics and cardiovascular were the most consumed pharmaceutical classes in the hospital. For the design of experiments, it was observed that all the evaluated compounds were rapidly degraded (100% in less than 15 minutes) and the best mineralization efficiency reached 70.8%, 60.4% and 63.6% for CAF and AMX AMP, respectively. The system O3/UV/Fe2+ obtained the best mineralization efficiency for ATE (67.9%) and mixture of compounds (69.5%). The kinetic study allowed the determination of the kinetic constants: kO3 = 697.46 M-1 s-1 and kOH = 6.41x109 M-1 s-1 for caffeine; and kO3 = 146.56 M-1 s-1 and kOH = 15.29x109 M-1 s-1 for atenolol. Mineralization efficiency for hospital wastewater experiments reached 54.7% by the system O3/UV, being efficient for complete elimination of various PhCs and removal of toxicity. Regarding the removal of 90 emergent pollutants, it was observed that 53.3% of the compounds were completely degraded using a ratio mMO3/MMC = 0.3 at neutral pH. The results indicated that this work contributes to the advance of research on hospital wastewater, because it presents an effective alternative treatment for complete removal of various pharmaceutical compounds, minimizing the negative impact on the environment.

Compostos farmacêuticos são detectados em diversas matrizes ambientais. Estes compostos, quando não eliminados por técnicas avançadas de tratamento, contribuem para impactos ambientais negativos. Especificamente, efluentes hospitalares apresentam altas concentrações destes compostos principalmente pela excreção por pacientes. Neste contexto, o presente trabalho visa contribuir com a pesquisa científica em relação a efluentes hospitalares no Brasil, propondo alternativas de tratamento com ozônio para a remoção de fármacos. Para atingir o objetivo proposto, foi realizado um diagnóstico em um hospital visando identificar o consumo das principais classes farmacêuticas. A partir deste estudo, desenvolveu-se um planejamento de experimentos para avaliar os parâmetros mais adequados do processo de ozonização para a remoção de cafeína (CAF), amoxicilina (AMX) e ampicilina (AMP) em soluções aquosas. Foram avaliados experimentalmente os processos O3, O3/UV, O3/Fe2+, O3/UV/Fe2+. Investigou-se a influência da concentração inicial de fármaco, do pH, da potência de luz UV aplicada e da concentração inicial de Fe2+ utilizado como catalisador homogêneo. A variável de resposta foi a eficiência de mineralização. Os parâmetros obtidos pelo planejamento experimental foram aplicados para o Atenolol (ATE) e para soluções aquosas contendo a mistura de todos os compostos analisados (CAF, AMX, AMP e ATE). Um estudo cinético para determinação das constantes de reação foi realizado para a cafeína e atenolol. Para avaliar o tratamento com efluente hospitalar, uma caracterização (detecção de compostos farmacêuticos e parâmetros físico-químicos e toxicológicos) foi realizada antes e após o processo que apresentou a melhor eficiência de mineralização. Com o objetivo de extrapolar os estudos realizados e avaliar outros poluentes emergentes, além dos compostos farmacêuticos, realizaram-se experimentos com 90 compostos como drogas de abuso, hormônios e produtos de higiene pessoal que também podem estar presentes em efluentes hospitalares, avaliando a influência do pH e da dosagem de ozônio aplicada. Como principais resultados, os antibióticos e cardiovasculares foram as classes farmacêuticas mais consumidas no hospital. Pelo planejamento de experimentos, observou-se que todos os compostos avaliados foram rapidamente degradados (100% em menos de 15min) e as melhores eficiências de mineralização atingiram 70,8%, 60,4% e 63,6% para CAF, AMX e AMP, respectivamente. O sistema O3/UV/Fe2+ obteve a melhor eficiência de mineralização para o ATE (67,9%) e para a mistura dos compostos (69,5%). O estudo cinético possibilitou o cálculo das constantes cinéticas: kO3 =697,46 M-1 s-1 e kOH = 6,41x109 M-1 s-1 para a cafeína; e kO3 =146,56 M-1 s-1 e kOH = 15,29x109 M-1 s-1 para o atenolol. A eficiência de mineralização para os experimentos com efluente hospitalar atingiu 54,7% para o sistema O3/UV, sendo eficiente para a completa eliminação de diversos compostos farmacêuticos e remoção da toxicidade. Em relação à remoção dos 90 poluentes emergentes, observou-se que 53,3% dos compostos foram completamente degradados utilizando uma razão mMO3/mMC=0,3 em pH neutro. Os resultados encontrados indicam que o presente trabalho contribui para o avanço da pesquisa sobre efluentes hospitalares, pois apresenta uma alternativa de tratamento eficiente para a completa remoção de diversos compostos farmacêuticos, minimizando o impacto negativo destes no meio ambiente. / Pharmaceutical compounds (PhCs) are detected in various environmental matrices. These compounds, whether not eliminated by advanced treatment techniques, contribute to bacterial resistance and negative environmental impacts on water resource. Specifically, hospital wastewaster exhibit high concentrations of these compounds mainly by the excretion by patients. In this context, this paper aims to contribute to scientific research regarding hospital wastewater in Brazil, proposing treatment alternatives by ozone to remove PhCs. To achieve this purpose, it conducted a diagnosis in a hospital to identify the consumption of major pharmaceutical classes. With this result, it developed an experimental design to evaluate the most appropriate parameters of the ozonation process for the removal of caffeine (CAF), amoxicillin (AMX) and ampicillin (AMP) in aqueous solutions. This study evaluated the following processes experimentally: O3, O3/UV, O3/Fe2+ O3/UV/Fe2+. The influence of ozone dose, initial PhCs concentration, pH, power UV light applied and Fe2+ initial concentration used as homogeneous catalyst were investigated. Mineralization efficiency was the response variable. Parameters obtained by the experimental design were applied for Atenolol (ATE) and aqueous solutions containing the mixture of all compounds analyzed (CAF, AMX, AMP and ATE). A kinetic study for the determination of reaction constants was carried out for caffeine and atenolol. To evaluate the hospital wastewater treatment, a characterization (detection of pharmaceutical compounds and physico-chemical and toxicological parameters) was performed before and after the process that showed the best mineralization efficiency. In order to extrapolate the studies and evaluate other emergent pollutants, in addition to pharmaceutical compounds, were conducted experiments with 90 compounds such as illicit drugs, hormones and personal care products, which also may be present in hospital wastewater, evaluating the influence of pH and ozone dosage. Main results showed that antibiotics and cardiovascular were the most consumed pharmaceutical classes in the hospital. For the design of experiments, it was observed that all the evaluated compounds were rapidly degraded (100% in less than 15 minutes) and the best mineralization efficiency reached 70.8%, 60.4% and 63.6% for CAF and AMX AMP, respectively. The system O3/UV/Fe2+ obtained the best mineralization efficiency for ATE (67.9%) and mixture of compounds (69.5%). The kinetic study allowed the determination of the kinetic constants: kO3 = 697.46 M-1 s-1 and kOH = 6.41x109 M-1 s-1 for caffeine; and kO3 = 146.56 M-1 s-1 and kOH = 15.29x109 M-1 s-1 for atenolol. Mineralization efficiency for hospital wastewater experiments reached 54.7% by the system O3/UV, being efficient for complete elimination of various PhCs and removal of toxicity. Regarding the removal of 90 emergent pollutants, it was observed that 53.3% of the compounds were completely degraded using a ratio mMO3/MMC = 0.3 at neutral pH. The results indicated that this work contributes to the advance of research on hospital wastewater, because it presents an effective alternative treatment for complete removal of various pharmaceutical compounds, minimizing the negative impact on the environment.

La pollution des eaux superficielles et souterraines par des composés organiques est bien connue comme une préoccupation majeure de l'environnement dans de nombreux pays. Si les polluants prioritaires sont actuellement surveillés par la directive cadre européenne sur l'eau, il est désormais urgent de prendre en considération les nouveaux polluants dérivés de principes actifs des produits pharmaceutiques et d'identifier leurs produits de transformation à risque. Ce travail de thèse propose une étude globale sur l'état et l'avenir des produis pharmaceutiques dans l'environnement, sur l'exemple de deux pharmaceutiques choisis, dans le cadre de cette importante problématique environnementale. Nous avons donc appliqué les procédés électrochimiques d'oxydation avancée, électro-Fenton (EF), oxydation anodique(OA) et photoélectro-Fenton solaire (PEFS), ainsi que le couplage électro-Fenton/traitement biologique pour une élimination effective des polluants médicamenteux furosémide et ranitidine. Les résultats obtenus confirment l'efficacité de ces technologies électrochimiques pour la minéralisation quasi-totale des produits pharmaceutiques étudiés. En outre, l'utilisation du pré-traitement par EF suivi d'un procédé biologique confirme la capacité de l'EF de transformer les polluants organiques en produits biodégradables qui peuvent être consommés par des microorganismes lors d'un traitement biologique, démontrant ainsi l'applicabilité potentiel de cette technique combinée, en termes d'une consommation énergétique réduite. L'identification des produits de transformation (PTs) des pharmaceutiques étudiés par voie électrochimique (électro-oxydation) et biologique (bioconversion) a été effectuée par différentes techniques d'analyse physico-chimiques. La biotransformation du FRSM a conduit à la formation de trois PT principales; saluamide, pyridinium et un dérivé céto-alcool. Les deux premiers ont aussi été détectés lors du traitement électrochimique, ce qui suggère la probabilité de les trouver dans l'environnement comme les produits de transformation les plus plausibles par des différentes conditions de dégradation. Les tests de toxicité basés sur l'inhibition de la bioluminescence des bactéries marines Vibrio fischeri ont montré que certains PT formés lors de traitement électrochimiques sont plus toxique que la molécule mère, car une augmentation de la toxicité globale de la solution a été observée au début des électrolyses. Néanmoins, la toxicité de la solution est complètement éliminée à la fin des traitements électrochimiques, ce qui indique l'efficacité de ces technologies aussi pour la détoxification des solutions des médicaments traités. Par conséquent, cette étude constitue une contribution importante à l'évaluation des risques environnementaux des produits pharmaceutiques / The present project contributes with valuable data for a better fundamental understanding on the fate of pharmaceutical residues in the environment, dealing with the main challenges concerning this increasingly worrying environmental issue. The used Electrochemical Advanced Oxidation Processes (EAOPs), electro-Fenton (EF) and anodic oxidation (AO), showed to be a very efficient alternative for the mineralization of acid solutions of the pharmaceuticals RNTD and FRSM, attaining almost complete mineralization of the drugs after 6h of electrolysis. A comparative study on the mineralization of RNTD solutions by EF and SPEF processes in a 2.5 L capacity pre-pilot flow plant demonstrates the higher oxidation capacity of SPEF, achieving very good mineralization rates, thus evidencing the potentiality of this technology at greater scale for the treatment of wastewaters containing pharmaceutical products. The application of an EF pre-treatment coupled with a biological process for the degradation of both drugs was conducted. EF pre-pretreatment was capable of enhancing the solution biodegradability envisaging a biological treatment, which efficiently removed the short-chain carboxylic acids that had been formerly generated during the pre-applied electrolysis. In this way, the combination of both processes was confirmed as a very promising technology for the treatment of pharmaceuticals-containing wastewater. Several transformation products (TPs) were detected and identified during the electrochemical oxidation of the studied drugs. Toxicity tests based on the bioluminescence of the marine bacteria V. fischeri. evidenced the toxicity some of these oxidation by-products, since the toxicity of the solution increased on the first stages of the electrolysis. However, the abatement of the toxicity in the final stages of the electrochemical treatments, demonstrated the effectiveness of these technologies for both the mineralization and detoxification of the RNTD and FRSM solutions. The use of the fungi Cunninghanella echinulate for the bioconversion of FRSM led to the formation of three main bio-transofrmation products: the previously identified saluamide and pyridinium, and the new detected keto-alcohol derivate. These TPs were generated by both, biological and electrochemical approches, evidencing their high probability to be found in environmental compartments as the most likely TPs of FRSM by different oxidation conditions. This study is thus presented as a very useful alternative for the assessment of the fate of pharmaceutical residues in the environment