The current global water crisis in addition to continues contamination of natural water bodies with harmful organic micropollutants (OMPs) have driven the development of new water treatment technologies that allow the efficient removal of such compounds. Among a long list of OMPs, antibiotics are considered as top priority pollutants to be treated due to their great resistance to biological treatments and their potential to develop bacterial resistance. Different approaches, such as membrane-based and advance oxidation processes have been proposed to alleviate or minimize antibiotics discharge into aquatic environments. However most of these processes are costly and generate either matrices with high concentration of OMPs or intermediate products with potentially greater toxicity or persistence. Therefore, this thesis proposes the study of an anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) for the treatment of synthetic municipal wastewater containing sulfamethoxazole (SMX), a world widely used antibiotic. Besides the general evaluation of AnMBR performance in the COD removal and biogas production, this research mainly focuses on the SMX removal and its degradation pathway. Thus 5 SMX quantification was performed through solid phase extraction-liquid chromatography/mass spectrometry and the identification of its transformation products (TPs) was assessed by gas chromatography/mass spectrometry technique. The results achieved showed that, working under optimal conditions (35°C, pH 7 and ORP around -380 to -420 mV) and after a biomass adaptation period (maintaining 0.85 VSS/TSS ratio), the AnMBR process provided over 95% COD removal and 95-98% SMX removal, while allowing stable biogas composition and methane production (≈130 mL CH4/g CODremoved). Kinetic analysis through a batch test showed that after 24 h of biological reaction, AnMBR process achieved around 94% SMX removal, indicating a first order kinetic reaction with K= 0.119, which highlights the high degradation capacity of the anaerobic bacteria. Along the AnMBR process, 7 TPs were identified and possible degradation pathways were proposed. At low influent SMX concentrations (<10ppb), the only TPs detected was (1) Benzene sulfonamide N-Butyl. However, as the influent SMX concentration increased, it was possible to identify (2) Sulfanilamide, (3) Sulfisomidine and (4) 4-Aminothiophenol. Further degradation of compounds 2, 3 and 4 were detected after 9 hours of biological reaction in a batch test, producing three new intermediate products: (5) Aniline, (6) 4-Pyrimidinamine, 2,6-dimethyl and (7) Acetamide, N-(4-mercaptophenyl). Most of the detected TPs present a less complex structure than SMX, which can be associates with a lower toxicity.

This thesis deals with sorption of selected drugs from model water by various sorption materials. Contamination of water resources by the pharmaceutical industry is a major problem today. Wastewater treatment plants, whose technological processes are unable to completely remove them, have a significant share in the penetration of these substances into the environment. At present, attention is paid to alternative materials that are capable of eliminating these substances. One of the potential sorption materials is biochar as one of the main pyrolysis products. This work focused on the assessment of the sorption properties of the different types of biochar and commercially used active charcoal. The sorption properties of the individual materials were compared with respect to the non-steroidal anti-inflammatory substance ibuprofen and the sulphonamide antibiotic sulfamethoxazole. The results of vial experiments were analysed on a liquid chromatograph with mass detection.

Sulfonamides are antibiotics that are frequently used both in human and veterinary medicine. The combinations of abundant use of these antibiotics and their natural resistance to decay leads often to long term persistence in the environment. This accumulation, especially in living organisms, may lead to subsequent toxicosis. Also, presence of these antibiotic in nature poses problems with regard to the spread of genes for antibiotic resistance between potential pathogens. These facts led to an increase interest in studying the sulfonamide biodegradation and subsequent sulfonamide removal from the environment. In this work it was possible to isolate and characterize the microorganism Acinetobacter sp. strain 49. This microorganism was able to biodegrade under right conditions sulfamethoxazole with 80 % efficiency. Sulfamethoxazole is one of the most commonly found sulfonamide in the nature.

A paracoccidioidomicose (PCM), doença sistêmica de caráter granulomatoso, causada pelo fungo termodimórfico Paracoccidioides brasiliensis. A PCM é endêmica na América Latina e atinge principalmente indivíduos do sexo masculino com atividades econômica ligada a agricultura. Os pacientes com PCM exigem tratamento a base de sulfametoxazol/trimetoprim, anfotericina B, e derivados azólicos por longos períodos. A gp43, possui 416 aminoácidos, onde um trecho específico de 15 aminoácidos (QTLIAIHTLAIRYAN) designado como (P10), é reconhecido pelos linfócitos T de camundongos e humanos. No presente estudo avaliamos o efeito aditivo da imunização do P10 com às drogas antifúngicas utilizadas no tratamento da PCM. Nossos resultados indicam um efeito aditivo entre a imunização com P10 e o tratamento medicamentoso em camundongos Balb/c infectados. Associado a redução significativa da carga fúngica no pulmão, baço e fígado desses animais, detectamos aumento dos níveis de IL-12 e IFN-? e diminuição de IL-4 e IL-10. / Paracoccidioidomycosis (PCM) is a systemic granulomatous disease caused by Paracoccidioides brasiliensis, a thermal dimorphic fungus. PCM is endemic in Latin America affecting mainly rural workers. The patients with PCM demand treatment the base of sulfametoxazole/trimethoprim, amphotericin B and derivatives azolic. The gp43 has 416-mer and mice and human T lymphocytes are stimulated by a 15-mer peptide designated as P10 (QTLIAIHTLAIRYAN). In the present work we evaluated the additive effect of P10 immunization and antifungal drugs utilizing in PCM treatment. Ours results showed an additive protective effect between immunization with P10 and drugs treatment with infected Balb/c mice. Associated to the reduction of fungal burden in the lung, spleen and liver we observed increase of levels of IL-12 and IFN-? and reduction of IL-4 and IL-10.

O presente trabalho aborda a biodegradação de sulfametoxazol e ciprofloxacino em 2 reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF). Os reatores foram operados e mantidos em regime permanente com um tempo de detenção hidráulica de 16 a 17 horas com uma água residuária sintética que simula o esgoto sanitário na temperatura de 25°C. Foi avaliado o estado dos reatores como ponto de referência para os próximos passos. A contaminação com sulfametoxazol e ciprofloxacino iniciou-se, então, e o comportamento dos reatores foi avaliado. As concentrações dos antimicrobianos foram analisadas por extração em fase sólida acoplada com espectrometria de massa. Ambos antimicrobianos foram degradados pelos reatores até níveis abaixo do limite de quantificação dos métodos de análise. Utilizando os dados de DQO e as análises dos antimicrobianos, junto com dados cinéticos obtidos, foi determinado que o RAHLF tem resistência a estes compostos e concentrações até uma ordem de magnitude acima das encontradas em condições reais. A degradação do sulfametoxazol foi muito eficiente e é previsto que um RAHLF típico em operação consegue degradar mais que 99% do sulfametoxazol. A degradação do ciprofloxacino foi menos eficiente, com remoção prevista para RAHLF típico de 80% a 90%. / The present project approaches sulfamethoxazole and ciprofloxacin biodegradation in two horizontal anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactors. The reactors were operated and maintained at dynamic stability with a hydraulic retention time of 16 to 17 hours using synthetic wastewater, which simulates domestic wastewater, at 25°C. The dynamically stable state was evaluated as a control for the following steps. The reactors were then continuously fed with synthetic wastewater contaminated with sulfamethoxazole and ciprofloxacin, independently, and their behaviors were observed. The antibiotics\' concentrations were analyzed by solid phase extraction couples with mass spectrometry. Both antibiotics were degraded in the bioreactors to below quantification limits. Using COD and antibiotic data and derived kinetic constants, it was shown that a typical operating HAIS reactor with a hydraulic retention time of 6 to 8 hours should be capable of removing over 99% of sulfamethoxazole in its influent. Ciprofloxacin removal was less efficient, but was nevertheless promising, with a removal rate of 80% to 90% in typical conditions.

Atualmente a classe dos antibióticos se destaca pelo grande consumo e também pelo risco à saúde quando administrado de forma equivocada, esse aumento deve-se ao destaque cada vez maior da indústria de produtos farmacêuticos. Outra questão a ser levantada é a contaminação do meio ambiente por essa classe substâncias, pois após o uso pelo ser humano ocorre a eliminação natural de parte da concentração administrada, assim sendo liberadas nos esgotos e, posteriormente, contaminando os corpos d\'água, a fauna e flora local. Assim, foi proposto um métodos diferente para a degradação desses compostos, utilizando a eletrodos de difusão gasosa (EDG) capazes de gerar peróxido de hidrogênio in situ e em meio ácido, precursores dos radicais hidroxila, responsáveis pela degradação. Foram estudados EDG\'s não catalisados e catalisados, com diferentes porcentagens de ftalocianina de ferro II, com relação à quantidade de peróxido produzido, melhor potencial de produção e cinética do processo. Os resultados revelaram que a incorporação de 0,5% de Ft-Fe no eletrodo apresentou os melhores resultados. Esse eletrodo foi escolhido então para realizar as degradações dos antibióticos sulfametoxazol e trimetoprim. Na célula eletroquímica utilizou-se o processo Fenton, as reações ocorreram em uma faixa de potencial (-0,4 V &le; E &le; -1,4 V) e no reator foi utilizado um potencial fixo (-1,75 V) mas utilizando processos de Fenton e Foto-Fenton. As amostras degradadas foram avaliadas por técnicas analíticas de espectroscopia no ultravioleta (UV), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e teor de carbono orgânico total (TOC). Os resultados mostraram que, na célula eletroquímica, o melhor potencial de degradação foi de -1,1 V, com uma taxa de redução de 25,5% para o trimetoprim e 96,0% do sulfametoxazol e uma diminuição do teor de carbono orgânico total de 10,4%. Para o reator o melhor resultado foi obtido para o processo de Foto-Fenton onde houve uma redução de 16,9% do teor de carbono orgânico total e uma redução de 99,7% do sulfametoxazol e 11,3% do trimetoprim, em um potencial de -1,75 V. Considerando a formação de subprodutos foi elaborada uma rota de degradação com os possíveis compostos formados. / Currently the class of antibiotics is notable for the large consumption and also the risk to health when administered in error, this increase is due to the growing prominence of the pharmaceutical industry. Another issue to be addressed is the environmental contamination by substances that class, because after use by humans part of the concentration administered is naturally eliminated, thus being released into sewers and subsequently contaminating water bodies, the local fauna and flora. Thus, different methods has been proposed for the degradation of these compounds, using gas diffusion electrodes (GDE) capable of generating hydrogen peroxide in situ and in acid medium, precursors of hydroxyl radicals, responsible for degradation. We studied GDE\'s not catalyzed and catalyzed with different percentages of iron phthalocyanine II, with respect to the amount of peroxide produced better yield potential and kinetic process. The results revealed that the incorporation of 0.5% of Ft-Fe in the electrode showed the best results. This electrode was then chosen to perform the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole and trimethoprim. In the electrochemical cell used in the Fenton process, the reactions occurred in a potential range (-0.4 V &le; E &le; -1.4 V) and in the reactor was used a fixed potential (-1.75 V) but using Fenton and photo-Fenton processes. Degraded samples were analyzed by analytical techniques, ultraviolet spectroscopy (UV), high performance liquid chromatography (HPLC) and total organic carbon content (TOC). The results showed that in the electrochemical cell, the best degradation potential was -1.1 V, with a reduction rate of 25.5% for trimethoprim and 96.0% for sulfamethoxazole and a decreased carbon content total of 10.4%. For the reactor the best result was obtained for the photo-Fenton process where there was a reduction of 16.9% of the total organic carbon content and a reduction of 99.7% of sulfamethoxazole and 11.3% of trimethoprim, in a potential of -1.75 V. Considering the formation of byproducts was drafted a route with the possible degradation compounds formed.

Atualmente a classe dos antibióticos se destaca pelo grande consumo e também pelo risco à saúde quando administrado de forma equivocada, esse aumento deve-se ao destaque cada vez maior da indústria de produtos farmacêuticos. Outra questão a ser levantada é a contaminação do meio ambiente por essa classe substâncias, pois após o uso pelo ser humano ocorre a eliminação natural de parte da concentração administrada, assim sendo liberadas nos esgotos e, posteriormente, contaminando os corpos d\'água, a fauna e flora local. Assim, foi proposto um métodos diferente para a degradação desses compostos, utilizando a eletrodos de difusão gasosa (EDG) capazes de gerar peróxido de hidrogênio in situ e em meio ácido, precursores dos radicais hidroxila, responsáveis pela degradação. Foram estudados EDG\'s não catalisados e catalisados, com diferentes porcentagens de ftalocianina de ferro II, com relação à quantidade de peróxido produzido, melhor potencial de produção e cinética do processo. Os resultados revelaram que a incorporação de 0,5% de Ft-Fe no eletrodo apresentou os melhores resultados. Esse eletrodo foi escolhido então para realizar as degradações dos antibióticos sulfametoxazol e trimetoprim. Na célula eletroquímica utilizou-se o processo Fenton, as reações ocorreram em uma faixa de potencial (-0,4 V &le; E &le; -1,4 V) e no reator foi utilizado um potencial fixo (-1,75 V) mas utilizando processos de Fenton e Foto-Fenton. As amostras degradadas foram avaliadas por técnicas analíticas de espectroscopia no ultravioleta (UV), cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e teor de carbono orgânico total (TOC). Os resultados mostraram que, na célula eletroquímica, o melhor potencial de degradação foi de -1,1 V, com uma taxa de redução de 25,5% para o trimetoprim e 96,0% do sulfametoxazol e uma diminuição do teor de carbono orgânico total de 10,4%. Para o reator o melhor resultado foi obtido para o processo de Foto-Fenton onde houve uma redução de 16,9% do teor de carbono orgânico total e uma redução de 99,7% do sulfametoxazol e 11,3% do trimetoprim, em um potencial de -1,75 V. Considerando a formação de subprodutos foi elaborada uma rota de degradação com os possíveis compostos formados. / Currently the class of antibiotics is notable for the large consumption and also the risk to health when administered in error, this increase is due to the growing prominence of the pharmaceutical industry. Another issue to be addressed is the environmental contamination by substances that class, because after use by humans part of the concentration administered is naturally eliminated, thus being released into sewers and subsequently contaminating water bodies, the local fauna and flora. Thus, different methods has been proposed for the degradation of these compounds, using gas diffusion electrodes (GDE) capable of generating hydrogen peroxide in situ and in acid medium, precursors of hydroxyl radicals, responsible for degradation. We studied GDE\'s not catalyzed and catalyzed with different percentages of iron phthalocyanine II, with respect to the amount of peroxide produced better yield potential and kinetic process. The results revealed that the incorporation of 0.5% of Ft-Fe in the electrode showed the best results. This electrode was then chosen to perform the degradation of the antibiotic sulfamethoxazole and trimethoprim. In the electrochemical cell used in the Fenton process, the reactions occurred in a potential range (-0.4 V &le; E &le; -1.4 V) and in the reactor was used a fixed potential (-1.75 V) but using Fenton and photo-Fenton processes. Degraded samples were analyzed by analytical techniques, ultraviolet spectroscopy (UV), high performance liquid chromatography (HPLC) and total organic carbon content (TOC). The results showed that in the electrochemical cell, the best degradation potential was -1.1 V, with a reduction rate of 25.5% for trimethoprim and 96.0% for sulfamethoxazole and a decreased carbon content total of 10.4%. For the reactor the best result was obtained for the photo-Fenton process where there was a reduction of 16.9% of the total organic carbon content and a reduction of 99.7% of sulfamethoxazole and 11.3% of trimethoprim, in a potential of -1.75 V. Considering the formation of byproducts was drafted a route with the possible degradation compounds formed.

A paracoccidioidomicose (PCM), doença sistêmica de caráter granulomatoso, causada pelo fungo termodimórfico Paracoccidioides brasiliensis. A PCM é endêmica na América Latina e atinge principalmente indivíduos do sexo masculino com atividades econômica ligada a agricultura. Os pacientes com PCM exigem tratamento a base de sulfametoxazol/trimetoprim, anfotericina B, e derivados azólicos por longos períodos. A gp43, possui 416 aminoácidos, onde um trecho específico de 15 aminoácidos (QTLIAIHTLAIRYAN) designado como (P10), é reconhecido pelos linfócitos T de camundongos e humanos. No presente estudo avaliamos o efeito aditivo da imunização do P10 com às drogas antifúngicas utilizadas no tratamento da PCM. Nossos resultados indicam um efeito aditivo entre a imunização com P10 e o tratamento medicamentoso em camundongos Balb/c infectados. Associado a redução significativa da carga fúngica no pulmão, baço e fígado desses animais, detectamos aumento dos níveis de IL-12 e IFN-? e diminuição de IL-4 e IL-10. / Paracoccidioidomycosis (PCM) is a systemic granulomatous disease caused by Paracoccidioides brasiliensis, a thermal dimorphic fungus. PCM is endemic in Latin America affecting mainly rural workers. The patients with PCM demand treatment the base of sulfametoxazole/trimethoprim, amphotericin B and derivatives azolic. The gp43 has 416-mer and mice and human T lymphocytes are stimulated by a 15-mer peptide designated as P10 (QTLIAIHTLAIRYAN). In the present work we evaluated the additive effect of P10 immunization and antifungal drugs utilizing in PCM treatment. Ours results showed an additive protective effect between immunization with P10 and drugs treatment with infected Balb/c mice. Associated to the reduction of fungal burden in the lung, spleen and liver we observed increase of levels of IL-12 and IFN-? and reduction of IL-4 and IL-10.

Submitted by Marilene Donadel (marilene.donadel@unioeste.br) on 2018-10-31T19:51:37Z No. of bitstreams: 1 Pablo_Pretto_2017.pdf: 4307957 bytes, checksum: c984bdcee5f8ac1801f6afea4050e774 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-31T19:51:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pablo_Pretto_2017.pdf: 4307957 bytes, checksum: c984bdcee5f8ac1801f6afea4050e774 (MD5) Previous issue date: 2017-03-13 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The microcontaminants occurrence, such as pharmaceuticals found in the environment, causes concern about the environmental impact of the pollution from anthropic activities. Thus, this work aimed the evaluation of the photocatalytic system efficiency in removing the sulfamethoxazole active principle, using the titanium dioxide (TiO2) catalyst impregnated in grinded glass with two different particle sizes. The catalyst impregnation was performed by two methods: A overlay and B solvothermal. The obtained materials were characterized by total reflection X ray fluorescence (TXRF), X ray diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) with energy dispersive spectroscopy (EDS), thermogravimetry (TG) and nitrogen physisorption. Considering the results, the TiO2 was verified in the grinded glass carrier, achieving a 2.5% immobilization proportion. The DRX analysis evidenced the presence of the anatase crystalline phase in the catalyst of used methods. Method A achieved the best catalyst fixation on the carrier. The photocalytic assays indicated a SMX removal of 97% for method A and 71% for method B after 360 minutes of reaction. The kinetic analysis indicated the pseudo first order model as the one that best fit the experimental data with degradation constants of 0.008 and 0.004 min-1 for the SMX methods A and B, respectively. The system efficiency is reduced as a function of the photodegradation assays reproducibility due to the catalyst loss by erosion to the SMX aqueous phase. The difference on the efficiency between methods A and B is probably due to the different proportion of anatase crystalline phase that is present in each support impregnation method. According to the toxicological essays, the treated samples presented higher toxicity when compared to the raw one, which possibly occurred because of a partial mineralization of the SMX and the production of intermediate compounds. / A ocorrência de microcontaminantes, tais como produtos farmacêuticos encontrados no meio ambiente despertam preocupações devido ao impacto ambiental derivado da poluição gerada pelas atividades antrópicas. Diante disso, o objetivo deste foi avaliar a eficiência do sistema fotocatalítico na remoção do princípio ativo sulfametoxazol, utilizando o catalisador dióxido de titânio (TiO2) imobilizado em vidro moído, de duas granulometrias diferentes. A impregnação do catalisador foi realizado pelo método direto de recobrimento de TiO2 e pelo método solvotérmico de produção de TiO2. Os materiais obtidos foram caracterizados por fluorescência de raio X com reflexão total, difratometria de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) com espectroscopia por energia dispersiva (EDS), termogravimetria (TG) e fisissorção de nitrogênio. Considerando os resultados foi possível visualizar a presença de TiO2 fixado nos suportes de vidro moído, num teor de TiO2 2,5% em massa. As análises de (DRX), permitiram verificar que a fase cristalina anatase está presente nos catalisadores dos obtidos pelos dois métodos utilizados. Observou-se que o método direto proporcionou-se a melhor fixação do catalisador no suporte. Os ensaios fotocatalíticos indicaram remoção de SMX foi de 97% pelo uso de catalisador obtido pelo método direto e de 71% com o catalisador obtido pelo método solvotérmico após 360 minutos de reação. A análise de cinética da recirculação fotocatalitica indicou que o modelo pseudo-primeira ordem melhor se ajustou aos dados experimentais, com constante de degradação de 0,008 e 0,004 min-1 para método direto e solvotérmico respectivamente. A eficiência do sistema reduziu em função da repetibilidade dos ensaios de fotodegradação, devido a perda do catalisador por erosão para o meio da solução aquosa de SMX. Provavelmente essa diferença na eficiência dos método de impregnação, seja pela diferença na proporção da fase cristalina anatase presente para cada método de impregnação no suporte. Os ensaios toxicológicos indicaram que as amostras tratadas apresentaram maior toxicidade que a amostra bruta, provavelmente pelo fato de ocorrer uma mineralização parcial da SMX e a produção de produtos intermediários.

O presente trabalho aborda a biodegradação de sulfametoxazol e ciprofloxacino em 2 reatores anaeróbios horizontais de leito fixo (RAHLF). Os reatores foram operados e mantidos em regime permanente com um tempo de detenção hidráulica de 16 a 17 horas com uma água residuária sintética que simula o esgoto sanitário na temperatura de 25°C. Foi avaliado o estado dos reatores como ponto de referência para os próximos passos. A contaminação com sulfametoxazol e ciprofloxacino iniciou-se, então, e o comportamento dos reatores foi avaliado. As concentrações dos antimicrobianos foram analisadas por extração em fase sólida acoplada com espectrometria de massa. Ambos antimicrobianos foram degradados pelos reatores até níveis abaixo do limite de quantificação dos métodos de análise. Utilizando os dados de DQO e as análises dos antimicrobianos, junto com dados cinéticos obtidos, foi determinado que o RAHLF tem resistência a estes compostos e concentrações até uma ordem de magnitude acima das encontradas em condições reais. A degradação do sulfametoxazol foi muito eficiente e é previsto que um RAHLF típico em operação consegue degradar mais que 99% do sulfametoxazol. A degradação do ciprofloxacino foi menos eficiente, com remoção prevista para RAHLF típico de 80% a 90%. / The present project approaches sulfamethoxazole and ciprofloxacin biodegradation in two horizontal anaerobic immobilized sludge (HAIS) reactors. The reactors were operated and maintained at dynamic stability with a hydraulic retention time of 16 to 17 hours using synthetic wastewater, which simulates domestic wastewater, at 25°C. The dynamically stable state was evaluated as a control for the following steps. The reactors were then continuously fed with synthetic wastewater contaminated with sulfamethoxazole and ciprofloxacin, independently, and their behaviors were observed. The antibiotics\' concentrations were analyzed by solid phase extraction couples with mass spectrometry. Both antibiotics were degraded in the bioreactors to below quantification limits. Using COD and antibiotic data and derived kinetic constants, it was shown that a typical operating HAIS reactor with a hydraulic retention time of 6 to 8 hours should be capable of removing over 99% of sulfamethoxazole in its influent. Ciprofloxacin removal was less efficient, but was nevertheless promising, with a removal rate of 80% to 90% in typical conditions.