Tcnicas aplicadas a la remocin de frmacos, usados en el tratamiento del covid-19: Una revisin

 

Techniques applied to the elimination of drugs, used in the treatment of covid-19: A review

 

Tcnicas aplicadas eliminao de drogas, utilizadas no tratamento de covid-19: Uma reviso

 

 

Josep Maikoll Zamora-Vlez  I
jzamora0006@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-1195-7268
,Manuel Rodrguez-Daz  III
joan.rodriguez@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-3791-8849
Lenin Steven Vera-Saltos II
lvera4003@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-7884-3919
,Yunet Gmez-Salcedo IV
ygomez@utm.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-6614-8644
 

 

 

 

 


Correspondencia: jzamora0006@utm.edu.ec

Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculos de revisin

 

*Recibido: 15 de julio de 2021 *Aceptado: 31 de julio de 2021 * Publicado: 10 de agosto de 2021

 

                                I.            Egresado de la Carrera de Ingeniera Qumica, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Ecuador.

                             II.            Egresado de la Carrera de Ingeniera Qumica, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Ecuador.

                          III.            Licenciado en Qumica, Magister en Anlisis de Procesos en la Industria Qumica, Doctor en rea de Concentrado de Qumica Analtica, Departamento de Procesos Qumicos, Facultad de Ciencias Matemticas, Fsicas y Qumicas, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Manab, Ecuador.

                          IV.            Ingeniera Qumica, Magister en Ingeniera Ambiental, Departamento de Procesos Qumicos, Facultad de Ciencias Matemticas, Fsicas y Qumicas, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Manab, Ecuador.


Resumen

El objetivo principal de este trabajo es identificar las tcnicas aplicadas en la remocin de frmacos usados para el tratamiento del COVID-19, presentes en matrices acuosas. Los frmacos de mayor uso en el tratamiento de esta enfermedad son la Cloroquina, Azitromicina e Interfern. La Oxidacin Electro-Fenton, permiti la eliminacin total del frmaco Cloroquina. La Azitromicina present un mayor porcentaje de remocin del 87,36% con el sistema biolgico con un proceso Sonoqumico. Finalmente, el Interfern tuvo un porcentaje de eliminacin del 96,6% utilizando el proceso de Coagulacin. Por ltimo, se estableci una comparacin, analizando ventajas y desventajas de cada tcnica, para la seleccin de las ms convenientes.

Palabras claves: Tcnicas; frmacos; tratamiento; COVID-19.

 

Abstract

The main objective of this work is to identify the techniques applied in the elimination of drugs used for the treatment of COVID-19, present in aqueous matrices. The drugs most used in the treatment of this disease are Chloroquine, Azithromycin and Interferon. Electro-Fenton oxidation allowed the total elimination of the drug Chloroquine. Azithromycin presented a higher percentage of removal of 87.36% with the biological system with a sonochemical process. Finally, the Interferon had an elimination percentage of 96.6% through the Coagulation process. Finally, a comparison was established, analyzing the advantages and disadvantages of each technique, for the selection of the most convenient one.

Keywords: Techniques; drugs; treatment; COVID-19.

 

Resumo

O objetivo principal deste trabalho identificar as tcnicas aplicadas na remoo de frmacos utilizados no tratamento da COVID-19, presente em matrizes aquosas. Os medicamentos mais utilizados no tratamento dessa doena so a cloroquina, a azitromicina e o interferon. A oxidao por eletro-Fenton permitiu a eliminao total do frmaco Cloroquina. A azitromicina apresentou maior percentual de remoo de 87,36% com o sistema biolgico com processo Sonochemical. Finalmente, o Interferon teve um percentual de eliminao de 96,6% pelo processo de Coagulao. Por fim, foi feita uma comparao, analisando as vantagens e desvantagens de cada tcnica, para a seleo da mais conveniente.

Palavras-chave: Tcnicas; drogas; tratamento; COVID-19.

 

Introduccin

Los contaminantes emergentes, como los frmacos, son uno de los problemas ambientales ms preocupantes a escala global. Con el pasar de los aos, se increment la presencia de antibiticos y anti-inflamatorios en ros, lagos, ocanos e inclusive en corrientes de agua potable. Las plantas de tratamiento de aguas residuales an no cuentan con la tecnologa adecuada para remover concentraciones de frmacos dentro del rango de ng/L. Por ello surge la necesidad de desarrollar nuevas tecnologas que sean efectivas, de bajo costo y amigables con el ambiente [1].

Los hospitales consumen una gran cantidad de agua (1650 L/h) y, en consecuencia, generan elevados volmenes de aguas residuales que contienen frmacos, desinfectantes, microorganismos patgenos con resistencia antibitica y elementos radiactivos [1]. Por lo que su gestin es un desafo ingente para la ingeniera ambiental [2]. A pesar de este hecho, los efluentes hospitalarios son habitualmente vertidos a la red de saneamiento sin recibir tratamiento previo y, por tanto, estos contaminantes han sido detectados en las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas [1]. Dada la ineficacia de las plantas depuradoras para la eliminacin de dichos compuestos y microorganismos, stos alcanzan finalmente los ecosistemas acuticos [3], lo que representa un importante problema ambiental y de salud pblica [4]. Diferentes tratamientos fsico-qumicos como la coagulacin [5] la combinacin de coagulacin-floculacin y flotacin [6] han sido evaluados para tal fin. Aunque dichos procesos permiten reducir la carga orgnica de los efluentes residuales, no son eficaces en la eliminacin de patgenos y de compuestos emergentes como frmacos o fragancias, y requieren el tratamiento adicional de los lodos generados.

Un mtodo potencial para la eliminacin de frmacos en aguas es la adsorcin. Se reportan estudios que emplean diversos adsorbentes tales como kerolita, materiales lignocelulsicos, zeolita, calcita, almina y carbn activado. Los compuestos lignocelulsicos y el carbn activado constituyen las alternativas ms eficientes desde el punto de vista ambiental y econmico [7].

Desde el inicio de la pandemia provocada por el virus SARS-CoV-2, los hospitales y otras instalaciones de atencin mdica brindan una posibilidad de supervivencia para las ms de 143 millones de personas afectadas, a travs del suministro de medicamentos como la Cloroquina (CLQ), Azitromicina (AZT) e Interfern (IFN), entre otros. En la actualidad la presencia de frmacos en las aguas residuales aumenta significativamente, la pandemia generada por el virus SARS-CoV-2 [8] ocasiona una crisis sanitaria y medio ambiental. El uso de frmacos para el tratamiento de la enfermedad COVID-19 crece exponencialmente en consecuencia del contagio masivo [9].

Un estudio transversal retrospectivo sugiere que el bloqueo del COVID-19 en Alemania se asoci con un aumento significativo en el comportamiento de compras en las farmacias para diferentes mercados, incluido frmacos psicotrpicos, neurolgicos y cardiovasculares [10]. Las compras de medicamentos anti-demenciales aumentaron en un 16% entre la semana 11 y la semana 12. El aumento fue del 43% para antagonistas de la vitamina K, 39% para los inhibidores de la ECA y 37% para los betabloqueantes [10]. Anti-Parkinson y tranquilizantes (ambos 24%), seguidos de antiepilpticos (23%) [10].

El objetivo de esta investigacin es identificar las tcnicas aplicadas en la remocin de frmacos usados para el tratamiento del COVID-19, presentes en aguas residuales. Considerando ventajas y desventajas que conduzcan a la seleccin de las ms convenientes.

 

Frmacos utilizados para el tratamiento del covid-19

El SARS-CoV-2 es un nuevo virus que se inici en la ciudad de Wuhan, China, caracterizado por una velocidad de transmisin alta, comparada con otros virus respiratorios de la misma familia. El 30 de enero del 2020 el director General de la Organizacin Mundial de la Salud (OMS) declar el brote del COVID-19 como una emergencia de salud pblica de importancia internacional, de conformidad con el reglamento Sanitario Internacional [11]. Un estudio de Wang et al [12] se public en marzo de 2020, cuando la infeccin por COVID-19 estaba alcanzando dimensiones epidmicas en Wuhan, China, y fue seguida inmediatamente por unos 20 estudios, de origen chinos tambin, con reportes de las neumonas atpicas de la enfermedad COVID-19. No eran ensayos aleatorizados de largo alcance, pero sus resultados indujeron a las autoridades sanitarias chinas a recomendar oficialmente Cloroquina e Hidroxicloroquina para el tratamiento de la infeccin. Tambin se encontraron resultados beneficiosos en un estudio francs [13] (en ese momento la enfermedad ya se haba extendido a Europa) relacionados al efecto de Hidroxicloroquina, reforzado por Azitromicina, en la reduccin o eliminacin de la carga viral en los pacientes.

Actualmente se estn realizando estudios clnicos con varios frmacos para probar su eficacia y seguridad para tratar los sntomas del SARS-CoV-2. Los sujetos infectados han recibido terapias no aprobadas con Cloroquina, Hidroxicloroquina, Azitromicina, Interfern, Esteroides, Anticuerpos Monoclonales, Anti Inhibidores de IL-6 y otros medicamentos aprobados para diferentes infecciones, como el bola, la malaria, la influenza, la mielofibrosis, la hipertensin, la artritis reumatoide y el sndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) [14], [18].

 

Agentes antipaldicos

Cloroquina

La Cloroquina es un inhibidor potente de la mayora de coronavirus, incluido el SARS-CoV y el MERS-CoV. Se ha demostrado que el medicamento alcaliniza los endosomas celulares, lo cual entorpece algunos pasos de la replicacin viral que requieren un pH bajo, como la fusin virus-endosoma y el despojo de la cpside vrica. Adems, la Cloroquina tiene un efecto inmunomodulador favorable para la eliminacin viral, al reducir la produccin de citocinas proinflamatorias y activar los linfocitos T CD8 + anti-SARS-CoV-2 [19].

 

Hidroxicloroquina

La Hidroxicloroquina tiene actividad antiviral in vitro, sin embargo, la eficacia clnica en enfermedades virales no est establecida [20]. Los mecanismos de accin incluyen la glucosilacin de la enzima convertidora de Angiotensina-2, que disminuye el ingreso del SARS-CoV-2 a las clulas; el deterioro de la acidificacin de los endosomas, que interfiere el trfico viral en las clulas; y los efectos inmunomoduladores, que pueden atenuar la tormenta de citoquinas en la enfermedad severa. No obstante, algunos autores sealan que las acciones inmunosupresoras pueden ser perjudiciales en el tratamiento de una enfermedad viral [20].

En un estudio in vitro sobre el SARS-CoV-2, la Cloroquina se introdujo como un potente tratamiento profilctico y teraputico que interfiere con el glicosilacin de receptores celulares virales [21]. Por el brote de SARS-CoV-2, un equipo que examina la Cloroquina en clulas Vero E6 indic que podra bloquear potencialmente la infeccin por virus [22]. Adems, otro estudio in vitro fue diseado para comparar los efectos antivirales de la Hidroxicloroquina y Cloroquina. Los datos totales sugirieron que, aunque la Hidroxicloroquina puede inhibir eficazmente el SARS-CoV-2, su actividad anti-SARS-CoV-2 es menos potente que la Cloroquina [23]. En contraste, Dongyang Liu [24] y sus colegas encontraron Hidroxicloroquina ms potente que la Cloroquina basado en su mitad mxima concentracin efectiva (CE50), evaluada como 0,72 μM y 5,47 μM para Hidroxicloroquina y Cloroquina, respectivamente Un ensayo clnico abierto no aleatorizado dirigido a 36 pacientes con COVID-19 prescribi 600 mg/da de Hidroxicloroquina durante seis das. El setenta por ciento de los pacientes se curaron virolgicamente en comparacin con el 12,5% en el grupo de control, el da 6 [25].

 

Antibacterianos

Azitromicina

La Azitromicina es un agente antimicrobiano macrlido que acta contra una amplia gama de bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. La Azitromicina se dirige al sub-ribosoma bacteriano, mediante la unin a su ARNr 23s, lo que lleva a la inhibicin de su ensamblaje, que da como resultado el bloqueo de la sntesis de protenas bacterianas [26], [27]. Tiene una accin directa sobre las clulas epiteliales bronquiales para mantener su funcin, reducir la secrecin de moco y facilitar la funcin pulmonar. Por su carcter de base dbil, se acumula intracelularmente en vesculas endosomales y lisosomas, lo que podra incrementar los niveles de pH y potencialmente bloquear la endocitosis y/o la diseminacin gentica viral de los lisosomas, limitando as la replicacin viral [28]. Se ha sugerido como un candidato adecuado para el tratamiento conjunto con Hidroxicloroquina para el COVID-19. En un estudio in vitro en clulas Vero E6, se emplearon concentraciones de Hidroxicloroquina y de Azitromicina donde se report la inhibicin de la replicacin viral para 5μM de Hidroxicloroquina en combinacin con Azitromicina a 10μM [29]. Otro estudio, que sigui a 80 pacientes durante al menos seis das, sugiri 200 mg de sulfato de Hidroxicloroquina oral, tres veces al da combinado con 500 mg de Azitromicina. La carga de ARN viral disminuy rpidamente. Todos los participantes del grupo fueron curados virolgicamente al da 6. La mayora de los pacientes, 81,3%, se recuperaron y solo el 15% requiri oxgeno terapia [30].

 

 

 

 

Inmunomoduladores

Interfern

Los Interferones IFN descubiertos por virlogos en 1957 son esenciales componentes del sistema inmunolgico contra infecciones virales [31]. La mayora de las clulas producen IFN de tipo I (α y β) como respuesta directa a los virus, mientras que los de tipo II (λ) es producido por clulas T asesinas naturales (NK) activadas. Dificultan la replicacin viral, incluida la entrada viral, desprendimiento, ARNm sntesis, sntesis de protenas y, posteriormente, reducir la carga viral [32].

Los Interferones activan las enzimas citoplasmticas que afectan la traduccin del ARN mensajero viral y la sntesis proteica. El uso propuesto en COVID-19 se basa en trabajos in vitro y en observaciones clnicas en SARS, MERS y otras variedades de coronavirus, donde se ha documentado que la enfermedad est mediada tanto por la replicacin viral como por la respuesta inflamatoria del anfitrin. Se han probado los dos tipos I y III de interfern que mostraron actividad in vitro [33]. Clnicamente, la terapia con Interfern ha sido aprobada para varios tipos de cncer, enfermedades autoinmunes y hepatitis B y C [34].

Se han realizado numerosos estudios sobre MERS-CoV y SARS-CoV, in vitro. Un in vitro realizado en 2003 evalu el Interfern recombinante contra el SARS-CoV y mostr su proteccin inhibitoria y profilctica, reportando las 18 UI/mL como EC50 [35]. Aunque se sugiri que los Interferones son sistmicamente eficientes en el SARS y MERS-CoV, por ejemplo, mejorando la funcin pulmonar o retrasando mortalidad, generalmente no lograron mejorar significativamente la enfermedad en humanos [36], [37].

 

Tcnicas de remocin

En esta investigacin se encontraron diferentes tcnicas de remocin, aplicadas bajo diferentes condiciones y concentraciones, que resultan en un elevado porcentaje de remocin de los frmacos analizados, presentes en matrices acuosas.

 

Oxidacin Electro-Fenton

En el trabajo realizado por Sondos Midassi [38], se investig la degradacin de la Cloroquina, mediante la oxidacin Electro-Fenton. Debido a la importancia de la generacin de perxido de hidrgeno (H2O2) durante la oxidacin de Electro-Fenton, los efectos del pH, la densidad de corriente y el caudal de oxgeno molecular O2, fueron investigados. La generacin de H2O2 se mejor aumentando la densidad de corriente hasta 60 mA/cm2, con un caudal de O2 de 80 mL/min, a pH 3,0. Se utiliz un filtro de carbono como ctodo y de diamante dopado con boro (BDD) como nodo. La oxidacin Electro-Fenton-BDD logr el total agotamiento de la Cloroquina del agua, es decir 100% de remocin y eliminacin del 92% del carbono orgnico total.

 

Biorreactor de membrana

En esta investigacin Magnus Lindross [39], emple un biorreactor de membrana de flujo continuo que contena clulas de E. Coli melanizadas para la adsorcin de Cloroquina. Con una carga baja de clulas (10 g/L) y una alta concentracin de Cloroquina en el afluente (0,1 mM), la Cloroquina se adsorbi hasta la saturacin despus de 26 2 volmenes de reactor tratados (39 3 L). La concentracin promedio de efluente durante las primeras 20 h fue de 0.0018 mM, correspondiente a 98,2% de remocin. Esto muestra el potencial de las clulas melanizadas para el tratamiento de aguas residuales convencionales o aguas altamente concentradas, de fuentes como hospitales o plantas de produccin del medicamento.

 

Filtro de carbn activado biolgico avanzado

Segn Luca Sbardella [40], la combinacin de un filtro de carbn activado biolgico (BAC) junto con una unidad de ultrafiltracin (UF) se evalu como un tratamiento avanzado para la eliminacin de compuestos farmacuticamente activos, especficamente la Azitromicina, a escala piloto, en dos fases diferentes. Durante los primeros 9200 volmenes de lecho (BV), es decir, antes de la saturacin del carbn activo granular, se elimin el 63% de la Azitromicina. La segunda fase se caracteriz por el deterioro del desempeo general durante el perodo comprendido entre 9200 y 13,800 BV. La remocin promedio calculada a lo largo del perodo experimental (0-13,800 BV) fue de 51%.

 

Sistema biolgico con un proceso Sonoqumico

Efram A.Serna-Galvisa [41], realizaron en esta investigacin la combinacin de un sistema biolgico con un proceso Sonoqumico. Se evalu el tratamiento de aguas residuales hospitalarias con presencia de compuestos farmacuticamente activos y una cantidad moderada de materia orgnica asociado principalmente a componentes biodegradables. Los tratamientos biolgicos de las aguas residuales se basan en la capacidad de un surtido conjunto de microorganismos que son capaces de degradar la materia orgnica para su propio crecimiento. La introduccin de ondas de sonido a frecuencias mayores de 16 kHz en un medio acuoso, permite, a travs del fenmeno de cavitacin, generar micro burbujas que durante su colapso producen temperaturas y presiones suficientemente elevadas para destruir contaminantes en el agua, lo que permite una mejora en el proceso. De esta manera se aplic un tratamiento biolgico convencional a las aguas residuales hospitalarias y despus de 36 h, dicho proceso elimin principalmente sustancias biodegradables, pero tuvo una accin limitada sobre el producto farmacutico Azitromicina. El agua biotratada resultante se someti al proceso Sonoqumico (375 kHz y 88 W/L), que debido a sus efectos qumicos (ataques de radicales) y fsicos (desagregacin de slidos en suspensin) indujo una degradacin considerable de la Azitromicina hasta un 74,92%. Posteriormente, Fe2+ (5 ppm) y luz UVC (4 W) se agregaron al sistema Sonoqumico (que genera el proceso sono-foto-Fenton), lo que aument hasta un 87,36 % la eliminacin de Azitromicina en las aguas residuales hospitalarias.

 

Ozonacin Continua

Para esta investigacin realizada por I.C.Iakovides [42], se evalu la eliminacin de una mezcla de ocho antibiticos (Ampicilina, Azitromicina, Eritromicina, Claritromicina, Ofloxacina, Sulfametoxazol, Trimetoprima y Tetraciclina) de las aguas residuales urbanas por ozonizacin operada en modo continuo a diferentes tiempos de retencin hidrulica. La eficacia de la ozonizacin depende en gran medida de la dosis de ozono y del tiempo de contacto. La eliminacin de los compuestos originales de los antibiticos seleccionados a niveles por debajo de sus lmites de deteccin se logr con un tiempo de retencin hidrulica de 40 min y una dosis de ozono especfica de 0,125 gO3/gDOC. Para los tiempos de retencin hidrulica inferiores a 10 min y 20 min, con una dosis de ozono de 0,125 gO3/gDOC, solo Sulfametoxazol, Ofloxacina y Tetraciclina se degradaron rpidamente, mientras que Ampicilina, Azitromicina, Claritomicina, Eritromicina y Trimetoprima se degradaron hasta 84, 73, 98, 70 y 96%, respectivamente. Al aumentar gradualmente la dosis de ozono, se demostr que la eliminacin de los compuestos originales de todos los antibiticos aumentaba ligeramente para ambos tiempos de retencin hidrulico de 10 y 20 min.

 

Lodos Activos

El tratamiento biolgico es el proceso ms utilizado en aguas residuales y se fundamenta en la utilizacin de microorganismos (sobre todo bacterias hetertrofas facultativas), que crecen en el agua residual, convirtiendo la materia orgnica disuelta en productos ms simples como nuevas bacterias, dixido de carbono y agua [44]. Ya en 1999, T.A.Ternes [45], encontr que la eliminacin de Interfern mediante este proceso era del 83%. Tambin A C Johnson [46] sugiri una eliminacin constante de Interfern de ms del 85%, aplicando este tratamiento.

 

Coagulacin

Se obtuvo una alta eficiencia de eliminacin de Interfern, con el uso de cualquiera de los coagulantes que result en una alta tasa de eliminacin del 96,4% de las plantas de tratamientos de aguas residuales [47]. La coagulacin neutraliza cargas y forma una masa gelatinosa que atrapa (o une) partculas, aumentando su tamao de modo que puede quedar atrapada en el filtro o sedimentar y en la que se utilizo FeCl_3 convencional (4 mg Fe (III)/L) y un coagulante natural aislado de semilla de frijol (37,5 L/L). Las eficiencias de remocin inusualmente altas podran ser el resultado del mayor contenido de materia orgnica efluente coloidal que puede ser eliminado por coagulacin y al mismo tiempo asociado con micro contaminante va complejante o enlace de hidrgeno.

 

Tcnicas con un mayor porcentaje de remocin

A continuacin, se detallan los resultados de los diferentes porcentajes de remocin de los frmacos; Cloroquina, Azitromicina e Interfern en las figuras se grafican las diferentes tcnicas investigadas, cada una con su particularidad, pero con potencialidad de reduccin de la concentracin de los contaminantes emergentes en algunos casos parcialmente y en otros una remocin total.

En la figura 1 se puede observar los tratamientos utilizados para la remocin del frmaco Cloroquina con sus respectivos porcentajes.

 


Figura 1: Tcnica de remocin para el frmaco Cloroquina

 

En la figura 2 se puede observar los porcentajes de remocin de cada tratamiento para el frmaco Azitromicina.


Figura 2: Tcnica de remocin para el frmaco Azitromicina

 

En la figura 3 se presentan los tratamientos utilizados para el frmaco Interfern con sus respectivos porcentajes de remocin.


Figura 3: Tcnica de remocin para el frmaco Azitromicina

 

Ventajas y desventajas de las tcnicas de remocin

En esta investigacin se estn considerando aspectos econmicos y tcnicos que conduzcan a la seleccin de las ventajas y desventajas ms conveniente de las tcnicas de remocin.

 

Tabla 1: Tcnica De Oxidacin Electro-Fenton

Ventajas

Desventajas

Gran aplicabilidad. Se ha empleado con xito en la degradacin de contaminantes presentes en efluentes petroqumicos y puede ser utilizado para el tratamiento de fangos y suelos contaminados [48], [49].

En ocasiones, no se consigue la mineralizacin completa del contaminante [54]. El hierro y H2O2 residual pueden contaminar el medio receptor [49], [54].

Los reactivos utilizados son abundantes, comercialmente asequibles y de fcil manejo [50], [55], [51].

Requiere de un ajuste de pH antes y despus del tratamiento, as como de un tratamiento posterior para eliminar el hierro residual en el efluente [50], [51].

No existen limitaciones en la transferencia de masa [52] y los reactores utilizados son sencillos de operar [53].

Formacin de complejos de hierro estables [55].

No precisa de fuente de energa para producir radicales OH y las reacciones de oxidacin pueden llevarse a cabo en condiciones de presin y temperatura ambiente [50], [51].

 

 

Como se puede evidenciar la tcnica de oxidacin electro- Fenton es una muy buena opcin como tcnicas eficientes, accesible por su aplicabilidad, reactivos de fcil obtencin y tiene pocas desventajas en condiciones controladas.

 

Tabla 2: Tcnica De Biorreactor De Membrana

Ventajas

Desventajas

La filtracin por membrana garantiza una calidad de agua tratada independientemente de la decantabilidad del fango. Las membranas retienen los slidos en suspensin y sustancias coloidales, lo que permite su reutilizacin para diversos usos [56].

Elevado costo de implantacin y explotacin [56].

La planta es ms compacta, al prescindir del decantador secundario y reactor biolgico mucho ms pequeo (se puede reducir hasta 1/3) [56].

Las altas concentraciones de fango pueden influir de forma negativa en el rendimiento de la membrana, aumentando el TPM (Transmembrane Pressure) o disminuyendo el flujo a travs de la membrana [56].

Elevada calidad y altos niveles de desinfeccin del agua tratada [57].

Acumulacin de sustancias toxicas en el biorreactor [56].

La oferta de nutrientes en el biorreactor respecto a la biomasa puede ser regulada, de forma que se generan tiempos de permanencia prolongados de la biomasa y de los nutrientes en el sistema, minimizando as la formacin de lodos excedentes [55].

Ensuciamiento de membranas [58].

 

La tcnica de remocin de Biorreactor de Membrana es una alternativa eficaz para eliminar contaminantes dentro de los efluentes, pero poco factible por su elevado costo de implementacin.

 

Tabla 3: Tcnica De Filtro De Carbn Activado Biolgico Avanzado

Ventajas

Desventajas

Presentan mayor flexibilidad en las caractersticas del medio [59].

Requiere ms rea para instalacin [59].

Son lavados con menor frecuencia y se puede tener mejor estratificacin [59].

Requiere un costo de inversin inicial ms alto [59].

Utilizan ms capacidad de adsorcin del carbn [59].

Generacin de toxinas [59].

Puede proveer una barrera adicional previniendo la penetracin microbial [59].

Formacin de biofilm en las redes de distribucin [59].

 

El filtro de carbn activado biolgico avanzado, es ideal como una alternativa de remocin que a pesar de tener una gran capacidad de adsorcin su elevado costo y rea para la instalacin son uno de los inconvenientes ms grandes que presenta.

 

Tabla 4: Tcnica Del Sistema Biolgico Con Un Proceso Sonoqumico

Ventajas

Desventajas

La irradiacin ultrasnica genera especies qumicas activas, que no requieren productos qumicos adicionales, sin la produccin de productos nocivos [60].

La falta de selectividad de reaccin y el reactor a gran escala [60].

Mayor tasa de absorcin [60].

La tasa de disipacin afectara al nmero, tamao y tiempo de vida de las burbujas en el medio lquido [60].

La irradiacin ultrasnica se ha utilizado en muchas reacciones qumicas para mejorar la cintica y selectividad [60].

Alta frecuencia de irradiacin causa erosin de la superficie de los transductores en operaciones continuas y alta magnitud de potencia [60].

Disminuye considerablemente el tiempo de las reacciones y tambin aumenta el tiempo de reaccin [60].

Un solo transductor ultrasnico no es efectivo para operaciones a gran escala [60].

 

La tcnica del sistema biolgico con un proceso Sonoqumico a pesar de ser una de las alternativas ms eficientes para remover concentraciones de frmacos en aguas residuales su alto costo de instalacin y complejidad de operacin son uno de los inconvenientes que conducen a la no seleccin de los mejores procesos en el plano econmico y tcnico.

 

Tabla 5: Tcnica De Ozonacin Continua

Ventajas

Desventajas

El ozono es ms eficaz que la utilizacin del cloro para la desinfeccin o destruccin de virus y bacterias [61].

La baja dosificacin puede no desactivar efectivamente algunos virus, esporas o quistes [61].

No existen residuos peligrosos que necesiten ser removidos despus del proceso de ozonizacin porque el ozono se descompone rpidamente [61].

 

El proceso de ozonizacin no es econmico para las aguas residuales con altas concentraciones de slidos suspendidos (SS), demanda bioqumica del oxgeno (DBO), demanda qumica de oxgeno, o carbono orgnico total [61].

El proceso de ozonizacin eleva la concentracin de oxgeno disuelto (OD) del efluente. El incremento (OD) puede eliminar la necesidad de re aireacin y tambin puede incrementar el nivel de (OD) en la corriente de agua receptora [61].

El ozono es muy reactivo y corrosivo, requiriendo as de materiales resistentes a la corrosin tales como el acero inoxidable [61].

Despus del proceso de ozonizacin, los microorganismos no crecen nuevamente, a excepcin de aquellos que estn protegidos por las partculas en la corriente de agua residual [61].

El ozono es extremadamente irritante y posiblemente txico, as que los gases de escape que salen de la cmara de contacto deben ser destruidos para evitar que los trabajadores estn expuestos a ellos [61].

 

La eficiencia de la tcnica de Ozonacin continua es una gran alternativa para remover frmacos presentes en los efluentes, pero su alto costo de operacin es una de las desventajas que presenta dicho proceso.

 

Tabla 6: Tcnica De Lodos Activados

Ventajas

Desventajas

Es un proceso que se emplea en el tratamiento de aguas residuales industriales [62].

Altos costos de diseo, construccin, operacin y mantenimiento [62].

Se ha originado variaciones al proceso original, lo cual representa alto grado de flexibilidad para tratamiento de diversos tipos de aguas residuales [62].

El proceso es sensible a slidos suspendidos y a metales [62].

Puede tolerar cargas orgnicas altas, comparados con otros procesos de tratamiento biolgico [62].

Generalmente los lodos de exceso contienen metales y compuestos orgnicos recalcitrantes [62].

El rgimen de mezcla completa presenta ventaja ya que el tanque de aireacin provee un amortiguador, en el que se suavizan hasta cierto punto las oleadas de las descargas [62].

Problemas con el almacenamiento de lodos residuales [62].

 

Una tcnica de fcil implementacin y manejo como la de lodos activos la convierte en una tcnica ideal, pero la acumulacin de los lodos residuales y su vertimiento en el medio ambiente ocasionando as un impacto negativo es sin duda uno de los grandes problemas.

 

Tabla 7:Tcnica De Coagulacin

Ventajas

Desventajas

Simplicidad y rentabilidad [63].

Se requiere del uso de productos qumicos [63].

Separa muchos tipos de partculas del agua [63].

Se requiere personal calificado para el diseo (por ejemplo, construccin de cmaras y dosificacin de productos qumicos) [63].

Mejora el proceso de filtracin [63].

Es necesario realizar mantenimiento del sistema [63].

Requiere de equipos simples y de fcil operacin [63].

Se transfieren compuestos txicos a la fase slida, con la formacin de un lodo que debe ser tratado posteriormente [63].

 

La tcnica de coagulacin es sin duda una de las mejores opciones para remover frmacos presentes en los efluentes por su simplicidad, rentabilidad y fcil manejo de operacin.

Las desventajas que presenta el proceso, en condiciones controladas siguen convirtiendo a esta tcnica como una de las ms ideales.

Desde el punto de vista econmico, tcnico y ambiental el proceso de Oxidacin Electro-Fenton, Ozonacin y Coagulacin que se utilizaron para la remocin de frmacos presentes en aguas residuales, resultaron ser los ms convenientes, por su aplicabilidad, fcil manejo y amigabilidad con el medio ambiente.

 

Conclusiones

Las tcnicas aplicadas para la remocin de frmacos presentes en matrices acuosas son alternativas muy eficaces al momento de querer remover algn contaminante del agua. De acuerdo a la literatura, para esta investigacin las tcnicas que presentaron un mayor porcentaje de remocin de los frmacos usados para el tratamiento del COVID-19 como la Cloroquina, Azitromicina e Interfern fueron, la Oxidacin Electro-Fenton, el Sistema biolgico con un proceso Sonoqumico y la Coagulacin respectivamente.

-          La Oxidacin de Electro-Fenton usando ctodo de filtro de carbono y nodo BDD demostr ser un proceso ptimo para la eliminacin completa del frmaco Cloroquina, y la eliminacin del 92% de carbono orgnico total en condiciones operativas no optimizadas.

-          La aplicacin de un Proceso Biolgico seguido de un Sonoqumico demostr ser una combinacin til para tratar las aguas residuales hospitalarias. Ambos sistemas se complementaron entre ellos.

-          Por su parte la Coagulacin tambin mostro ser una alternativa eficaz para tratar matrices acuosas contaminadas, removiendo gran porcentaje de los frmacos presentes en los efluentes.

Al analizar la informacin recopilada se puede observar que los frmacos han aumentado significativamente debido a la pandemia generada por el virus SARS-CoV-2 causando un progresivo aumento de frmacos en matrices acuosas y con ello ocasionando una crisis sanitaria y medio ambiental. Por otro lado se han fundamentado tcnicas de remocin las cuales ayudaran favorablemente en la reduccin del exceso de contaminantes emergentes.

Referencias

1.              Gautam A.K., Kumar S. and Sabumon P.C. (2007) Preliminary study of physico-chemical treatment options for hospital wastewater. J. Environ.Manage., 83: pgs. 298-306.

2.              A. Kumari, NS Maurya, B. Tiwari, (2020) Escenario de tratamiento de aguas residuales hospitalarias en todo el mundo, en: Curr. Dev. Biotechnol. Bioeng. Elsevier: pgs. 549570.

3.              Santos JL., Aparicio I., Callejn M., Alonso E. (2009) Occurrence of pharmaceutically active compounds during 1-year period in wastewaters from four wastewater treatment plants in Seville (Spain). J. Hazard. Mater., 164: pgs. 1509-1516.

4.              Baquero F., Martnez J. and Cantn R. (2008) Antibiotics and antibiotic resistance in water environments. Curr. Opin. Biotechnol., 19: pgs. 260-265.

5.              Gautam A.K., Kumar S. and Sabumon P.C. (2007) Preliminary study of physico-chemical treatment options for hospital wastewater. J. Environ. Manage., 83: pgs. 298-306.

6.              Suarez S., Lema J.M. and Omil F. (2009) Pre-treatment of hospital wastewater by coagulation-flocculation and flotation. Bioresour. Technol., 100: pgs. 2138- 2146.

7.              Ludvik J, Zuman P. (2000) Adsorption of 1, 2, 4-triazine pesticides metamitron and metribuzin on lignin. Microchem J. 64: pgs. 1520.

8.              Kitajima M, Ahmed W, Bibby K, Carducci A, Gerba CP, Hamilton KA, et al. (2020) SARS-CoV-2 in wastewater: State of the knowledge and research needs. Sci Tot Environ; 1390: pgs.7-6.

9.              Mao K, Zhang K, Du W, Ali W, Feng X, Zhang H. (2020) The potential of wastewater-based epidemiology as surveillance and early warning of infectious disease outbreaks. Current Opinion in Environmental Science & Health; 17: pgs. 1-7.

10.          Karel Kosteva, S. L. (2020). Panic buying or good adherence? Increased pharmacy purchases of drugs from wholesalers in the last week prior to Covid-19 lockdown . Elsevier , 1: pgs. 1-3.

11.          de Carvajal, A. C. C., Parra, A. R., Silano, M. F., Briceo, M. M. B., Rosales, M. R., Snchez, C. C., ... & Lpez, J. F. O. (2020). Nuevo coronavirus (SARS-COV-2): una amenaza global. Medicina Interna, 36(1): pgs. 3-15

12.          Wang M., Cao R., Zhang L., Yang X., Liu J., Xu M., Shi Z., Hu Z., Zhong W., Xiao (2020). Remdesivir and chloroquine effectively inhibit the recently emerged novel coronavirus (2019-nCoV) in vitro. Pgs. 269271.

13.          Gautret P., Lagier J.-C., Parola P., Huang V.T., Meddeb L., Mailhe M., Doudier B., Courjon J., Giordanengo V., Vieira V.E., Dupont H.T., Honor S., Colson P., Chabriere E., La Scola B., Rolain J.-M., Broqui P., Raoult D. (2020) Hydroxychloroquineand azithromycin as a treatment of COVID-19: resultsof an open-label non-randomized trial. Int. J. Antimicrob. Agents; 56: pgs 105949105953.

14.          PB Madrid, RG Panchal, TK Warren, AC Shurtleff, AN Endsley, CE Green, A. Kolokoltsov, R. Davey, ID Manger, L. Gilfillan, S. Bavari, MJ Tanga (2016) Evaluacin de inhibidores del virus del bola para la reutilizacin de frmacos, ACS Infect. Dis. 1: pgs. 317 326.

15.          JiahongTan, Y. Y. (2021). A retrospective comparison of drugs against COVID-19. Elsevier, 1: pgs. 1-7.

16.          L. Tanenbaum, DL Tuffanelli.(1980) Agentes antipaldicos: cloroquina, hidroxicloroquina y quinacrina, Arch. Dermatol. 116, pgs.587 591.

17.          Yushi Murai, H. K. (2021). A case of COVID-19 diagnosed with favipiravir-induced drug fever based on a positive drug-induced lymphocyte stimulation test. Elsevier, 1: pgs. 1-4.

18.          A. Markham, Baricitinib (2017) Primera aprobacin mundial, Medicamentos 77: pgs. 697 704.

19.          Ojeda, L. A.-P.-C.-G.-R. (2020). Propuestas de tratamiento de la infeccin por SARS-CoV-2: anlisis de la evidencia. Medicina Interna de Mxico, pgs. 670-687.

20.          Pimentel, J. &. (2020). Cloroquina y sus derivados en el manejo de la COVID-19: una revisin sistemtica exploratoria. Biomdica, 40(Suppl 2), pgs. 80-81

21.          Vincent, M.J., Bergeron, E., Benjannet, S., Erickson, B.R., Rollin, P.E., Ksiazek, T.G., Seidah, N.G., Nichol, S.T., (2005). Chloroquine is a potent inhibitor of SARS coronavirus infection and spread. Virol. J. 2, pgs.69-70.

22.          Wang, D., Hu, B., Hu, C., Zhu, F., Liu, X., Zhang, J., Wang, B., Xiang, H., Cheng, Z., Xiong, Y., (2020a). Clinical characteristics of 138 hospitalized patients with 2019 novel coronavirusinfected pneumonia in Wuhan, China. pgs. 10611069.

23.          Liu, J., Cao, R., Xu, M., Wang, X., Zhang, H., Hu, H., Li, Y., Hu, Z., Zhong, W., Wang, M., (2020a). Hydroxychloroquine, a less toxic derivative of chloroquine, is effective in inhibiting SARS-CoV-2 infection in vitro. Cell Discov 6, pgs. 16.

24.          Yao, X., Ye, F., Zhang, M., Cui, C., Huang, B., Niu, P., Liu, X., Zhao, L., Dong, E., Song, C., (2020b). In vitro antiviral activity and projection of optimized dosing design of hydroxychloroquine for the treatment of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Clin. Infect. Dis. 71, pgs. 732739.

25.          Gautret, P., Lagier, J.-C., Parola, P., Meddeb, L., Mailhe, M., Doudier, B., Courjon, J., Giordanengo, V., Vieira, V.E., Dupont, H.T., (2020a). Hydroxychloroquine and azithromycin as a treatment of COVID-19: results of an open-label non-randomized clinical trial. Int. J. Antimicrob. Agents 56, pgs. 105-949.

26.          Champney, W.S., Miller, M., (2002). Inhibition of 50S ribosomal subunit assembly in Haemophilus influenzae cells by azithromycin and erythromycin. Curr. Microbiol. 44, pgs. 418424.

27.          Parnham, M.J., Haber, V.E., Giamarellos-Bourboulis, E.J., Perletti, G., Verleden, G.M., Vos, R., (2014). Azithromycin: mechanisms of action and their relevance for clinical applications. Pharmacol. Ther. 143, pgs. 225245.

28.          Thomas A. Ternesa (2003). Ozonation: a tool for removal of pharmaceuticals, contrast media and musk fragrances from wastewater? Elsevier, pgs.19761982.

29.          Andreani, J., Le Bideau, M., Duflot, I., Jardot, P., Rolland, C., Boxberger, M., Wurtza, N., Rolain, J.-M., Colson, Ph, La Scola, B., Didier Raoult, D., (2020). In vitro testing of combined hydroxychloroquine and azithromycin on SARS-CoV-2 shows synergistic effect. Microb. Pathog. 145, pg. 2122.

30.          Gautret, P., Lagier, J.-C., Parola, P., Meddeb, L., Sevestre, J., Mailhe, M., Doudier, B., Aubry, C., Amrane, S., Seng, P., (2020b.) Clinical and microbiological effect of a combination of hydroxychloroquine and azithromycin in 80 COVID-19 patients with at least a six-day follow up: a pilot observational study. Trav. Med. Infect. Dis. 34, pgs. 101-663.

31.          Meng, Z., Wang, T., Li, C., Chen, X., Li, L., Qin, X., Li, H., Luo, J., (2020). An Experimental Trial of Recombinant Human Interferon Alpha Nasal Drops to Prevent Coronavirus Disease 2019 in Medical Staff in an Epidemic Area. MedRxiv. Preprint. pgs 202-204.

32.          Sainz Jr., B., Mossel, E.C., Peters, C., Garry, R.F., (2004). Interferon-beta and interferon- gamma synergistically inhibit the replication of severe acute respiratory syndrome- associated coronavirus (SARS-CoV). Virology 329, pgs. 1117.

33.          Ojeda, L. A.-P.-C.-G.-R. (2020). Propuestas de tratamiento de la infeccin por SARS-CoV-2: anlisis de la evidencia. Medicina Interna de Mxico, pgs- 670-687.

34.          Mantlo, E.K., Bukreyeva, N., Maruyama, J., Paessler, S., Huang, C., (2020). Potent antiviral activities of Type I interferons to SARS-CoV-2 infection. Antivir. Res. 179, pgs. 104-811.

35.          Cinatl, J., Morgenstern, B., Bauer, G., Chandra, P., Rabenau, H., Doerr, H., (2003). Treatment of SARS with human interferons. Lancet 362, pgs. 293294.

36.          Sallard, E., Lescure, F.-X., Yazdanpanah, Y., Mentre, F., Peiffer-Smadja, N., Florence, A., Yazdanpanah, Y., Mentre, F., Lescure, F.-X., Peiffer-Smadja, N., (2020). Type 1 interferons as a potential treatment against COVID-19. Antivir. Res. 178, pgs. 104791.

37.          Lokugamage, K.G., Hage, A., de Vries, M., Valero-Jimenez, A.M., Schindewolf, C., Dittmann, M., Rajsbaum, R., Menachery, V.D., (2020). Type I interferon susceptibility distinguishes SARSCoV-2 from SARS-CoV. J. Virol. pgs. 1-8

38.          Sondos Midassi, A. B. (2020). Efficient degradation of chloroquine drug by electro-Fenton oxidation:. Elsevier , pgs. 1-11.

39.          Magnus Lindroos, D. H. (2019). Continuous removal of the model pharmaceutical chloroquine from water using melanin-covered Escherichia coli in a membrane bioreactor. Elsevier , pgs. 74-80.

40.          Luca Sbardella, J. C.-R. (2018). Advanced biological activated carbon filter for removing pharmaceutically active compounds from treated wastewater. Elsevier, pgs. 521-528.

41.          Efram A.Serna-Galvisa, J. S.-A.-C.-L.-P. (2019). Effective elimination of fifteen relevant pharmaceuticals in hospital wastewater from Colombia by combination of a biological system with a sonochemical process. Elsevier, pgs. 623-632.

42.          I.C.Iakovides, b.-K. ,.-K. (2019). Continuous ozonation of urban wastewater: Removal of antibiotics, antibiotic-resistant Escherichia coli and antibiotic resistance genes and phytotoxicity. Elsevier , pgs. 333-347.

43.          Thomas A. Ternesa, ,. J. (2003). Ozonation: a tool for removal of pharmaceuticals, contrast media and musk fragrances from wastewater? Elsevier, pgs. 19761982.

44.          L.Clouzota, P. D. (2010). Membrane bioreactors for 17α-ethinylestradiol removal. Elsevier, pgs. 81-85.

45.          T.A.Ternes, U. M.-D. (1990). Behavior and occurrence of estrogens in municipal sewage treatment plants I. Investigations in Germany, Canada and Brazil. Elsevier, pgs. 81-90.

46.          A C Johnson, J. P. (2001). Removal of endocrine-disrupting chemicals in activated sludge treatment works. Elsevier, pgs. 697-703.

47.          Minja Bogunović, I. I.-T. (2020). Removal of selected emerging micropollutants from wastewater treatment plant effluent by advanced non-oxidative treatment - a lab-scale case study from Serbia. Elsevier, pgs. 1-47

48.          Pignatello, J.J., Oliveros, E., & MacKay, A. (2006). Advanced Oxidation Processes for Organic Contaminant Destruction Based on the Fenton Reaction and Related Chemistry. Critical Reviews in Environmental Science and Technology 36 (1), pgs. 1-84.

49.          Levchuk, I., Bhatnagar, A., & Sillanp, M. (2014). Overview of technologies for removal of methyl tert-butyl ether (MTBE) from water. Science of The Total Environment pgs. 476-477, 415-433.

50.          Bautista, P., Mohedano, A.F., Gilarranz, M.A., Casas, J.A., & Rodrguez, J.J. (2007). Application of Fenton oxidation to cosmetic wastewaters treatment. Journal of Hazardous Materials 143 (1- 2), pgs. 128-134.

51.          Litter, M.I., & Quici, N. (2010). Photochemical advanced oxidation processes for water and wastewater treatment. Recent Patents on Engineering 4, pgs. 217-241.

52.          Rubio-Clemente, A., Torres-Palma, R.A., & Peuela, G.A. (2014). Removal of polycyclic aromatic hydrocarbons in aqueous environment by chemical treatments: A review. Sciences of The Total Environment 478, pgs. 201-225.

53.          Burbano, A.A., Dionysiou, D.D., & Suidan, M.T. (2008). Effect of oxidant-to-substrate ratios on the degradation of MTBE with Fenton reagent. Water Research 42 (12), pgs. 3225-3239.

54.          Babuponnusami, A., & Muthukumar, K. (2014). A review on Fenton and improvements to the Fenton process for wastewater treatment. Journal of Environmental Chemical Engineering 2 (1), pgs. 557-572.

55.          Dopar, M., Kusic, H., & Koprivanac, N. (2011). Treatment of simulated industrial wastewater by photo-Fenton process. Part I: The optimization of process parameters using design of experiments (DOE). Chemical Engineering Journal 173( 2), pgs. 267-279

56.          Vsquez, R. E. (2015). Estudio de biorreactor de membrana para el tratamiento de aguas residuales urbanas. Escuela Politcnica Superior, pgs.1-99.

57.          Langlais, B., y otros. (1992). Test on Microfiltration as a tertiary Treatment Downstrean of Fixed Bactery Filtration. s.l. : Water, Sciencie and Technology, pgs.1-10

58.          Meng, F., y otros. (2009). Recent Advances in Membrane Bioreactors (MBRs): Membrane Fouling and Membrane Material. s.l. : Water Research, pgs. 1-7

59.          Grease, S. L. (1987). Granular Activated Carbon Filter - Adsorber Systems. . Awwa, 64-74.

60.          Seyedali Asgharzadehahmadi, A. A. (2016). Sonochemical reactors: Review on features, advantages and limitations. Elsevier, pgs.302-314.

61.          Stover. E, C. H. (2012). Manual de diseo : Desinfeccion de aguas residuales municipales. Elsevier, pgs. 1-9.

62.          Mara Esther Arcos Serrano, G. F. (1993). Procesos biologicos de tratamiento para la estabilizacion de residuos liquidos toxicos. Cenapred, pgs. 1-101.

63.          Flicien Mazille, D. S. (2018). Coagulacin, floculacin y separacin. Gass Perspective , pgs. 1-3.

 

 

 

 

 

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