Tetracycline: production, waste treatment and environmental impact assessment

A ocorrência frequente de fármacos no meio aquático exige a avaliação do seu impacto ambiental e seus efeitos negativos em seres humanos. Dentre os fármacos com maior potencial de impacto ambiental estão os antibióticos, que chegam ao meio ambiente através dos efluentes de indústrias químico-farmacêuticas e, principalmente, através de esgotos domésticos e criação de animais, visto que 25% a 75% dos fármacos são excretados em forma inalterada após passagem pelo Trato Gastrointestinal. Parcela significativa do consumo mundial dos antibióticos corresponde à classe das tetraciclinas, representando consumo humano de 23 kg/dia no Brasil, em 2007. Atualmente, há pesquisas de novas tetraciclinas que incorporam metais pesados (Hg, Cd, Re, Pt, Pd) às suas estruturas com o intuito de aumentar suas atividades bactericidas. As estações de tratamento de águas residuais convencionais não são capazes de degradar moléculas orgânicas complexas, diminuir a sua toxicidade e melhorar a sua biodegradabilidade. Por esta razão, as novas tecnologias, como, por exemplo, os processos oxidativos avançados, estão sendo desenvolvidos para lidar com esta demanda. Os objetivos deste trabalho são fazer uma revisão da literatura sobre os processos de obtenção de tetraciclinas, apresentar métodos de tratamento de seus resíduos e avaliar o seu impacto ambiental.The frequent occurrence of pharmaceuticals in the aquatic environment requires an assessment of their environmental impact and their negative effects in humans. Among the drugs with high harmful potential to the environment are the antibiotics that reach the environment not only, as may be expected, through the effluents from chemical and pharmaceutical industries, but mainly through the sewage and livestock; because around 25 to 75% of the ingested drugs are excreted in unchanged form after the passage through the Gastro-Intestinal Tract. Tetracycline has high world consumption, representing a human consumption of about 23 kg/day in Brazil in 2007. At the moment, researches are being made to develop new tetracycline that incorporate heavy metals (Hg, Cd, Re, Pt, Pd) to their structures in order to increase their bactericidal effect. The conventional wastewater treatment plants are not able to degrade complex organic molecules to reduce their toxicity and improve their biodegradability. For this reason new technologies, i.e., the advanced oxidation processes, are being developed to handle this demand. The objectives of this study are to review the literature on the processes of obtaining tetracycline, presenting its waste treatment methods and evaluation of their environmental impact

Development and validation of analytical methodology with focus on the qualification of powder mixers

;O objetivo deste trabalho foi desenvolver um método analítico capaz de quantificar o óxido férrico presente na mistura óxido férrico/lactose monoidratada (0,4% w/w). Verificou-se a especificidade, linearidade, precisão (repetibilidade do sistema, repetibilidade do método e precisão intermediária), exatidão, estabilidade das soluções e robustez. A concentração de Fe(III) foi determinada por espectrofotometria em 480 nm com base em curvas de calibração. Verificou-se a especificidade verificada. A linearidade foi obtida na faixa de 11,2 a 16,8 µg de óxido férrico/mL. O desvio padrão relativo (DPR) da repetibilidade do sistema, método e precisão intermediária foram inferiores a 2%. Os valores de DPR da exatidão foram inferiores a 0,75%. A estabilidade das amostras foi verificada ao longo de 24 horas de ensaio. Na avaliação da robustez variou-se o comprimento de onda e a concentração de ácido clorídrico. O desvio máximo de absorbância ao se variar o comprimento de onda foi de 0,14%, enquanto que para a concentração de ácido clorídrico o desvio foi de 2,4% para a concentração de 0,8 M. Assim, a concentração de ácido clorídrico é crítica para a análise de óxido férrico. O método desenvolvido foi validado e é adequado à qualificação do desempenho de misturadores de pós e granulados.;;This study aims at developing an analytical procedure capable of quantifying the ferric oxide present in the mixture of ferric oxide/lactose monohydrate (0.4% w/w). The analytical procedure was checked for specificity, linearity, precision (system repeatability, procedure repeatability and intermediate precision), accuracy, stability of solutions and robustness of the procedure. The concentration of Fe (III) was determined by spectrophotometry at 480 nm based on calibration curves. The specificity was verified. The linearity was obtained in the range of 11.2 to 16.8 µg of ferric oxide/mL. The relative standard deviation (RSD) of the system repeatability, procedure repeatability and intermediate precision, were not more than 2%. The RSD of the accuracy values were less than 0.75%. The stability of the samples was checked over a 24 hours assay. In the robustness evaluation, the wavelength and the concentration of hydrochloric acid varied. The maximum absorbance deviation due to wavelength variation was 0.14 percent, and the maximum deviation due to the hydrochloric acid concentration variation was 2.4%, indicating that the concentration of hydrochloric acid is critical to the analysis of ferric oxide. The procedure developed was validated and is suitable to the performance qualification of powder mixers.

Environmental contamination by fluoroquinolones

Over the past few decades, a high number of pharmaceuticals have been detected in surface, ground and drinking waters. This contamination comes from domestic sewage, livestock, hospitals and chemical-pharmaceutical industries. Typical examples of these pollutants are the fluoroquinolones - powerful antibiotics used in human and veterinary medicine. The presence of fluoroquinolones in the environment can pose a serious threat to the ecosystem and to human health due to their high consumption globally: in 1998, around 120 tons were produced. Even at low environmental concentrations, antibiotics stimulate bacterial resistance. The consequences of the presence of fluoroquinolones in the environment are not fully understood, but are known to be toxic to plants and aquatic organisms. Approximately 85% of the fluoroquinolones present in influents can be removed by conventional wastewater treatment plants, but the removed fraction is frequently accumulated in the sludge, which is sometimes used as fertilizer, representing an additional input route into the environment. The removal of fluoroquinolones by biological treatment is ineffective, and it is believed that only advanced oxidation technologies are able to destroy these emerging pollutants.Nas últimas décadas, um grande número de fármacos tem sido identificado em águas superficiais, subterrâneas e potáveis. Tal contaminação advém do esgoto doméstico, hospitais, criação de animais e das indústrias químico-farmacêuticas. Exemplos típicos desses poluentes são as fluoroquinolonas – potentes antibióticos empregados na medicina humana e veterinária. A presença de fluoroquinolonas no meio ambiente pode representar uma séria ameaça para o ecossistema e para a saúde humana devido ao alto consumo mundial: em 1998 foram produzidas, aproximadamente, 120 toneladas. Mesmo em baixas concentrações, antibióticos podem estimular a resistência bacteriana. As consequências da presença de fluoroquinolonas no ambiente não são completamente compreendidas, mas sabe-se que são tóxicas para plantas e organismos aquáticos. Aproximadamente 85% das fluoroquinolonas presentes em efluentes podem ser removidos em estações de tratamento de efluentes convencionais, porém a fração removida é frequentemente acumulada no lodo, muitas vezes usado como fertilizante, o que representa uma rota adicional de entrada desses compostos no ambiente. A remoção de fluoroquinolonas por meio de tratamento biológico não é eficiente, e acredita-se que somente as tecnologias de oxidação avançada sejam capazes de degradar esses poluentes emergentes

Continuous emulsion polymerization of vinyl acetate in pulsed sieve plate column.

Processos industriais de polimerização em emulsão são usualmente realizados em reatores tipo tanque agitado em batelada (ou semi-batelada) ou em contínuo (CSTR). Reatores contínuos tem a vantagem de serem comparativamente de menor porte, e propiciarem melhor controle da qualidade do produto pela redução de variações de batelada a batelada. Reatores tipo CSTR podem exibir oscilações periódicas e autosustentadas de conversão, de tamanho e concentração de partículas. Estas oscilações podem ser minimizadas nos reatores tubulares pulsados devido à diminuição da dispersão axial em relação aos reatores do tipo CSTR. Na presente tese, desenvolveu-se um novo tipo de reator tubular, a Coluna Pulsada de Pratos Perfurados, CPPP, para uso no processo de polimerização contínua do acetato de vinila em emulsão. O reator é operado com escoamento pulsado e contém pratos perfurados como dispositivos internos. Inicialmente foram realizados ensaios de distribuição de tempos de residência, em um reator montado em vidro, com o objetivo de caracterizar o escoamento no reator CPPP quanto ao grau de mistura axial. Os dados foram interpretados usando o modelo de escoamento pistonado com dispersão axial. Valores do coeficiente de dispersão axial foram medidos e correlacionados para diferentes condições de freqüência e amplitude de pulsação, vazão, espaçamento entre pratos, e viscosidade do fluido. Verificou-se que o grau de mistura axial pode ser variado em faixas relativamente amplas pela manipulação da freqüência e amplitude de pulsação. Foi também montado um reator em aço inox e encamisado, com as mesmas dimensões, onde foram realizados ensaios de polimerização em emulsão de acetato de vinila, medindo-se a conversão e a distribuição de tamanhos de partículas (DTP), na saída do reator em regime transiente e permanente, e também ao longo do reator em regime permanente. Verificou-se que as condições operacionais (tempo médio de residência e grau de dispersão axial) influenciam várias características do produto, como, a conversão, tamanho médio e concentração de partículas, porém, não influencia, significativamente, a viscosidade da emulsão produzida, para a receita da reação de polimerização e as condições operacionais estudadas. Os resultados experimentais foram interpretados usando um modelo matemático do reator, o qual foi estabelecido com base em um modelo cinético publicado na literatura para o processo de polimerização em emulsão de acetato de vinila em batelada. Tal modelo foi adaptado incluindo-se os termos convectivos e dispersivos nas equações de balanço de massa, e resolvido numericamente. Foram ajustados apenas dois parâmetros neste modelo, para todas as condições operacionais estudadas e os resultados simulados reproduziram adequadamente o comportamento das principais variáveis de processo para a condição de regime permanente. O novo tipo de reator contínuo apresentado neste trabalho mostrou-se ser possível obter altas conversões em tempos médios de residência da ordem ou mesmo inferiores aos do processo em batelada e atingir regime permanente de operação em um a dois tempos médios de residência. O reator é eficiente, robusto, construtivamente simples, de fácil limpeza e manutenção, e mostrou-se promissor para utilização industrial em processo de polimerização em emulsão de acetato de vinila.Industrial emulsion polymerization processes are usually carried out in stirred tanks operated in batch/semibatch or in continuous mode (CSTR). In comparison to batch processes, continuous reactors present several advantages such as lower volumes and better quality control by reducing batch-to-batch variations. Continuous emulsion polymerization in CSTR may exhibit sustained oscillations in conversion, particle size and particle concentration. Such oscillations may be reduced in pulsed tubular reactors due to less axial mixing. In this thesis a new type of tubular reactor, called Pulsed Sieve Plate Column, PSPC, was developed for the continuous process of vinyl acetate emulsion polymerization. This reactor is operated using oscillatory pulsed flow and uses perforated plates as internals. Residence time distribution runs were carried out in a glass reactor in order to characterize the axial mixing and flow patterns in the PSPC. The data were treated using the axially dispersed plug flow model. Axial dispersion coefficient was measured for different conditions of pulse frequency and amplitude, flow rate, plate spacing and viscosity. It was found that the degree of axial mixing can be varied in wide ranges by manipulating pulsation frequency and/or amplitude. Vinyl acetate continuous emulsion polymerization runs were carried out in a jacketed stainless steel reactor (with the same size of the glass reactor). Monomer conversion and particle size distribution was measured both at the reactor exit in transient state and along the reactor length at steady-state. It was found that average residence time and degree of axial mixing affect process and product quality variables, such as monomer conversion, mean particle size and concentration, but did not affect the viscosity of the emulsion produced, for the recipe and conditions used. A mathematical model for the reactor was developed. The model used, based on a well-known kinetic model previously developed in the literature for batch emulsion polymerization, was adapted to the continuous tubular reactor by adding the dispersion and convective terms to the balance equations. The model was numerically solved. Only two parameters were adjusted in this model and the simulated results showed excellent agreement with the experimental results, for steady state conditions. The proposed tubular reactor allows to reach high monomer conversion with similar or even lower residence time than those in batch processes and reaches steady state operation in just one to two mean residence times. The reactor is efficient, easy-to-built, easy-to-clean, robust and promising for use in industrial continuous emulsion polymerization of vinyl acetate

Development and validation of analytical methodology with focus on the qualification of powder mixers

This study aims at developing an analytical procedure capable of quantifying the ferric oxide present in the mixture of ferric oxide/lactose monohydrate (0.4% w/w). The analytical procedure was checked for specificity, linearity, precision (system repeatability, procedure repeatability and intermediate precision), accuracy, stability of solutions and robustness of the procedure. The concentration of Fe (III) was determined by spectrophotometry at 480 nm based on calibration curves. The specificity was verified. The linearity was obtained in the range of 11.2 to 16.8 µg of ferric oxide/mL. The relative standard deviation (RSD) of the system repeatability, procedure repeatability and intermediate precision, were not more than 2%. The RSD of the accuracy values were less than 0.75%. The stability of the samples was checked over a 24 hours assay. In the robustness evaluation, the wavelength and the concentration of hydrochloric acid varied. The maximum absorbance deviation due to wavelength variation was 0.14 percent, and the maximum deviation due to the hydrochloric acid concentration variation was 2.4%, indicating that the concentration of hydrochloric acid is critical to the analysis of ferric oxide. The procedure developed was validated and is suitable to the performance qualification of powder mixers.</p