O aumento de compostos farmacêuticos no meio ambiente levou à procura de métodos eficientes e amigos do ambiente capazes de solucionar o problema. Neste trabalho é proposta a utilização de lamas ativadas para a remoção de ibuprofeno (IBU). Foram testadas diferentes concentrações de IBU (0.4, 0.5, 0.6, 0.8 e 1 mg L-1), em sistema fechado, num reactor de 4 L. Foram calculados valores de uptake e percentagem de remoção. Os valores
de uptake cresceram com o aumento da concentração inicial de IBU (0.192 para 0.660 mg g-1), o que está de acordo com o teoricamente esperado. A remoção foi quase total (99.1-99.5 %) sendo independente da concentração inicial de IBU. O mecanismo de remoção é bem descrito pelo modelo de pseudo- 2ª ordem, para todas as concentrações testadas. O sistema utilizado mostrou ser eficiente na remoção de IBU e poderá ser utilizado na remoção
de IBU em grande escala.The increasing presence of pharmaceutical compounds in the environment leads to the
search of efficient and eco-friendly methods able to solve the problem. This work proposes
the use of activated sludge for the removal of ibuprofen (IBU). Different concentrations of
IBU were tested (0.4, 0.5, 0.6, 0.8, and 1 mg L-1) in a batch reactor with a working volume
of 4 L. The uptake values and removal percentage were calculated. The uptake values
increased with increasing initial concentration of IBU (0.192 to 0.660 mg g-1
), which is in
agreement with the theoretically expected. The removal was almost total (99.1-99.5 %) and
independent of the initial IBU concentration. The removal mechanism is well described by the
pseudo 2nd order model, for all concentrations tested. The system is efficient in removing
IBU and may be used in the removal of IBU in large scale.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) através do projecto de
financiamento estratégico à unidade de investigação (UID/BIO/04469/2013), COMPETE 2020
(POCI-01-0145-FEDER-006684)Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT)  - SFRH/BPD/82558/2011; SFRH/BPD/101338/2014

Ferreira, Eugénio C.

Mesquita, D. P.

Quintelas, Cristina

Universidade do Minho: RepositoriUM

Removal of ibuprofen by an aerobic activated sludge system

17º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental   I   349Comunicação submetida ao 17.º ENASB, Guimarães, 14-16 setembro 2016  1 ___________________________________________________________________________________   © APESB  REMOÇÃO DE IBUPROFENO POR UM SISTEMA AERÓBIO DE LAMAS ATIVADAS  REMOVAL OF IBUPROFEN BY AN AEROBIC ACTIVATED SLUDGE SYSTEM Cristina Quintelas a,*, Daniela Mesquita a, Eugénio Ferreira a a Centro de Engenharia Biológica, Universidade do Minho, Campus de Gualtar, 4710-057 Braga, Portugal RESUMO O aumento de compostos farmacêuticos no meio ambiente levou à procura de métodos eficientes e amigos do ambiente capazes de solucionar o problema. Neste trabalho é proposta a utilização de lamas ativadas para a remoção de ibuprofeno (IBU). Foram testadas diferentes concentrações de IBU (0.4, 0.5, 0.6, 0.8 e 1 mg L-1), em sistema fechado, num reactor de 4 L. Foram calculados valores de uptake e percentagem de remoção. Os valores de uptake cresceram com o aumento da concentração inicial de IBU (0.192 para 0.660 mg g-1), o que está de acordo com o teoricamente esperado. A remoção foi quase total (99.1-99.5 %) sendo independente da concentração inicial de IBU. O mecanismo de remoção é bem descrito pelo modelo de pseudo- 2ª ordem, para todas as concentrações testadas. O sistema utilizado mostrou ser eficiente na remoção de IBU e poderá ser utilizado na remoção de IBU em grande escala.     Palavras-Chave – Ibuprofeno, Lamas ativadas, Percentagem de remoção, sistema fechado, uptake ABSTRACT The increasing presence of pharmaceutical compounds in the environment leads to the search of efficient and eco-friendly methods able to solve the problem. This work proposes the use of activated sludge for the removal of ibuprofen (IBU). Different concentrations of IBU were tested (0.4, 0.5, 0.6, 0.8, and 1 mg L-1) in a batch reactor with a working volume of 4 L. The uptake values and removal percentage were calculated. The uptake values increased with increasing initial concentration of IBU (0.192 to 0.660 mg g-1), which is in agreement with the theoretically expected. The removal was almost total (99.1-99.5 %) and independent of the initial IBU concentration. The removal mechanism is well described by the pseudo 2nd order model, for all concentrations tested. The system is efficient in removing IBU and may be used in the removal of IBU in large scale. Keywords – Ibuprofen, Activated sludge, Removal percentage, batch system, uptake  * Autor para correspondência. Corresponding author. E-mail: cquintelas@deb.uminho.pt             ©APESB350   I   A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro  Comunicação submetida ao 2  17.º ENASB, 14 a 16 de Setembro 2016 ___________________________________________________________________________________   © APESB  1 INTRODUÇÃO  Estudos recentes demonstram a presença inequívoca de fármacos de utilização humana e veterinária num grande número de ecossistemas aquáticos, nomeadamente em águas marinhas, fluviais e em efluentes de estações de tratamento de águas residuais (Nunes, 2011). Os principais fármacos encontrados em águas incluem anti-inflamatórios, analgésicos, antibióticos e anti-depressivos (Bila e Dezotti, 2003). Em 2010, foi publicado o primeiro estudo efectuado em Portugal, realizado ao longo do Estuário do Rio Douro, sobre a monitorização de seis compostos farmacêuticos emergentes, trimetoprim, propanolol, sulfametoxazol, carbamazepina, diazepam e metabolitos ativos de fenofibratos e ácido fenofibrico (Madureira et al., 2010). A existência destas substâncias é importante do ponto de vista ecotoxicológico, pois estas possuem um potencial intrínseco de interferir negativamente com alguns aspectos-chaves de organismos aquáticos expostos. Adicionalmente, quando presentes na água de consumo humano, podem colocar questões toxicológicas consideráveis pois não é de destacar totalmente a possibilidade de exercerem efeitos adversos em humanos (Nunes, 2011).  Os métodos tradicionais de remoção deste tipo de compostos, tais como adsorção em carvão ativado, oxidação fotoquímica, ozonização e filtração por membranas têm sido amplamente discutidos e usados um pouco por todo o mundo (Bolong et al., 2009). Cada um dos processos apresenta as suas limitações e vantagens na remoção de contaminantes de origem farmacêutica, sendo que o uso de carvão ativado e os processos membranares tem mostrado elevado potencial para a remoção dos mesmos. No entanto, ambos os métodos são onerosos e a sua implementação em larga escala apresenta inúmeras dificuldades. O uso de lamas ativadas para o tratamento de efluentes contaminados com os mais diversos poluentes tem sido alvo de diversos estudos (Nakada et al., 2006; Bernhard et al., 2006) tendo sido obtidos resultados bastante promissores. Neste contexto decididimos explorar o uso deste processo na remoção de ibuprofeno. Os ensaios foram efetuados em sistema fechado, durante cerca de 51 h e as percentagens de remoção e uptakes foram calculadas e analisadas. O estudo da cinética dos processos de biodegradação é importante para entender a dinâmica do processo, assim sendo foram também aplicados modelos de pseudo 1ª e pseudo 2ª ordem aos ensaios efetuados.  2 MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Condições experimentais e composição do meio sintético  Foram realizados ensaios com diferentes concentrações iniciais de ibuprofeno (IBU) (0.4, 0.5, 0.6, 0.8 e 1 mg L-1) num reactor fechado de 4 L. Os ensaios decorreram à temperatura ambiente durante cerca de 51 horas. O sistema foi inoculado com lamas ativadas provenientes duma estação local de tratamento de água residuais domésticas. As lamas tinham uma concentração inicial de sólidos suspensos de 3 g L-1, para todos os ensaios efectuados. Um meio sintético de alimentação foi adicionado ao sistema no início de cada ensaio com a seguinte composição, por litro: 2.55 g C2H3O2Na.3H2O, 0.34 g C3H5NaO2, 0.59 g NH4Cl, 0.95 g MgSO4⋅7H2O, 0.44 g CaCl2⋅2H2O, 0.03 g EDTA, e 3.16 mL de micronutrientes (Smolders et al., 1994). Esta última solução continha, em (g L-1): 1.5 FeCl3⋅6H2O, 0.15 H3BO3, 0.03 CuSO4⋅5H2O, 0.18 KI, 0.12 MnCl2⋅4H2O, 0.06 Na2MoO4⋅2H2O, 0.12 ZnSO4⋅7H2O, 0.15 CoCl2⋅6H2O. Foi usado ar comprimidos para assegurar as condições aérobias e o pH foi mantido a 7 usando um controlador de pH automático que adicionava 0.3 M HCl ou 0.3 M NaOH sempre que o valor de pH se encontrava acima ou abaixo do valor pretendido.  ©APESB 17º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental   I   351Comunicação submetida ao 17.º ENASB, Guimarães, 14-16 setembro 2016  3 ___________________________________________________________________________________   © APESB  2.2 Procedimentos analíticos  A determinação do ibuprofeno foi efetuada por HPLC e para tal foi utilizado um equipamento Shimadzu(Tóquio, Japão) que consiste num UHPLC (Nexera) com uma bomba multicanal (LC-30AD), injector automático (SIL-30AC), forno (CTO-20AC), desgasificador (DGU-20A 5R) e sistema de controlo (CBM-20A) com um software (LC SolutionVersion 5.41SP1). Foi usada uma coluna Kinetex 5u EVO C18 (150x4.6 mm i.d.) fornecida pela Phenomenex, Inc. (CA, USA). A fase móvel era constituída por fosfato de sódio (20 mM; pH 2.4) (eluente A) e acetonitrilo (eluente B). A composição inicial da fase móvel continha 80 % de A, decrescia para 30 % de A em 10 minutos, permanecendo nesta percentagem por 5 minutos. O caudal foi de 1.5 mL min-1. Os cromatogramas foram extraídos a 220 nm. O forno foi usado a uma temperatura de 40º C e o volume de injecção foi de 10 µL. Para a extracção em fase sólida (SPE), foram usados cartuchos Strata SDB-L com 100 mg mL-1 de polímero. Os cartuchos foram acondicionados com acetonitrilo e equilibrados com água ultra-pura. A amostra foi passada pelos cartuchos e lavada com uma solução de metanol/água (30:70), seca a vácuo durante 10 minutos e eluída com acetonitrilo.  2.3 Modelação de cinéticas  O comportamento cinético foi avaliado por modelos de pseudo- 1ª e pseudo- 2ª ordem. As formas linearizadas de ambos os modelos apresentam-se de seguida, sendo que as equações 1 e 2 correspondem, respetivamente, a pseudo- 1ª e pseudo- 2ª ordem.  Log	(Q' − q*) = Log	Q' − k.. t                                 [Eq. 1]               *12= .34.564 +*56                                                             [Eq. 2]                  onde Qe representa a quantidade de IBU por unidade de massa de lamas (mg g-1), qt representa a quantidade de IBU para o tempo t por unidade de lamas (mg g-1), k1 representa a constante de pseudo-1ª ordem (h-1) e k2 corresponde à constante de pseudo- 2ª ordem (g mg-1h-1).  3 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS Os resultados obtidos permitem concluir que o uptake aumenta (0.192 mg g-1 para 0.660 mg g-1) com o aumento da concentração inicial de IBU e a percentagem de remoção indica que a remoção foi praticamente total para todas as concentrações iniciais estudadas (Quadro 1). A explicação para o aumento do valor de uptake está relacionada com o facto de que à medida que a concentração de IBU aumenta existe mais quantidade (em número de moles) deste composto para remover, para a mesma quantidade de lamas (Padmesh et al., 2005). Com-parando os resultados obtidos com outros encontrados na literatura verifica-se que os resul-tados obtidos no presente trabalho apresentam uma melhor eficiência de remoção. Carballa et al. (2007) obtiveram taxas de remoção de IBU na ordem dos 40 % usando um sistema anaeróbio de lamas ativadas, Nakada et al. (2006) conseguiram remoções de cerca de 90 % (lamas ativadas) e Langenhoff et al. (2013) conseguiram a completa remoção de ibuprofeno, mas em 4 dias, usando um sistema de lamas provenientes duma estação de tratamento de efluentes hospitalares.             ©APESB352   I   A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro  Comunicação submetida ao 4  17.º ENASB, 14 a 16 de Setembro 2016 ___________________________________________________________________________________   © APESB  Quadro 1. Valores de uptake e percentagem de remoção para as diferentes concentrações iniciais de IBU  Concentração (mg L-1) Uptake (mg g-1) Percentagem de remoção (%) 0.4 0.192 99.3 0.5 0.229 99.1 0.6 0.312 99.5 0.8 0.365 99.5 1.0 0.660 99.5  As cinéticas de remoção foram também investigadas de modo a clarificar o processo de remoção do IBU. A quantificação dos parâmetros cinéticos é de grande importância pois permite descrever a velocidade do processo de remoção de IBU pelas lamas ativadas e o modo como as variáveis influenciam a eficiência do processo. Com o aprofundamento deste conhecimento, amplia-se o estudo e prevê-se a velocidade com que o poluente é removido da solução aquosa, e torna-se possível a aplicação desta técnica em escala industrial para a despoluição de efluentes reais contaminados por IBU. Foram aplicados os modelos de pseudo 1ª ordem e pseudo 2ª ordem e os valores obtidos para as constantes k1 e k2 são apresentados no Quadro 2. Os valores de coeficiente de correlação (R2) mostram que o modelo de pseudo 2ª ordem apresenta um melhor ajuste aos dados experimentais para todas as concentrações de IBU. Este modelo assume que o processo de remoção é controlado por reações a nível da superfície do adsorvente, com reações químicas envolvendo forças/ligações de valência, mediante a partilha ou troca de electrões entre as lamas ativadas e o ibuprofeno (Zhang et al., 2010). Os valores de uptake (Qe) calculados pelo modelo (0.192, 0.230, 0.316, 0.369 e 0.673 mg g-1) são bastante aproximados aos obtidos experimentalmente (ver Quadro 1). Os valores de k1 são da mesma ordem de grandeza para todas as concentrações testadas e os valores de k2 são de ordens de grandeza díspares devido à natureza quadrática da equação que lhes dá origem. Em 2010, Ofomaja (2010) estudou a relação entre os parâmetros do modelo de pseudo- 2ª ordem e a eficiência de remoção por materiais biológicos. Este autor estabeleceu uma relação, RW, entre as constantes do modelo e as características cinéticas da curva de remoção. A este parâmetro chamou “factor de aproximação ao equilíbrio” e é definido por:                           R9 =.1+34.56.*;6<                       [Eq. 3]                  onde tref é o maior tempo de operação, Qe representa o valor de uptake e k2 é a já referida constante do modelo. Os valores de RW são apresentados no Quadro 2. Quadro 2. Constantes dos modelos de pseudo- 1ª e pseudo- 2ª ordem, Rw e R2 para as diferentes concentrações iniciais de IBU  Concentração Modelo Pseudo-1ª ordem Modelo Pseudo-2ª ordem mg/L k1 (h) R2 k2 (g mg-1h-1) R2 Rw 0.4 0.088 0.58 168.6 ~ 1 0.0007 0.5 0.048 0.98 10.02 0.99 0.0085 0.6 0.053 0.97 5.18 0.99 0.0132 ©APESB 17º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental   I   353Comunicação submetida ao 17.º ENASB, Guimarães, 14-16 setembro 2016  5 ___________________________________________________________________________________   © APESB  0.8 0.058 0.82 6.04 ~ 1 0.0087 1.0 0.076 0.84 1.63 0.99 0.0179 Estes autores estabelecem patamares de valores os quais indicam uma boa ou má eficiência de remoção. Neste estudo, os valores de Rw encontram-se no intervalo entre 0.0007 e 0.0179, o que confirma a boa eficiência do sistema usado para a remoção de IBU.  4 CONCLUSÕES O sistema apresentado revelou-se eficaz no tratamento de efluentes contaminados com ibuprofeno, na gama de concentrações estudadas. Os dados cinéticos são bem ajustados pelo modelo de pseudo-2ªordem o que indica que a remoção acontece na superfície das lamas activadas. Os resultados obtidos são bastante promissores para a aplicação deste sistema a efluentes reais à escala piloto.  AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) através do projecto de financiamento estratégico à unidade de investigação (UID/BIO/04469/2013), COMPETE 2020 (POCI-01-0145-FEDER-006684). Os autores agradecem também o apoio através da atribuição das bolsas de pós- doutoramento com as referências SFRH/BPD/82558/2011 e SFRH/BPD/101338/2014) pela FCT- Portugal. REFERÊNCIAS Bernhard M., Muller J., Knepper T.P. (2006) Biodegradation of persistent polar pollutants in wastewater: Comparison of an optimised lab-scale membrane bioreactor and activated sludge treatment. Water Research 40 (18) 3419–3428. Bila D.M., Dezotti M. (2003). Fármacos no meio ambiente. Quimica Nova 26 (4) 523-530. Bolong N., Ismaila A.F., Salimb M.R., Matsuura T. (2009). A review of the effects of emerging contaminants in wastewater and options for their removal. Desalination 239 (1-3) 229–246. Carballa M., Omil F., Ternes T., Lema J. M. (2007) Fate of pharmaceutical and personal care products (PPCPs) during anaerobic digestion of sewage sludge. Water Research 41 (10) 2139–2150. Langenhoff A., Inderfurth N., Veuskens T., Schraa G., Blokland M., Kujawa-Roeleveld K., Rijnaarts H. (2013) Microbial removal of the pharmaceutical compounds ibuprofen and diclofenac from wastewater. BioMed Research International 2013, 1-9. Madureira T.V., Barreiro J.C., Rocha M.J., Rocha E., Cass Q.B., Tiritan M.E. (2010) Spatiotemporal distribution of pharmaceuticals in the Douro River estuary (Portugal). Science of the Total Environment 408 (22) 5513-5520. Nakada N., Tanishima T., Shinohara H., Kiri K., Takad H. (2006) Pharmaceutical chemicals and endocrine disrupters in municipal wastewater in Tokyo and their removal during activated sludge treatment. Water Research 40 (17) 3297–3303. Nunes B. (2011). A presença de fármacos no ambiente. Acta Farmacêutica Portuguesa 1 (1) 43-54.  Ofomaja A.E. (2010) Biosorption studies of Cu(II) onto Mansonia sawdust: Process design to minimize biosorbent dose and contact time. Reactive and Functional Polymers 70 (11) 879–889. Padmesh T.V.N., Vijayaraghavan K., Sekaran G., Velan M. (2005) Batch and column studies on biosorption of acid dyes on fresh water macro alga Azolla filiculoides. Journal of Hazardous Materials 125 (1-3) 121-129.           ©APESB354   I   A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro  Comunicação submetida ao 6  17.º ENASB, 14 a 16 de Setembro 2016 ___________________________________________________________________________________   © APESB  Smolders G.J.F., van de Meij J., van Loosdrecht M.C.M., Heijnen J.J. (1994) Model of the anaerobic metabolism of the biological phosphorus removal process: Stoichiometry and pH influence. Biotechnology and Bioengineering 43 (6) 461-470. Zhang H., Tang Y., Cai D., Liu X., Wang X., Huang Q., Yu Z. (2010) Hexavalent chromium removal from aqueous solution by algal bloom residue derived activated carbon: equilibrium and kinetic studies. Journal of Hazardous Materials 181 (1-3) 801–808. ©APESB 17º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental   I   12   I   A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro  EditoresPaulo J. RamísioGraça A. LopesLígia M. Costa PintoFernando LeiteMaria João RosaSugestão de citação: “A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro: 17.º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental,  Livro de Comunicações. Paulo J. Ramísio, Graça A. Lopes, Ligia M. Costa Pinto, Fernando Leite, Maria João Rosa (Editores). ISBN: 978-989-20-6908-8. Lisboa 2016”ISBN978-989-20-6908-8DOI10.22181/17ENASB.201617º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental   I   1A Engenharia Sanitária nas Cidades do FuturoLivro de Comunicações14-16 setembro 2016Centro Cultural Vila FlorGuimarães

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© APESB 
 
REMOÇÃO DE IBUPROFENO POR UM SISTEMA AERÓBIO DE LAMAS 
ATIVADAS 
 
REMOVAL OF IBUPROFEN BY AN AEROBIC ACTIVATED SLUDGE 
SYSTEM 
Cristina Quintelas a,*, Daniela Mesquita a, Eugénio Ferreira a 
a Centro de Engenharia Biológica, Universidade do Minho, Campus de Gualtar, 4710-057 
Braga, Portugal 
RESUMO 
O aumento de compostos farmacêuticos no meio ambiente levou à procura de métodos 
eficientes e amigos do ambiente capazes de solucionar o problema. Neste trabalho é 
proposta a utilização de lamas ativadas para a remoção de ibuprofeno (IBU). Foram testadas 
diferentes concentrações de IBU (0.4, 0.5, 0.6, 0.8 e 1 mg L-1), em sistema fechado, num 
reactor de 4 L. Foram calculados valores de uptake e percentagem de remoção. Os valores 
de uptake cresceram com o aumento da concentração inicial de IBU (0.192 para 0.660 mg g-
1), o que está de acordo com o teoricamente esperado. A remoção foi quase total (99.1-
99.5 %) sendo independente da concentração inicial de IBU. O mecanismo de remoção é 
bem descrito pelo modelo de pseudo- 2ª ordem, para todas as concentrações testadas. O 
sistema utilizado mostrou ser eficiente na remoção de IBU e poderá ser utilizado na remoção 
de IBU em grande escala.    
 
Palavras-Chave – Ibuprofeno, Lamas ativadas, Percentagem de remoção, sistema fechado, uptake 
ABSTRACT 
The increasing presence of pharmaceutical compounds in the environment leads to the 
search of efficient and eco-friendly methods able to solve the problem. This work proposes 
the use of activated sludge for the removal of ibuprofen (IBU). Different concentrations of 
IBU were tested (0.4, 0.5, 0.6, 0.8, and 1 mg L-1) in a batch reactor with a working volume 
of 4 L. The uptake values and removal percentage were calculated. The uptake values 
increased with increasing initial concentration of IBU (0.192 to 0.660 mg g-1), which is in 
agreement with the theoretically expected. The removal was almost total (99.1-99.5 %) and 
independent of the initial IBU concentration. The removal mechanism is well described by the 
pseudo 2nd order model, for all concentrations tested. The system is efficient in removing 
IBU and may be used in the removal of IBU in large scale. 
Keywords – Ibuprofen, Activated sludge, Removal percentage, batch system, uptake 
 
* Autor para correspondência. Corresponding author. 
E-mail: cquintelas@deb.uminho.pt 
  
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© APESB 
 
1 INTRODUÇÃO  
Estudos recentes demonstram a presença inequívoca de fármacos de utilização humana e 
veterinária num grande número de ecossistemas aquáticos, nomeadamente em águas 
marinhas, fluviais e em efluentes de estações de tratamento de águas residuais (Nunes, 
2011). Os principais fármacos encontrados em águas incluem anti-inflamatórios, analgésicos, 
antibióticos e anti-depressivos (Bila e Dezotti, 2003). Em 2010, foi publicado o primeiro 
estudo efectuado em Portugal, realizado ao longo do Estuário do Rio Douro, sobre a 
monitorização de seis compostos farmacêuticos emergentes, trimetoprim, propanolol, 
sulfametoxazol, carbamazepina, diazepam e metabolitos ativos de fenofibratos e ácido 
fenofibrico (Madureira et al., 2010). A existência destas substâncias é importante do ponto 
de vista ecotoxicológico, pois estas possuem um potencial intrínseco de interferir 
negativamente com alguns aspectos-chaves de organismos aquáticos expostos. 
Adicionalmente, quando presentes na água de consumo humano, podem colocar questões 
toxicológicas consideráveis pois não é de destacar totalmente a possibilidade de exercerem 
efeitos adversos em humanos (Nunes, 2011).  
Os métodos tradicionais de remoção deste tipo de compostos, tais como adsorção em carvão 
ativado, oxidação fotoquímica, ozonização e filtração por membranas têm sido amplamente 
discutidos e usados um pouco por todo o mundo (Bolong et al., 2009). Cada um dos 
processos apresenta as suas limitações e vantagens na remoção de contaminantes de origem 
farmacêutica, sendo que o uso de carvão ativado e os processos membranares tem mostrado 
elevado potencial para a remoção dos mesmos. No entanto, ambos os métodos são onerosos 
e a sua implementação em larga escala apresenta inúmeras dificuldades. 
O uso de lamas ativadas para o tratamento de efluentes contaminados com os mais diversos 
poluentes tem sido alvo de diversos estudos (Nakada et al., 2006; Bernhard et al., 2006) 
tendo sido obtidos resultados bastante promissores. Neste contexto decididimos explorar o 
uso deste processo na remoção de ibuprofeno. Os ensaios foram efetuados em sistema 
fechado, durante cerca de 51 h e as percentagens de remoção e uptakes foram calculadas e 
analisadas. O estudo da cinética dos processos de biodegradação é importante para entender 
a dinâmica do processo, assim sendo foram também aplicados modelos de pseudo 1ª e 
pseudo 2ª ordem aos ensaios efetuados. 
 
2 MATERIAIS E MÉTODOS 
2.1 Condições experimentais e composição do meio sintético 
 
Foram realizados ensaios com diferentes concentrações iniciais de ibuprofeno (IBU) (0.4, 0.5, 
0.6, 0.8 e 1 mg L-1) num reactor fechado de 4 L. Os ensaios decorreram à temperatura 
ambiente durante cerca de 51 horas. O sistema foi inoculado com lamas ativadas 
provenientes duma estação local de tratamento de água residuais domésticas. As lamas 
tinham uma concentração inicial de sólidos suspensos de 3 g L-1, para todos os ensaios 
efectuados. Um meio sintético de alimentação foi adicionado ao sistema no início de cada 
ensaio com a seguinte composição, por litro: 2.55 g C2H3O2Na.3H2O, 0.34 g C3H5NaO2, 0.59 
g NH4Cl, 0.95 g MgSO4⋅7H2O, 0.44 g CaCl2⋅2H2O, 0.03 g EDTA, e 3.16 mL de micronutrientes 
(Smolders et al., 1994). Esta última solução continha, em (g L-1): 1.5 FeCl3⋅6H2O, 0.15 
H3BO3, 0.03 CuSO4⋅5H2O, 0.18 KI, 0.12 MnCl2⋅4H2O, 0.06 Na2MoO4⋅2H2O, 0.12 ZnSO4⋅7H2O, 
0.15 CoCl2⋅6H2O. Foi usado ar comprimidos para assegurar as condições aérobias e o pH foi 
mantido a 7 usando um controlador de pH automático que adicionava 0.3 M HCl ou 0.3 M 
NaOH sempre que o valor de pH se encontrava acima ou abaixo do valor pretendido. 
 
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2.2 Procedimentos analíticos 
 
A determinação do ibuprofeno foi efetuada por HPLC e para tal foi utilizado um equipamento 
Shimadzu(Tóquio, Japão) que consiste num UHPLC (Nexera) com uma bomba multicanal 
(LC-30AD), injector automático (SIL-30AC), forno (CTO-20AC), desgasificador (DGU-20A 5R) 
e sistema de controlo (CBM-20A) com um software (LC SolutionVersion 5.41SP1). Foi usada 
uma coluna Kinetex 5u EVO C18 (150x4.6 mm i.d.) fornecida pela Phenomenex, Inc. (CA, 
USA). A fase móvel era constituída por fosfato de sódio (20 mM; pH 2.4) (eluente A) e 
acetonitrilo (eluente B). A composição inicial da fase móvel continha 80 % de A, decrescia 
para 30 % de A em 10 minutos, permanecendo nesta percentagem por 5 minutos. O caudal 
foi de 1.5 mL min-1. Os cromatogramas foram extraídos a 220 nm. O forno foi usado a uma 
temperatura de 40º C e o volume de injecção foi de 10 µL. Para a extracção em fase sólida 
(SPE), foram usados cartuchos Strata SDB-L com 100 mg mL-1 de polímero. Os cartuchos 
foram acondicionados com acetonitrilo e equilibrados com água ultra-pura. A amostra foi 
passada pelos cartuchos e lavada com uma solução de metanol/água (30:70), seca a vácuo 
durante 10 minutos e eluída com acetonitrilo. 
 
2.3 Modelação de cinéticas 
 
O comportamento cinético foi avaliado por modelos de pseudo- 1ª e pseudo- 2ª ordem. As 
formas linearizadas de ambos os modelos apresentam-se de seguida, sendo que as equações 
1 e 2 correspondem, respetivamente, a pseudo- 1ª e pseudo- 2ª ordem. 
 
Log	(Q' − q*) = Log	Q' − k.. t                                 [Eq. 1]      
 
        *12
= .34.564 +
*
56
                                                             [Eq. 2]                 
 
onde Qe representa a quantidade de IBU por unidade de massa de lamas (mg g-1), qt 
representa a quantidade de IBU para o tempo t por unidade de lamas (mg g-1), k1 representa 
a constante de pseudo-1ª ordem (h-1) e k2 corresponde à constante de pseudo- 2ª ordem (g 
mg-1h-1). 
 
3 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 
Os resultados obtidos permitem concluir que o uptake aumenta (0.192 mg g-1 para 0.660 mg 
g-1) com o aumento da concentração inicial de IBU e a percentagem de remoção indica que a 
remoção foi praticamente total para todas as concentrações iniciais estudadas (Quadro 1). A 
explicação para o aumento do valor de uptake está relacionada com o facto de que à medida 
que a concentração de IBU aumenta existe mais quantidade (em número de moles) deste 
composto para remover, para a mesma quantidade de lamas (Padmesh et al., 2005). Com-
parando os resultados obtidos com outros encontrados na literatura verifica-se que os resul-
tados obtidos no presente trabalho apresentam uma melhor eficiência de remoção. Carballa 
et al. (2007) obtiveram taxas de remoção de IBU na ordem dos 40 % usando um sistema 
anaeróbio de lamas ativadas, Nakada et al. (2006) conseguiram remoções de cerca de 90 % 
(lamas ativadas) e Langenhoff et al. (2013) conseguiram a completa remoção de ibuprofeno, 
mas em 4 dias, usando um sistema de lamas provenientes duma estação de tratamento de 
efluentes hospitalares. 
 
 
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Quadro 1. Valores de uptake e percentagem de remoção para as diferentes concentrações iniciais de IBU 
 
Concentração 
(mg L-1) 
Uptake 
(mg g-1) 
Percentagem de remoção 
(%) 
0.4 0.192 99.3 
0.5 0.229 99.1 
0.6 0.312 99.5 
0.8 0.365 99.5 
1.0 0.660 99.5 
 
As cinéticas de remoção foram também investigadas de modo a clarificar o processo de 
remoção do IBU. A quantificação dos parâmetros cinéticos é de grande importância pois 
permite descrever a velocidade do processo de remoção de IBU pelas lamas ativadas e o 
modo como as variáveis influenciam a eficiência do processo. Com o aprofundamento deste 
conhecimento, amplia-se o estudo e prevê-se a velocidade com que o poluente é removido 
da solução aquosa, e torna-se possível a aplicação desta técnica em escala industrial para a 
despoluição de efluentes reais contaminados por IBU. Foram aplicados os modelos de pseudo 
1ª ordem e pseudo 2ª ordem e os valores obtidos para as constantes k1 e k2 são 
apresentados no Quadro 2. Os valores de coeficiente de correlação (R2) mostram que o 
modelo de pseudo 2ª ordem apresenta um melhor ajuste aos dados experimentais para 
todas as concentrações de IBU. Este modelo assume que o processo de remoção é 
controlado por reações a nível da superfície do adsorvente, com reações químicas 
envolvendo forças/ligações de valência, mediante a partilha ou troca de electrões entre as 
lamas ativadas e o ibuprofeno (Zhang et al., 2010). Os valores de uptake (Qe) calculados 
pelo modelo (0.192, 0.230, 0.316, 0.369 e 0.673 mg g-1) são bastante aproximados aos 
obtidos experimentalmente (ver Quadro 1). Os valores de k1 são da mesma ordem de 
grandeza para todas as concentrações testadas e os valores de k2 são de ordens de 
grandeza díspares devido à natureza quadrática da equação que lhes dá origem. 
Em 2010, Ofomaja (2010) estudou a relação entre os parâmetros do modelo de pseudo- 2ª 
ordem e a eficiência de remoção por materiais biológicos. Este autor estabeleceu uma 
relação, RW, entre as constantes do modelo e as características cinéticas da curva de 
remoção. A este parâmetro chamou “factor de aproximação ao equilíbrio” e é definido por: 
 
                         R9 = .1+34.56.*;6<                       [Eq. 3]                 
 
onde tref é o maior tempo de operação, Qe representa o valor de uptake e k2 é a já referida 
constante do modelo. Os valores de RW são apresentados no Quadro 2. 
Quadro 2. Constantes dos modelos de pseudo- 1ª e pseudo- 2ª ordem, Rw e R2 para as diferentes 
concentrações iniciais de IBU 
 
Concentração Modelo Pseudo-1ª ordem Modelo Pseudo-2ª ordem 
mg/L k1 (h) R2 k2 (g mg-1h-1) R2 Rw 
0.4 0.088 0.58 168.6 ~ 1 0.0007 
0.5 0.048 0.98 10.02 0.99 0.0085 
0.6 0.053 0.97 5.18 0.99 0.0132 
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0.8 0.058 0.82 6.04 ~ 1 0.0087 
1.0 0.076 0.84 1.63 0.99 0.0179 
Estes autores estabelecem patamares de valores os quais indicam uma boa ou má eficiência 
de remoção. Neste estudo, os valores de Rw encontram-se no intervalo entre 0.0007 e 
0.0179, o que confirma a boa eficiência do sistema usado para a remoção de IBU. 
 
4 CONCLUSÕES 
O sistema apresentado revelou-se eficaz no tratamento de efluentes contaminados com 
ibuprofeno, na gama de concentrações estudadas. Os dados cinéticos são bem ajustados 
pelo modelo de pseudo-2ªordem o que indica que a remoção acontece na superfície das 
lamas activadas. Os resultados obtidos são bastante promissores para a aplicação deste 
sistema a efluentes reais à escala piloto. 
 
AGRADECIMENTOS 
Os autores agradecem à Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) através do projecto de 
financiamento estratégico à unidade de investigação (UID/BIO/04469/2013), COMPETE 2020 
(POCI-01-0145-FEDER-006684). Os autores agradecem também o apoio através da 
atribuição das bolsas de pós- doutoramento com as referências SFRH/BPD/82558/2011 e 
SFRH/BPD/101338/2014) pela FCT- Portugal. 
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354   I   A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro  
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17º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental   I   1
2   I   A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro  
Editores
Paulo J. Ramísio
Graça A. Lopes
Lígia M. Costa Pinto
Fernando Leite
Maria João Rosa
Sugestão de citação: 
“A Engenharia Sanitária nas Cidades do Futuro: 17.º Encontro de 
Engenharia Sanitária e Ambiental,  Livro de Comunicações. Paulo J. 
Ramísio, Graça A. Lopes, Ligia M. Costa Pinto, Fernando Leite, Maria João 
Rosa (Editores). ISBN: 978-989-20-6908-8. Lisboa 2016”
ISBN
978-989-20-6908-8
DOI
10.22181/17ENASB.2016
17º Encontro de Engenharia Sanitária e Ambiental   I   1
A Engenharia Sanitária nas 
Cidades do Futuro
Livro de Comunicações
14-16 setembro 2016
Centro Cultural Vila Flor
Guimarães


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