Tratamiento electroquímico de aguas que contienen antibióticos β-lactámicos

Abstract

RESUMEN: Oxacilina (OXA), Cloxacilina (CLX) y Dicloxacilina (DCX) son antibióticos β-lactámicos usados para tratar infecciones producidas por microorganismos grampositivos y gramnegativos; estas sustancias pueden alcanzar los sistemas acuáticos debido a su inadecuada disposición o a deficiencias de los sistemas de tratamiento de aguas, originando un serio riesgo de proliferación en el ambiente de bacterias resistentes a estos antibióticos. El presente trabajo investigó la degradación de OXA, CLX y DCX mediante oxidación anódica, empleando un ánodo de Ti/IrO2. Un diseño experimental, evaluando las variables ‘corriente aplicada’, ‘concentración de NaCl’ y ‘concentración de sustancia’, permitió determinar las condiciones más favorables para la degradación de los β-lactámicos ensayados. Las mejores eficiencias, en términos de la remoción del contaminante y su actividad antibiótica, fueron obtenidas a altos niveles de corriente aplicada (121 mA) y concentración media de NaCl (0,225 mol L−1) como electrolito soporte; mientras que la concentración del antibiótico no ejerció un efecto significativo sobre el desempeño del sistema. Los antibióticos OXA, CLX y DCX (203 μmol L−1) experimentaron, en forma independiente, una completa remoción a los 5 min de tratamiento, por una vía de degradación mediada por especies reactivas de cloro electrogeneradas en la superficie del ánodo. De manera interesante, se observó una pérdida completa de la actividad antimicrobiana tan pronto como desapareció el compuesto padre, indicando que los productos de degradación no presentan potencia antibiótica, inclusive algunos de estos productos formados inicialmente son también degradados por el sistema electroquímico. Los resultados indicaron que la oxidación electroquímica tiene gran proyección para el tratamiento de aguas que contienen antibióticos β-lactámicos, debido a su alta eficiencia tanto para remover el contaminante como para eliminar la actividad antimicrobiana de estos compuestos en periodos cortos de tiempo.

ABSTRACT: Oxacillin (OXA), cloxacillin (CLX) and Dicloxacillin (DCX) are β-lactam antibiotics, used to treat infections caused by gram-positive and gram-negative microorganisms, which can reach aquatic systems due to improper disposal or deficient water system treatments, thus representing a risk to the environment. With this work, the degradation of these β-lactam antibiotics was investigated by anodic oxidation using a DSA anode Ti/IrO2. An experimental design with variables assessing current density, supporting electrolyte, and the concentration of substance, allowed to evaluate the most favorable conditions for the degradation of the β-lactams tested. The best efficiencies in terms of pollutant and antibiotic activity removals, were obtained at high current level (121 mA) and average concentration of NaCl (0.225 mol L−1) as supporting electrolyte; while the concentration of the antibiotic did not exert a significant effect on the system performance. Under these conditions, the antibiotics OXA, CLX and DCX (203 μmol L−1), independently experienced a complete removal after 5 min of treatment, by a degradation pathway, mediated by the action of reactive chlorine species, electrogenerated on the anode surface. Relevant is, that a complete loss of antimicrobial activity was observed, as soon as the parent compound disappeared, indicating that the degradation products do not have an antibiotic potency. Even some by-products were also eliminated by the electrochemical action. The electrochemical oxidation is a technology that has great projection for the treatment of water containing β-lactam antibiotics, due to its high efficiency for both the removal of antibiotics and their antimicrobial activity in short periods of time.