Valutazione del rischio ecologico dei residui di farmaci nel suolo: analisi sperimentale della tossicità della carbamazepina sul lombrico Eisenia andrei

La carbamazepina fu commercializzata a partire dagli anni Sessanta; è un analgesico anticonvulsivante e specifico per la nevralgia del trigemino ed è uno dei principali farmaci usati nel trattamento dell’epilessia. La sua azione più nota a livello del sistema nervoso è quella di rallentare il recupero dei canali al sodio, sebbene abbia anche effetti metabolici importanti interferendo con il ciclo degli inositoli e con la GSK-3 (glicogeno sintasi-chinasi 3). Tale sostanza è sotto la lente d’ingrandimento sia per le sue caratteristiche chimico-fisiche (vedi la sua alta persistenza in ambiente) sia per la sua alta tossicità per la salute umana. Le sue proprietà terapeutiche spesso sono accompagnate da effetti collaterali sia nei pazienti che assumono direttamente il medicinale, sia negli organismi non-bersaglio che vengono a contatto con i residui ed i metaboliti del farmaco in ambiente. Le principali fonti di contaminazione dell’ambiente sono rappresentate dagli scarichi domestici, urbani, ospedalieri ed industriali e dagli effluenti di impianti di depurazione. Inoltre, l’uso irriguo di acque contenenti residui del farmaco oppure fenomeni di esondazione di corpi idrici contaminati contribuiscono ampiamente alla distribuzione di questo composto nei suoli. La matrice suolo ha avuto relativamente poca attenzione per quanto riguarda gli effetti dell’inquinamento sugli organismi in generale, ed in particolare non vi sono studi sui farmaci. Il presupposto di questo studio dunque è stato quello di mettere a punto una metodologia volta a valutare gli effetti all’esposizione del farmaco carbamazepina su organismi bioindicatori, i lombrichi della specie Eisenia andrei. Il seguente progetto è durato da Maggio 2012 a Febbraio 2013, periodo in cui sono stati effettuati saggi sub cronici per valutare l’effetto di suoli sperimentalmente contaminati con il farmaco sui parametri del ciclo vitale del lombrico (accrescimento, mortalità e riproduzione) e su una serie di biomarker cellulari (neutral red retention assay, accumulo lisosomiale di lipofuscine, accumulo lisosomiale di lipidi neutri insaturi, attività dell’enzima acetilcolinsterasi, attività dell’enzima catalasi, attività dell’ enzima glutatione-S-transferasi e concentrazione di malondialdeide). I risultati ottenuti mostrano che la carbamazepina non ha effetti sui parametri del ciclo vitale. Per quanto riguarda i parametri fisiologici si notano tuttavia dei risultati diversi. L’accumulo lisosomiale di lipofuscine e lipidi neutri indica che il metabolismo dei vermi risulta in qualche modo alterato dall’esposizione alla carbamazepina alle concentrazioni saggiate. Queste alterazioni potrebbero essere spiegate da un effetto di tipo ossidante; infatti i due biomarker oltre a rappresentare un segnale di alterazione metabolica rappresentano anche un indicazione di perossidazione lipidica. Queste osservazioni meritano di essere approfondite studiando il bioaccumulo e la degradazione della carbamazepina nei suoli, che potrebbero essere alla base della diversità di risultati rispetto alla tossicità evidenziata negli organismi acquatici. A fronte della consapevolezza dei rischi potenziali dovuti alla presenza di farmaci nelle acque e nel suolo, molto resta da fare per ampliare le conoscenze su questa tipologia di contaminazione, in particolare nei campi del monitoraggio e del comportamento ambientale, degli studi ecotossicologici e delle procedure e tecnologie idonee a limitare la loro immissione nell’ambiente.

Solvent regeneration of activated carbon mixed-matrix membranes for the removal of micropollutants from wastewater

The constantly increasing demand of clean water has become challenging to deal with over the past years, water being an ever more precious resource. In recent times, the existing wastewater treatments had to be integrated with new steps, due to the detection of so-called organic micropollutants (OMPs). These compounds have been shown to adversely affect the environment and possibly human health, even when found in very low concentrations. In order to remove OMPs from wastewater, one possible technique is a hybrid process combining filtration and adsorption. In this work, polyethersulfone multi-channel mixed-matrix membranes with embedded powdered activated carbon (PAC) were tested to investigate the membrane’s adsorption and desorption performance. Micropollutants retention was analyzed using the pharmaceutical compounds diclofenac (DCF), paracetamol (PARA) and carbamazepine (CBZ) in filtration mode, combining the PAC adsorption process with the membrane’s ultrafiltration. Desorption performance was studied through solvent regeneration, using seven different solvents: pure water, pure ethanol, mixture of ethanol and water in different concentration, sodium hydroxide and a mixture of ethanol and sodium hydroxide. Regeneration experiments were carried out in forward-flushing. At first regeneration efficiency was investigated using a single-solute solution (diclofenac in water). The mixture Ethanol/Water (50:50) was found to be the most efficient with long-term retention of 59% after one desorption cycle. It was, therefore, later tested on a membrane previously loaded with a multi-solute solution. Three desorption cycles were performed after which, retention (after 30 min) reached values of 87% for PARA and 72% for CBZ and 55% for DCF, which indicates decent regenerability. A morphological analysis on the membranes confirmed that, in any case, the regeneration cycles did not affect either the membranes’ structure, or the content and distribution of PAC in the matrix.