Occurrence of pharmaceuticals and personal care products in hospital effluent, urban wastewater and combined sewage overflow. Options for their management and treatment.

E’ stato appurato che il consumo mondiale di farmaceutici ad uso umano e dei prodotti per la cura personale (FPCPs) è in aumento a causa dell'invecchiamento della popolazione e del miglioramento delle condizioni di vita delle persone. Una volta somministrati, i farmaci (FCs) vengono metabolizzati dal corpo umano e i loro residui vengono escreti attraverso l’urina e le feci. Anche i prodotti per la cura personale (PCPs), utilizzati per la pulizia e l’igiene, vengono scaricati nelle acque reflue dopo l'uso. Una volta raggiunto l'impianto di depurazione, questi composti possono subire modifiche a causa di processi fisici, chimici e biologici che ivi avvengono. Possono, dunque, essere completamente o solo parzialmente rimossi dalle acque reflue. Anche se molte indagini hanno messo in evidenza che la presenza dei residui di questi composti in ambienti acquatici è dovuta principalmente agli scarichi dell'impianto di depurazione (Daughton e Ruhoy, 2009), fino ad oggi, non sono stati fissati limiti di legge che ne regolamentino la presenza né esistono linee guida che indichino i trattamenti più idonei per ridurne la concentrazione negli effluenti depurati (Verlicchi et al., 2012d). Inoltre, recenti studi hanno evidenziato che gli effluenti ospedalieri possono comportare considerevoli immissioni di composti farmaceutici nelle acque reflue. La ricerca di una gestione e di un trattamento adeguato per questi reflui è una questione estremamente urgente. Poiché questi composti possono mostrare effetti tossici sull’ambiente, è molto importante indagarne la presenza nelle acque reflue urbane ed ospedaliere oltre che analizzare diverse strategie per ridurne lo scarico nelle acque superficiali. Questo lavoro ha proprio questo scopo. Prima di tutto, è stata effettuata un’analisi delle concentrazioni di residui farmaceutici nell’influente e nell’effluente dell’impianto di depurazione attraverso la raccolta di dati pubblicati in letteratura riguardanti 244 impianti a fanghi attivi di tipo convenzionale. Inoltre, le efficienze di rimozione, ottenute con questo sistema di trattamento, sono state analizzate in relazione alle proprietà chimiche e fisiche dei composti selezionati, vale a dire solubilità, volatilità, capacità di assorbimento, capacità di assorbimento, biodegradabilità, polarità che, variando notevolmente, ne influenzano il comportamento durante i trattamenti. Tra i molti fattori che regolano le complesse interazioni che avvengono durante il trattamento, la lipofilicità influenza l'assorbimento dei FCs nei fanghi di depurazione. Un'analisi approfondita della presenza di PCPs nei fanghi di depurazione trattati e non trattati è stata effettuata partendo dalla raccolta dei dati presenti in 59 pubblicazioni internazionali. I fanghi prodotti durante i processi biologici, che avvengono negli impianti di depurazione, contengono un ampio spettro di PCPs che si separano dalla fase liquida durante i trattamenti. Lo smaltimento dei fanghi di depurazione in agricoltura è disciplinato a livello comunitario e i regolamenti nazionali di ogni paese appartenete alla Comunità Europea ne recepiscono le Direttive. In generale, sono regolamentate le massime concentrazioni ammissibili di elementi potenzialmente tossici per il terreno dopo l'applicazione dei fanghi di depurazione, ma non sono impostati limiti di concentrazione per i PCPs. C'è un dibattito in corso all'interno della comunità scientifica al fine di valutare i potenziali rischi ambientali di questo tipo di pratica, a causa della presenza di sostanze tossiche e persistenti nei fanghi. In questo lavoro di tesi è stata effettuata la valutazione del presenza di FCs in diversi tipi di fango e del rischio ambientale connesso, al fine di individuare i composti che presentano il più alto rischio. Non solo i trattamenti convenzionali, ma anche quelli naturali sono studiati nella tesi. I sistemi di fitodepurazione (SFs) sono sistemi in cui differenti microambienti possono coesistere e contribuire alla rimozione di FPCPs. La presenza di questi composti nell’influente e nell'effluente di diversi tipi di SFs, così come la corrispondente efficienza di rimozione, è stata studiata raccogliendo dati di rimozione e concentrazione da 47 e 36 pubblicazioni riferite rispettivamente a FCs e PCPs. I fattori principali (parametri di progettazione e condizioni operative) che influenzano la rimozione sono stati discussi. Dopo l'analisi dei dati di letteratura, per valutare l'efficienza di rimozione raggiunta da un sistema a fanghi attivi di tipo convenzionale seguito da un SFs e il loro rispettivo contributo, è stata eseguita una campagna sperimentale presso un grande impianto di depurazione del nord Italia, dove un impianto pilota di SFs, direttamente alimentato da un effluente secondario, era in funzione da 10 anni. E’ stato analizzato il carico di FCs corrispondente all’influente e all’effluente dell’impianto a fanghi attivi nonché all’effluente affinato dall’impianto pilota. Questi valori sono stati confrontati al fine di valutarne il contributo depurativo. Considerando gli effluenti ospedalieri, sono stati raccolti dati di letteratura al fine di esaminare e discutere le lezioni apprese dalle precedenti indagini e dagli studi condotti sul trattamento dedicato di acque reflue ospedaliere in diversi paesi di tutto il mondo. E’ stata effettuata un’analisi critica dei dati raccolti da pubblicazioni che riguardano impianti di laboratorio, pilota e di trattamento a scala reale, che fungono da trattamenti primari, secondari e terziari. L'attenzione è rivolta alle efficienze di rimozione osservate per i contaminanti convenzionali e, in particolare, emergenti: principalmente FCs, detergenti e disinfettanti. Conoscere le concentrazioni presenti in effluenti ospedalieri potrebbe essere difficile a causa, non solo degli alti costi di analisi delle indagini, ma anche dalle difficoltà nell’organizzare campagne di campionamento all'interno dei centri di cura. Per questo motivo, è stato valutato un modello per prevedere la concentrazione di FCs in base al loro consumo interno alla struttura. Sono state confrontate le concentrazioni previste con quelle misurate nell’effluente di un ospedale situato nel Nord Italia. Le differenze sono state discusse considerando anche i risultati di un’analisi di sensitività svolta per identificare i parametri del modello che maggiormente ne influenzano i risultati. Infine, l'attenzione è stata posta ai carici di inquinanti sversati dagli sfioratori di pioggia presenti lungo la rete fognaria. In occasione di eventi di pioggia di particolare entità i residui farmaceutici, presenti nelle acque reflue, possono non raggiungere il trattamento e possono essere scaricati direttamente nel corpo acqua attraverso gli sfioratori. Lo studio ha permesso di quantificare il carico di batteri indicatori di inquinamento fecale (E.Coli) e di tre FCs selezionati scaricato dagli sfioratori nella zona di Comacchio, Italia. Questo lavoro dà indicazioni circa la gestione e il trattamento dell’acqua scaricata dagli sfioratori. Questa tesi ha considerato 250 farmaci appartenenti a 28 classi terapeutiche indicate nelle righe seguenti insieme al numero di composti scelti indicato tra parentesi. Analgesici / Anti-infiammatori (27); Anestetici (6); Antiangina (1); Antiaritmici (1); Antibiotici (59); Anticoagulanti (1); Antidiabetici (3); Anti diarrea (1); Antiemetici (1); Antifungini (7); Antiipertensivi (13); Antineoplastici (5); Anti-parkinson (2); Antipiastrinici (3); Antiprotozoici (1); Anti spasmodici (1); Antivirali (4); beta-agonisti (4); Barbiturici (2); beta-bloccanti (13); mezzi di contrasto (8); Ormoni (7); regolatori del metabolismo lipidico (10); psicofarmaci (54); antagonisti del recettore (1); Stimolanti (3); Vaso dilatori (1); Prodotti per uso topico (1). Inoltre, 36 PCPs appartenenti a 11 classi sono indagati. Particolare attenzione è stata posta a due classi di tensioattivi (anionici e non ionici).