Os engenheiros em usinas de reciclagem de águas residuais podem ficar tranquilos sabendo que seus métodos para minimizar a formação de um potente carcinógeno têm como alvo o composto químico correto.
Professor Assistente Daniel McCurry da USC Viterbi, a estudante de graduação Meredith Huang e a estudante de mestrado Shiyang Huang confirmaram a substância química responsável pela formação do carcinógeno N-nitrosodimetialmina, ou NDMA, em águas residuais recicladas. Eles começaram seu estudo depois que descobertas contraditórias surgiram na comunidade de pesquisa ambiental, causando hesitação na adoção de métodos de intervenção NDMA nas instalações de tratamento. Seu trabalho foi publicado em Cartas de Ciência e Tecnologia Ambiental como o estudo de capa de março.
“A recente seca na Califórnia e a subsequente vulnerabilidade da água aumentaram o interesse na reciclagem da água, "disse Meredith Huang, o primeiro autor do estudo. "Contudo, subprodutos de desinfecção como NDMA, formado no processo de tratamento de águas residuais, são prejudiciais aos humanos e apresentam alguns problemas quando o objetivo é o re-consumo. "
No final dos anos 90, altas concentrações de NDMA foram encontradas em águas residuais recicladas extremamente limpas, que na maioria dos estados é despejado em rios que são usados como fontes de água potável. Esta descoberta desencadeou um esforço de pesquisa de anos por vários laboratórios para descobrir como o composto químico prejudicial estava se formando.
"A concentração de NDMA que nos preocupa é muito, muito baixo, "disse McCurry, que trabalha no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental Sonny Astani. "Ao contrário de muitos poluentes orgânicos na água potável, onde o limite regulatório pode estar na faixa de microgramas por litro, para NDMA, a diretriz regulatória em muitos lugares varia de 10 nanogramas por litro a 100 nanogramas por litro. Então, três a quatro ordens de magnitude mais baixas em concentração porque é apenas um carcinógeno superpotente. "
A maioria das águas residuais recicladas que serão usadas como água potável por meio de um processo conhecido como reutilização potável, primeiro entra no solo antes de ir para uma estação de água potável. O solo atua como um filtro, removendo produtos químicos e degradando compostos prejudiciais como NDMA. Mas o alto custo do bombeamento de água para dentro e para fora do solo levou a um aumento do interesse na reutilização potável direta, onde as águas residuais recicladas vão diretamente para uma estação de água potável.
"O NDMA é um dos maiores obstáculos para a reutilização direta de água potável porque é realmente difícil se livrar dos processos de tratamento tradicionais completos, "Disse McCurry. Em vez disso, é mais fácil e acessível reduzir as concentrações de NDMA, eliminando as moléculas responsáveis por sua formação.
Originalmente, os pesquisadores descobriram que o NDMA é o resultado da etapa de cloração do processo de tratamento de águas residuais recicladas. Especificamente, dicloramina, um componente menor da mistura de cloro, causa a formação de NDMA. Essas descobertas levaram as estações de tratamento a começar a manipular a química do cloro para reduzir as concentrações de dicloramina e, em última análise, reduzir a formação de NDMA.
Contudo, os pesquisadores ainda não sabiam com que a dicloramina estava reagindo para formar o NDMA até cinco anos atrás, quando pesquisadores em Toronto descobriram que certos produtos farmacêuticos, como o antiácido Zantac, pode formar NDMA quando clorado em condições semelhantes às de águas residuais. Subseqüentemente, outros pesquisadores começaram a examinar o mecanismo de formação de produtos químicos semelhantes ao Zantac.
"Eles decidiram que a monocloramina era a responsável, em contraste com vários estudos práticos que mostram que minimizar a dicloramina em águas residuais recicladas reais minimiza a formação de NDMA, "Disse McCurry." Eles chegaram à conclusão errada porque a monocloroamina e a dicloramina são interconvertíveis. Então, experimentalmente, é muito difícil separá-los. "
Com isso em mente, McCurry e sua equipe projetaram cuidadosamente seu experimento para evitar conversões entre as duas moléculas usando doses muito mais baixas. Então, aplicando sistematicamente uma gama de doses de monocloramina e dicloramina a precursores farmacêuticos, eles foram capazes de determinar qual molécula era a causa raiz da formação de NDMA.
Os resultados
Para verificar sua abordagem, eles primeiro usaram uma molécula precursora com uma reação bem conhecida, dimetilamina, e comparou seus resultados experimentais aos de um programa de modelagem de computador antes de testar os outros quatro precursores. O modelo, que não inclui uma reação de monocloramina e dimetilamina a NDMA, combinaram seus resultados experimentais e provaram que a formação de NDMA a partir da monocloramina não existe ou não é importante.
"Nosso trabalho mostrou que a dicloramina é responsável pela formação de NDMA a partir desses precursores derivados de produtos farmacêuticos. E pudemos ver que você obtém mais e mais NDMA à medida que aumenta a monocloramina, mas isso é apenas porque a monocloroamina se transforma em dicloramina, "McCurry disse." Então, nossos resultados do trabalho de química fundamental apoiam a observação prática de que minimizar a dicloramina minimiza a formação de NDMA. "
Embora seu estudo confirme a identidade do composto responsável pela formação de NDMA e incentive as estações de tratamento a continuar implementando métodos de intervenção, seu trabalho está longe de ser concluído. Shiyang Huang está atualmente trabalhando em um modelo que mostrará em detalhes o mecanismo completo de formação de NDMA.
"Nossos resultados são baseados em experimentos de produção de NDMA que consideram apenas os produtos finais das reações. O caminho exato dos precursores para o NDMA ainda não foi descoberto, "Shiyang Huang disse." Entender o mecanismo completo nos daria mais informações para explicar qual fator - pH, temperatura, outros produtos químicos - afetariam a formação de NDMA na prática. "