抗うつ剤セルトラリンの生物学的製剤化と生物学的排水処理時の除去に関する研究

Biotransformation study of antidepressant sertraline and its removal during biological wastewater treatment.

• Tjasa Gornik
• Ana Kovacic
• Ester Heath
• Juliane Hollender
• Tina Kosjek

抄録

セルトラリンは、ここ数年で最も多く処方されている抗うつ薬の一つです。したがって、排水、表層水、堆積物、バイオソリッドおよび生物相から定期的に検出されることは驚くべきことではない。廃水処理場からの排水は、環境中に存在する主な原因となっている。本研究では、排水処理中の吸着・生分解を中心に、その除去に関わるプロセスを明らかにすることを目的としている。実験は、以下の2つの実験セットで行った。1)バッチ式の生分解・収着実験と、2)実験室規模のパイロット廃水処理用バイオリアクターを用いたフロースルー実験の2つの実験を行った。バッチ実験では、活性汚泥への吸着が主要な除去プロセスであり、バッチ中に存在するセルトラリンを最大90%除去することがわかった。しかし、生分解は二次的な除去プロセスであり、代替の生分解性炭素源の存在の影響を受けていた。検出された10種類の生分解生成物の化学構造を推定した。その中で、既に認識されているノルサートラリン,サートラリンケトン,ヒドロキシサートラリンを提案した。残りの全ての生体内変換生成物については、ここで初めて報告する。フロースルーバイオリアクターでの処理後、約94％の除去効率が決定されました。この結果を裏付けるために、2つの排水処理場からの流入水と排水、および精神科病院からの未処理排水をサンプリングしたところ、除去効率は81%と77%であった。その結果、除去効率は81％、77％となり、親化合物であるセルトラリンとともに、実際の排水中に8種類の形質転換体の存在が確認された。

Sertraline is one of the most commonly prescribed antidepressants in the last few years. Therefore, it is not surprising that it is regularly detected in wastewaters, surface waters, sediments, biosolids and biota. Effluents from wastewater treatment plants are the main contributors to its presence in the environment. The presented study aims to elucidate the processes involved in its removal, concentrating mainly on sorption and biodegradation during wastewater treatment. We performed our laboratory scale experiments in two sets of experiments: 1) batch biodegradation and sorption experiments and 2) flow-through laboratory scale pilot wastewater treatment bioreactors. The batch experiments revealed that sorption to activated sludge was the leading removal process, eliminating up to 90% of sertraline present in the batches. Biodegradation was however the secondary removal process, influenced by the presence of alternative easily biodegradable carbon sources. We postulated chemical structures of ten detected biotransformation products. Among these, we propose the previously recognized metabolite norsertraline, sertraline ketone and hydroxy-sertraline. All the remaining biotransformation products are herein reported for the first time. The removal efficiency of approximately 94% was determined after the treatment in the flow-through bioreactors. To support our findings, we sampled influents and effluents from two wastewater treatment plants and untreated wastewater from a psychiatric hospital. Removal efficiencies of 81% and 77% were determined, and along with the parent compound sertraline, the presence of eight transformation products was confirmed in the actual wastewaters.

Copyright © 2020 Elsevier Ltd. All rights reserved.