Occurrence and fate of illicit drugs and pharmaceuticals in wastewater from two wastewater treatment plants in Costa Rica

Abstract

Chemical analysis of raw wastewater in order to assess the presence of biological markers entering a wastewater treatment plant can provide objective information about the health and lifestyle of the population connected to the sewer system. This work was performed in a tropical country of Central America, Costa Rica, with the aim of extending this knowledge to new world regions. This work is the first to report wastewater-based epidemiological data on the use of illicit drugs in this region of the world. Composite wastewater samples from the influents of two different wastewater treatment facilities and surface water samples from surrounding areas were collected applying the best practice protocol and analysed to investigate the occurrence and fate of selected illicit drugs of abuse and pharmaceuticals. Results showed the presence of chemical indicators of the classic drugs cocaine and cannabis at high concentration levels, besides the moderate presence of the opiates codeine and morphine. Neither the worldwide commonly used psychoactive substances of abuse such as synthetic phenethylamines, nor pharmaceuticals from the family of benzodiazepines were detected, demonstrating the spatial differences in drug use among different world regions. In addition, effluent wastewater samples were analysed and compared to influent concentrations in order to evaluate the decrease in concentration of the targeted analytes through two treatment technologies. As a final step, a wide-scope qualitative screening, including hundreds of suspect compounds, was applied in order to have a better knowledge on the presence of pharmaceuticals in waters and to assess the potential impact of the treated wastewater into the receiving aquatic ecosystems.

El análisis químico de las aguas residuales, sin tratar, para evaluar la presencia de marcadores biológicos que ingresan a una planta de tratamiento de aguas residuales, puede proporcionar información objetiva sobre la salud y el estilo de vida de la población conectada al sistema de alcantarillado. Este trabajo se realizó en un país tropical de Centroamérica, Costa Rica, con el objetivo de extender este conocimiento a nuevas regiones del mundo. Este trabajo es el primero en reportar datos epidemiológicos basados ​​en aguas residuales sobre el uso de drogas ilícitas en esta región del mundo. Se recolectaron muestras compuestas de aguas residuales de los afluentes de dos instalaciones de tratamiento de aguas residuales diferentes y muestras de aguas superficiales de las áreas circundantes, aplicando el protocolo de mejores prácticas y se analizaron para investigar la ocurrencia y el destino de drogas ilícitas de abuso seleccionadas y productos farmacéuticos. Los resultados mostraron la presencia de indicadores químicos de las drogas clásicas cocaína y cannabis a niveles de alta concentración, además de la presencia moderada de los opiáceos codeína y morfina. No se detectaron ni las sustancias psicoactivas de uso indebido comúnmente utilizadas en todo el mundo, como las fenetilaminas sintéticas, ni los productos farmacéuticos de la familia de las benzodiazepinas, lo que demuestra las diferencias espaciales en el uso de drogas entre las diferentes regiones del mundo. Además, se analizaron muestras de efluentes de aguas residuales y se compararon con las concentraciones de los afluentes para evaluar la disminución de la concentración de los analitos objetivo a través de dos tecnologías de tratamiento. Como paso final, se aplicó una selección cualitativa de amplio alcance, que incluyó cientos de compuestos sospechosos, para conocer mejor la presencia de productos farmacéuticos en las aguas y evaluar el impacto potencial de las aguas residuales tratadas en los ecosistemas acuáticos receptores.