Defensa de tesi doctoral de Meritxell Valentí Quiroga “Formation of disinfection by-products in drinking waters: a combination of advanced analytical techniques and modelization”

Les plantes potabilitzadores d’aigua són les responsables de produir i subministrar aigua potable de qualitat. Per fer-ho, es combinen diferents tractaments per eliminar contaminants i matèria orgànica dissolta, i inactivar patògens que puguin comprometre la salut de les persones. Una operació crítica del procés de potabilització és la desinfecció final, ja que ha d’assegurar que l’aigua es troba lliure de perill microbiològic des que surt de la potabilitzadora fins que arriba a les llars. Aquesta desinfecció se sol fer amb oxidants derivats del clor (hipoclorit, cloramines o diòxid de clor). No obstant això, l’addició d’aquests desinfectants té la seva contrapartida. Malgrat que la seva addició contribueix a controlar el risc microbiològic, una dosificació excessiva reacciona amb la matèria orgànica que roman dissolta (DOM) i forma subproductes de desinfecció (DBPs), una família extensa de contaminants amb diferents graus de toxicitat.

Encara avui dia, el repte principal per als gestors i operadors de planta està en establir l’equilibri entre assegurar la seguretat microbiològica i evitar la toxicitat derivada dels subproductes de desinfecció. Per tal de poder fer un bon control de la qualitat de l’aigua al llarg dels tractaments en planta, és necessari disposar de marcadors per dur a terme el seguiment de l’eliminació de la matèria orgànica, un dels principals precursors de DBPs. No obstant això, l’elevada complexitat de l’aigua que es tracta (composició heterogènia, subjecta a canvis estacionals i específica de l’origen de l’aigua), fa que aquesta actuï com una caixa negra de la qual típicament es monitoritzen paràmetres substituts que actuen com a reflex d’algunes de les seves característiques fisicoquímiques generals com poden ser el contingut en carboni orgànic total (TOC) o la seva absorbància. Amb la finalitat d’arribar a optimitzar els processos d’eliminació de matèria orgànica en la potabilització d’aigües i aconseguir així minimitzar la generació de DBPs, és de vital importància establir marcadors específics de la reactivitat d’aquesta davant de la generació de subproductes. I, per això, és indispensable desenvolupar un estudi detallat de les característiques de la matèria orgànica que es troba en les aigües a tractar.

Aquest treball proposa en primer lloc la posada a punt d’un mètode de caracterització avançada basat en cromatografia d’exclusió molecular (HPSEC) que permet separar els principals compostos d’una barreja complexa com és la DOM basada en el seu pes molecular aparent. Aquesta separació es combina amb un detector de diode array (DAD) i un detector de carboni orgànic dissolt (OCD) per determinar la signatura espectroscòpica absorbància dels compostos en tot el rang de UV-VIS, respecte al seu contingut en carboni orgànic. La metodologia de la tesi va incloure una revisió bibliogràfica, treball experimental (mostreig i anàlisi d’aigües de quatre potabilitzadores diferents situades al nord-est de Catalunya), i l’aplicació de diverses tècniques estadístiques (des d’un anàlisi de correlació Pearson a models de regressió lineal múltiple).

Els resultats principals són:

• L’establiment d’una una petita base de dades que ha servit per analitzar a fons les característiques de les principals fraccions de la DOM.
• La proposta de diferents marcadors específics dels atributs de la matèria orgànica incloent el contingut de DOC i diferents paràmetres espectroscòpics (longituds d’ona, pendents espectroscòpics i absorbància diferencial), per estudiar la seva relació amb la formació dels subproductes de desinfecció orgànics que estan sotmesos a regulació: trihalometans i àcids haloacètics. En base als resultats obtinguts en l’aplicació de tècniques estadístiques, aquest treball aposta pel desenvolupament de metodologies espectroscòpiques ja que poden ser utilitzades com a pont entre el coneixement avançat generat d’anàlisis exhaustius off-line amb una monitorització en línia d’una forma senzilla i econòmica.
• Contrast de la informació obtinguda amb la caracterització amb HPSEC-DAD-OCD amb altres tècniques com fluorescència i espectrometria de masses d’alta resolució (HRMS).
• Avaluació de l’eficiència dels principals processos de tractament convencional i tractaments avançats mitjançat una revisió bibliográfica i l’integració del coneixement de casos d’estudi.
• Proposta d’unes guies d’aplicació per a la seva implementació en potabilitzadores i contribuir a mitigar i minimitzar la formació de DBPs en concordança amb la legislació vigent.

Aquests resultats contribueixen a l’Objectiu de Desenvolupament Sostenible 6 de les Nacions Unides, que vetlla per garantir la disponibilitat d’aigua i la seva gestió de manera sostenible, així com sanejament per a tothom. La tesis doctoral de Meritxell Valentí ha estat supervisada per la Dra. Maria Martín (Universitat de Girona, Laboratori d’Enginyeria Química i Ambiental), el Dr. Pepus Daunis (Universitat de Girona, grup de recerca en Estadística i Dades Computacionals) i la Dra. Maria José Farré (Institut Català de Recerca de l’Aigua, àrea de Qualitat de l’Aigua).

Publicacions:

• NOM fractionation by HPSEC-DAD-OCD for predicting trihalomethane disinfection by-product formation potential in full-scale drinking water treatment plants. Meritxell Valenti-Quiroga, Pepus Daunis-i-Estadella, Pere Emiliano, FernandoValero, Maria J.Martin, Water Research, Volume 227, 1 December 2022, 119314. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119314
• Upgrading water treatment trains to comply with the disinfection by-products standards introduced by the Directive (EU) 2020/2184. Meritxell Valenti-Quiroga, Maria José Farré, Paolo Roccaro. Current Opinion in Environmental Science & Health, Volume 39, June 2024, 100547. https://doi.org/10.1016/j.coesh.2024.100547