Aigua regenerada: noves estratègies en la gestió de riscos microbiològics

Abstract

L’aigua és un bé escàs i finit, i degut a factors com l’increment de la població i el canvi climàtic, les previsions indiquen que a mig termini un 40% de la població viurà amb un estès hídric significatiu. Això podria tenir efectes molt greus en el desenvolupament i en el benestar a les àrees afectades. És normal doncs, que els darrers anys hagi acrescut considerablement l’interès en l’obtenció de recursos hídrics alternatius i sostenibles com la regeneració d’aigua i la reutilització.

Els avenços tecnològics per al tractament d’aigües estan fent possible l’obtenció d’aigua regenerada de qualitat que pot ser utilitzada per a restauració ambiental, per al reg en general i per a usos urbans no potables. Tot i així, aquesta activitat podria suposar un perill per la presència de patògens d’origen entèric (bacteris, virus i protozous) i també per la presència de microcontaminants com productes farmacèutics, hormones o subproductes de desinfecció.

El RD 1620/2007 estableix el marc legal de la reutilització, i es basa en E. coli com a indicador de qualitat microbiològica de l’aigua regenerada (AR). Tot i així, E. coli pot no ser suficient en relació a la presència de patògens vírics o protozous. Un exemple és Cryptosporidium, que s’ha convertit en un patogen de referència ja que ha causat nombrosos brots de criptosporidiosi d’origen hídric. L’ús de microorganismes indicadors alternatius com bacteriòfags (SOMCPH o FRNAPH) o espores de clostridis reductors del sulfit (SRC), pot ser molt útil per a indicar la presència o per modelar el comportament de patògens vírics o de protozous.

En aquesta tesi s’estudia d’una banda, la qualitat microbiològica de l’AR que produeixen cinc plantes de tractament, analitzant E. coli, indicadors alternatius, i Cryptosporidium com a patogen de referència. Es fan assajos de QMRA lligats a Cryptosporidium en les EDARs estudiades, i finalment s’estudien les implicacions, d’un procés de reutilització per a augmentar el cabal del riu Llobregat uns Km més a munt del punt de captació de la potabilitzadora.

Els resultats d’aquesta part indiquen que la reutilització per a potabilització en l’escenari estudiat, no hauria de suposar cap risc per a la salut de les persones des de la perspectiva de les malalties infeccioses. S’observa que l’ús d’un altre indicador, a part d’E. coli, significaria una millora en la gestió de l’AR ja que permetria fer un seguiment molt més acurat tant de la qualitat de l’aigua com de l’eficiència dels diferents tractaments. És recomanable l’ús de tractaments multibarrera durant la regeneració per poder garantir una aigua segura, i en aquest sentit, la inclusió de llum UV és vital en la prevenció del risc associat a Cryptosporidium en AR.

D’altra banda s’estudien processos fotocatalítics d’oxidació avançada (POAs) com a processos de regeneració en l’eliminació de microorganismes d’efluents secundaris reals. D’una banda, amb l’ús de làmpades d’UV i de l’altra amb l’ús de la radiació solar com a font de llum UV. Per fer-ho es va analitzar la inactivació de diferents indicadors (SOMCPH, FRNAPH, CB390PH i SRC) davant alguns POA: H2O2/UV, TiO2/UV i foto-Fenton.

Els resultats indiquen que l’ús de POA té un gran potencial com a tractaments terciaris en el futur, especialment si estan basats en la radiació solar, ja que podrien ser una opció ambientalment sostenible i alhora eficaç en el tractament d’aigua. Tot i així, és necessari segui investigant la possible aplicació d’aquestes tecnologies ja que encara hi ha certes limitacions que fan que de moment no es facin servir de manera més estesa. Finalment, els resultats pel que fa a la inactivació de microorganismes ratifiquen que l’ús d’un altre indicador seria útil per assegura la qualitat microbiològica de l’aigua.

Population growth and climate change may worsen the current water scarcity problems, which could have serious effects on the development and on the public health of the affected areas. Therefore, there is an increasing interest in the improvement of sustainable water resources such as water reclamation. Technological advances in water treatment are making it possible to obtain reclaimed water (RW), which can be used for instance, for environmental restoration or for irrigation. However, water reuse may represent a health risk due to the presence of enteric pathogens or micropollutants. Spanish regulations on RW are based on E. coli, but it may not be useful to protect against viral o protozoan diseases. Cryptosporidium has become a reference pathogen since it has caused numerous waterborne outbreaks. Thus, the use of alternative indicators such as somatic coliphages (SOMCPH) or spores of sulphite reducing clostridia (SRC) may be better to monitor presence and behaviour of certain pathogens. The aims of this thesis were: (i) to study the microbiological quality of RW analysing Cryptosporidium as the reference pathogen and different microbial indicators such as E. coli, SOMCPH and SRC; (ii) to perform QMRA analysis related to the presence of Cryptosporidium in RW; (iii) to analyse the implications of planned-IPR (indirect potable reuse) in the Llobregat River; (iv) to test the effect of different AOP (advanced oxidation processes) on indicator microorganisms for water reclamation purposes. From the infectious diseases point of view, the health risks due to waterborne pathogens linked to planned-IPR in the Llobregat River can be safely managed. Furthermore, the use of another indicator, besides E. coli, would improve RW management. Multi-barrier systems including UV for water treatment are recommended to ensure RW quality, especially with regard to Cryptosporidium inactivation. AOPs have a great potential for water reclamation in the future, especially those based on solar light, because they are sustainable and effective technologies for the removal of microorganisms as well as for the mineralisation of emerging micropollutants. Within the solar based procedures, photo-Fenton showed the best performance in microbial inactivation during the experiments. However, it is necessary to further investigate this AOP to overcome some of its actual limitations.