Presència, seguiment i impacte de microplàstics en aigües naturals i de consum

Abstract

[cat] La presència de microplàstics a les aigües s’ha convertit en els darrers anys en un assumpte d’interès per a les autoritats i la ciutadania, i representa una preocupació creixent a escala mundial. Els microplàstics (definits com a partícules de plàstics menors de 5 mm) són ja actualment omnipresents al medi ambient, principalment a causa de la seva gran producció i consum. L’anàlisi de microplàstics comporta una gran dificultat analítica, ja que aquests poden exhibir una àmplia gamma de composicions, dimensions i morfologies. Aquesta complexitat ha impedit l'establiment d'una metodologia analítica estandarditzada, provocant una considerable variabilitat en els resultats obtinguts fins al moment. Amb aquesta idea, en aquesta tesi s’han desenvolupat, optimitzat i validat dues metodologies diferents per a l’anàlisi de microplàstics, amb l’objectiu de fer possible la seva implantació en la rutina d’anàlisis sistemàtiques del laboratori d’Aigües de Barcelona, per així poder dur a terme un control exhaustiu al llarg de tota la xarxa d’abastament d’aigua potable de l’àrea metropolitana de Barcelona, així com monitoritzar els recursos d’aigua crua disponibles i examinar el seu comportament i la seva eliminació al llarg del procés de potabilització dut a terme a l’estació de tractament de Sant Joan Despí (ETAP). La primera metodologia està basada en la tècnica d’espectroscòpia infraroja per transformada de Fourier (FTIR), i ha permès dur a terme una primera anàlisi dels diferents tipus de microplàstics presents al llarg de la conca del riu Llobregat, a l’ETAP de Sant Joan Despí i a la xarxa d’abastament d’aigua potable. Mitjançant aquesta metodologia, s’han detectat microplàstics en 5 de 7 punts del riu Llobregat a un nivell màxim de 3.6 microplàstics/L. A l’ETAP de Sant Joan Despí, la diferència de concentracions obtingudes a l’aigua crua del riu mostrejada a la captació de l’ETAP (0.96 ± 0.46 microplàstics/L) respecte a l’aigua potable de la sortida (0.06 ± 0.04 microplàstics/L) va portar a un rendiment d’eliminació global del 93 ± 5%. En aquest estudi també es va identificar l’etapa del filtre de sorra com el tractament que major rellevància tenia en l’eliminació (78 ± 9%). Al llarg d’aquests mostrejos, el polièster (PES), polipropilè (PP) i polietilè (PE) van ser els tipus de microplàstics més detectats, seguits per petites quantitats de poliestirè (PS), poliamida (PA) i acrilonitril butadiè estirè (ABS). Finalment, Es van detectar microplàstics al 38% de les mostres d’aigua potable, a una concentració mitjana de 0.01 microplàstics/L. Els tipus de microplàstics més comuns al llarg de la xarxa d’aigua potable van ser PP i PES, seguits de poliamida (PA). La segona metodologia desenvolupada basada en cromatografia de gasos i espectrometria de masses (GC-MS) que fos més fàcilment implementable al laboratori d’Aigües de Barcelona. L’acoblament d’un equip de piròlisi al GC permet la degradació tèrmica dels microplàstics en fragments característics de cada tipus de polímer, els quals sí que són aptes per a l’anàlisi mitjançant Py-GC-MS. A més, aquesta tècnica permet la quantificació de la massa dels microplàstics (en μg/L) mitjançant rectes de calibratge de cada tipus de polímer. Aquesta metodologia va ser validada mitjançant mostres fortificades amb microplàstics i es van obtenir bons paràmetres de qualitat per a tots els microplàstics, Finalment, la metodologia es va validar mitjançant un exercici d’interlaboratori. L’anàlisi de la xarxa d’abastament d’aigua potable mitjançant aquesta metodologia va detectar microplàstics en un 43% de les mostres, a una concentració mitjana de 0.49 μg/L, i no es va trobar cap relació entre els tipus i concentracions de microplàstics i els diferents sectors de la xarxa, amb orígens d’aigua diferents. Finalment, aquesta metodologia s’ha implementat al laboratori d’Aigües de Barcelona pel control de microplàstics, amb vista a la pròxima entrada en vigor de la llista d’observació del Reial Decret 3/2023, la qual insta a examinar les concentracions de microplàstics a l’aigua potable.

[eng] Due to their widespread presence in aquatic environments, there is concern that microplastics may contaminate drinking water, thus becoming a potential route of human exposure. However, the analysis of microplastics represents an analytical challenge, since microplastics can present a wide range of compositions, dimensions and morphologies. The main objective of this thesis was to develop, optimize and validate 2 different methods for the analysis of microplastics, in order to make possible their implementation in the systematic analysis routine of the Aigües de Barcelona laboratory, for be able to carry out a comprehensive control along the entire drinking water supply network of the metropolitan area of Barcelona, as well as monitor the available raw water resources such as the Llobregat river basin. The first methodology is based on the Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and has made it possible to carry out a first analysis of the different types of microplastics present along the water samples. Microplastics have been detected in 5 of 7 points in the Llobregat River at a maximum level of 3.6 microplastics/L. In addition, an overall removal efficiency of 93 ± 5% were obtained the Sant Joan Despí Drinking Water Treatment Plant (DWTP). Finally, microplastics were detected in 38% of the drinking water samples, at average concentration of 0.01 microplastics/L. The second methodology were based on gas chromatography and mass spectrometry (GC-MS). By coupling a pyrolysis device to the GC allows the thermal degradation of microplastics into fragments characteristic of each type of polymer, which can then be analyzed by Py-GC-MS. Furthermore, this technique enables the quantification of the mass of microplastics (in μg/L). The methodology was validated, and good quality parameters were obtained for all microplastics, Finally, the methodology was validated through an interlaboratory exercise. Microplastics have been detected at most points in the Llobregat river along the basin, with an increasing trend as the river flows towards the sea. The highest concentrations have been detected in the Rubí creek and the Anoia river, which are points with a high incidence of industries and treatment plants. Regarding the analysis of the drinking water supply network, microplastics were detected in 43% of the samples, at an average concentration of 0.49 μg/L.