Avaluació de l'impacte dels contaminants orgànics polars en la qualitat de l'aigua urbana

Abstract

[cat] Aquesta tesi doctoral es centra en l’estudi dels contaminants orgànics traça (TrOCs) en aigües urbanes, analitzant-ne la presència, desenvolupant metodologies analítiques i avaluant l’impacte ambiental. Els TrOCs són compostos químics com fàrmacs, pesticides, productes industrials i de cura personal que, fins i tot a concentracions baixes, poden tenir efectes nocius sobre els ecosistemes i la salut humana. Aquesta recerca posa un especial èmfasi en els compostos polars, sovint poc considerats en estudis científics, però d’alta rellevància a causa de la seva mobilitat i persistència en el medi aquós. Un dels pilars de la tesi és el desenvolupament de metodologies analítiques avançades per identificar i quantificar TrOCs en aigües subterrànies, superficials, de pluja, d’escorrentia, de clavegueram i aigua de sortida de SUDS. S’han implementat dues tècniques extractives principals: l’extracció en fase sòlida multi adsorbent (msSPE) i l’evaporació assistida al buit (VAE). La msSPE va resultar especialment útil per compostos polars i moderadament polars, mentre que el VAE va demostrar ser molt versàtil i adequat per a compostos molt polars. Ambdues tècniques permeten concentrar els compostos d’interès i reduir interferències de la matriu aquosa, facilitant la seva detecció amb instruments d’alta resolució. En la fase de separació i quantificació, es van utilitzar tècniques cromatogràfiques en fase inversa (C18) i també la cromatografía de líquids d’interacció hidrofílica (HILIC), combinades amb l’espectrometria de masses d’alta resolució amb l’analitzador Orbitrap i de mobilitat iònica, clau per a compostos que són difícils de retenir i separar mitjançant la cromatografia líquida. En conjunt, aquestes metodologies van permetre analitzar més de 100 TrOCs amb un ampli rang de polaritats, oferint separacions de compostos per a l’avaluació dels seus impactes. A més, al capítol 3, es van determinar 33 CCS de compostos orgànics de pes molecular baix i molt polars, molts d’ells reportats per primer cop a la literatura. La recerca va evidenciar que l’aigua subterrània urbana de Barcelona està contaminada significativament per TrOCs, principalment a causa de la seva recàrrega per aigües residuals no tractades (43,7%) i per aigües superficials del riu Besòs (51,5%). També s’identificaren altres aportacions de recàrrega com les aigües d’escorrentia urbana (4.8 %). A partir dels resultats obtinguts als capítols 4 y 5, aquesta tesi es proposa d’utilitzar certs TrOCs com a traçadors orgànics per identificar fonts de contaminació en aqüífers urbans. Compostos com la carbamazepina van ser útils per rastrejar la contribució de les aigües residuals, pluja i escorrentia. Aquesta aplicació permet millorar la gestió dels recursos hídrics identificant els orígens de la contaminació, per tal d’optimitzar les estratègies de mitigació. Per altra banda, s’ha avaluat quin és el risc ambiental dels TrOCs quantificats a les aigües subterrànies urbanes. Mitjançant el coeficient de risc ecotoxicològic (ERQ), es va calcular el potencial de cada compost per danyar ecosistemes aquàtics. Els fàrmacs iopamidol i iohexol, el pesticida fipronil, el compost industrial melamina i altres, han demostrat presentar riscos ecològics. Paral·lelament, els resultats del risc per a la salut humana a través del coeficient de risc sanitari (HRQ), revelen que fàrmacs com valsartan i el seu metabòlit àcid valsartànic poden tenir un impacte significatiu en infants, fins i tot a concentracions baixes, fet que evidencia la necessitat d’establir controls rigorosos. Els resultats subratllen la necessitat d’implementar tractaments efectius per eliminar TrOCs de les aigües urbanes en funció de les concentracions trobades i de l’ús al que es poden destinar. També es destaca la importància de monitoritzar especialment els compostos polars, mòbils i persistents, que són més difícils de capturar i eliminar en els sistemes aquàtics. Aquesta prioritat esdevé especialment rellevant en el context del canvi climàtic i l’escassetat hídrica, on l’aigua subterrània emergeix com una font crítica per garantir el subministrament d’aigua dolça. En síntesi, la tesi proporciona eines analítiques i dades valuoses per abordar el repte global de la contaminació per TrOCs, especialment els molt polars, en aigües urbanes, combinant investigació científica i propostes pràctiques per millorar la qualitat de l’aigua i protegir la salut pública i el medi ambient.

[cat] Aquesta tesi doctoral es centra en l’estudi dels contaminants orgànics traça (TrOCs) en aigües urbanes, analitzant-ne la presència, desenvolupant metodologies analítiques i avaluant l’impacte ambiental. Els TrOCs són compostos químics com fàrmacs, pesticides, productes industrials i de cura personal que, fins i tot a concentracions baixes, poden tenir efectes nocius sobre els ecosistemes i la salut humana. Aquesta recerca posa un especial èmfasi en els compostos polars, sovint poc considerats en estudis científics, però d’alta rellevància a causa de la seva mobilitat i persistència en el medi aquós. Un dels pilars de la tesi és el desenvolupament de metodologies analítiques avançades per identificar i quantificar TrOCs en aigües subterrànies, superficials, de pluja, d’escorrentia, de clavegueram i aigua de sortida de SUDS. S’han implementat dues tècniques extractives principals: l’extracció en fase sòlida multi adsorbent (msSPE) i l’evaporació assistida al buit (VAE). La msSPE va resultar especialment útil per compostos polars i moderadament polars, mentre que el VAE va demostrar ser molt versàtil i adequat per a compostos molt polars. Ambdues tècniques permeten concentrar els compostos d’interès i reduir interferències de la matriu aquosa, facilitant la seva detecció amb instruments d’alta resolució. En la fase de separació i quantificació, es van utilitzar tècniques cromatogràfiques en fase inversa (C18) i també la cromatografía de líquids d’interacció hidrofílica (HILIC), combinades amb l’espectrometria de masses d’alta resolució amb l’analitzador Orbitrap i de mobilitat iònica, clau per a compostos que són difícils de retenir i separar mitjançant la cromatografia líquida. En conjunt, aquestes metodologies van permetre analitzar més de 100 TrOCs amb un ampli rang de polaritats, oferint separacions de compostos per a l’avaluació dels seus impactes. A més, al capítol 3, es van determinar 33 CCS de compostos orgànics de pes molecular baix i molt polars, molts d’ells reportats per primer cop a la literatura. La recerca va evidenciar que l’aigua subterrània urbana de Barcelona està contaminada significativament per TrOCs, principalment a causa de la seva recàrrega per aigües residuals no tractades (43,7%) i per aigües superficials del riu Besòs (51,5%). També s’identificaren altres aportacions de recàrrega com les aigües d’escorrentia urbana (4.8 %). A partir dels resultats obtinguts als capítols 4 y 5, aquesta tesi es proposa d’utilitzar certs TrOCs com a traçadors orgànics per identificar fonts de contaminació en aqüífers urbans. Compostos com la carbamazepina van ser útils per rastrejar la contribució de les aigües residuals, pluja i escorrentia. Aquesta aplicació permet millorar la gestió dels recursos hídrics identificant els orígens de la contaminació, per tal d’optimitzar les estratègies de mitigació. Per altra banda, s’ha avaluat quin és el risc ambiental dels TrOCs quantificats a les aigües subterrànies urbanes. Mitjançant el coeficient de risc ecotoxicològic (ERQ), es va calcular el potencial de cada compost per danyar ecosistemes aquàtics. Els fàrmacs iopamidol i iohexol, el pesticida fipronil, el compost industrial melamina i altres, han demostrat presentar riscos ecològics. Paral·lelament, els resultats del risc per a la salut humana a través del coeficient de risc sanitari (HRQ), revelen que fàrmacs com valsartan i el seu metabòlit àcid valsartànic poden tenir un impacte significatiu en infants, fins i tot a concentracions baixes, fet que evidencia la necessitat d’establir controls rigorosos. Els resultats subratllen la necessitat d’implementar tractaments efectius per eliminar TrOCs de les aigües urbanes en funció de les concentracions trobades i de l’ús al que es poden destinar. També es destaca la importància de monitoritzar especialment els compostos polars, mòbils i persistents, que són més difícils de capturar i eliminar en els sistemes aquàtics. Aquesta prioritat esdevé especialment rellevant en el context del canvi climàtic i l’escassetat hídrica, on l’aigua subterrània emergeix com una font crítica per garantir el subministrament d’aigua dolça. En síntesi, la tesi proporciona eines analítiques i dades valuoses per abordar el repte global de la contaminació per TrOCs, especialment els molt polars, en aigües urbanes, combinant investigació científica i propostes pràctiques per millorar la qualitat de l’aigua i protegir la salut pública i el medi ambient.