Desarrollo de métodos de análisis y control de subproductos de desinfección en aguas de abastecimiento público

• Autores: Antonio Domínguez Tello
• Directores de la Tesis: José Luis Gómez Ariza (dir. tes.), Tamara García Barrera (dir. tes.), Ana Arias Borrego (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Huelva ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 292
• Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Vílchez Lobato (presid.), Rut Maria Fernandez Torres (secret.), Julián Blasco Moreno (voc.)
• Materias:
  • Química
    • Química analítica
    • Bioquímica
      • Oligoelementos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Arias Montano
• Resumen
  • español

    Los subproductos de desinfección (DBPs) son compuestos tóxicos que se forman durante la desinfección del agua de consumo, por reacción del cloro con sustancias orgánicas precursoras. Entre los casi ochocientos DBPs conocidos, los trihalometanos (THMs) y ácidos haloacéticos son los más estudiados por sus evidencias tóxicas, estando regulados por la reglamentación sanitaria internacional. El resto, denominados DBPs no regulados o emergentes están presentes en el agua potable en concentraciones muy abajas aunque con una marcada toxicidad. Considerando los posibles efectos tóxicos de los DBPs sobre la salud de los consumidores, se requieren métodos analíticos eficaces y con bajos límites de detección que permitan su identificación de aguas potables, así como profundizar en el conocimiento de los mecanismos de formación y el estudio de procesos de tratamiento para su control y minimización en las aguas de consumo.

    Los objetivos de la Tesis fueron: 1) El estudio a escala real de los factores que intervienen en la formación de THMs en aguas de consumo durante los procesos de tratamiento y su evolución a lo largo de los sistemas de distribución, así como el desarrollo de modelos predictivos para su control y minimización.

    2) El desarrollo de nuevos métodos analíticos para la determinación simultánea de subproductos de desinfección regulados y emergentes en aguas de consumo.

    Los resultados a escala real mostraron una acusada variación estacional y espacial de concentraciones de THMs en el agua de los sistemas de distribución, siendo claramente dependiente del proceso de tratamiento aplicado. El proceso de tratamiento avanzado, con ozonización y filtración/adsorción con carbón activo granular, fue el más efectivo y estable, obteniendo los valores más bajos de THMs así como los menores rangos de variación estacional y espacial. Se comprobó que un eficaz proceso de oxidación en ETAP contribuye a reducir los valores de THMs, reduciendo así el efecto de la variación estacional y espacial, logrando una mayor estabilidad de la calidad del agua de suministro.

    Se desarrolló un modelo predictivo de formación de trihalometanos en dos etapas (ETAP y Sistema de Distribución) que obtuvo buena capacidad predictiva y buena adaptabilidad a diferentes escenarios de tratamiento. La adaptabilidad del modelo desarrollado a las condiciones de contorno permite su uso en el control de calidad de aguas de consumo, pudiendo ser una herramienta útil para el control de los procesos, permitiendo actuar con anticipación para evitar incidencias de elevación de concentraciones de THMs en el agua de suministro.

    Se desarrollaron dos métodos para el análisis de un total de 24 DBPs en aguas potables, 20 de ellos emergentes (6 iodo-trihalometanos, 6 haloacetonitrilos, 6 halonitrometanos y 2 halocetonas). Los nuevos métodos se basaron en microextracción en fase líquida con fibra hueca (HF LPME), detección y cuantificación de analitos mediante GC µECD y verificación mediante GC MS. Para la mejora de la microextracción con fibra hueca se incorporaron técnicas como la efervescencia o la disposición de fibra en espiral mediante dispositivo soporte diseñado específicamente y construido por impresión 3D. Los métodos obtuvieron buena linealidad, repetibilidad y recuperación, consiguiendo muy bajos límites de detección, siendo aplicados en el análisis de aguas de consumo de los sistemas de abastecimiento de la provincia de Huelva.

  • English

    Disinfection byproducts (DBPs) are toxic compounds formed during disinfection of drinking water by reaction of chlorine with precursor organic substances. Among the nearly 800 known DBPs, trihalomethanes (THMs) and haloacetic acids are the most studied for their toxic evidence, being regulated by international health regulations. The rest, cailed unregulated or emerging DBPs, are present in drinking water at very low concentrations but with marked toxicity. Considering the possible toxic effects of DBPs on the health of consumers, effective analytical methods with low detection limits are necessary to allow their identification in drinking water, as well as to deep insight into the knowledge of the training mechanisms and the study of the treatment processes for its control and minimization in the waters of consumption. The objectives of the thesis were: 1) The real-scale study of the factors involved in the formation of THMs in drinking water during the treatment processes and their evolution along the distribution systems, as well as the development of predictive models for their control and minimization. 2) The development of new analytical methods for the simultaneous determination of regulated and emerging disinfection by-products in drinking water. The real-scale study showed a marked seasonal and spatial variation of THM concentrations in the water of the distribution systems essayed, being clearly dependent on the treatment process applied. The advanced treatment process, with ozonation and filtration/adsorption with granular activated carbon, was the most effective and stable, obtaining the lowest values of THMs as well as the lower ranges of seasonal and spatial variation. It was verified that an efficient oxidation process in ETAP contributes to reduce the values of THMs, thus reducing the effect of the seasonal and spatial variation, obtaining a greater stability of the quality of the supply water. A predictive model of trihalomethanes formation was developed in two stages (ETAP and Distribution System), obtaining good predictive capacity and good adaptability to different treatment scenarios. The adaptability of the model developed to the contour conditions allows its use in the quality control of drinking water, and can be a useful tool for the control of the processes, allowing to proceed in advance avoiding incidences related to of THMs concentration peaks in waters supplies. Two methods were developed for the analysis of a total of 24 DBPs in potable water (20 emerging DBPs: 6 iodine trihalomethanes, 6 haloacetonitriles, 6 halonitromethanes and 2 haloketones). The new methods were based on hollow fiber liquid phase microextraction (HF LPME), detection and quantification of analytes by GC pECD and verification by GC MS. For the improvement of microextraction with hollow fiber, techniques were incorporated as the effervescence or the spiral fiber arrangement by means of support device specifically designed and constructed by 3D printing. The two methods obtained present good linearity, repeatability and recovery, achieving very low limits of detection, being applied in the analysis of drinking water of the supply systems from Huelva zone.