Implementación de un modelo predictivo para la formación de trihalometanos en sistemas de abastecimiento. Propuesta de soluciones tecnológicas y herramientas de ayuda para la gestión del riesgo sanitario
- Autores: David Elías Ribes Pérez
- Directores de la Tesis: Francisco Osorio Robles (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2023
- Idioma: español
- ISBN: 9788411178006
- Número de páginas: 244
- Tribunal Calificador de la Tesis: Jesús González López (presid.), Alejandro González Martínez (secret.), Juan Carlos Torres Rojo (voc.), Ignacio Gómez Lucas (voc.), Nuria Boluda Botella (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Civil por la Universidad de Granada
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
- español
Los trihalometanos (THMs) son subproductos de desinfección (DBPs) formados por la reacción de los derivados del cloro del agua potable con sus precursores que pueden ser materia orgánica o bromuros. La exposición prolongada en el tiempo a elevadas concentraciones de THMs supone un riesgo para la salud humana debido a su potencial cancerígeno y mutagénico. Por este motivo, la regulación de los THMs en los sistemas de abastecimiento de agua potable resulta esencial. En España la concentración de THMs en el agua potable se encuentra regulada desde 2003 por el Real Decreto 902/2018, de 20 de julio, por el que se modifica el Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, sobre criterios sanitarios de las aguas de consumo, a través de esta legislación se establece el nivel máximo admisible de THMs en las redes de abastecimiento de agua en 100 μg/l. Esto ha generado que las investigaciones busquen alternativas tecnológicas y económicamente viables para reducir la concentración de THMs en redes de abastecimiento de agua potable. En esta investigación se realiza un compendio de las tecnologías disponibles, y se analizan específicamente tres de ellas, basándonos en datos experimentales recopilados en empresas relacionadas con el sector del agua: • Sistema TRS (Trihalomethanes Removal System) • Desorción directa con aire • Electroadsorción de bromuro De igual modo se ha analizado en detalle, como mecanismo preventivo, el modelo de predicción ESTRIHALO, desarrollado por empresas relacionadas con el sector del agua (Agbar) y la Universidad de Granada. Este modelo busca convertirse en una herramienta para alertar sobre posibles incrementos en la concentración de THMs que llegan a los consumidores y permitir tomar acciones con antelación a los gestores del agua potable, ajustando parámetros operativos de una forma económicamente viable. Dicho modelo resulta especialmente útil para instalaciones de menor tamaño, en las cuales los costos asociados al monitoreo de THMs son elevados. Los análisis estadísticos de los modelos predictivos reflejan porcentajes de fiabilidad (R2) de hasta un 70 % en la teoría, dado por el programa estadístico. Mientras que, al incluir los algoritmos de los modelos en los sistemas informáticos de los sistemas de abastecimiento, se ha conseguido un porcentaje de acierto de hasta un 89 % al validar los valores reales de la concentración de THMs con los pronosticados por los modelos. El Sistema TRS (Trihalomethanes Removal System) basa su funcionamiento en la volatilidad de los trihalometanos. El propósito de esta tecnología es la eliminación directa de los THMs ya formados mediante la pulverización del agua en microgotas, favoreciendo su difusión en el aire. Con los datos obtenidos en la prueba piloto y durante su funcionamiento en del depósito de Castelldefels (Barcelona), el sistema TRS ha demostrado ser una alternativa viable para eliminar cerca del 50% de la concentración de THMs. El sistema de desorción directa de THMs ha sido desarrollado en la Región de Murcia para reducir la concentración de THMs mediante desorción directa por aire. Al igual que el sistema TRS, basa su funcionamiento en la volatilidad de los THMs ya formados en el agua. En este caso, se inyecta aire desde la base del depósito para generar microburbujas capaces de favorecer la difusión de los THMs hacia la superficie del depósito. Esta tecnología fue desarrollada como respuesta al incremento de la concentración de THMs en el agua potable de Murcia, que se han ido observando en los últimos años. Busca mantener niveles bajos de THMs en toda la red de abastecimiento por medio de la instalación de equipos de desorción automatizados en depósitos intermedios. En cuanto al tratamiento de precursores de formación de THMs, se ha demostrado en experimentos en laboratorio que la electroadsorción de bromuros puede alcanzar valores de eliminación de THMs de entre el 43% y 53%. Este método se basa en la potenciación de la capacidad adsorbente de filtros de carbón activo mediante la aplicación de un campo eléctrico. Sin embargo, requiere de mayor investigación para determinar si estos rendimientos se pueden alcanzar a una escala industrial.
- English
Trihalomethanes are disinfection byproducts (DBPs) formed by the reaction of chlorine derivatives in drinking water with their precursors which may be organic matter or bromide. Prolonged exposure over time to high concentrations of THMs poses a risk to human health due to its carcinogenic and mutagenic potential. For this reason, the regulation of THMs in drinking water supply systems is essential. In Spain the concentration of trihalomethanes (THMs) in drinking water is regulated since 2003 by Royal Decree 902/2018, of 20 July, amending Royal Decree 140/2003, of 7 February on health criteria for drinking water, through this legislation establishes the maximum level of THMs in water supply networks at 100 μg/l. This has led to research looking for technologically and economically viable alternatives to reduce the concentration of THMs in drinking water supply networks. In this research, a compendium of available technologies is made, and 3 of them are specifically analyzed, based on experimental data collected by companies of the water sector and its associated companies: • TRS System (Trihalomethanes Removal System) • Electroadsorption of bromides • Direct desorption with air The prediction model ESTRIHALO, developed by the companies of the water sector (Agbar) and the University of Granada, was also analyzed in detail as a preventive mechanism. This model seeks to become a tool to alert about possible increases in the concentration of THMs that reach the consumers and to allow drinking water managers to take action in advance, adjusting operating parameters in an economically viable way. This model is especially useful for smaller facilities, where the costs associated with monitoring THMs are high. The statistical analyses of the predictive models reflect percentages of reliability (R2) of up to 70% in the theory, given by the statistical program. Whereas, by including the algorithms of the models in the computer systems of the supply systems, has achieved a success rate of up to 89% when validating the real values of the concentration of THMs with those predicted by the models. The TRS System (Trihalomethanes Removal System) bases its operation on the volatility of trihalomethanes. The purpose of this technology is the direct elimination of THMs already formed by spraying water into microdroplets, favoring their diffusion into the air. With the data obtained in the pilot test and during its operation in the Castelldefels warehouse (Barcelona), the TRS system has proven to be a viable alternative to eliminate about 50% of the THM concentration. The THMs direct desorption system has been developed in the Region of Murcia to reduce the concentration of THMs by direct desorption by air. Like the TRS system, it bases its operation on the volatility of THMs already formed in the water. In this case, air is injected from the base of the tank to generate microbubbles capable of favoring the diffusion of THMs towards the surface of the tank. This technology was developed in response to the increase in the concentration of THMs in drinking water in Murcia, which have been observed in recent years. Seeks to maintain low levels of THMs throughout the supply network through the installation of automated desorption equipment in intermediate tanks. Regarding the treatment of THMs formation precursors, it has been demonstrated in laboratory experiments that electroadsorption of bromide can achieve THM elimination values of between 43% and 53%. This method is based on the enhancement of the adsorbent capacity of activated carbon filters by applying an electric field. However, it requires further research to determine whether these yields can be achieved on an industrial scale.
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