Integrated assessment of wastewater treatment plants and their receiving river systems in a global change context

Abstract

For a long time, there has been a need and an ambition to better understand the behavior of integrated systems by considering the whole urban water cycle, including wastewater transportation, wastewater treatment and the receiving water. On the other hand, fragmented environmental policies on wastewater sanitation, global change, and emerging contaminants are increasingly threatening freshwater ecosystems and human health. Within this context, this thesis embeds a series of research studies aiming to improve our comprehension of the functioning of urban wastewater systems (UWWS), considering both natural and artificial elements, and with a special emphasis on the occurrence of global change and on the fate of emerging contaminants. In the thesis, an integrated model for a UWWS in NE Iberian Peninsula has been developed and calibrated using data from an intensive and integrated survey, not only combining early developed mathematical models for the different sub-processes, but also verifying the model parameters with full-scale and dynamical measurements. More specifically, the work developed in this thesis was divided into three parts. First, we investigated how an UWWS perform together in the removal of conventional contaminants and evaluated the impact of future global change scenarios. Second, we investigated the occurrence and fate of pharmaceuticals and their transformation products in the UWWS. Finally, and as a continuation of the second work, we assessed the influence of the sampling strategy when estimating the loads and attenuation of emerging contaminants in UWWS under different scenarios differing from sampling strategies, consumption, and degradability of the compound under analysis. Overall, this thesis highlights the need for integrated approaches to better understand the performance of WWTPs and their receiving rivers, against the increase of micro-contaminants occurrence and the effects of global change

La necessitat i ambició per entendre millor el comportament dels sistemes de sanejament d’aigües residuals de forma integrada és una de les prioritats en la gestió de l’aigua, des de el transport, tractamet i descarrega als seus medis receptors. Per altra banda, les actual polítiques segmentades en la gestió dels sistemes de sanejament d'aigües residuals urbanes, el canvi global i l'ocurrència de contaminants emergents en els mitjans receptors, amenacen cada vegada més els ecosistemes d'aigua dolça i salut humana.En aquest sentit, aquesta tesi integra una sèrie d'estudis d'investigació que apunten a millorar la nostra comprensió en el funcionament dels sistemes d'aigües residuals urbanes (UWWS), considerant el conjunt d'elements naturals i artificials, i amb un èmfasi especial en els canvis globals i ocurrència dels contaminants emergents. Concretamemt. en aquesta tesi s'ha desenvolupat i calibrat un model integrat per a un UWWS al NE de la Península Ibèrica, utilitzant dades recollides durant intensa campanya integrada de monitorització, no només combinant avançats models per els diferents sub-processos, sinó també verificant els paràmetres de modelització amd dades dinàmiques i a escala. Més específicament, el treball desenvolupat en aquesta tesi s’estructura en tres parts. Primer, investiguem com funcionen els UWWS en l'eliminació de contaminants convencionals i avaluem l'impacte dels futurs escenaris de canvi global. Segon, avaluem l'ocurrència i la destinació dels productes farmacèutics i els seus productes de transformació en el UWWS. En tercer lloc, i com a continuació d'aquest segon treball, s’estudia la influència de diferents escenaris de mostreig, consum i degradabilitat dels compostos en l’estimació de càrregues i atenuació dels micro-contaminants en UWWS.En general, aquesta tesi destaca la necessitat d'enfocaments integrats per comprendre millor el rendiment de les EDAR i els seus rius receptors, per prendre mesures contra l'augment de les concentracions de micro-contaminants i els efectes del canvi global