Pharmaceuticals in water reclamation: prioritisation and monitoring for sustainable irrigation practices in mediterranean regions

Abstract

ENG- The present doctoral thesis explores the potential risks posed by pharmaceutical compounds (PhACs) in water reuse scenarios across the Mediterranean region. The research begins with a comprehensive review of scientific literature, identifying the 50 most frequently detected PhACs in wastewater, surface water, and marine environments in Catalonia. These substances span a broad spectrum of therapeutic classes. An analytical method was subsequently developed to detect 45 of these compounds in environmental samples collected from Catalonia and the Greek islands (Articles 1 and 3). This method was then employed to assess the effectiveness of two wastewater treatment technologies. The conventional activated sludge (CAS) system achieved removal efficiencies of up to 98 percent, while the nature-based UASB-CW system yielded elimination rates between 64 and 69 percent. These results indicate that the CAS system is more effective in removing the targeted compounds. Additionally, regional variations in contaminant profiles underscored the importance of tailored prioritisation strategies based on geographical context.

In parallel, two risk assessment frameworks were applied to evaluate both the environmental and human health implications of the detected PhACs (Articles 2 and 3). The analysis identified ibuprofen and iopromide as having the highest potential for environmental impact, whereas diclofenac, ibuprofen, and several psychoactive pharmaceuticals emerged as the most concerning in terms of potential human health effects. Nonetheless, all compounds remained below established safety thresholds.

Overall, this thesis provides a robust scientific basis for improving water reuse management in Mediterranean contexts, integrating environmental protection and public health considerations into future water governance strategies

CAT- La present tesi doctoral examina els riscos associats als compostos farmacèutics (PhACs) en escenaris de reutilització d’aigua a la regió mediterrània. En una primera fase, es va fer una revisió de la literatura científica per identificar els 50 PhACs amb major concentració en aigües residuals, fluvials i marines a Catalunya, que són representatius de diverses classes terapèutiques. Seguidament, es va desenvolupar una metodologia analítica capaç de detectar-ne 45 en mostres de Catalunya i de les illes gregues (articles 1 i 3) i es va aplicar per comparar dues tecnologies de tractament de depuració d’aigües residuals. Per una banda, el sistema convencional de fangs activats (CAS) va aconseguir una eliminació del 98 %. Per altra banda, el sistema natural UASB-CW va assolir una supressió d’entre el 64 i el 69 %. Les dades van evidenciar que el sistema CAS resultava més eficaç per als compostos seleccionats. A més, es van detectar diferències regionals en la presència de contaminants, la qual cosa va remarcar la necessitat d’estratègies de priorització adaptades a cada context geogràfic.

Paral·lelament, es van aplicar dos enfocaments d’avaluació del risc per determinar l’impacte ambiental i sobre la salut humana dels PhACs (articles 2 i 3). L’anàlisi va identificar que l’ibuprofèn i la iopromida són els compostos que poden tenir un impacte ambiental més alt, mentre que, pel que fa a la salut humana, els que generen més preocupació són el diclofenac, l’ibuprofèn i alguns psicofàrmacs, si bé cap d’ells supera els llindars de seguretat.

En conjunt, aquesta tesi ofereix una base científica sòlida per millorar la gestió de la reutilització de l’aigua en entorns mediterranis, integrant consideracions ambientals i de salut pública