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
Metadatos
Mostrar el registro completo del ítemAutor
Ribes Pérez, David EliasEditorial
Universidad de Granada
Director
Osorio Robles, FranciscoDepartamento
Universidad de Granada. Programa de Doctorado en Ingeniería CivilFecha
2023Fecha lectura
2023-03-31Referencia bibliográfica
Ribes Pérez, David Elias. 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. Granada: Universidad de Granada, 2023. [https://hdl.handle.net/10481/81263]
Patrocinador
Tesis Univ. Granada.Resumen
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. 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.