2026-04-17T21:35:36Zhttps://recercat.cat/oai/requestoai:recercat.cat:2117/3624382025-07-22T21:31:40Zcom_2072_1033col_2072_452951
Applications of fluorescence spectroscopy in water reclamation processes: the case of Llobregat river recharge
Álvarez Berrocal, Clara
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Química
Cortina Pallás, José Luis
González Blanco, Susana
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria química
Water reuse
Fluorescence spectroscopy
dissolved organic matter
fluorescence excitation emission matrix
PARAFAC
Llobregat
reclaimed water
Aigua -- Reutilització
Aquest projecte té com a objectiu estudiar la matèria orgànica dissolta (DOM) en aigua de riu i en aigua
regenerada a través de la matriu d'emissió-excitació de fluorescència (FEEM). En concret, identificar
els patrons i indicadors de fluorescència en dues matrius d'aigua, estudiar les seves diferències i avaluar
si la introducció d'aigua regenerada altera la composició de la matèria orgànica al riu; caracteritzar
mitjançant Parallel Factor Analysis(PARAFAC) els fluoròfors que componen la matèria orgànica dissolta
(DOM) al llarg de les campanyes de mostreig i determinar el seu origen; desenvolupar un model de
predicció del percentatge d'aigua regenerada en masses d'aigua ambiental.
L'estudi de la DOM ja ha estat àmpliament utilitzat per conèixer les diferents fraccions de la matèria
orgànica al llarg del cicle urbà de l'aigua i detectar possibles accions de millora. No obstant això, el seu
ús en aigües regenerades ha estat limitat. Davant la tendència a l’augment de la reutilització d'aigua
en els propers anys, és de vital importància desenvolupar eines i tecnologies que permetin controlar la
influència de l'aigua regenerada en les masses d'aigua dolça, mentre que un millor coneixement de les
característiques de la DOM facilitarà les accions de millora al llarg del tractament.
Els resultats suggereixen que la FEEM té característiques diferents segons l'aigua d'origen. Les
proteïnes aromàtiques (tipus II) i els àcids fúlvics (tipus III) predominen en l'aigua de riu. Els
subproductes microbians (tipus IV) guanyen importància en aigua regenerada, el que indica un origen
antropogènic de la DOM. Augmenten els àcids húmics (V), regió que es veu afectada per les aigües
residuals, indicant també origen antropogènic de la DOM en les mostres. Aquest comportament es veu
reflectit en l'estudi dels indicadors, ja que la tendència és diferent segons l'origen de l'aigua.
L'anàlisi PARAFAC va identificar cinc components. El component 1 pertany a la regió IV i s'associa a la
DOM d'origen antropogènic. El component 2 està associat a la fracció húmica de la DOM, procedent
de fonts terrestres i bio-disponibles. Els components 3 i 5 corresponen a substàncies aromàtiques de
la regió II. El component 4 va aparèixer en estudis previs que van intentar especificar el seu origen.
Les diferències entre les característiques de la FEEM al llarg de les campanyes de mostreig i per a les
diferents concentracions d'aigua regenerada van permetre obtenir un model de regressió multivariant
capaç de predir el percentatge d'aigua regenerada en les mostres amb una R2 de 0.95, utilitzant com a
variables de predicció la relació entre la intensitat total del pic d'àcids húmics (HA) i la integració
regional de fluorescència (FRI) de les proteïnes aromàtiques II, els àcids fúlvics FRI i la intensitat màxima
de fluorescència (Fmax) de la regió III.
This project aims to study the dissolved organic matter (DOM) in river and reclaimed water through
fluorescence emission-excitation matrix (FEEM). Specifically, identifying fluorescence patterns and
indicators in both water matrices, studying their differences, and evaluating whether the introduction
of reclaimed water alters the composition of organic matter (OM) in the river; characterizing through
Parallel Factor Analysis (PARAFAC) the fluorophores composing the DOM along the sampling
campaigns and determine their origin; developing a model to predict percentage of reclaimed water
in freshwater bodies.
The study of DOM has already been widely used to understand the different OM fractions along the
urban water cycle and detect possible improvement actions. However, its use in reclaimed water has
been limited. In view of the tendency to increase water reuse in the coming years, it is of vital
importance to develop tools and technologies that allow to control the influence of reclaimed water in
freshwater bodies, while a better understanding of DOM characteristics will facilitate improvement
actions along the treatment.
Results suggest that FEEM has different characteristics depending on the source water. Aromatic
proteins (type II) and fulvic acids (type III) predominate in river water. Microbial by-products (type IV)
win importance in reclaimed water, indicating anthropogenic origin of DOM. Humic acids (type V)
increase, a region which is affected by wastewater, also indicating anthropogenic origin of DOM in the
samples. This behavior is reflected in the study of the indicators, whose tendency is different
depending on water origin.
PARAFAC analysis identified five components. Component 1 belongs to region IV and is associated to
DOM of anthropogenic origin. Component 2 is associated to the humic fraction of DOM, coming from
terrestrial and bio-available sources. Components 3 and 5 correspond to aromatic proteins II
substances. Component 4 appeared in previous studies which struggled to specify its origin.
The differences between the FEEM characteristics along the sampling campaigns and for the different
reclaimed water concentrations allowed to obtain a multivariate regression model that can predictthe
percentage of reclaimed water in samples with an R2 of 0.95, using as prediction variables the ratio
between humic acids (HA) total peak intensity and fluorescence regional integration (FRI) aromatic
proteins II, FRI fulvic acids and maximum fluorescence intensity (Fmax) of region III.
Este proyecto tiene como objetivo estudiar la materia orgánica disuelta (DOM) en agua de río y en agua
regenerada a través de la matriz de emisión-excitación de fluorescencia (FEEM). En concreto,
identificar los patrones e indicadores de fluorescencia en ambas matrices de agua, estudiar sus
diferencias y evaluar si la introducción de agua regenerada altera la composición de la materia orgánica
en el río; caracterizar mediante Parallel Factor Analysis (PARAFAC) los fluoróforos que componen la
materia orgánica disuelta (DOM) a lo largo de las campañas de muestreo y determinar su origen;
desarrollar un modelo de predicción del porcentaje de agua regenerada en masas de agua dulce.
El estudio de la DOM ya ha sido ampliamente utilizado para conocer las diferentes fracciones de
materia orgánica a lo largo del ciclo urbano del agua y detectar posibles acciones de mejora. Sin
embargo, su uso en aguas regeneradas ha sido limitado. Ante la tendencia al aumento de la
reutilización del agua en los próximos años, es de vital importancia desarrollar herramientas y
tecnologías que permitan controlar la influencia del agua regenerada en masas de agua dulce, mientras
que un mejor conocimiento de las características de la DOM facilitará las acciones de mejora a lo largo
del tratamiento.
Los resultados sugieren que la FEEM tiene características diferentes según el agua de origen. Las
proteínas aromáticas (tipo II) y los ácidos fúlvicos (tipo III) predominan en el agua de río. Los
subproductos microbianos (tipo IV) ganan importancia en agua regenerada, lo que indica un origen
antropogénico de la DOM. Aumentan los ácidos húmicos (V), región que se ve afectada por las aguas
residuales, indicando también un origen antropogénico de la DOM en las muestras. Este
comportamiento se refleja en el estudio de los indicadores, cuya tendencia es diferente según el origen
del agua.
El análisis PARAFAC identificó cinco componentes. El componente 1 pertenece a la región IV y se asocia
a la DOM de origen antropogénico. El componente 2 está asociado a la fracción húmica de la DOM,
procedente de fuentes terrestres y biodisponibles. Los componentes 3 y 5 corresponden a sustancias
aromáticas de la región II. El componente 4 apareció en estudios previos que intentaron especificar su
origen.
Las diferencias entre las características de la FEEM a lo largo de las campañas de muestreo y para las
diferentes concentraciones de agua regenerada permitieron obtener un modelo de regresión
multivariante capaz de predecir el porcentaje de agua regenerada en las muestras con una R
2 de 0.95,
utilizando como variables de predicción la relación entre la intensidad total del pico de ácidos húmicos
(HA) y la integración regional de fluorescencia (FRI) de las proteínas aromáticas II, los ácidos fúlvicos
FRI y la intensidad máxima de fluorescencia (Fmax) de la región III.
Objectius de Desenvolupament Sostenible::6 - Aigua Neta i Sanejament
2021-10-27
Master thesis
https://hdl.handle.net/2117/362438
PRISMA-160831
eng
Restricted access - author's decision
application/pdf
Universitat Politècnica de Catalunya