Μελέτη του σχηματισμού αναδυόμενων παραπροϊόντων απολύμανσης του νερού υπό την επίδραση της κλιματικής αλλαγής: αξιολόγηση της έκθεσης και του κινδύνου

Abstract

Climate change affects the quantity and quality of water resources. Continuing warming, sea level rise, extended droughts and extreme rainfall are major factors affecting the availability and quality of water resources. These extremes lead to the increase of external and internal precursor compounds in water reservoirs and consequently affect the formation of disinfection by-products (DBPs). The aim of this thesis is to investigate the formation of emerging DBPs (eDBPs) under conditions induced by climate change. For this reason, four different cases of conditions caused by climate change in surface water were chosen: a) sea level rise, b) heavy rainfall leading to flooding phenomena, c) increase of cyanobacterial mass in surface water and d) enrichment of surface water by humic compounds. The target compounds were haloacetonitriles (HANs), haloacetamides (HAcAms), halonitromethane (TCNM) and halogenated ketones (HKs). Chlorination and chloramination were selected as disinfection processes under different doses (5 and 10 mg/L) and contact times (24 and 72 h). The results showed an increase in the formation of eDBPs and changes in their profile. Sea level rise led to increased concentrations of brominated species. Flooding effects led to extensive formation of chloroacetamide and bromochloroacetonitrile. The increase of cyanobacterial mass enhanced the formation of HAcAms and TCNM, while the enrichment of water by humic compounds led to extensive formation of HANs. At the same time, changes were observed in the cytotoxicity and genotoxicity of the samples. Employing the data obtained from the above experimental procedures, two prediction models (linear and log-linear) were developed for the examined eDBPs. Moreover, drinking water samples were held for two periods (winter - summer) for the examination of eDBPs’ presence in Thessaloniki’s drinking water network. Finally, an estimation of cytotoxicity and genotoxicity was employed and compared with the regulated THMs.

Η κλιματική αλλαγή επιδρά στην ποσότητα και ποιότητα των υδάτινων πόρων. Η συνεχής αύξηση της θερμοκρασίας, η άνοδος της στάθμης της θάλασσας, οι εκτεταμένες περίοδοι ξηρασίας και οι ακραίες βροχοπτώσεις είναι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν τη διαθεσιμότητα και την ποιότητα των υδάτινων πόρων. Αυτά τα ακραία φαινόμενα οδηγούν στην αύξηση εξωτερικών και εσωτερικών πρόδρομων ενώσεων στις δεξαμενές νερού και κατά συνέπεια επηρεάζουν τον σχηματισμό παραπροϊόντων απολύμανσης (DBPs). Στόχος αυτής της διατριβής είναι η διερεύνηση του σχηματισμού αναδυόμενων DBPs (eDBPs) υπό συνθήκες που προκαλούνται από την κλιματική αλλαγή. Για το λόγο αυτό, επιλέχθηκαν τέσσερις διαφορετικές περιπτώσεις συνθηκών που επιφέρει η κλιματική αλλαγή σε επιφανειακά νερά: α) άνοδος της στάθμης της θάλασσας, β) επίδραση των έντονων βροχοπτώσεων που οδηγούν σε πλημμυρικά φαινόμενα, γ) αύξηση κυανοβακτηριακής μάζας στο επιφανειακό νερό και δ) εμπλουτισμός του επιφανειακού νερού με χουμικές ενώσεις. Οι ενώσεις-στόχοι ήταν αλογονοακετονιτρίλια (HANs), αλογονοακεταμίδια (HAcAms), αλογονονιτρομεθάνιο (TCNM) και αλογονομένες κετόνες (HKs). Η χλωρίωση και η χλωραμίνωση επιλέχθηκαν ως μέθοδοι απολύμανσης υπό διαφορετικές δόσεις (5 και 10 mg/L) και χρόνους επαφής (24 και 72 ώρες). Τα αποτελέσματα έδειξαν αύξηση στον σχηματισμό των eDBPs και αλλαγές στο προφίλ τους. Η άνοδος της στάθμης της θάλασσας οδήγησε σε αυξημένες συγκεντρώσεις βρωμιωμένων ειδών. Τα πλημμυρικά φαινόμενα οδήγησαν σε εκτεταμένο σχηματισμό του χλωροακεταμιδίου και του βρωμοχλωροακετονιτριλίου. Η αύξηση κυανοβακτηριακής μάζας ενίσχυσε το σχηματισμό των HAcAms και του TCNM, ενώ ο εμπλουτισμός του νερού από χουμικές ενώσεις οδήγησε σε εκτεταμένο σχηματισμό των HANs. Παράλληλα, παρατηρήθηκαν αλλαγές στην κυτταροτοξικότητα και τη γονιδιοτοξικότητα των δειγμάτων. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα που προέκυψαν από τις παραπάνω πειραματικές διαδικασίες, αναπτύχθηκαν γραμμικά και μη γραμμικά μοντέλα πρόβλεψης σχηματισμού για τα εξεταζόμενα παραπροϊόντα χλωρίωσης λαμβάνοντας υπόψη ως ανεξάρτητες μεταβλητές τις φυσικοχημικές παραμέτρους του νερού και τις συνθήκες χλωρίωσης. Επίσης στο πλαίσιο της διατριβής, πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις για τον έλεγχο της παρουσίας των εξεταξόμενων eDBPs σε δείγματα πόσιμου νερού στο πολεοδομικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης για δύο χρονικές περιόδους (χειμερινή – θερινή) και εκτιμήθηκε η συνεισφορά τους στην τοξικότητα σε σχέση με τα θεσμοθετημένα ΤΗΜs.