Multimedia fate modelling and impact of pharmaceutical compounds on freshwater ecosystems

Esta tesis tiene como objetivo principal contribuir al desarrollo de las mejores practicas disponibles en la modelizacion del destino multimedia y de los efectos de compuestos farmaceuticos para evaluar su impacto en los ecosistemas. La distribucion de farmacos a traves de los distintos compartimentos ambientales representa un riesgo potencial de toxicidad para los ecosistemas acuaticos. La capacidad de ionizacion de muchos de estos compuestos en el medio ambiente es un reto para la modelizacion de su destino multimedia, de su exposicion y efectos. El uso de modelos convencionales no polares representa un elevado nivel de incertidumbre en la modelizacion de la movilidad de compuestos organicos ionizables, y en la modelizacion de su biodisponibilidad para la exposicion a organismos y para la degradacion en el medio ambiente. El desarrollo y la evaluacion de modelos alternativos que incluyan estos puntos son esenciales para mejorar la simulacion del comportamiento ambiental de microcontaminantes. La comparacion de modelos y la cuantificacion de la incertidumbre de sus resultados son fundamentales para su correcta interpretacion. Ademas, la cuantificacion de estas incertidumbres es necesaria para establecer prioridades de monitoreo y de investigacion adicional entre el gran numero de farmacos activos en uso actual teniendo en cuenta las diferentes vias de contaminacion ambiental. En este contexto, se consideraron los siguientes objetivos especificos: 1. Desarrollo de un modelo de destino multimedia, exposicion y toxicidad con base en algebra matricial y adaptado a compuestos farmaceuticos consistente con modelos de evaluacion del impacto de ciclo de vida. 2. Desarrollo de un metodo para la cuantificacion de la incertidumbre del modelo, incluyendo la incertidumbre de los modelos de regresion aplicados, y la identificacion de los parametros mas pertinentes a la incertidumbre total. 3. Comparar y cuantificar las incertidumbres de los modelos alternativos en terminos de los factores de caracterizacion y de los resultados finales de impacto, contribuyendo a la identificacion de las mejores practicas de modelizacion del destino multimedia, exposicion y efectos de farmacos con base en los conocimientos cientificos actuales. 4 Priorizacion de compuestos farmaceuticos en terminos de su impacto probabilistico en los ecosistemas de agua dulce considerando las emisiones directas y indirectas de plantas de tratamiento de aguas para posterior monitorizacion e investigacion adicional. Capitulo 1 establece el contexto de la tesis y sus objetivos. Capitulo 2 presenta un modelo de destino multimedia, exposicion y efectos con base en algebra matricial, adaptado a farmacos y consistente con el modelo consensual de la UNEP/SETAC, el modelo USEtox. Se presenta un enfoque para cuantificar la incertidumbre de los resultados del modelo usando el analisis de Monte Carlo. El enfoque incluye la incertidumbre asociada a los modelos de regresion utilizados y a los efectos toxicos, y la variabilidad asociada a los parametros ambientales y experimentales. El modelo se aplico a farmacos detectados en lodos de depuradora, posteriormente aplicados a suelos agricolas. En relacion a los compuestos de mayor relevancia, los parametros mas influyentes en la evaluacion probabilistica de impacto fueron identificados asi como temas para investigacion futura. El capitulo 3 presenta una comparacion detallada entre el modelo USEtox y el modelo alternativo adaptado a compuestos farmaceuticos. Este modelo alternativo incluye modelos de regresion para estimar parametros teniendo en cuenta la fraccion ionica de una molecula. La comparacion se hizo al nivel de los factores de caracterizacion y al nivel de los resultados finales del impacto teniendo en cuenta tres escenarios de emisiones en distintos compartimientos ambientales. Los parametros mas sensibles de los modelos fueron identificados por analisis de Monte Carlo. Los capitulos 4 y 5 presentan una priorizacion de los farmacos detectados en plantas de tratamiento de aguas residuales europeas al nivel de su monitorizacion ambiental y de temas para investigacion futura. En el Capitulo 4 las emisiones directas de efluentes al compartimiento de agua dulce son estudiadas. En el capitulo 5 se consideran las emisiones indirectas: la aplicacion de lodos de depuracion y de efluentes en suelos agricolas como fertilizante y como agua de irrigacion, respectivamente. Los temas de investigacion futura se definieran tanto por la identificacion de lagunas en el conocimiento acerca del comportamiento ambiental de los farmacos, como por la contribucion de la incertidumbre de los parametros estimados del modelo a la varianza de los impactos calculados. En el capitulo 6 se presentan las conclusiones generales y recomendaciones para trabajo futuro. Palabras clave: Modelo de destino multimedia, Analisis de incertidumbre, farmacos, microcontaminantes, compuestos organicos ionizables, ecotoxicidad en agua dulce, plantas de tratamiento de aguas residuales, lodos de depuracion, agua regenerada, Evaluacion de riego, Impacto comparativo probabilistico, Analisis de ciclo de vida, USEtox.