Las fugas en los sistemas de distribución de agua están provocadas por todos aquellos fallos en las tuberías, accesorios o tanques de almacenamiento que provocan una pérdida de agua. La cantidad de agua que se pierde por fugas en las redes de distribución de agua potable representa para los gestores de las empresas de abastecimiento uno de los mayores desafíos a los que deben enfrentarse, no solamente por el coste del agua que se pierde, sino porque esa agua lleva implícita una serie de costes adicionales, e incluso conlleva impactos en la sociedad y el medio ambiente. Las decisiones tomadas por la compañía para la gestión de las fugas, tienen efecto no sólo en la propia compañía, sino también en la sociedad y en el medio que la rodea. Por ello, estas decisiones deberían estar basadas en un ejercicio de toma de decisión que incluya un mayor número de criterios, además de los meramente técnicos y económicos que normalmente suelen ser tomados en cuenta en una evaluación de proyectos. La toma de decisiones respecto a la política de gestión de fugas a ejecutar en una empresa representa un reto para los gestores, en vista de la complejidad que ello implica. Si el problema se observa desde el punto de vista económico, es posible que la opción que se tome esté encaminada a reparar solo las fugas evidentes o reportadas, ya que la inversión que se debe realizar para detectar y reparar suele ser mayor que el valor del agua recuperada, tomando en cuenta que en la gran mayoría de los casos, la tasa de recuperación o la tarifa cobrada al abonado no llega a cubrir siquiera los costes variables. Sin embargo, en vista de que se trata de un servicio público del cual todos somos usuarios, y que además las decisiones tomadas por la compañía tienen un impacto más allá de la empresa, se recomienda considerar una serie de criterios, adicionales a los aspectos técnicos y económicos, para que la decisión que se tome sea lo más acertada para la compañía y su entorno. / Delgado Galván, XV. (2011). Aplicación del método de jerarquías analíticas (AHP) a la gestión de pérdidas de agua en redes de abastecimiento [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11238

Abstract Helicobacter pylori occupies a prominent position among emerging human pathogens, one of the most common causes of chronic bacterial infection in humanity and closely linked to peptic ulcers and gastric cancer. It has been suggested that H.pylori can be acquired by different routes of transmission, including water. The growing demand for water due to increasing world population and the concurrent expansion of the industry necessitates the use of treated wastewater. However, H. pylori resistance to water disinfection treatment constitutes a risk to health. Similarly, H.pylori has resilience to water purification treatments and at high concentrations of free chlorine in distribution systems by biofilm formation. The VBNC state of H.pylori in both matrices is the usual in stress conditions, necessitating the application of molecular techniques for detection and identification. In this thesis we have studied the presence and viability of this important pathogen in both wastewater and drinking water. A total of 60 wastewater samples, including samples of the biological reactor inlet, the outlet of this one and samples after tertiary ultraviolet disinfection treatment, were analyzed for the presence of H.pylori by PCR, q-PCR and FISH and the traditional cultivable technique. The FISH technique proved to be an effective and rapid method for the detection of H. pylori in waste and debugged water (61.2 %), without the need for a preliminary step enrichment of samples. The PCR and q-PCR techniques determined the presence of H. pylori in the samples, with detection rates of both 15 %. It was possible to quantify only in 3 direct samples belonging to the reactor inlet and outlet (1.8x10; 1.5x10 and 6.3x10 GU/mL), the other samples had the Ct above the threshold of reliability (> 35 cycles). Although the culture turned out to be a not fully resolutive method, the method of isolation by 0.65 µm membrane, tuned in this thesis, was effective in reducing the accompanying microbiota and to obtain cultivable H. pylori for the first time from debugged water. Similarly, 63 drinking water samples from 51 public drinking water sources located on the coastal area in Eastern Spain, were analyzed and could be confirmed for the first time the presence of viable cells of the pathogen in drinking water. FISH and q-PCR techniques were effective for detecting H. pylori with detection rates of 46 % and 50.8 % respectively. For detection of viable cells of H. pylori in drinking water DVC-FISH technique it proved to be a more effective tool than the PMA-qPCR, with a detection rate of 38 % viable cells. Quantitation of viable cells was possible by obtaining values between 4x102 and 1.6x103 viable cells of H.pylori/mL. Despite the difficulty of culturing the pathogen H. pylori it was identified in a sample after 24 hours enrichment. Detection of mutations in the 23S, in specific resistance to clarithromycin, indicated that 41.6% of the samples of wastewater and 17.4% of drinking water samples had H.pylori with this potential resistance. The results confirm the ability of H.pylori to survive the water purification treatments in a wastewater treatment plant, it should be considered when evaluating the potential risk in reuse for irrigation. Moreover, H.pylori is found in the distribution systems of drinking water, so its consumption may be a risk to human health, since they are a possible route of transmission of the pathogen. The presence of clarithromycin-resistant H.pylori in the environment, show the need to monitor effective control of the pathogen, since water can pose a risk to the expansion of resistance and consequent therapeutic failures in clinical practice. Given the role of water in the transmission of H.pylori, confirmed in this thesis, the established protocols are proposed, mainly the DVC-FISH method, as they can be validated for an efficient environmental control of H.pylori. / Resumen Helicobacter pylori ocupa una posición destacada entre los patógenos humanos emergentes, siendo una de las causas más comunes de infección crónica bacteriana en la humanidad y estrechamente relacionada con la úlcera péptica y el cáncer gástrico. Se ha sugerido que H.pylori puede ser adquirido por diferentes vías de transmisión, entre ellas el agua. El aprovechamiento de las aguas residuales depuradas y la resistencia de H. pylori a los tratamientos de desinfección del agua constituye un riesgo para la salud. De igual forma, H.pylori presenta capacidad de resistencia a tratamientos de potabilización y a concentraciones elevadas de cloro libre en los sistemas de distribución gracias a la formación de biopelículas. El estado VNC de H.pylori, en ambas matrices, hace necesario la aplicación de técnicas moleculares para su detección e identificación. En esta tesis doctoral se ha estudiado la presencia y viabilidad de este importante patógeno tanto en agua residual como potable. Un total de 60 muestras de agua residual, incluyendo muestras de la entrada del reactor biológico, de la salida de éste y tras el tratamiento de desinfección con UV, se analizaron para detectar la presencia de H. pylori mediante las técnicas moleculares PCR, q-PCR y FISH y cultivo en placa. La técnica FISH resultó ser un método eficaz y rápido para la detección de H. pylori en las aguas residuales y depuradas (61.2 %), sin la necesidad de un paso previo de enriquecimiento de las muestras. Las técnicas PCR y q-PCR determinaron la presencia de H.pylori en las muestras, con porcentajes de detección de ambas del 15 %. Fue posible cuantificar únicamente en 3 muestras directas, pertenecientes a la entrada y salida del reactor (1.8x10; 1.5x10 y 6.3x10 GU/ mL). Aunque el cultivo resultó ser un método poco resolutivo, el método de aislamiento mediante membrana de 0.65 µm, puesto a punto en esta tesis doctoral, resultó eficaz para reducir la microbiota acompañante y poder obtener H.pylori cultivable por primera vez a partir de aguas depuradas. De igual modo, se analizaron 63 muestras de agua potable procedentes de 51 fuentes públicas de agua potable, pudiendo confirmar por primera vez la presencia de células viables del patógeno en aguas de consumo. Las técnicas FISH y q-PCR resultaron eficaces para la detección de H. pylori con unas tasas de detección de 46 % y 50.8 % respectivamente. Para la detección de células viables de H.pylori en agua potable la técnica DVC-FISH resultó ser una herramienta efectiva. Fue posible la cuantificación de células viables obteniendo valores comprendidos entre 4x102 y 1.6x103 células viables de H. pylori /mL. A pesar de la dificultad de cultivar el patógeno, se identificó H. pylori en una muestra tras el enriquecimiento de 24 horas. La detección de mutaciones en el 23S, específicas en la resistencia a la claritromicina, indicó que el 41.6% de las muestras de agua residual y el 17.4 % de las muestras de agua potable presentaban H.pylori con dicho potencial. Los resultados obtenidos confirman la capacidad de H.pylori de sobrevivir a los tratamientos de depuración del agua en una estación de depuración de aguas residuales, lo que debería ser considerado al evaluar el riesgo potencial de su reutilización para el riego. Por otra parte, H.pylori se encuentra en los sistemas de distribución de agua potable, por lo que el consumo de éstas puede representar un riesgo para la salud humana. La presencia de H.pylori resistente a la claritromicina en el ambiente, evidencia la necesidad de monitorizar un control eficaz del patógeno, ya que el agua puede suponer un riesgo para la expansión de las resistencias, y los consiguientes fallos terapéuticos en la práctica clínica. Dado el papel del agua en la transmisión de H. pylori, confirmado en esta tesis doctoral, se proponen los protocolos establecidos, principalmente el método DVC-FISH, como validables para el / Resum Helicobacter pylori ocupa una posició destacada entre els patògens humans emergents, sent una de les causes més comuns d'infecció crònica bacteriana en la humanitat i estretament relacionada amb l'úlcera pèptica i el càncer gàstric. S'ha suggerit que H. pylori pot ser adquirit per diferents vies de transmissió, entre elles l'aigua. L'aprofitament de les aigües residuals depurades i la resistència d'H. pylori als tractaments de desinfecció de l'aigua constitueix un risc per a la salut.De la mateixa manera, H. pylori presenta capacitat de resistència a tractaments de potabilització i a concentracions elevades de clor lliure en els sistemes de distribució gràcies a la formació de biopel¿lícules. L'estat VNC de H. pylori, en ambdues matrius, fa necessari l'aplicació de tècniques moleculars per a la seva detecció i identificació. En aquesta tesi doctoral s'ha estudiat la presència i viabilitat d'aquest important patogen tant en aigua residual com potable. Un total de 60 mostres d'aigua residual, incloent mostres de l'entrada del reactor biològic, de la sortida d'aquest i després del tractament de desinfecció amb UV, es van analitzar per detectar la presència de H. pylori mitjançant les tècniques moleculars PCR, q-PCR i FISH i cultiu en placa. La tècnica FISH va resultar ser un mètode eficaç i ràpid per a la detecció de H. pylori en les aigües residuals i depurades (61.2 %), sense la necessitat d'un pas previ d'enriquiment de les mostres. Les tècniques PCR i q-PCR van determinar la presència de H. pylori en les mostres, amb percentatges de detecció de les dues del 15 %. Va ser possible quantificar únicament en 3 mostres directes, pertanyents a l'entrada i sortida del reactor (1.8x10; 1.5x10 i 6.3x10 GU/mL). Tot i que el cultiu va resultar ser un mètode poc resolutiu, el mètode d'aïllament mitjançant membrana de 0.65 µm, posat a punt en aquesta tesi doctoral, va resultar eficaç per reduir la microbiota acompanyant i poder obtenir H. pylori cultivable per primera vegada a partir d'aigües depurades. De la mateixa manera, es van analitzar 63 mostres d'aigua potable procedents de 51 fonts públiques d'aigua potable, i confirmar per primera vegada la presència de cèl¿lules viables del patogen en aigües de consum. Les tècniques FISH i q-PCR van resultar eficaces per a la detecció de H. pylori amb unes taxes de detecció de 46 % i 50.8 % respectivament. Per a la detecció de cèl¿lules viables de H. pylori en aigua potable la tècnica DVC-FISH va resultar ser una eina efectiva. Va ser possible la quantificació de cèl¿lules viables obtenint valors compresos entre 4x102 i 1.6x103 cèl¿lules viables d'H. pylori /mL. Tot i la dificultat de conrear el patogen, es va identificar H. pylori en una mostra després de l'enriquiment de 24 hores. La detecció de mutacions en el 23S, específiques en la resistència a la claritromicina va indicar que el 41.6 % de les mostres d'aigua residual i el 17.4 % de les mostres d'aigua potable presentaven H. pylori amb aquest potencial. Els resultats obtinguts confirmen la capacitat de H. pylori de sobreviure als tractaments de depuració de l'aigua en una estació de depuració d'aigües residuals, el que hauria de ser considerat en avaluar el risc potencial de la seva reutilització per al reg. D'altra banda, H. pylori es troba en els sistemes de distribució d'aigua potable, per la qual cosa el consum d'aquestes pot representar un risc per a la salut humana. La presència de H. pylori resistent a la claritromicina en l'ambient, evidència la necessitat de monitoritzar un control eficaç del patogen, ja que l'aigua pot suposar un risc per a l'expansió de les resistències, i els consegüents errors terapèutics en la pràctica clínica. Donat el paper de l'aigua en la transmissió d'H.pylori, confirmat en aquesta tesi doctoral, es proposen els protocols establerts, principalment el mètode DVC-FISH, com validables per al control ambient / Santiago Cuéllar, P. (2016). TRANSMISIÓN DE HELICOBACTER PYLORI A TRAVÉS DEL AGUA: ESTUDIO DE LA PRESENCIA DEL PATÓGENO E IDENTIFICACIÓN DE FORMAS VIABLES MEDIANTE TÉCNICAS MOLECULARES [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/75086

The main objective of this thesis is to study the feasibility of implementing hybrid techniques based on isolated infrared thermography and Machine Learning techniques in the maintenance of water distribution networks. Specifically, it seeks to study how such tools, based on nondestructive testing (NDT), are suitable for visualization of infrastructure elements and detection of leaks. Water supply for humans becomes complex as time passes, the population increases and as a result of the demand variation. The supply networks are modified to provide the increasing demand, while the updating of the information related to the system is sometimes not recorded simultaneously. Typically, irrespective of the kind of maintenance that is carried out in the distribution network, the pipes become old, and the systems deteriorate and stop working optimally. There are other reasons for a malfunction of the network including poor operation, deterioration or leakage, the latter being a complex problem that entails many drawbacks. Non-visible leaks can mean water loss, as long as they are not repaired, and also indirect damage, depending on the age of leaks or how large they are. Thermography can function as a means of artificial vision, which can lead to early correction of leaks. It has as an advantage that, as it is a technique for non-destructive evaluation, it does not interfere with the medium. It is intended that, by analyzing the infrared images provided by the thermographic camera, it is possible to isolate areas that are suspected of containing a leak. The imaging has a very positive characteristic because it does not have a restrictive use by hour of the day or condition of temperature. Moreover, Machine Learning methods can help classify/obtain information through huge amounts of data. Such techniques can be incorporated into current SCADA systems and, through realtime data, provide information on possible leakage points. Valuable information can be extracted, after processing, from the large amount of data that is received. / La presente Tesis tiene como principal objetivo estudiar la viabilidad de implementación híbrida de técnicas basadas en la termografía infrarroja aislada y técnicas de Machine Learning en el mantenimiento de redes de distribución de agua. Concretamente, se busca estudiar cómo tales herramientas, a base de ensayos no destructivos (END), son adecuadas para la visualización de elementos de la infraestructura y para la detección de fugas. El abastecimiento de agua para el ser humano se torna complejo a medida que pasa el tiempo, la población aumenta, y como consecuencia de la evolución de la demanda. Las redes de abastecimiento se ven modificadas para poder suministrar un servicio en aumento, mientras que la actualización de la información referente al sistema, en ocasiones, no se registra a la par. Como es natural, a pesar del mantenimiento que se lleve a cabo en la red de distribución, las tuberías envejecen, y los sistemas se deterioran y dejan de funcionar de manera óptima. Existen otros motivos para un mal funcionamiento de la red incluyendo mala operación, deterioros o fugas, siendo estas últimas un problema complejo que acarrea muchos inconvenientes. Las fugas no visibles pueden significar pérdidas de agua, mientras no sean reparadas, y daños indirectos, según sea el tiempo que lleve la fuga o la magnitud que posea. La termografía puede funcionar como un medio de visión artificial, que puede conducir a la visualización de la infraestructura, ayudando, en particular a la corrección temprana de fugas. Cuenta como ventaja que, al tratarse de una técnica de evaluación no destructiva, no interfiere con el medio. Se pretende que, analizando las imágenes de infrarrojos provistas por la cámara termográfica, sea posible aislar áreas que sean sospechosas de contener fugas. La toma de imágenes tiene una característica muy positiva pues no posee una restrictiva de uso por hora del día o condición de temperatura. Por otra parte, los métodos de Machine Learning pueden ayudar a clasificar/obtener información a partir de grandes cantidades de datos. Tales técnicas pueden ser incorporadas en los sistemas SCADA actuales y, mediante datos en tiempo real, proporcionar información sobre posibles puntos de fuga. De la gran cantidad de datos que se reciben, tras un procesamiento adecuado, se puede extraer información altamente valiosa. / La present Tesi té com a principal objectiu estudiar la viabilitat d'implementació de tècniques hibrides basades en la termografia infraroja aïllada i tècniques de Machine Learning, en el manteniment de xarxes de distribució d'aigua. Concretament, es busca estudiar com tals eines a força d'assajos no destructius (AND) són adequades per a la visualització d'infraestructura y la detecció de fuites. El proveïment d'aigua per a l'ésser humà es torna complex a mesura que passa el temps, la població augmenta i com a conseqüència de la demanda. Les xarxes d'abastament es veuen modificades per suplir el servei augmentant, i l'actualització de la informació referent al projecte de vegades no es registra a l'una. Com és natural tot i el manteniment que es dugui a terme a la xarxa de distribució, les canonades envelleixen, els sistemes es deterioren i deixen de funcionar de manera òptima. Hi ha altres motius per un mal funcionament de la xarxa incloent mala operació, edat, deterioraments o fuites, sent aquestes últimes un problema complex que implica molts inconvenients. Les fuites no visibles poden significar pèrdues d'aigua, mentre no siguin reparades, i danys indirectes, segons sigui el temps que porti la fugida o la magnitud que tingui. La termografia pot funcionar com un mitjà de visió artificial, que pot conduir a una correcció primerenca de fuites. Compte com avantatge que, en tractar-se d'una tècnica per a l'avaluació no destructiva, no interfereix amb el medi. Es pretén que, analitzant les imatges d'infrarojos proveïdes per la càmera, sigui possible aïllar àrees que siguin sospitoses de contenir una fuita. La presa d'imatges té una característica molt positiva ja que no posseeix una restrictiva d'ús per hora del dia o condició de temperatura. D'altra banda, els mètodes de Machine Learning poden ajudar a classificar / obtenir informació per mitjà de dades vasts i vàlids. Tals tècniques poden ser incorporades en els sistemes SCADA actuals i, mitjançant dades en temps real, proporcionar informació sobre possibles punts de fuga. De la gran quantitat de dades que es reben, després processar-los, es pot extreure informació altament valuosa. / Carreño Alvarado, EP. (2017). Termografía y herramientas computacionales como técnica híbrida no destructiva para la visualización de infraestructura y fugas en redes de agua [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/86176

Helicobacter pylori es una bacteria capaz de colonizar la mucosa gástrica, produciendo una de las infecciones más frecuentes en la población, con una prevalencia global del 50%, que alcanza el 70-80% en Colombia. El objetivo de este estudio fue determinar la presencia, viabilidad y virulencia de H. pylori en aguas crudas y potables de tres plantas potabilizadoras de la ciudad de Bogotá. Para ello, se evaluaron 310 muestras (155 de cada matriz) mediante las técnicas de cultivo, PCR convencional, qPCR y FISH. También se evaluaron indicadores de contaminación fecal y parámetros fisicoquímicos. Se demostró la presencia de células cultivables de H. pylori en 56 de las 310 muestras de las tres plantas de potabilización (11-24%). También se detectó ADN de H. pylori en las 3 plantas por PCR convencional y qPCR (15-27% de las muestras de agua cruda y 24-31% de agua potable). Por qPCR fue posible cuantificar H. pylori en 13 (8.4%) muestras de agua cruda y en 20 (12.9%) de agua potable. El genotipo de H. pylori más prevalente en el agua fue vacA m1/s1. No se encontró relación entre los indicadores de contaminación fecal y la presencia de H. pylori en el agua cruda ni potable. Tampoco se encontró relación entre el pH, la conductividad, la turbidez y el cloro residual de las muestras y la presencia y/o ausencia de H. pylori. Los resultados de este estudio demuestran que células viables de H. pylori están presentes tanto en el agua de entrada como en la de salida de las plantas potabilizadoras analizadas, pudiendo ser estas un vehículo de transmisión del patógeno. Sin embargo, para evauluar el riesgo real al que está expuesto el consumidor, deben realizarse otros estudios que evalúen el potencial infeccioso de estas células. / Helicobacter pylori is a bacteria able to colonize the gastric mucosa, producing one of the most common infections in the population, with a global prevalence of 50% which reaches 70%-80% in Colombia. The objective of the present study was to determinate the presence, viability and virulence of H. pylori in raw and drinking waters of three water treatment plants in the city of Bogotá. For this purpose, 310 water samples (155 of each type of water) were evaluated by culture, conventional PCR, qPCR and FISH techniques. Fecal indicators and physic-chemical parameters were also evaluated. The presence of cultivable H. pylori cells was demonstrated in 56 out of the 310 samples coming from the three water treatment plants (11-24%). H. pylori DNA was also detected by conventional PCR and q PCR (15-27% of raw water and 24-31% of drinking water samples); by qPCR it was possible to quantify H. pylori in 13 (8.4%) samples of raw water and in 20 (12.9%) of drinking water. The H. pylori vacA m1/s1 genotype was the most prevalent among the analyzed water samples. Regarding the fecal indicators and the presence of H. pylori, no relation was found in either raw or drinking water. No association was found between pH, the conductivity, turbidity and residual chlorine of the samples and the presence and/or absence of H. pylori. Results obtained in this research demonstrate that viable H. pylori cells are present both in raw and drinking water of the analyzed water treatment plants being those able to be vehicle of transmission of the pathogen. However, in order to assess the real risk to which the consumer is exposed, other studies should be carried out to evaluate the potential infectious of these cells. / Helicobacter pylori es una bactèria capaç de colonitzar la mucosa gàstrica, produint una de les infeccions més freqüents en la població, amb una prevalença global del 50%, i del 70-80% a Colòmbia. L'objectiu d'este estudi va ser determinar la presència, viabilitat i virulència de H. pylori en aigües crues i potables de tres plantes potabilitzadores de la ciutat de Bogotà. Per a aquest propòsit, es van avaluar 310 mostres (155 de cada matriu) per mitjà de les tècniques de cultiu, PCR convencional, qPCR i FISH. També es van avaluar indicadors de contaminació fecal i paràmetres fisicoquímics. Es va demostrar la presència de cèl·lules cultivables de H. pylori en 56 de les 310 mostres de les tres plantes potabilitzadores (11-24%). També es va detectar ADN de H. pylori a les 3 plantes per PCR convencioanl i qPCR (15-27% de les mostres d'aigua crua i 24-31% d'aigua potable). Per qPCR va ser possible quantificar H. pylori en 13 (8.4%) mostres d'aigua crua i en 20 (12.9%) d'aigua potable. El genotip de H. pylori més prevalent en l'aigua va ser el vacA m1/s1. No es va trobar relació entre els indicadors de contaminació fecal i la presència de H. pylori ni a l'aigua crua ni a la potable. Tampoc es va trobar relació entre el pH, la conductivitat, la terbolesa i el clor residual de les mostres i la presència i/o absència de H. pylori. Els resultats d'aquest estudi demostren que hi ha cèl·lules viables de H. pylori tant en l'aigua d'entrada com en la d'eixida de les plantes potabilitzadores analitzades, i podent ser aquestes un vehicle de transmissió del patogen. Malgrat això, per a avaluar el risc real a que s'exposa el consumidor, han de realitzar-se altres estudis que avaluen el potencial infecciós d'aquestes cèl¿lules. / Vesga Pérez, FJ. (2018). DETECCIÓN Y VIABILIDAD DE Helicobacter pylori EN AGUAS CRUDAS Y POTABLES EN TRES PLANTAS DE POTABILIZACIÓN EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107957

The Occoquan Reservoir is a public water supply in northern Virginia. The Occoquan Watershed has developed over the years from rural land uses to metropolitan suburbs within easy commuting distance from Washington, DC. Due to this urbanization, the Occoquan Reservoir is especially vulnerable to hypereutrophication, which results in problems such as algal blooms (including cyanobacteria), periodic fish kills, and taste and odor problems. In the 1970's, a new management plan for the Occoquan Reservoir called for the construction of the Upper Occoquan Sewage Authority (UOSA), an advanced wastewater treatment plant that would take extraordinary measures for highly reliable and highly efficient removal of particulates, organics, nutrients, and pathogens. Eliminating most of the water quality problems associated with point source discharges in the watershed, this state-of-the-art treatment is the foundation for the successful indirect surface water reuse system in the Occoquan Reservoir today. A limnological analysis of thirty years of water quality monitoring data from the reservoir and its two primary tributaries shows that the majority of the nutrient and sediment load to the reservoir comes from nonpoint sources, which are closely tied to hydrometeorologic conditions. Reservoir water quality trends are very similar to trends in stream water quality, and the tributary in the most urbanized part of the watershed, Bull Run, has been identified as the main contributor of sediment and nutrients to the reservoir. Despite significant achievements in maintaining the reservoir as a source of high quality drinking water, the reservoir remains a phosphorus-limited eutrophic waterbody. / Master of Science

L’objectif de ce projet est d’évaluer, en utilisant le bassin versant de la prise d’eau potable de la Ville de Québec sur la rivière Saint-Charles comme cas d’étude, les temps de parcours obtenus par modélisation hydrologique dans une optique de protection de sources d’eau potable. Préalablement à la modélisation, une analyse cartographique des occupations du territoire et des contaminants pouvant être relâchés a été faite afin de mieux comprendre les risques à la qualité de l’eau potable brute. Une méthodologie de modélisation hydrologique articulée autour du cas d’étude est développée en utilisant le Soil and Water Assessment Tools, SWAT, pour déterminer les temps de parcours de l’eau dans les rivières principales du bassin versant. Cette méthodologie s’appuie principalement sur les données climatiques, l’occupation du territoire, les types de sols et la topographie du territoire à l’étude. Le modèle est validé de façon à reproduire l’ordre de grandeur et les mêmes tendances que les débits observés aux stations débitmétriques actives sur le bassin versant. Pour différents scénarios de précipitations (sec, médian ou pluvieux) ainsi que différentes périodes de retour (hebdomadaire, mensuelle ou estivale), une analyse statistique permet de dégager les temps de parcours les plus probables pour chaque cas. Ces derniers sont comparés aux aires de protection des prises d’eau potable telles que définies par le Guide d’analyse de la vulnérabilité MDDELCC (2016). En comparant ces temps de parcours aux aires de protection des prises d’eau potable, il est possible de faire ressortir la grande variabilité dans les temps de parcours obtenus par modélisation hydrologique pour une même distance géographique tout dépendamment du scénario de précipitation et de la période de retour. Avec ces mêmes temps de parcours, une analyse qualitative de l’impact des changements climatiques sur les temps de parcours permet de faire ressortir une augmentation de la vulnérabilité de la prise d’eau aux aléas climatiques et anthropiques.

En el presente resumen ejecutivo se describe la problemática sobre el uso de plástico para la comercialización de agua embotellada, para ello se propuso una solución en base a una metodología que nos permita generar una alternativa de negocio sustentable. Como resultado del análisis se propone a Aquafast, un módulo de venta de agua purificada a granel, que promueve la reducción del consumo de botellas de plástico al requerir que los usuarios proporcionen sus propios envases; asimismo, no solo aborda la problemática del plástico, sino que también fomenta el consumo de agua y, por ende, beneficia la salud de las personas. Para la validación de la propuesta de solución se realizaron encuestas y se establecieron grupos focales las cuales nos permitieron confirmar las dos hipótesis que se plantearon. La primera hipótesis que se comprobó fue la relacionada a la calidad obteniéndose una valoración aceptable para el producto. La segunda hipótesis fue la relacionada al precio que está dispuesto a pagar el consumidor por un litro de agua, siendo este mayor o igual a S/.0.80. En cuanto a la factibilidad, se realizaron simulaciones para determinar la ganancia relacionada al costo de marketing para captar a un nuevo cliente obteniéndose una rentabilidad por cada sol invertido de S/. 4.62 por sol invertido. Asimismo, se validó el plan operativo obteniendo que la cantidad estimada de 25 máquinas expendedoras atienden sin dificultades la demanda de agua en Piura y Talara. En cuanto a la viabilidad financiera también realizo una simulación obteniendo que el 99.70% superan el VAN esperado. Como conclusión, Aquafast se presenta como un modelo de negocio sostenible y rentable que está alineado a los objetivos ODS 11 y ODS 12 generando un VAN de MS/. 1,152.65 y un TIR del 74% con una inversión inicial de MS/. 547.66. / In this executive summary, the problem of the use of plastic for the commercialization of bottled water is described, for which a solution was proposed based on a methodology that allows us to generate a sustainable business alternative. As a result of the analysis, a module for the sale of purified water in bulk is proposed to Aquafast, which promotes the reduction of the consumption of plastic bottles by requiring users to provide their own containers, likewise, it not only addresses the problem of plastic, but also which also encourages the consumption of water and, therefore, benefits people's health. To validate the solution proposal, surveys were carried out and focus groups were established which allowed us to confirm the two hypotheses that were raised. The first hypothesis that was tested was related to quality, obtaining an acceptable rating for the product. The second hypothesis was related to the price that the consumer is willing to pay for a liter of water, this being greater than or equal to S/.0.80. Regarding the feasibility, simulations were carried out to determine the profit related to the marketing cost to attract a new client, obtaining a return for each invested sol of S/. 4.62 per sun reversed. Likewise, the operational plan was validated, obtaining that the estimated number of 25 vending machines meet the demand for water in Piura and Talara without difficulties. Regarding financial viability, I also perform a simulation, obtaining that 99.70% exceed the expected NPV. In conclusion, Aquafast is presented as a sustainable and profitable business model that is aligned with the SDG 11 and SDG 12 objectives, generating a NPV of MS/. 1,152.65 and an IRR of 74% with an initial investment of MS/. 547.66.

El Sistema de Agua y Saneamiento en el Perú es esencial para el desarrollo de la población, así como para todas las actividades productivas. En el territorio nacional existen diversas formas de fuentes de agua, que cuentan con abundantes recursos hídricos, lo que le otorga al país una ventaja comparativa. Pero el problema es que este recurso no ha sido debidamente aprovechado. Tal situación se complica con un uso ineficiente del agua, que se evidencia en el consumo per cápita, que asciende a 250 litros diarios, mientras que lo recomendado a nivel internacional son 100 litros. El Índice de Progreso Social 2017 señala las diferencias en el acceso a los servicios de agua y saneamiento entre las regiones, ya que algunas han logrado casi una cobertura alta, como en el caso de Lima, mientras que aún existen regiones del interior del país en las que el acceso de la población a estos servicios básicos no supera el 15%. Con la implementación de este plan estratégico se logrará aumentar la cobertura de la red de agua potable y de saneamiento, beneficiando cada año a más peruanos hasta llegar a más del 90% de la población para el 2028. Para ello se implementarán las siguientes estrategias: (a) hacer alianzas con los distritos de Lima para exigir que las nuevas obras de oficinas o complejos habitacionales cuenten con su propia planta de tratamiento, (b) incluir el uso de la tecnología para mejorar el mantenimiento de las aguas y saneamiento, (c) penetrar en las áreas rurales con la red de tuberías, utilizando fondos del programa “Obras por impuestos”; (d) penetrar el mercado, colocando medidores en todas las viviendas y empresas; (e) hacer alianza con el MINEDU para capacitar a los niños, desde la etapa inicial, en el cuidado del agua; (f) incrementar mediciones diarias de consumo real de agua, para evitar el desperdicio; (g) incrementar el uso de las plantas de tratamiento de aguas servidas, y (h) realizar mejores controles para identificar y luego formalizar las instalaciones clandestinas de agua potable. / The Water and Sanitation System in Peru is essential for the development of the population, as well as for all productive activities. In the national territory there are different forms of water sources, which have abundant water resources, which gives the country a comparative advantage. But the problem is that this resource has not been properly exploited. This situation is complicated by an inefficient use of water, which is evident in per capita consumption, which amounts to 250 liters per day, while the recommended international level is 100 liters. The Social Progress Index 2017, points out the differences in access to water and sanitation services between the regions, since some have achieved almost a high coverage, as in the case of Lima, while there are still regions of the interior of the country in which the access of the population to these basic services does not exceed 15%. With the implementation of this strategic plan, it will be possible to increase the coverage of the drinking water and sanitation network, benefiting more Peruvians every year until reaching more than 90% of the population by 2028. For this, the following strategies will be implemented: (a) make alliances with the districts of Lima to demand that the new works of offices or housing complexes have their own treatment plant, (b) include the use of technology to improve water and sanitation maintenance, (c) ) penetrate rural areas with the pipe network, using funds from the "Works for taxes" program; (d) penetrate the market, placing meters in all homes and businesses; (e) make an alliance with MINEDU to train children, from the initial stage, in the care of water; (f) increase daily measurements of actual water consumption, to avoid waste; (g) increase the use of sewage treatment plants, and (h) perform better controls to identify and then formalize clandestine drinking water facilities.

In an era of pervasive water stress caused by population growth, urbanization, drought, and climate change, limiting the dissemination of microbial contaminants of emerging concern (MCECs) is of the utmost importance for the protection of public health. In this dissertation, two important subsets of MCECs, opportunistic pathogens (OP) and antibiotic resistant genes (ARG), are studied across several compartments of the urban water cycle, including surface water, stormwater, wastewater, recycled water, and potable water. Collectively, this dissertation advances knowledge about the occurrence of OPs and ARGs across these water systems and highlights trends that may be of value in developing management strategies for limiting their regrowth and transmission. Field studies of two surface water catchments impacted by stormwater runoff demonstrated the prevalence of ARGs in urban stormwater compared to pristine, unimpacted sites, or to days when no precipitation was recorded. The role of wastewater reuse in transmitting OPs and ARGs was also investigated. Traditional tertiary wastewater treatment plants producing water for non-potable use were found to be largely ineffective at removing ARGs, but plants using advanced oxidation processes or ozonation paired with biofiltration to produce direct potable reuse water were highly effective at removing ARGs. Non-potable reclaimed water consistently had greater quantities of sul1, a sulfonamide ARG, and Legionella and Mycobacterium, two OPs of significant public health concern, present than corresponding potable systems. Limited regrowth of OPs and ARGs did occur in simulated premise (i.e., building) plumbing systems operated with direct potable reuse waters, but regrowth was comparable to that observed in systems fed with potable water derived from surface or groundwater. Advancements were also made in understanding the role of several hypothesized driving forces shaping the antibiotic resistome in natural and engineered water systems: selection by antimicrobials and other compounds, horizontal gene transfer, and microbial community composition. Finally, whole-genome and metagenomic characterization were applied together towards profiling L. pneumophila in clinical and water samples collected from Flint, Michigan, where an economically-motivated switch to an alternative water source created conditions favorable for growth of this organism and likely triggered one of the largest Legionnaires' Disease outbreaks in U.S. history. / PHD / Population growth, urbanization, drought, and climate change have all driven many U.S. municipalities to utilize alternative water sources, such as recycled wastewater, to offset demand on traditional potable water sources. Many water providers have moved towards a modern paradigm of utilizing multiple available water sources, recognizing the interconnectedness of various components of the urban water cycle, leading to opportunities to improve sustainability, optimize infrastructure use, stimulate economic growth, increase coordination among water agencies, and identify new water resources from which to meet consumer needs. Though advancements in treatment technologies throughout the twentieth century have largely succeeded in eliminating waterborne disease outbreaks associated with contamination of municipal water supplies by fecal pathogens in developed countries, several microbial contaminants of emerging concern (MCECs) have garnered attention. Two major groups of MCECs are considered in this dissertation: antibiotic resistance, including antibiotic resistant bacteria (ARB) and antibiotic resistance genes (ARG), and opportunistic pathogens (OP), such as Legionella pneumophila, the causative agent of Legionnaires’ Disease. ARB are a rising cause of disease around the world and are a major challenge to modern medicine because they make antibiotics used for treatment ineffective. OPs, the leading cause of waterborne disease in the U.S. and other developed countries, have become prevalent in engineered water systems where low nutrient concentrations, warm water temperatures, and long stagnation times can facilitate their growth. Immunocompromised people, including smokers and the elderly, are especially vulnerable to infection with OPs. The role of the urban water cycle in facilitating the spread of these MCECs is not well understood. Here they were studied across several compartments of the urban water cycle, including surface water, stormwater, wastewater, recycled water (spanning a variety of intended uses, from non-potable to direct potable reuse), and potable water. Field studies were conducted of two watersheds impacted by stormwater runoff, one in the arid Colorado Front Range under conditions of a rare, 1-in-1,000 year rainfall event, and one in the humid climate of southwest Virginia, during three summer storms. Both studies demonstrated the prevalence of ARGs in urban stormwater compared to pristine, unimpacted sites, or to days when no precipitation was recorded. The role of wastewater reuse in transmitting OPs and ARGs was also investigated. Wastewater treatment plants producing water for non-potable use (i.e. applications such as irrigation, but not for human consumption) were found to be largely inefficient at removing ARGs, and this reclaimed water consistently had greater quantities of the sul1 ARG present than in corresponding potable systems. In these systems, genes associated with the OPs Legionella and Mycobacterium as well as total bacteria were more abundant in reclaimed water than in corresponding potable systems. In more advanced treatment plants utilizing advanced oxidation processes or ozonation paired with biofiltration to produce direct potable reuse water (i.e. water fit for human consumption), ARGs were very effectively removed by treatment, with abundances often found to be higher in corresponding potable waters derived from surface or groundwater. Limited regrowth of ARGs as well as OPs did occur in simulated home plumbing systems operated with these waters, but regrowth was comparable to that observed in systems fed with potable water derived from surface or groundwater. Finally, a study of L. pneumophila in the Flint, Michigan drinking water system during use of an alternative water source that has been identified as a likely cause of two Legionnaires’ Disease outbreaks revealed presence of multiple strains of the OP in the system. Genomic comparisons revealed that strains isolated from hospital and residential water samples were highly similar to clinical strains associated with the outbreaks. Advancements were also made in understanding the role of several hypothesized driving forces in shaping the antibiotic resistome in natural and engineered water systems: selection by antimicrobials and other compounds, horizontal gene transfer, and microbial community composition. Together, these chapters describe an advancement in knowledge regarding the occurrence of OPs and ARGs in a variety of water systems, and highlight trends that may be of value in developing management strategies for limiting regrowth or transmission of these bacteria in various compartments of the urban water cycle.

Les objectifs de cette étude consistaient à dresser un portrait de la qualité de l'eau d'abreuvement et de leurs sources dans les élevages vache-veau, dans plusieurs régions du Québec. Ce portrait a été réalisé par l'examen des propriétés physicochimiques et bactériologiques de l'eau dans plusieurs fermes, à chacune des saisons de l'année et en fonction des divers types de bassins d'abreuvement, de leurs matériaux et de leurs conditions environnementales. Les régions à l'étude étaient la Capitale-Nationale, la Mauricie, la Chaudière-Appalaches et la Côte-Nord. Ce portrait est basé sur une campagne d'échantillonnage intensive réalisée pendant un an. La présence d'Escherichia coli dans l'eau a été analysée en fonction de divers paramètres environnementaux et de la qualité de l'eau. Des modèles multivariés et univariés ont été développés afin d'établir des relations significatives entre les variables mesurées. Les modèles obtenus démontrent qu'il existe bel et bien un problème de contamination à Escherichia coli dans l'eau d'abreuvement des ruminants et ce problème varie en partie en fonction des saisons et de la température de l'eau. Il a aussi été démontré que la contamination de ces eaux ne provient pas des sources d'eau, puisque la majorité des entreprises échantillonnées utilisaient des sources d'eau fiables et réglementées. Il a par ailleurs été établi que certaines conditions environnementales affectent significativement la qualité physicochimique et bactériologique de l'eau, notamment la présence d'algues et l'accumulation de boue près des abreuvoirs, de même que l'utilisation de certains types d'abreuvoirs qui engendrent une dégradation de la qualité d'eau.