L'Ebre, al seu pas pels diversos assentaments localitzats en els 928 km de longitud, va rebent abocaments tant d'origen urbà com industrial i agrícola. Tots ells són transportats pel riu, alguns fins al Delta de l'Ebre. L'objectiu general del present projecte va ser la diagnosi de la situació actual del tram català del riu Ebre i de la comarca del Priorat, mitjançant l'avaluació del risc ambiental per a la població i l'ecosistema. Es van realitzar diverses anàlisis físico-químiques i es va determinar la concentració de varis metalls (Al, As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Tl, V i Zn) en 20 punts del tram català del riu Ebre i en 10 de punts a la comarca del Priorat (rius Siurana, Montsant i Cortiella). L'estudi es va realitzar en diferents matrius del sistema fluvial: aigua superficial, aigua filtrada, sediments superficials de ribera, biota fluvial i sòls superficials de la zona de ribera. Totes les dades es van integrar per tal d'avaluar els efectes potencials de les diferents fonts de contaminació sobre l'ecosistema. Per a l'avaluació del risc ambiental per a la població, es van prendre mostres d'aigua de consum i sòls superficials de les poblacions de ribera potencialment contaminades amb metalls. Es va calcular el risc potencial associat a la ingesta i l'absorció dèrmica de metalls de l'aigua, així com la ingesta, inhalació i absorció dèrmica dels metalls de les partícules de sòls. Les quantitats absolutes de metalls dipositades al Pantà de Flix, a causa de les activitats de la planta de fosfat bicàlcic, van ser elevades i representaven un perill potencial de contaminació de tot el tram de l'Ebre situat aigües avall. En general, tot i que no es va observar una contaminació puntual per metalls en l'aigua fluvial, els sediments i la biota fluvial de l'Ebre, especialment entre el Pantà de Flix i la desembocadura, mostraren una contaminació important per Hg, Cd, Cu, i Pb. No obstant això, els nivells de contaminació van ser, per a alguns metalls, superiors als de Flix. Els nivells en sediments i en biota indicaren que existia un cert escapament de Hg procedent de Flix. Al Priorat, les altes concentracions de Fe, Mn i Pb en sediments i biota del sistema fluvial, eren de tipus puntual i natural, i provenien principalment de l'erosió i arrossegament dels sòls de ribera. Amb els resultats obtinguts en aquest estudi, les concentracions detectades suposarien un cert risc toxicològic per l'ecosistema fluvial del riu Ebre. En general, es va observar que el risc ambiental potencial per a la població, associat als metalls amb efectes no cancerígens, va ser similar en els diferents trams del riu Ebre, tant per a nens com per a adults. Així mateix, l'excés d'As, Fe i Pb podria augmentar els efectes potencials de tipus no cancerigen en la població resident a la conca. La contaminació natural o antropogènica d'As i Cr de les poblacions del tram fluvial del riu Ebre, i de Cd en el cas del Priorat, podria augmentar el nombre de càncers en la població resident. Aquest risc no pot considerar-se com a assumible per part de la població segons els estàndards internacionals. En el present estudi, s'ha treballat sota una hipòtesi de pitjor escenari, que acostuma a portar a una sobrevaloració dels riscos. Per exemple, s'ha partit de la suposició de que tot l'As detectat en sòls i aigua de consum era As inorgànic, i que la relació entre el Cr total analitzat i el Cr (VI) era d'1 a 6. En conseqüència, caldria determinar l'especiació de l'As (orgànic i inorgànic: As(III) i As(V) i del Cr). Amb els resultats de l'especiació, s'hauria de tornar a avaluar el risc i la variabilitat associada a aquest risc que, molt possiblement, serien menors a les presentades aquí.Paraules clau: metalls, avaluació del risc per a la salut, avaluació del risc per a l'ecosistema, riu Ebre. / The Ebro River has traditionally concentrated an important number of industries and an intensive agricultural activity through its course of 928 km. The objective of the present study was the diagnosis of the current situation of the Catalan basin of the Ebro River and the Priorat County, by assessing the health risk for the population and the ecological risk. Diverse physico-chemical analyses were carried out and the concentration of several metals (Al, As, Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Tl, V and Zn) was determined in 20 sampling points in the Ebro River and 10 points in the Priorat County (Siurana, Montsant and Cortiella Rivers, all of them tributaries of the Ebro River). The study was done considering different matrices of the fluvial system: surface water, filtered water, riparian surface sediments, fluvial algae and riparian surface soils. All the data were integrated in order to evaluate the potential effects of the different sources of pollution on the ecosystem. For the environmental risk assessment for the population, samples of water and superficial soils in towns located in the riparian zone of the Ebro River potentially polluted with metals. The potential human health risk associated to the ingestion and dermal absorption of metals through water, as well as the ingestion, inhalation and dermal absorption of metals through soil particles was also calculated. Because of the activities of the chemical plant which manufactures solvents and chlorinated pesticides, the absolute amounts of metals deposited in the Flix Reservoir were very high, meaning a potential pollution of the Ebro River. In general terms, although a point pollution of metals was not observed in river water, the sediments and fluvial biota of the Ebro, especially between the Flix Reservoir and the the Ebro mouth, showed an important pollution for Hg, Cd, Cu, and Pb. Nevertheless, the pollution levels were, for some metals, even higher to those found in Flix. The concentrations of Hg in sediments and biota indicated that there was a certain leaching of Hg, coming from the Flix Reservoir. In the Priorat County, high levels of Fe, Mn and Pb were found in specific locations. They had a natural origin, coming mainly from the erosion and the dragging of the grounds in the riparian zone. The results obtained in this study showed that the detected concentrations would mean a certain toxicological risk for the fluvial ecosystem. In general terms, it was observed that the potential environmental risk for the population, associated with different metals with non-carcinogenic effects, was similar in the different stretches of the Catalan basin of the Ebro River, for both children and adults. Likewise, the excess of As, Fe and Pb could increase the potential non-carcinogenic effects in the population resident in the basin. The natural or anthropogenic pollution of As and Cr in water and soils collected in towns of the riparian zone of the Ebro River, as well of Cd in samples of the Priorat County, might increase the number of cancers in the resident population. This risk cannot be considered as assumable by the population, according to some international standards. In the present study, an hypothesis of worst-case scenario was considered. This assumption usually leads to an overestimation of risks. For instance, it was supposed that all the As present in soils and water was inorganic As, while the relation between total Cr and Cr (VI) was 1:6. Consequently, it would be necessary to carry out some speciation studies of As and Cr. Once these studies were done, the risk and the associated variability should be evaluated again, and the resulting values would probably be lower than those presented here.Key Words: metals, human health risk assessment, ecological risk assessment, Ebro River

El principal objetivo de esta tesis doctoral consiste en el estudio de virus patógenos emergentes de interés en seguridad alimentaria, mediante la evaluación de su prevalencia y diseminación ambiental, y la caracterización del riesgo asociado a la presencia de virus patógenos en la reutilización de agua residual y en el consumo de moluscos bivalvos. Para ello se ha estudiado la presencia del virus de la hepatitis E (HEV), hepatitis A (HAV), norovirus (NoV), nuevos poliomavirus (KIPyV, WUPyV y MCPyV) y adenovirus humanos (HAdV), como indicador de la contaminación fecal. Las muestras analizadas han sido agua residual cruda, agua regenerada, agua de río y moluscos bivalvos, caracterizando así las principales fuentes de contaminación fecal ambiental y alimentaria, y constatando el riesgo microbiológico asociado al consumo de marisco. Además, se ha tratado de mejorar la metodología disponible para la concentración de partículas víricas en agua residual, así como aportar información acerca de la eficiencia de eliminación de patógenos humanos a través de tratamientos de depuración en estaciones depuradoras de agua residual y en empresas productoras de marisco. Por último, se decidió profundizar en el ámbito de los análisis cuantitativos de riesgo microbiológico, estableciendo un modelo matemático para evaluar el riesgo de infección y enfermedad asociado al consumo de moluscos bivalvos contaminados por NoV. De esta manera, el trabajo se ha dividido en siete estudios comprendidos en cinco capítulos, obteniendo las conclusiones que se describen a continuación. La prevalencia de HEV en muestras de agua residual se ha establecido en un 30%, demostrando que HEV está circulando entre la población española y que el agua residual representa un foco de infección para este patógeno. Además, la presencia esporádica del genotipo 1 de HEV reafirma la hipótesis de la amplia distribución de los diferentes genotipos descritos. En cuanto al patrón de excreción de HAV, no se observan diferencias significativas al comparar las aguas residuales de dos áreas geográficas limítrofes dónde existen planes de vacunación distintos y niveles de saneamiento equivalentes, así se presume que la reducción drástica observada durante la última década no se debe exclusivamente a la aplicación de un programa de vacunación de amplia cobertura sino a la implementación de tratamientos de agua residual y estaciones depuradoras, así como a las mejoras en sanidad. Nuevos poliomavirus han sido detectados en agua residual, y MCPyV también en agua de río, indicando que pueden ser diseminados a través de contaminación por heces/orina de agua y potencialmente transmitidos por la ruta fecal-oral. Este trabajo representa la primera descripción de virus en agua residual y de río asociado con cáncer. Por otro lado, las estaciones depuradoras de agua residual estudiadas aquí reducen significativamente la presencia de indicadores de la contaminación fecal de elevada resistencia (HAdV, Cryptosporidium y Giardia). Tres nuevos métodos para concentrar partículas víricas en agua residual mediante diferentes aproximaciones técnicas (ultrafiltración, floculación orgánica y liofilización) se han desarrollado aquí. Así mismo, se ha reafirmando la presencia de patógenos víricos en muestras que cumplen las normativas europeas vigentes mediante la detección de NoV GGII y HAV en muestras de moluscos bivalvos de mercado y muestras vinculadas a un brote de hepatitis A, respectivamente. La eficiencia de tres tratamientos de depuración de moluscos bivalvos (UV, venturi y Ozono-UV), utilizando a HAdV como indicador de la contaminación fecal, esta limitada a la hora de reducir la presencia de partículas víricas. Además, se ha descrito una correlación significativa entre la identificación de muestras de moluscos bivalvos positivos para HAdV y para NoV GGII, mostrándose valores elevados de sensibilidad (100%) y especificidad (74%). Por ultimo, utilizando modelos de dosis-respuesta se ha modelizado matemáticamente el riesgo de infección y enfermedad por NoV asociado al consumo de ostras crudas. Los resultados muestran elevadas probabilidades de infección (8–54%) y enfermedad (1–36%) en función del número de ostras ingeridas (1–20). / The main objectives of this thesis are the study of emerging viral pathogens of interest in food safety, by assessing their prevalence and environmental dissemination, and the characterization of the microbiological risk associated with the presence of pathogenic viruses in sewage reuse and consumption of bivalve molluscs. Thus, we studied the presence of hepatitis E virus (HEV), hepatitis A (HAV), norovirus (NoV), new polyomaviruses (KIPyV, WUPyV and MCPyV) and human adenovirus (HAdV) as an indicator of fecal contamination. The samples analyzed were raw sewage, reclaimed water (secondary and tertiary), river water and bivalve molluscs. Furthermore, it has sought to improve the methodology for concentration of viral particles from sewage, as well as provide information about the viral removal efficiency through sewage depuration treatments and shellfish production companies. Finally, a mathematical model has been established for a quantitative microbial risk assessment. Thus, the conclusions of these studies are described below. The HEV prevalence observed in sewage demonstrate that HEV is circulating among the Spanish population and that sewage is a source of infection. Moreover, the sporadic presence of HEV genotype 1 confirms the wide distribution of different genotypes. Regarding the pattern of HAV excretion, no significant differences emerged when comparing sewage from two adjacent areas with different vaccination programs and equivalent levels of sanitation; hence, it is presumed that the drastic reduction observed during lately is mainly due to improvements in healthcare. New polyomaviruses have been detected in sewage and river water, indicating their potential involvement in the fecal-oral route through contaminated water and representing the first description of cancer-associated virus in sewage and river. On the other hand, sewage treatment plants significantly reduce the presence of high-resistance fecal contamination indicators and three new methods to concentrate virus particles from sewage have been developed. Also, it has reaffirmed the presence of NoV GGII and HAV in samples that meet the European regulations through the detection of bivalve molluscs collected at market and samples linked to a hepatitis A outbreak, respectively. The efficiency of three treatments for bivalve molluscs depuration was found limited at reducing the presence of HAdV. In addition, a significant correlation between the identification of positive bivalve shellfish samples for HAdV and NoV GGII has been described, showing high sensitivity and specificity. Finally, using dose-response models we have mathematically modeled the risk of NoV infection and disease associated with raw oyster consumption.

La reutilización de aguas residuales comporta una serie de beneficios pero también conlleva un riesgo asociado a nivel sanitario y medioambiental debido a los componentes que puedan estar presentes en el agua residual, como microorganismos patógenos y contaminantes químicos tóxicos. Este riesgo asociado se ha de controlar para poder reutilizar el agua de la manera más segura posible. En este trabajo se evaluó la efectividad de diferentes tecnologías de regeneración (infiltración-percolación, fisicoquímico, filtro de anillas, dióxido de cloro, ácido peracético y radiación ultravioleta) y se establecieron las líneas de tratamiento más adecuadas para cumplir con los criterios de calidad establecidos por el RD 1620/2007 sobre reutilización de aguas residuales. También se evaluó un sistema de reutilización utilizado para el riego de un parque, considerando la EDAR, la ERA, el sistema de almacenamiento y la red de distribución hasta el punto de uso final del agua regenerada. Se estableció el comportamiento de diferentes parámetros microbiológicos y fisicoquímicos en cada etapa y las variaciones de calidad del agua regenerada a su paso por el sistema. Se realizó una evaluación cuantitativa del riesgo microbiológico (QMRA) asociado al riego del parque con agua regenerada, utilizando los patógenos de referencia de la OMS (Campylobacter, rotavirus y Cryptosporidium), concluyendo que el nivel de riesgo cumple con el nivel aceptable establecido. También se evaluó la influencia del riego con agua regenerada en las matrices ambientales suelo y agua subterránea, concluyéndose que, en el espacio de tiempo evaluado, no se aprecia una variación de la calidad fisicoquímica de estas matrices debido al riego. Por último, se aplicó un protocolo de análisis de peligros y puntos de control críticos (APPCC) en el sistema de reutilización, tal y como recomienda la OMS para gestionar el riesgo asociado a la reutilización de aguas. La aplicación de este protocolo permitió identificar los puntos de control críticos del sistema, recomendar límites críticos para cada punto y establecer medidas correctoras para las posibles desviaciones de estos límites. / Wastewater reuse provides an additional source of water resources, but there is a health and environmental risk associated with the use of reclaimed water, due to the potential presence of pathogens and toxic chemicals. These risks have to be controlled in order to be able to use reclaimed water in a safety way. In this work, several reclamation technologies have been evaluated (infiltration-percolation, physicochemical, chlorine dioxide, peracetic acid and ultraviolet radiation) to establish treatment lines that comply with the quality criteria of the national regulation RD 1620/2007 on wastewater reuse. A reuse system for the irrigation of a green area was evaluated, including the WWTP, the RWTP, the storage system and the distribution system to the irrigation place. Several microbial organisms and physicochemical parameters were monitored in each component to evaluate the variations on the reclaimed water along the system. A quantitative microbiological risk assessment (QMRA) was performed, using a computer model, in order to evaluate the risk associated to the green area irrigation, considering the three pathogens recommended by the WHO (Campylobacter, rotavirus and Cryptosporidium), resulting on the risk level complying with the acceptable level established. The environmental matrixes soil and groundwater were evaluated to determine any variation in the physicochemical quality due to the irrigation with reclaimed water, concluding that, for the time period of the study, there is not a significant variation. A hazard analysis and critical control point protocol was applied to the reuse system evaluated, as recommended by the WHO for risk management in water reuse. This protocol allowed establishing the critical control points of the system, the critical limits for each point and the corrective measures in case of deviation from the operational parameters.