El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de una metodología para el análisis técnico-económico de los Sistemas de Regeneración y Reutilización de Aguas Residuales (SRRAR). La metodología se fundamenta en la aplicación de técnicas para la evaluación de proyectos, adaptadas particularmente a los SRRAR. Para lograr esta adaptación ha sido necesario buscar un nuevo paradigma que interrelacione el área tecnológica con el área económica, y cristalizarlo en una herramienta, que permita a los responsables de la toma de decisión en el ámbito del sector hidráulico, emitir un juicio soportado tecnológica y económicamente para invertir o no en estos sistemas. La metodología propuesta determina la maximización de los beneficios del SRRAR, tomando como base económica las técnicas del Valor Actual Neto (VAN) y el Análisis Coste-Beneficio (ACB). Entre las aportaciones a destacar en esta metodología está la recolección y discusión de los impactos que se pueden presentar al implantar y explotar un SRRAR. Con base en la información científica reciente, la consulta a expertos y la experiencia profesional, se han identificado y descrito los impactos, (tanto privados como externos), más relevantes. Este proceso es fundamental para la periodicificación y cuantificación de las variables que se utilizan en el análisis de la viabilidad económica de los SRRAR.Esta tesis constituye un intento por modificar el actual paradigma en el análisis técnico-económico de los SRRAR y evaluar los SRRAR mediante una visión multidisciplinaria e interdisciplinaria. Este análisis técnico-económico no solo considera los impactos privados, (que tradicionalmente se han identificado estrictamente con los aspectos técnicos), sino que se han tratado de incorporar en el modelo de evaluación todos aquellos impactos externos, (ambientales, sociales y económicos), que derivan de la implantación y explotación de un SRRAR.La tesis está compuesta por 8 capítulos e incluye: una introducción, un análisis sobre la situación actual de la regeneración y reutilización de aguas residuales en el ámbito internacional, una discusión sobre las principales metodologías en la planificación de los SRRAR, una propuesta metodológica para el análisis técnico-económico de estos sistemas y la aplicación de esta metodología a tres casos de estudio, (en escenarios diversos), y finalmente las principales conclusiones de la investigación realizada. La conclusión fundamental de esta tesis es la viabilidad técnico-económica de regenerar y reutilizar las aguas residuales, particularmente en aquellas zonas donde la disponibilidad de agua es escasa. Este trabajo aporta un mecanismo estandarizado para la evaluación técnico-económica de los SRRAR, que incorpora los impactos privados, externos y el coste de oportunidad del agua. El considerar en la evaluación el coste de oportunidad del agua y las externalidades de la implantación y explotación de los SRRAR, (tanto positivas como negativas), ha permitido observar que estos sistemas aportan un beneficio económico significativo. Asimismo este trabajo de investigación contribuye a soportar la incorporación de las fuentes alternativas de suministro de agua dentro de una gestión integral de los recursos hídricos. Los resultados obtenidos indican que, a diferencia de lo que podría considerarse "a priori", los SRRAR no deben percibirse como una carga económica, sino como una actividad generadora de riqueza. Las ventajas que se obtienen por la implantación de estos sistemas, al ser expresadas en un valor económico, superan con creces los costes que conlleva su implantación y explotación. El reto que se debe vencer es la creación de los mecanismos para la internalización de estas ventajas. De esta manera el sistema las recogerá para posteriormente reflejarlas en el precio del agua regenerada, que a su vez contribuirá a fundamentar un precio del agua más eficiente, tanto si procede de fuentes convencionales o de fuentes alternativas. / L'objectiu principal d'aquesta tesi és el desenvolupament d'una metodologia per a l'anàlisi tècnica i econòmica dels Sistemes de Regeneració i Reutilització d'Aigües Residuals (SRRAR). La metodologia es fonamenta en l'aplicació de tècniques per a l'avaluació de projectes adaptades particularment als SRRAR. Per a aconseguir aquesta adaptació ha estat necessari buscar un nou paradigma que interrelacioni l'àrea tecnològica amb l'àrea econòmica i cristal·litzar-ho en una eina que permeti als responsables de la presa de decisió en l'àmbit del sector hidràulic emetre un judici suportat tecnològica i econòmicament per a invertir o no en aquests sistemes.La metodologia proposta determina la maximització dels beneficis dels SRRAR, prenent com a base econòmica les tècniques del Valor Actual Net (VAN) i l'Anàlisi Cost-Benefici (ACB). Entre les aportacions a destacar en aquesta metodologia està la recol·lecció i discussió dels impactes que es poden presentar al implantar i explotar un SRRAR. Basant-se en la informació científica recent, la consulta a experts i l'experiència professional s'han identificat i descrit els impactes (tant privats com externs) més rellevants. Aquest procés és fonamental per a la periodicificació i la quantificació de les variables que s'utilitzen en l'anàlisi de la viabilitat econòmica dels SRRAR.Aquesta tesi constitueix un intent per a modificar l'actual paradigma en l'anàlisi tècnico-econòmica dels SRRAR i avaluar els SRRAR mitjançant una visió multidisciplinària i interdisciplinària. Aquesta anàlisi tècnica i econòmica no només considera els impactes privats (que tradicionalment s'han identificat estrictament amb els aspectes tècnics) si no que s'ha tractat d'incorporar en el model d'avaluació tots aquells impactes externs (ambientals, socials i econòmics) que deriven de la implantació i explotació d'un SRRAR. La tesi està composta per 8 capítols i inclou: una introducció, una anàlisi sobre la situació actual de la regeneració i reutilització d'aigües residuals en l'àmbit internacional, una discussió sobre les principals metodologies en la planificació dels SRRAR, una proposta metodològica per a l'anàlisi tècnica i econòmica d'aquests sistemes i l'aplicació d'aquesta metodologia tres casos d'estudi (en escenaris diversos) i, finalment, les principals conclusions de la investigació realitzada.La conclusió fonamental d'aquesta tesi és la viabilitat tècnica i econòmica de regenerar i reutilitzar les aigües residuals, particularment en aquelles zones on la disponibilitat d'aigua és escassa. Aquest treball aporta un mecanisme estandaritzat per a l'avaluació tècnica i econòmica dels SRRAR que incorpora els impactes privats, externs i el cost d'oportunitat de l'aigua. Considerar en la avaluació el cost d'oportunitat de l'aigua i les externalitats de la implantació i explotació dels SRRAR (tant positives com negatives) ha permès observar que aquests sistemes aporten un benefici econòmic significatiu.Així mateix, aquest treball d'investigació contribueix a suportar la incorporació de les fonts alternatives de subministrament d'aigua dintre d'una gestió integral dels recursos hídrics. Els resultats obtinguts indiquen que, a diferència del que podria considerar-se a priori, els SRRAR no s'han de percebre com una càrrega econòmica, si no com una activitat generadora de riquesa. Els avantatges que s'obtenen per la implantació d'aquests sistemes, en ésser expressades en un valor econòmic, superen amb creus els costos que comporta la seva implantació i explotació. El repte que s'ha de vèncer és la creació dels mecanismes per a la internalització d'aquests avantatges. D'aquesta manera el sistema les recollirà per a posteriorment reflexar-les en el preu de l'aigua regenerada, que, a la seva vegada, contribuirà a fonamentar un preu de l'aigua més eficient, tant si procedeix de fonts convencionals o de fonts alternatives. / The present thesis has had as an objective to develop a methodology for a technical-economical analysis of a Wastewater Reclamation and Reuse Systems (WWRRS). The methodology is based on the project evaluation technique, adapted particularly to a WWRRS. In order to obtain this, it has been necessary to look for a new paradigm which correlates the technological area with the economical one, and to crystallize it in a tool that will allow, to the people in charge of the decision making in the hydraulic sector, to emit a judgment, supported technologically and economically, on the viability to invest in these sort of systems. The methodology here proposed has the objective to maximize the benefits of a WWRRS, using the Net Present Value (NVP) and Analysis Cost - Benefit (ACB) techniques. One of the contributions to emphasize in this methodology is the analysis of the impacts that can occur when a WWRRS is in process of being implanted and operate. Taking into account the recent scientific information, the experts advice and the professional experience, it has been identified and described the most important impacts (privates and externals). This process is fundamental for the periodicity and quantification of the variables that are used in the economic viability analysis of the WWRRS. This thesis represents an attempt to modify the present paradigm in the technical-economical analysis of a WWRRS and to evaluate them since a multidisciplinary and interdisciplinary vision. This technical-economical analysis takes into account no just those private impacts, that traditionally have been identified strictly with the technical aspects, but also it takes account, and incorporates in the evaluation model, all those external impacts (environmental, social and economical), that derives from the implantation and operation of a WWRRS. The thesis is composed by 8 chapters: introduction, analysis of the present situation in the regeneration and residual water reusability in the international scope, a discussion on the main methodologies in the planning of a WWRRS, a methodology proposal for the technical-economical analysis of these systems and its application, under different scenarios, for three study cases; and finally, with the main conclusions of the research. The fundamental conclusion of this thesis is the technical-economical viability to regenerate and reuse wastewater, particularly in those zones where the water availability is low. This work offers a standardized mechanism for the technical-economical evaluation of a WWRRS, which incorporates both private and external impacts, as well as the water opportunity cost. Considering in the evaluation the water opportunity cost plus the externalities of the implantation and operation of the WWRRS, (as much positive as negative), has allowed to observe that these kind of systems provide a significantly economical benefit. Furthermore, this research work contributes to support the incorporation of alternatives water sources within an integral water management concept. The results here getting indicate that, unlike which could be considered "a priori", a WWRRS do not have to be perceived like an economic weight, but like a generating activity of riches. The advantages that are obtained by the implantation of these systems, when they are expressed in an economic value, fully surpass the costs that entail their implantation and operation. The challenge that is due to win is the creation of the mechanisms for the internalization of these advantages. In this way, the system will gather them to reflect them, later, in the price of the reclamation water, which will contributes to stand a water price in a most efficient way, no matter if it comes from conventional or alternative sources.

[ES] El mundo se enfrenta a una profunda crisis asociada al agua y la reutilización de aguas residuales urbanas (UWW), especialmente en agricultura, se presenta como una posible solución para abordar este problema. No obstante, la reutilización se debe promover dentro de unos límites mínimos de calidad del agua, los cuales pueden alcanzarse mediante la implementación de eficientes tratamientos terciaros en las actuales plantas de tratamiento de aguas residuales urbanas. En las últimas décadas, los Procesos de Oxidación Avanzada (POA), basados en la generación de especies reactivas del oxígeno altamente oxidantes y no selectivas, se han planteado como alternativa a los tratamientos convencionales para desinfección y descontaminación de agua residual. El objetivo general de este estudio es, por tanto, la evaluación de nuevos POA para desinfección y descontaminación simultánea de agua, investigando: (i) fotocatálisis heterogénea solar con ZnO modificado (Ce, Yb y Fe) y TiO2-P25 de referencia, (ii) peroximonosulfato (PMS) bajo radiación solar natural (PMS/Solar), (iii) POA basados en radical sulfato utilizando PMS y radiación UV-C (PMS/UV-C) y (iv) combinación de ZnO modificado con PMS como estrategia de tratamiento. Los objetivos biológicos y químicos analizados en este estudio fueron: tres patógenos de impacto en salud humana (dos bacterias gram-negativas Escherichia coli, Pseudomonas spp y una gram-positiva Enterococcus spp) y tres Contaminantes de Preocupación Emergente (CE) (Diclofenaco-DCF, Sulfametoxazol-SMX y Trimetoprim-TMP). La fotoactividad de ZnO modificado con Ce, Yb o Fe se evaluó a escala de laboratorio (200 mL), obteniendo buenas cinéticas de inactivación bacteriana y degradación de CE. El ZnO-Ce mostró el mejor rendimiento, no obstante, se descartó el escalado de este proceso tanto su aplicación directa, considerando su similar eficiencia en comparación con TiO2-P25 y por el alto coste del tratamiento, como en combinación con PMS, por la la liberación de Zn2+ al agua tratada. El uso directo de PMS como agente oxidante para el tratamiento de agua y UWW se ha demostrado en este estudio, aumentado su eficiencia al ser el sistema irradiado tanto con lámparas UV-C como con luz solar natural. Se han postulado diferentes mecanismos de inactivación y degradación de CE para cada tipo de irradiación: activación de PMS para generar radicales (con fotones UV-C) y la no activación o mecanismo de oxidación directo (con luz solar natural). La capacidad de los procesos PMS/Solar y PMS/UV-C se evaluó en UWW a escala de planta piloto en un Colector Parabólico Compuesto (10 L) y en una planta piloto de UV-C (80 L), respectivamente. El mejor rendimiento de tratamiento se alcanzó con una concentración de PMS de 1 mM en ambos casos, logrando una inactivación exitosa de todos los objetivos microbianos (incluyendo bacterias resistentes a antibióticos), sin observar recrecimiento bacteriano tras 48 h y eliminando de manera eficiente los CE. Por otro lado, la eliminación eficiente de genes de resistentes a antibióticos y productos de transformación se obtuvo con PMS/UV-C, mientras que éstos parámetros siguen siendo un reto a abordar en el caso del proceso PMS/Solar. En ningún caso se observó toxicidad del agua tratada para Aliivibrio fischeri, excluyendo un efecto nocivo para el medio ambiente receptor del efluente, y solo un leve efecto fitotóxico en el crecimiento de dos de las tres semillas analizadas (L. sativum y S. alba), indicando la idoneidad del efluente para su reutilización en riego. Finalmente, el análisis de costes demostró que este factor clave podría ser una barrera importante para la implementación del proceso PMS/Solar en plantas centralizadas de tratamiento de UWW. No obstante, su consideración como sistemas descentralizados asociados a pequeños volúmenes de agua en zonas con alta incidencia de radiación solar, ahorrando costes energéticos mediante el aprovechamiento de la luz solar, podría ser una opción real y asequible. / [CA] El món s'enfronta a una profunda crisi associada a l'aigua i la reutilització d'aigües residuals urbanes (UWW), especialment en agricultura, es presenta com una possible solució per a abordar aquest problema. No obstant això, la reutilització s'ha de promoure dins d'uns límits mínims de qualitat de l'aigua, els quals poden aconseguir-se mitjançant la implementació d'eficients tractaments terciaris en les actuals plantes de tractament d'aigües residuals urbanes. En les últimes dècades, els Processos Avançats d'Oxidació (PAO), basats en la generació d'espècies reactives d'oxigen altament oxidants i no selectives, s'han plantejat com a alternativa als tractaments convencionals per a desinfecció i descontaminació d'aigua residual. L'objectiu general d'aquest estudi és, per tant, l'avaluació de nous POA per a desinfecció i descontaminació simultània d'aigua, investigant: (i) fotocatàlisi heterogènia solar amb ZnO modificat (Ce, Yb i Fe) i TiO2-P25 de referència, (ii) peroximonosulfat (PMS) baix radiació solar natural (PMS/Solar), (iii) POA basats en radical sulfat utilitzant PMS i radiació UV-C (PMS/UV-C) i (iv) combinació de ZnO modificat amb PMS com a estratègia de tractament. Els objectius biològics i químics analitzats en aquest estudi van ser: tres patògens d'impacte en salut humana (dos bacteris gram-negatius Escherichia coli, Pseudomonas spp i un gram-positiu Enterococcus spp) i tres Contaminants de Preocupació Emergent (CE) (Diclofenac-DCF, Sulfametoxazol-SMX i Trimetoprim-TMP). La fotoactivitat de ZnO modificat amb Ce, Yb o Fe es va avaluar a escala de laboratori (200 mL), obtenint bones cinètiques d'inactivació bacteriana i degradació de CE. El ZnO-Ce va mostrar el millor rendiment, no obstant això, es va descartar l'escalat d'aquest procés tant mitançant la seua aplicació directa o com en combinació amb PMS, considerant la seua similar eficiència en comparació amb TiO2-P25, l'alt cost del tractament i l'alliberament de Zn2+ a l'aigua tractada. L'ús directe de PMS com a agent oxidant per al tractament d'aigua i UWW s'ha demostrat en aquest estudi, augmentat la seua eficiència quan el sistema és irradiat tant amb llums UV-C com amb llum solar natural. S'han postulat diferents mecanismes d'inactivació i degradació de CE per a cada tipus d'irradiació: activació de PMS per a generar radicals (amb fotons UV-C) i la no activació o mecanisme d'oxidació directe (amb llum solar natural). La capacitat dels processos PMS/Solar i PMS/UV-C es va avaluar en UWW a escala de planta pilot en un Col·lector Parabòlic Compost (10 L) i en una planta pilot d'UV-C (80 L), respectivament. El millor rendiment de tractament es va aconseguir amb una concentració de PMS d'1 mm en tots dos casos, aconseguint una inactivació reeixida de tots els objectius microbians (incloent bacteris resistents a antibiòtics), sense observar recreixement bacterià després de 48 h i eliminant de manera eficient els CE. D'altra banda, l'eliminació eficient de gens de resistents a antibiòtics i productes de transformació es va obtindre amb PMS/UV-C, mentre que aquests paràmetres continuen sent un repte a abordar en el cas del procés PMS/Solar. En cap cas es va observar toxicitat a l'aigua tractada per a Aliivibrio fischeri, excloent un efecte nociu per al medi ambient receptor de l'efluent, i només un lleu efecte fitotòxic en el creixement de dos de les tres llavors analitzades (L. sativum i S. alba), indicant la idoneïtat de l'efluent per a la seua reutilització en reg. Finalment, l'anàlisi de costos va demostrar que aquest factor clau podria ser una barrera important per a la implementació del procés PMS/Solar en plantes centralitzades de tractament de UWW. No obstant això, la seua consideració com a sistemes descentralitzats associats a xicotets volums d'aigua en zones amb alta incidència de radiació solar, estalviant costos energètics mitjançant l'aprofitament de la llum solar, podria ser una opció real i assequible. / [EN] It is well recognized that the world is facing a water crisis and the reuse of urban wastewater (UWW) in agriculture, has been gaining attention as a reliable solution to address this problem. It is mandatory to promote the safe water reuse and minimum water quality limits could be achieved by upgrading the Urban Wastewater Treatment Plants, through the addition of an efficient tertiary treatment. In the last decades, Advanced Oxidation Processes (AOPs), relying on the potential generation of highly oxidant, reactive and non-selective Reactive Oxygen Species (ROS), have been raised as alternative to conventional treatments for both water disinfection and decontamination. The general aim of this study is the assessment of novel AOPs for the simultaneous disinfection and decontamination of water, investigating (i) solar heterogeneous photocatalysis, involving modified ZnO with Ce, Yb and Fe and the benchmark TiO2-P25, (ii) peroxymonosulfate (PMS) under natural solar radiation (PMS/Solar), (iii) Sulfate radical-based AOPs (SR-AOPs) involving PMS and UV-C radiation (PMS/UV-C) and (iv) combination of the best-performing photocatalytic material with PMS (PMS/modified ZnO). The involved biological and chemical targets in this study were: three human health impact pathogens (two gram-negative bacteria Escherichia coli, Pseudomonas spp. and the gram-positive Enterococcus spp.) and three Contaminants of Emerging Concern (CECs, Diclofenac-DCF, Sulfamethoxazole-SMX and Trimethoprim-TMP). Photoactivity of modified ZnO with Ce, Yb or Fe was assessed in 200-mL vessel reactors, attaining good target's removal kinetic rates. Best performing material was ZnO-Ce, but its feasibility for a further up-scaling was discarded both as photocatalyst alone, considering the similar performances obtained, compared to TiO2-P25 and the high treatment cost, and in combination with PMS, due to the release of high amount of Zn2+. PMS alone has been proven to be an effective oxidant agent for water and UWW treatment, increasing its effectiveness when illuminated with photons from UV-C lamps and natural sunlight. Nevertheless, different inactivation and CECs degradation mechanisms have been postulated for each type of irradiation, and according to the activation of PMS (with UV-C photons) or non-activation (under natural sunlight). The capability of PMS/Solar and PMS/UV-C processes were evaluated in actual UWW at pilot plant scale in 10-L Compound Parabolic Collector and in 80L UV-C pilot plant, respectively. Optimal load of PMS was found to be 1 mM in both cases, achieving successful inactivation of natural occurring bacteria and their antibiotic resistant counterparts, without observing bacterial regrowth after 48h and efficiently eliminating CECs. Efficient removal of antibiotic resistant genes (ARGs) and transformation products (TPs) was obtained by PMS/UV-C, while their elimination is still a challenge to be addressed in PMS/Solar process. Reclaimed UWW obtained by both PMS/Solar and PMS/UV-C process showed no toxicity towards Aliivibrio fischeri, excluding a harmful effect towards the receiving aquatic environment after effluent discharge, and a very slightly phytotoxic effect for growth of two out of the three tested seeds (L. sativum and S. alba), indicating the suitability of this water for its subsequent reuse for agriculture. The analysis of the treatment cost revealed that this key factor could be an important barrier for implementation of PMS/Solar process in large centralized UWW treatment plants. Nevertheless, its consideration as decentralized systems associated to small volume of water in areas with a high solar radiation incidence, saving energy costs by using natural solar radiation, could be a real and affordable option. / Berruti, I. (2022). Assessment of novel Advanced Oxidation Processes for the Simultaneous Disinfection and Decontamination of Water [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/183052