Large–scale monitoring campaigns of contaminants of emerging concern in the environment employing high-resolution mass spectrometry

Abstract

Thousands of contaminants of emerging concern (CECs) are released from diffuse and point sources in surface waters. Point sources represent a major input of high loads of CECs in the environment because the technology applied in Wastewater Treatment plants (WWTPs) is insufficient to eliminate them. Consequently, the most persistent CECs end up in freshwater reservoirs, groundwater and even drinking water. Additionally, CECs may also enter the trophic chain depending on their properties. The occurrence of CECs in biota can threaten the stability of the ecosystems due to their toxicity and potential bioaccumulation to animals of higher trophic levels. Even though there is an increasing number of studies dealing with CECs in the literature, the investigation of their behavior in the ecosystem and the various natural and non-natural processes remains a challenge. CECs are known to create complex mixtures of unknown composition, which makes monitoring these substances challenging unless wide-scope screening methods and state-of-the-art analytical instrumentation is utilized.The proposed thesis is divided into three working packages (WP) that aim at (i) characterizing CECs in ecosystems of decisive environmental importance (Danube river basin) using advanced analytical methods and data processing tools, (ii) performing risk assessment to prioritize the compounds based on their hazard and (iii) evaluating the concentration levels of CECs in the influent wastewater and application of Wastewater- based Epidemiology (WBE), which is a chemical tool used to reflect the lifestyle and public health of the WWTP serving population. Due to the Corona Virus Disease 2019 (COVID-19) ongoing pandemic and SARS-CoV-2 variants, an analytical protocol including three steps (concentration, extraction and detection) will be developed and validated, in order to estimate the virus load in influent wastewater from Athens. Wastewater surveillance could be used as an early warning system for epidemics.

Χιλιάδες Αναδυόμενοι Ρύποι (ΑΡ) απελευθερώνονται από, σημειακές και μη, πηγές ρύπανσης στα επιφανειακά ύδατα. Οι σημειακές πηγές αποτελούν μέσο εναπόθεσης υψηλών φορτίων ΑΡ στο περιβάλλον, διότι οι διεργασίες που εφαρμόζονται στα Κέντρα Επεξεργασίας Λυμάτων (ΚΕΛ) δεν επιτρέπουν την πλήρη απομάκρυνσή τους. Συνεπώς, οι πιο ανθεκτικοί καταλήγουν σε δεξαμενές γλυκού νερού, υπόγεια ύδατα, στο πόσιμο νερό και εισέρχονται στην τροφική αλυσίδα. Η παρουσία τους στην πανίδα απειλεί τη σταθερότητα των οικοσυστημάτων λόγω της τοξικότητας και της βιοσυσσώρευσης σε ζωικούς οργανισμούς που βρίσκονται σε υψηλότερα τροφικά επίπεδα. Παρ’ όλο που ο αριθμός των ερευνών για τους ΑΡ συνεχώς αυξάνεται, η μελέτη της συμπεριφοράς τους στα οικοσυστήματα και το πλήθος των φυσικών και μη διεργασιών που πραγματοποιούνται παραμένει πρόκληση. Ως γνωστόν, οι ΑΡ δημιουργούν σύνθετες μήτρες άγνωστης σύστασης, γεγονός που καθιστά την παρακολούθησή τους πρόκληση, εκτός αν χρησιμοποιούνται προηγμένες μέθοδοι σάρωσης και όργανα τελευταίας τεχνολογίας.Η παρούσα διατριβή διακρίνεται σε τρεις εργασίες που στοχεύουν (i) στον χαρακτηρισμό ΑΡ σε οικοσυστήματα υψηλής περιβαλλοντικής σημασίας (ποταμός Δούναβης) χρησιμοποιώντας προηγμένες αναλυτικές μεθόδους και εργαλεία επεξεργασίας δεδομένων, (ii) στην εκτίμηση κινδύνου και τοξικότητας όσων ταυτοποιηθούν στα δείγματα και (iii) στην εκτίμηση των επιπέδων συγκέντρωσης των ΑΡ σε δείγματα εισροών λυμάτων με τη χρήση Επιδημιολογίας Λυμάτων, ένα χημικό εργαλείο που αντικατοπτρίζει τις συνήθειες και τη δημόσια υγεία του πληθυσμού που εξυπηρετείται από το ΚΕΛ. Λόγω της εν εξελίξει πανδημίας που οφείλεται στη νόσο Corona Virus Disease 2019 (COVID-19) και των μεταλλάξεων του αρχικού στελέχους, θα αναπτυχθεί και επικυρωθεί αναλυτικό πρωτόκολλο που περιλαμβάνει τρία στάδια (προσυγκέντρωση, απομόνωση και ανίχνευση) με σκοπό την εκτίμηση του ιικού φορτίου σε δείγματα εισροών αστικών λυμάτων από την Αθήνα και την ανάπτυξη ενός συστήματος έγκαιρης προειδοποίησης για την εξέλιξη της πανδημίας.