Evaluación del desarrollo de biofilms en los sistemas de distribución de agua potable mediante la extracción de conocimiento a través de los datos (Knowledge Discovery in Databases)

Abstract

[ES] Uno de los principales objetivos de las empresas encargadas de la gestión de los sistemas de distribución de agua potable (DWDSs, del inglés Drinking Water Distribution Systems) es asegurar una alta calidad microbiológica en su abastecimiento. Sin embargo, la existencia de biofilms en todos ellos, a pesar de la presencia de desinfectante residual, hace que no se pueda asegurar un control bacteriológico total; por lo que, hoy en día, los biofilms representan un paradigma en la gestión de la calidad del agua en los DWDSs. Los biofilms son comunidades complejas de microrganismos recubiertas de un polímero extracelular que les da estructura y les ayuda a retener el alimento y a protegerse de agentes tóxicos. Además del riesgo sanitario que suponen por su papel como refugio de patógenos, existen muchos otros problemas asociados al desarrollo de biofilms en los DWDSs, como deterioro estético del agua, biocorrosión y consumo de desinfectante, entre otros. Son varias las investigaciones que se han llevado a cabo en este área. Sin embargo, los estudios realizados en relación a la influencia conjunta de las distintas características de los DWDSs en el desarrollo de biofilms, excepto notables excepciones, son escasos, debido a la complejidad de la comunidad y del entorno estudiado. El presente trabajo trata de cubrir esta carencia, estudiando el efecto de la interacción del conjunto de características físicas e hidráulicas de los DWDSs relevantes en el desarrollo de biofilms. Para ello utilizamos la metodología de extracción de conocimiento a través de los datos (KDD, del inglés Knowledge Discovery in Databases). Además, introducimos técnicas de ensamblaje adecuadas que nos permiten aumentar la robustez y precisión de los resultados obtenidos y así mejorar la metodología final propuesta de ayuda a la toma de decisiones. La realización de este trabajo ha servido para confirmar la necesidad de estudiar el impacto que el conjunto de las características de los DWDSs tienen en el desarrollo de biofilms. Mostramos que el efecto que una variable tiene sobre este desarrollo depende del valor que tomen el resto de variables y así identificamos condiciones conjuntas, físicas e hidráulicas, que determinan el mayor o menor desarrollo de biofilms en el interior de las tuberías.

[EN] One of the main challenges of drinking water utilities is to ensure microbial high quality supply. However, biofilms invariably develop in all drinking water distribution systems (DWDSs), despite the presence of residual disinfectant. As a result, water utilities are not able to ensure a total bacteriological control. Currently biofilms represent a real paradigm in water quality management for all DWDSs. Biofilms are complex communities of microorganisms bound by an extracellular polymer that provides them with structure, protection from toxics and helps retain food. Besides the health risk that biofilms involve, due to their role as a pathogen shelter, a number of additional problems associated with biofilm development in DWDSs can be identified. Among others, aesthetic deterioration of water, biocorrosion and disinfectant decay are universally recognized. Numerous investigations have been carried out in this field. Nevertheless, the joint influence of the various DWDS characteristics in biofilm development, apart from a few exceptions, has been scarcely studied, due to the complexity of the community and the environment under study. The present work aims to help solve this problem studying the effect of the interaction among relevant hydraulic and physical characteristics of the DWDSs in biofilm development. To achieve this purpose we have chosen the framework of the KDD (Knowledge Discovery in Databases). Ensamble methods have been introduced to increase the robustness and the precision of the obtained results. The final aim is to improve the proposed methodology to assist in decision making. This work confirms the necessity of studying the impact that the joint characteristics of the DWDSs has in biofilm development. We show that the effect of one variable depends on the values of the rest of variables and, as a result, we are able to identify some joint physical and hydraulic scenarios that determine greater or lesser biofilm development in pipe walls.