Las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDARs) son una infraestructura necesaria dentro del ciclo del agua y de la gestión de los recursos hídricos, asegurando la correcta gestión de las aguas residuales, así como su vuelta al ecosistema. Comúnmente se ha considerado a la EDAR como el “punto final” del agua residual, donde el agua depurada se descarga en las masas de agua receptoras. Sin embargo, la posibilidad de utilizar ese caudal como fuente de agua en zonas con desequilibrios hídricos se convierte en una opción cada vez más defendida. La reutilización es una solución efectiva ante los desequilibrios hídricos, permitiendo que la EDAR sea considerada como fuente de agua no convencional. Esta situación refuerza su imagen y las posiciona como infraestructuras esenciales dentro del ciclo del agua, y como tal han de ser monitorizadas y analizadas. Según datos del INE para 2018, en España se generaron casi 14 millones de m3/día de agua residual, de los cuales únicamente se reutilizaron 1.534.000 m3/día. Esta descompensación en los datos supone una desventaja a la hora de gestionar el ciclo del agua demostrando la necesidad de implementar nuevos enfoques de análisis y gestión que permitan universalizar el uso del agua regenerada, como es el caso de la economía circular. Esta última busca que tanto el proceso de producción de un producto como su vida útil (incluyendo su etapa de desecho) sean concebidos como circulares con el fin de buscar la utilización y revalorización de los materiales y subproductos generados a lo largo de todo el sistema productivo, al mismo tiempo que se elimina la dependencia entre el crecimiento económico y el proceso productivo. Gracias a la economía circular se cubren los riesgos en el suministro y se aumenta la capacidad de respuesta del sistema productivo y económico ante anomalías y desequilibrios causados en las fuentes de materias primas. El uso de este enfoque en la gestión hídrica permite reforzar y ampliar la gestión del ciclo del agua ya que todas las corrientes de agua generadas son consideradas y gestionadas como un recurso valioso. Por ello deberían plantearse nuevas medidas que fomenten la reutilización bajo este enfoque, con tal de promover e incentivar la participación de todos los actores en el proceso. El cambio de paradigma que supone la reutilización bajo el enfoque de la economía circular pone de manifiesto la multidisciplinariedad asociada a su implementación. Diversos puntos de vista han de ser considerados y analizados con el fin de implementar nuevas medidas de gestión que engloben todos los factores que intervienen en el proceso, tal y como se lleva a cabo en la presente tesis. Las EDARs prestan un servicio ambiental a los seres humanos y al ecosistema a través de la provisión de agua para uso agrícola y ambiental, es decir, las EDARs son poseedoras del Servicio Ecosistémico (SE) de aprovisionamiento. Tradicionalmente los SE se han definido como los beneficios que un ecosistema aporta a la sociedad y que intervienen en la economía y la calidad de vida. Sin embargo, centrando la atención en el ciclo hidrológico, la interdependencia entre las masas de agua y las infraestructuras de regulación y gestión hídrica hacen que el concepto de SE pueda ser aplicado a las EDARs. En última instancia la consideración del SE de aprovisionamiento permite establecer las bases para la implementación del Pago por los Servicios Ambientales (PSA) como nueva herramienta de gestión de la reutilización y de las relaciones entre los actores implicados, tal y como se propone en el artículo “A review of Payment for Ecosystem Services for the economic internalization of the environmental externalities: A water perspective” que forma parte del presente compendio. En esta publicación se muestra, a través de una detallada búsqueda bibliográfica, que el PSA es una herramienta de fácil adaptación a diferentes escalas permitiendo la corrección y prevención de los impactos ambientales asociados a los recursos hídricos. La protección y conservación del SE de aprovisionamiento necesita de la monitorización y control de la calidad del efluente de las EDARs. Los estudios de laboratorio actuales han encontrado nuevos tipos de contaminantes, llamados productos farmacéuticos y de productos de higiene personal (PPCPs, por sus siglas en inglés), que surgen fruto del consumo humano tanto de medicamentos como de una amplia variedad de químicos para cuidado personal y limpieza. Su estructura química dificulta mucho su eliminación en las EDARs provocando su salida por el efluente y su entrada a las masas de agua. Es por esta razón que el SE de aprovisionamiento se ve dañado, afectando negativamente a la calidad del efluente y a su potencial de reutilización. Eliminar los PPCPs de los efluentes genera un beneficio ambiental evidente, el cual puede ser cuantificado a través de metodologías de valoración monetaria novedosas e incluido en los procesos de toma de decisión de acuerdo con los requerimientos de la Directiva Marco del Agua. Con el objetivo de obtener el beneficio ambiental de eliminar los PPCPs de los efluentes de las EDARs se implementa la metodología de los Precios Sombra, tal y como se recoge en el artículo “Shadow prices of emerging pollutants in wastewater treatment plants: Quantification of environmental externalities”. Los resultados obtenidos demuestran que la eliminación de los PPCPs conlleva un beneficio ambiental elevado, sentando las bases de nuevas medidas de gestión (como el PSA, comentado anteriormente) y evidenciando la importancia de conservar el SE de aprovisionamiento en zonas con fuertes desequilibrios hídricos. La presencia de PPCPs en el agua residual está vinculada a las áreas urbanas de tal forma que analizar su influencia sobre la concentración de PPCPs tiene una doble ventaja. Por un lado, ayuda a implementar los nuevos enfoques de gestión (como el PSA) y, por otro, permite reforzar los tratamientos que actualmente se están implementando para depurar el agua residual con el fin de abordar el problema de los PPCPs en origen. La interdependencia entre los PPCPs y las zonas urbanas hace que existan una serie de variables que determinan su mayor o menor presencia en las aguas residuales. Identificar dicha interdependencia sienta las bases para la implementación de medidas correctivas y preventivas, al mismo tiempo que permite que la población y la administración colaboren de forma activa en los procesos de toma de decisión. Teniendo en cuenta la limitada disponibilidad de datos sobre la presencia de PPCPs en zonas urbanas, la utilización de metodologías que combinen datos cuantitativos y cualitativos permite establecer una visión general de la interdependencia entre los PPCPs y las variables urbanas. En el artículo “Identification of effective parameters for anti-inflammatory concentration in València City's wastewater using fuzzy-set qualitative comparative analysis” se propone el uso del Fuzzy-set qualitative comparative analysis (fsQCA) como herramienta de análisis y obtención de los patrones de comportamiento de las variables urbanas (analizadas a nivel de distrito) con respecto a los PPCPs detectados en las EDARs analizadas. Los patrones de comportamiento obtenidos prueban, entre otras conclusiones, que los distritos con hospitales son los que mayor influencia tienen en la presencia de PPCPs en las aguas residuales. Estas evidencias apoyan el enfoque de disminución de la contaminación en origen, así como la idoneidad de reforzar la depuración de las aguas grises hospitalarias de forma previa a su descarga en el sistema de alcantarillado. Los enfoques y resultados presentados en este compendio se consideran como las etapas previas al diseño e implementación de un PSA, donde se remarca la importancia de cuantificar el beneficio ambiental de reducir la concentración de PPCPs en las aguas residuales y la interrelación de las variables urbanas que afectan a su presencia. La consideración de estas etapas previas en el diseño del PSA son una novedad dentro de la literatura ya que no han sido abarcadas previamente, debido tanto a la novedad de los contaminantes analizados como al contexto de implementación aquí presentado. A través de este planteamiento, el PSA se convierte en una herramienta de gestión que permite implementar acciones de reducción de la contaminación en origen con el fin de reducir la presión a la que están sometidas las EDARs a la hora de eliminar todos los contaminantes presentes en el agua residual. La presente tesis destaca la importancia de proteger el SE de aprovisionamiento en las EDARs como forma de potenciar la reutilización a través de enfoques y metodologías novedosas que combinan los aspectos económicos, ambientales y sociales de la gestión del agua dentro del marco de la economía circular.

Wastewater Treatment Plants (WWTPs) are a necessary facility of water cycle that ensure the correct management of wastewater as well as its return to environment. WWTPs has commonly been considered as the “end point” of wastewater, where treated effluent is discharged into receiving water bodies. However, the possibility of using this effluent as a water source in water scarcity areas is becoming a new sustainable option to meet the demand. Water reuse is an effective solution to solve water imbalances, allowing WWTPs to be considered as a non-conventional water source. This situation reinforces their position as key facilities of water cycle whose performance need to be monitored and analysed. According to National Statistical Institute data for 2018, Spain generates almost 14 million m3/day of wastewater, where only 1,534,000 m3/day were reused. This imbalance is an opportunity to implement new approaches to use and manage the reclaimed water, as is the case of the circular economy. Circular economy has the aim to change the approach of products and services, where both the production process of a product and its useful life (including its waste stage) are conceived as circular. Through this approach the use and revaluation of the materials and by-products generated throughout the production system are promoted, avoiding the dependence between economic growth and production processes. Circular economy reduces the supply risk and increases the adaptability of the production and economic systems to imbalances in raw materials stock. The use of this approach in water cycle makes it possible to manage efficiently the available water sources since all water flows generated are considered as a valuable resource. Further measures to encourage water reuse under circular economy approach should be considered in order to include all actors in the decision processes. The paradigm shift of water reuse under circular economy highlights the multidisciplinary approach associated with its implementation. Different points of view must be considered and analysed to implement new management measures that encompass all the factors involved, as carried out in this thesis. The WWTPs provide an environmental service to humans being and ecosystems through water provision to agricultural and environmental uses, that is WWTPs are responsible of the ecosystem service (ES) of provisioning. Traditionally, ES have been defined as the benefits that an ecosystem brings to society and take part in both the economy and quality of life. However, focusing on the water cycle, the interdependence between water bodies and water regulation and management facilities means that the concept of ES can be applied to WWTPs. Considering the ES of provisioning allows to establish foundations to implement Payment for Ecosystem Services (PES) as new tool to manage water reuse and relationships between the stakeholders involved, as is proposed in the article “A review of Payment for Ecosystem Services for the economic internalization of the environmental externalities: A water perspective”, which is part of this thesis. This article shows, through a detailed literature search, that PES is an easily adaptable tool to different scales allowing the correction and prevention of environmental impacts related with water consumption. The conservation and protection of the ES of provisioning requires monitoring the quality of the WWTPs effluent. Current studies have found new types of pollutants, called pharmaceuticals and personal care products (PPCPs), arising from human consumption of both prescription and non-prescription drugs and a wide variety of personal care and cleaning products. Chemical structure of PPCPs makes their removal complicated in WWTPs, causing their discharge into water bodies through effluents. For this reason, the ES of provisioning is damaged, having a negative impact on the quality of effluent and its reuse potential. Removing PPCPs from effluent provokes a clear environmental benefit, which can be quantified – through monetary valuation methodologies – and included into decision-making processes, in accordance with the requirements of the Water Framework Directive. To obtain the environmental benefit of removing PPCPs from WWTPs effluents, the Shadow Price methodology is implemented, as described in the article "Shadow prices of emerging pollutants in wastewater treatment plants: Quantification of environmental externalities". Results obtained show that removing PPCPs has a high environmental benefit, laying the foundations for new management measures (such as PES). In addition, it highlights the importance of preserving the ES of provisioning in areas with serious water imbalances. The presence of PPCPs in wastewater is related to urban areas so that assessing their influence on the PPCPs concentration has a double advantage. Firstly, it helps to implement new management approaches (such as PES). Secondly, it allows to reinforce the wastewater treatments that are currently being implemented to treat wastewater to address the problem of PPCPs at source. The interdependence between PPCPs and urban areas means that there are several variables that determine their presence in wastewater. Identifying this interdependence provides the basis for the implementation of corrective and preventive measures while, at the same time, allowing the population and the administration to participate actively into decision-making processes. Considering the limited availability of data about the PPCPs concentration in urban areas, the use of methodologies that combine quantitative and qualitative data allows to establish an overview of the relationship between PPCPs and urban variables. The article "Identification of effective parameters for anti-inflammatory concentration in València City's wastewater using fuzzy-set qualitative comparative analysis" proposes the use of fuzzy-set qualitative comparative analysis (fsQCA) as a tool to assess and identify the behaviour of urban variables (analysed at district level) regarding the PPCPs detected in the WWTPs analysed. Results obtained show, among other conclusions, that those districts with hospitals have high influence on the PPCPs presence in wastewater. These results support the approach of pollution reduction at source, as well as the suitability of reinforcing the wastewater treatment of hospital greywater before its discharge into the sewerage system. The approaches and results presented in this thesis are considered as preliminary stages to the design and implementation of PES, where the importance of quantifying the environmental benefit of reducing PPCPs in wastewater and the relationship between urban variables and PPCPs have been highlighted. Considering these preliminary stages in the PES design is a novelty in the literature since they have not been previously analysed because of the pollutants and the approach presented. Through this approach, PES becomes an effective management tool that allows reducing the PPCPs pollution at source, facilitating the WWTPs’ performance. This thesis highlights the importance of preserve the ES of provisioning in WWTPs to enhance the water reuse through circular economy approach, using novel methodologies that combine economic, environmental, and social aspects of water management.