{"id":15137,"date":"2026-05-13T12:44:19","date_gmt":"2026-05-13T12:44:19","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/alessia-ore\/"},"modified":"2026-05-22T10:08:51","modified_gmt":"2026-05-22T10:08:51","slug":"alessia-ore","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/alessia-ore\/","title":{"rendered":"Alessia Ore"},"content":{"rendered":"","protected":false},"excerpt":{"rendered":"","protected":false},"author":7,"featured_media":15138,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-15137","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Subsurface water reuse","samenvatting":"Waterschaarste stelt de stabiliteit en betrouwbaarheid van watervoorzieningssystemen in toenemende mate op de proef. Momenteel ervaart de helft van de wereldbevolking ten minste een deel van het jaar waterschaarste, terwijl een kwart het hele jaar door in waterarme regio's leeft. Deze situatie zal naar verwachting verslechteren door klimaatverandering en bevolkingsgroei, wat de beschikbaarheid van water verder zal verminderen en de vraag zal doen toenemen. Waterhergebruik is daarom essentieel om de kloof tussen vraag en aanbod te verkleinen, maar hiervoor zijn verbeterde waterbeheerstrategie\u00ebn noodzakelijk.\n \nDe ondergrond heeft een groot potentieel voor waterhergebruik. Het biedt natuurlijke opslag voor wateroverschotten tijdens natte seizoenen, die kunnen worden hergebruikt tijdens waterarme perioden, en kan de waterkwaliteit verbeteren door bodempassage. Managed Aquifer Recharge (MAR)-technologie\u00ebn worden al decennialang gebruikt om een stabielere kwantiteit en een hogere kwaliteit water te garanderen voor de drinkwaterproductie in vergelijking met het directe gebruik van oppervlaktewater. Verschillende waterbronnen kunnen via MAR worden ge\u00efnfiltreerd, zoals behandeld afvalwater en oppervlaktewater. Deze bronnen bevatten echter vaak organische microverontreinigingen (OMV's) die de grondwaterkwaliteit in gevaar kunnen brengen. OMV\u2019s bestaan uit een breed scala aan chemicali\u00ebn, waaronder farmaceutische middelen, pesticiden, industri\u00eble chemicali\u00ebn en hun transformatieproducten (TP's), die in het milieu kunnen worden gedetecteerd in concentraties vari\u00ebrend van ng\/L tot \u00b5g\/L. Hoewel sommige zijn opgenomen in monitoringsprogramma's voor de kwaliteit van behandeld afvalwater, oppervlaktewater en grondwater, richten wettelijke kaders zich slechts op een beperkte subset van OMV's, waarbij talrijke potentieel gevaarlijke verbindingen, met name TP's, over het hoofd worden gezien. Een completere karakterisering van hergebruikte waterbronnen is nodig om veilig en duurzaam waterhergebruik te realiseren.\n \nBovendien blijft het lot van OMV's die de ondergrond binnendringen onzeker. Een combinatie van factoren speelt een rol bij het bepalen of OMV's onveranderd met de waterstroom worden meegevoerd, in de bodem en watervoerende lagen worden vastgehouden, of (verder) worden getransformeerd tot TP's. Deze factoren bestaan uit moleculaire eigenschappen (bijv. lading) en omgevingscondities (bijv. redoxcondities in de ondergrond). De mate van hun invloed op het lot en de transformatie van OMV's vereist verder onderzoek, vooral onder anaerobe omstandigheden die veel voorkomend zijn in de ondergrond. Eerdere MAR-studies richtten zich voornamelijk op de verwijdering van OMV's om verbeteringen in de waterkwaliteit te evalueren, terwijl transformatie naar TP's, die potentieel persistenter en toxischer zijn, verder onderzocht moet worden.\n \nDit proefschrift had tot doel nieuwe inzichten te verschaffen in het voorkomen en het lot van OMV's en hun TP's in hergebruikt water en in de ondergrond. Om dit te bereiken, hebben we veldonderzoek (hoofdstukken 2 en 3) en laboratoriumexperimenten (hoofdstukken 4 en 5) gecombineerd om het scala aan OMV's in hergebruikt water, hun transport- en transformatieprocessen in de ondergrond en de omgevingsfactoren die de OMV-transformatie be\u00efnvloeden beter te begrijpen. Deze ge\u00efntegreerde aanpak steunde op geavanceerde methoden, waaronder doelgerichte en niet-doelgerichte analytische technieken en in-silico voorspellingsmethoden.\n \nHoofdstuk 1 introduceert de wereldwijde uitdaging van waterschaarste en het potentieel van de ondergrond om waterhergebruik voor een groeiende bevolking te ondersteunen. Het schetst de verschillende factoren, zowel intrinsieke moleculaire eigenschappen van OMV's als omgevingscondities, die het lot van OMV's in de ondergrond be\u00efnvloeden, en identificeert de belangrijkste gaten in de kennis die nog moeten worden geadresseerd om een duurzamer en veiliger waterhergebruik te bereiken.\n \nIn Hoofdstuk 2 onderzochten we een ondergronds irrigatiesysteem waarbij behandeld effluent van een rioolwaterzuiveringsinstallatie (RWZI) onder het oppervlak werd ge\u00efnfiltreerd om een landbouwveld te irrigeren. De studie omvatte twee jaar: \u00e9\u00e9n met normale neerslag (2017) en \u00e9\u00e9n droog jaar (2019), wat de beoordeling van de effecten van klimaatverandering op de waterkwaliteit mogelijk maakte. Non-target analyse van het RWZI-effluent onthulde dat TP's wijdverspreid waren en tot 80% van de OMV's uitmaakten. Deze bevinding benadrukt de noodzaak om TP's op te nemen in de monitoring van de waterkwaliteit voor een nauwkeurigere risicobeoordeling van waterhergebruik. We hebben ook het transport en de transformatie van OMV's bestudeerd door monsters te analyseren die op verschillende diepten dichtbij en tussen infiltratiebuizen waren verzameld. De resultaten gaven aan dat sommige OMV's persistent waren en diepere lagen in het veld bereikten, terwijl de detectie van TP's die niet in het effluent aanwezig waren een potenti\u00eble indicator is voor OMV-biodegradatie. De beweging van OMV's in het ge\u00efrrigeerde veld werd be\u00efnvloed door verschillende factoren, waaronder hydrologische condities: in het droge jaar werden capillaire opstijging en TP-vorming versterkt in de vadose zone, terwijl onder normale neerslag verticale percolatie en beweging langs de grondwaterstromen overheersten. De belangrijkste afgeleide transformatiereacties waren demethylering en oxidatie, beide ondersteund door aerobe OMV-transformatie.\n \nHoofdstuk 3 richt zich op een MAR-systeem waar oppervlaktewater (dat effluent ontvangt van vijf bovenstroomse RWZI's) in de ondergrond werd ge\u00efnfiltreerd via infiltratievijvers. De effici\u00ebntie van MAR-verwijdering werd ge\u00ebvalueerd door de kwaliteit van het ge\u00efnfiltreerde en het onttrokken water te vergelijken. Target OMV-analyse op basis van monitoringsprogramma's voor drinkwater toonde een totale OMV-verwijdering van ongeveer 60%. Non-target analyse onthulde echter de aanwezigheid van talrijke TP's in zowel het ge\u00efnfiltreerde als het onttrokken water, evenals in het uiteindelijke drinkwater. Omdat TP's in de meeste monitoringsprogramma's voor waterkwaliteit over het hoofd worden gezien, is hun opname cruciaal voor een nauwkeurigere risicobeoordeling van waterhergebruik. Transport en (bio)degradatie van OMV's langs het stroompad naar de belangrijkste onttrekkingsput werden ook onderzocht. De combinatie van lading en hydrofobiciteit (log Dow) bleek nuttig voor het beschrijven en voorspellen van het OMV-transport. Persistente, mobiele en negatief geladen OMV\u2019s passeerden zonder veel oponthoud het systeem. PFAS-concentraties bleek bijvoorbeeld grotendeels stabiel tijdens de bodempassage en werden gedetecteerd in het onttrokken water. De detectie van TP's die niet in het ge\u00efnfiltreerde water aanwezig waren, duidde op OMV-transformatie in MAR. Sommige TP's waren echter persistenter dan de moederverbindingen en werden gedetecteerd in het onttrokken water. Over het geheel genomen kan MAR de waterkwaliteit verbeteren, maar pre- of post-behandeling kan nog steeds nodig zijn om persistente OMV's of degenen die persistente TP's genereren te verwijderen.\n \nHoofdstuk 4 presenteert een laboratoriumstudie naar de effecten van microbi\u00eble diversiteit op OMV-biodegradatie en TP-vorming. Solid-phase dilution-to-extinction werd toegepast op een actief inoculum van het ondergrondse irrigatieveld (Hoofdstuk 2) om microbi\u00eble gemeenschappen met een stapsgewijs verminderde diversiteit te cre\u00ebren. Batchexperimenten met gemeenschappen op drie diversiteitsniveaus werden ge\u00efncubeerd onder aerobe en nitraat-reducerende condities voor een initi\u00eble hergroeiperiode, waarna werd er een mengsel van 20 OMV\u2019s aan toegevoegd, waaronder farmaceutica, pesticiden en industri\u00eble chemicali\u00ebn. Gedurende de meer dan 100 dagen durende incubatie werd de OMV-biodegradatie gevolgd met target LC-MS analyse, terwijl de TP-vorming werd gevolgd via non-target LC-HRMS analyse. Gemeenschappen met een hoge en gemiddelde diversiteit vertoonden snellere en een uitgebreidere biodegradatie, waarbij meer TP's van een latere generatie werden geproduceerd. Daarentegen vertoonden gemeenschappen met een lage diversiteit een langzamere en minder volledige OMV-biodegradatie. Degradatie onder nitraat-reducerende condities was langzamer en minder effici\u00ebnt dan onder aerobe condities, maar de positieve associatie tussen biodegradatie, TP-vorming en diversiteit bleef gelden. In-silico voorspellingen met BioTransformer- en OPERA-modellen gaven aan dat geen van de gedetecteerde TP's dead-ends waren, hoewel twee ervan potenti\u00eble hormoonontregelende effecten vertoonden. Microbi\u00eble diversiteit heeft daarom een grote invloed op OMV-biodegradatie- en TP-vormingsprocessen, maar wordt nog steeds grotendeels over het hoofd gezien in gestandaardiseerde persistentietests zoals de OECD-richtlijnen. Het opnemen van diversiteitsmetingen, zoals alpha-diversiteitsmetrieken, zou de relevantie voor het milieu kunnen verbeteren.\n \nHoofdstuk 5 bestudeert verder de rol van redoxcondities met behulp van batchexperimenten onder aerobe, nitraat-, ijzer- en sulfaat-reducerende condities met gebruik van twee natuurlijke inocula: bodem (zoals in Hoofdstukken 2 en 4) en een door RWZI-effluent be\u00efnvloede sloot. Aerobe condities ondersteunden de hoogste biodegradatieprestaties, met meer afgebroken OMV's, hogere snelheden en meer geproduceerde TP's, waaronder TP's van een latere generatie. Sulfaat-reducerende condities waren daarentegen het minst effectief. Biodegradatiepatronen van de meeste OMV's waren redox-afhankelijk, ook wat betreft de biodegradatieroute. Redox-specifieke TP's werden gedetecteerd, wat duidt op verschillende verwijderingsroutes die waarschijnlijk een weerspiegeling zijn van de verschillende samenstellingen van de microbi\u00eble gemeenschap onder elke redoxconditie. Voorspellingen van TP-biodegradeerbaarheid (met Biowin3) en toxiciteit (met MS2Tox) gaven aan dat TP's over het algemeen beter biologisch afbreekbaar en minder toxisch waren in vergelijking met hun moederverbindingen, hoewel er enkele uitzonderingen werden waargenomen met een verhoogde toxiciteit en een lager potentieel voor biologische afbreekbaarheid. Met name sommige TP's verkregen onder anaerobe omstandigheden waren minder toxisch dan die gevormd onder aerobe omstandigheden uit dezelfde moederverbinding. Deze bevindingen onderstrepen de noodzaak om ook rekening te houden met redoxcondities bij de wettelijke beoordeling van OMV-persistentie en ondersteunen de optimalisatie van redoxzones in MAR-systemen.\n \nTen slotte biedt Hoofdstuk 6 een samenvatting en een algemene discussie van de resultaten van dit onderzoek, waarbij praktische implicaties en toekomstperspectieven worden geschetst. Gedurende ons onderzoek kwamen TP's naar voren als wijdverspreid maar over het hoofd gezien in watersystemen voor hergebruik. Hoewel onze beoordeling aantoont dat de geproduceerde TP's over het algemeen minder toxisch, biologisch afbreekbaarder en mobieler zijn dan de respectievelijke moederverbindingen, werden er enkele uitzonderingen waargenomen, wat de noodzaak benadrukt voor een betere weergave van TP's in monitoringsprogramma's, regelgevingskaders en gestandaardiseerde persistentiebeoordelingen. Daarnaast zouden in situ omgevingscondities beter moeten worden overwogen in de gestandaardiseerde testen. Dit proefschrift heeft aangetoond hoe de kenmerken van microbi\u00eble gemeenschappen en redoxcondities het lot van OMV's in de ondergrond be\u00efnvloeden, en hun persistentie of biodegradatiepotentieel dicteren. Aangezien de ondergrond voornamelijk een anaerobe omgeving is, met redox-verschuivende lagen en als gevolg verschillende microbi\u00eble gemeenschappen, is het belangrijk om de dynamiek van OMV-biodegradatie en TP-vorming in dergelijke omgevingen verder te ontrafelen. Deze inzichten zullen leiden tot een realistischer begrip van het lot van OMV's in de water(re)cyclus, wat bijdraagt aan een veiliger en duurzamer waterhergebruik om aan de toenemende vraag naar zoet water te voldoen.","summary":"Freshwater scarcity increasingly challenges the stability and reliability of water supply systems. Currently, half the global population experiences water scarcity at least part of the year, while one quarter lives in water-scarce regions year-round. This situation is expected to worsen due to climate change and population growth, which will further reduce water availability and increase demand. Water reuse is therefore essential to reduce the gap between demand and supply, but improved water management strategies are necessary. The subsurface has great potential for water reuse. It provides natural storage for surplus water during wet seasons, which can be reused during water-scarce periods, and it can improve water quality through soil passage. Managed aquifer recharge (MAR) technologies have been used for decades to ensure a more stable quantity and a higher quality of water for drinking water production compared to direct use of surface water. Different water sources can be infiltrated in MAR, such as treated wastewater and surface water. However, these sources often contain organic micropollutants (OMPs) that may compromise the groundwater quality. OMPs are a wide range of chemicals, including pharmaceuticals, pesticides, industrial chemicals, and their transformation products (TPs), which can be detected in the environment at concentrations ranging from ng\/L to \u00b5g\/L. Although some are included in monitoring programs for the quality of treated effluents, surface water, and groundwater, regulatory frameworks target only a limited subset of OMPs, overlooking numerous potentially hazardous compounds, particularly TPs. A more complete characterization of reused water sources is needed to establish safe and sustainable water reuse. Moreover, the fate of OMPs entering the subsurface remains uncertain. A combination of factors plays a role in determining whether OMPs are transported unchanged with the water flow, retained in soil and aquifers, or (further) transformed into TPs. These factors include molecular properties (e.g., charge state) and environmental conditions (e.g., subsurface redox conditions). The extent of their influence on OMP fate and transformation needs further investigation, especially under anaerobic conditions typical of the subsurface. Previous MAR studies focused mainly on the removal of OMPs to evaluate water quality improvements, while transformation into TPs, potentially more persistent and toxic, needs further investigation. This thesis aimed to provide new insights into the occurrence and fate of OMPs and their TPs in reused water and in the subsurface. To achieve this, we combined field investigations (Chapters 2 and 3) and laboratory experiments (Chapters 4 and 5) to better understand the range of OMPs present in reused water, their transport and transformation processes in the subsurface, and the environmental factors influencing OMP transformation. This integrated approach relied on advanced methods, including target and non-target analytical techniques and in-silico prediction methods. Chapter 1 introduces the global challenge of water scarcity and the potential of the subsurface to support water reuse for a growing population. It outlines the different factors, both intrinsic molecular characteristics of OMPs and environmental conditions, influencing the fate of OMPs in the subsurface, and identifies the main research gaps that still need to be addressed to achieve a more sustainable and safe water reuse. In Chapter 2, we investigated a subsurface irrigation system in which treated effluent from a municipal wastewater treatment plant (WWTP) was infiltrated below the surface to irrigate an agricultural field. The study included two years: one with normal precipitation (2017) and one dry year (2019), allowing for the assessment of climate change effects on water quality. Non-target analysis of the WWTP effluent revealed that TPs were prevalent, accounting for up to 80% of all detected OMPs. This finding highlights the need to include TPs in water quality monitoring for a more accurate risk assessment of water reuse. We also studied OMP transport and transformation by analyzing samples collected at different depths close and between infiltration pipes. The results indicated that some OMPs were persistent and reached deeper layers in the field, while the detection of TPs not present in the effluent is a potential indicator of OMP biodegradation. The movement of OMPs in the irrigated field was influenced by several factors, including hydrological conditions: in the dry year, capillary rise and TP formation were enhanced in the vadose zone, whereas under normal precipitation, vertical percolation and movement along the groundwater fluxes were predominant. The main transformation reactions inferred were demethylation and oxidation, both supported by aerobic OMP transformation. Chapter 3 focuses on a MAR system where surface water (receiving effluents from five WWTP upstream) was infiltrated into the subsurface through infiltration ponds. MAR removal efficiency was evaluated by comparing the quality of infiltrated and abstracted water. Target OMP analysis based on drinking water monitoring programs showed an overall OMP removal of approximately 60%. Non-target analysis, however, revealed the presence of numerous TPs in both the infiltrated and abstracted water, as well as in the finished drinking water. As TPs are overlooked in most water quality monitoring programs, their inclusion is crucial for a more accurate risk assessment of water reuse. Transport and (bio)degradation of OMPs along the flow path towards the main abstraction well was also examined. The combination of charge state and hydrophobicity (log Dow) proved useful for describing and predicting the OMP transport. Persistent, mobile, and negatively charged compounds passed through the system unchanged. For example, PFAS concentrations remained largely stable during soil passage and were detected in the abstracted water. The detection of TPs not present in the infiltrated water indicated OMP transformation in MAR. However, some of the TPs were more persistent than the parent compounds and were detected in the abstracted water. Overall, while MAR can improve water quality, pre- or post-treatment may still be needed to remove persistent OMPs or those generating persistent TPs. Chapter 4 presents a laboratory study investigating the effects of microbial diversity on OMP biodegradation and TP formation. Solid-phase dilution-to-extinction was applied to an active inoculum from the subsurface irrigation field (Chapter 2) to create microbial communities with sequentially reduced diversity. Batch experiments with communities at three diversity levels were incubated under aerobic and nitrate-reducing conditions for an initial regrowth period, after which they were spiked with a mixture of 20 OMPs, including pharmaceuticals, pesticides, and industrial chemicals. Over the > 100-day incubation, OMP biodegradation was followed with target LC-MS analysis, while TP formation was tracked through non-target LC-HRMS analysis. High- and medium-diversity communities showed faster rates and more extensive biodegradation, producing more later-generation TPs. In contrast, low diversity communities showed slower and less complete OMP biodegradation. Degradation under nitrate-reducing conditions was slower and less efficient than under aerobic conditions, yet the positive association between biodegradation, TP formation, and diversity remained valid. In-silico predictions with BioTransformer and OPERA models indicated that none of the detected TPs were dead-end, though two showed potential endocrine-disruptive effects. Microbial diversity, therefore, highly influenced OMP biodegradation and TP formation processes, but it is still largely overlooked in standardized persistence tests such as OECD guidelines. Incorporating diversity measures, such as alpha diversity metrics, could improve their environmental relevance. Chapter 5 further studies the role of redox conditions using batch experiments under aerobic, nitrate-, iron-, and sulfate-reducing conditions using two natural inocula: soil (as in Chapters 2 and 4) and WWTP effluent-impacted ditch. Aerobic conditions supported the highest biodegradation performance, with more OMPs being degraded, higher rates, and more TPs produced, including later-generation TPs. In contrast, sulfate-reducing conditions were the least effective. Biodegradation patterns of most OMPs were redox-dependent also in terms of biodegradation pathway. Redox-specific TPs were detected, indicating different removal pathways likely reflecting distinct microbial community composition under each redox condition. Predictions of TP biodegradability (with Biowin3) and toxicity (with MS2Tox) indicated that TPs were more biodegradable and less toxic compared to their PCs, though a few exceptions with increased toxicity and lower biodegradability potential were observed. Notably, some TPs obtained under anaerobic conditions were less toxic than those formed under aerobic conditions from the same parent compound. These findings underline the need to account for redox conditions, too, in regulatory assessment of OMP persistence and support the optimization of redox zones in MAR systems. Finally, Chapter 6 provides a summary and a general discussion of the outcomes of this research, outlining practical implications and future perspectives. Throughout our study, TPs emerged as widespread yet overlooked in water reuse systems. Although our assessment showed that generally TPs produced are less toxic, more biodegradable, and more mobile than the respective parent compounds, some exceptions were observed, highlighting the need for a better representation of TPs in monitoring programs, regulatory frameworks, and standardized persistence assessment. Likewise, in situ environmental conditions should be better considered in the standardized tests. This thesis demonstrated how microbial community characteristics and redox conditions influence the fate of OMPs in the subsurface, dictating their persistence or biodegradation potential. As the subsurface is mainly an anaerobic environment, with redox-shifting layers and consequently different microbial communities, it is important to further unravel OMP biodegradation and TP formation dynamics in such environments. These insights will provide a more realistic understanding of OMP fate in water (re)cycle, supporting a safer and more sustainable water reuse to meet the increasing freshwater demands.","auteur":"Alessia Ore","auteur_slug":"alessia-ore","publicatiedatum":"26 juni 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/alessiaore?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/3e7ab877-2c37-4357-a2d0-7ee02ba21deb\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"18774","isbn":"978-94-6534-363-1","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":15139,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15137","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=15137"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15137\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":15140,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/15137\/revisions\/15140"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/15138"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=15137"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=15137"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}