La necessitat i ambició per entendre millor el comportament dels sistemes de sanejament d'aigües residuals de manera integrada és una de les prioritats en la gestió de l'aigua, considerant el cicle urbà de l'aigua al complet, des d'el transport, tractament i descàrrega als seus medis receptors. Per altra banda, les actuals polítiques fragmentades en la gestió dels sistemes de sanejament d'aigües residuals urbanes, el canvi global i l'ocurrència de contaminants emergents en els mitjans receptors, amenacen cada vegada més els ecosistemes d'aigua dolça i salut humana. En aquest context, es requereix un enfocament més integrat en la gestió dels elements artificials i naturals involucrats en els sistemes d'aigües residuals urbanes, on un millor coneixement de les interactuacions entre els diferents sistemes és necessària.

En aquest sentit, aquesta tesi integra una sèrie d'estudis d'investigació que apunten a millorar la nostra comprensió en el funcionament dels sistemes d'aigües residuals urbanes (UWWS), considerant el conjunt d'elements naturals i artificials, i amb un èmfasi especial en els canvis globals i ocurrència dels contaminants emergents. En aquesta tesi, s'ha desenvolupat i calibrat un model integrat per a un UWWS al NE de la Península Ibèrica, utilitzant dades recollides durant una intensa campanya integrada de monitorització, no només combinant avançats models pels diferents sub-processos, sinó també verificant els paràmetres de modelització amb dades dinàmiques i a escala. Més específicament, el treball desenvolupat en aquesta tesi s'estructura en tres parts. Primer, investiguem com funcionen els UWWS en l'eliminació de contaminants convencionals i avaluem l'impacte dels futurs escenaris de canvi global. Segon, investiguem l'ocurrència i la destinació dels productes farmacèutics i els seus productes de transformació en el UWWS. En tercer lloc, i com a continuació d'aquest segon treball, s'estudia la influència de diferents escenaris de mostreig en l'estimació de càrregues i atenuació dels micro-contaminants en UWWS.

La tesi destaca la necessitat d'enfocaments integrats per comprendre millor el rendiment de les EDAR i els seus rius receptors, per prendre mesures contra l'augment de les concentracions de micro-contaminants i els efectes del canvi global.