El objetivo principal es evaluar la presencia ambiental de pesticidas organoclorados mediante el análisis en sedimentos de los ríos Madre Vieja y Ulapa y Laguna de Chantuto (Chiapas, México) y en las rías de Boo, Solía, Cubas y San Salvador de la Bahía de Santander (Cantabria, España).El capitulo uno da una idea general de la gestión integrada de las sustancias químicas desde un punto de vista global; presenta una revisión de los principales parámetros de calidad de los sedimentos. La presencia de estos contaminantes es una preocupación global por ello se realizo una revisión de los trabajos sobre pesticidas organoclorados en sedimentos marinos y de agua dulce en los continentes.El capitulo dos describe las áreas de estudio, los métodos normalizados utilizados y los resultados de la caracterización fisicoquímica y del análisis de los pesticidas y finalmente se comparan con los principales parámetros de calidad.El capitulo tres destaca las conclusiones de la revisión bibliografica, la evaluación desde el punto de riesgo ambiental que indica que el aldrin tiene un carácter ubicuo (problema global). / The main objective is: To assess the environmental presence of organochlorine pesticides in sediments of the rivers Madre Vieja and Ulapa and Chantuto lagoon (Chiapas, Mexico) and the rivers Boo, Solia, Cubas and San Salvador of the Santander Bay (Cantabria, Spain). The chapter 1 gives a general concept of the integrated management of the chemical substances from a global point of view. A review of the main parameters of quality of marine sediments and fresh water has been done. Because the presence of these contaminants is a global concern, a review of the studies of organochlorine pesticides in marine sediments and fresh water sediments has also been made in all the continents to know its presence world-wide.In chapter 2, the studied areas are described, the standard methods used in the experimental methodology and the results of the physico-chemical characteristics and the pesticides analysis are also presented. Finally, the results were to the main quality parameters for marine and fresh water sediments.In the chapter 3, the conclusions of this work are presented, in summary: the bibliographical review made in this study. The results from the point of view of environmental risk. The evaluation assessment of the presence or organochlorine pesticides indicates that aldrin is an ubiquitous pollutant (global problem).

Este trabajo tiene como principal objetivo el análisis cinético de la separación de compuestos organoclorados volátiles: cloroformo, diclorometano y tricloroetileno de sus disoluciones acuosas mediante pervaporación, utilizando membranas comerciales cuyo componente activo es caucho de silicona.Inicialmente se ha realizado un estudio exhaustivo de la pervaporación de disoluciones acuosas de cloroformo. Se han utilizado dos sistemas con configuración geométrica de la membrana diferente:i) Membrana plana dispuesta en una celda con flujo radial. Se observó una gran influencia del caudal de alimentación en el flujo de cloroformo, correlacionando dicha influencia mediante una expresión con grupos adimensionales.ii) Configuración tubular, utilizando fibras huecas. Se propuso un modelo matemático considerando la presencia de perfiles radiales de velocidad y concentración a lo largo de las fibras y determinando la difusividad de cloroformo en disoluciones acuosas como parámetro característico del sistema.Finalmente se derivo un modelo genérico para el transporte de materia en pervaporación de mezclas multicomponentes. Su aplicación a la separación de mezclas diluidas de VOCs permite la estimación de los parámetros que caracterizan el transporte de materia y la discriminación de las resistencias al flujo en función de las variables operativas. / This work has as main objective the kinetic analysis of the separation of volatile organochlorine compounds: chloroform, dichloromethane and trichloroethylene from aqueous solutions of by pervaporation using commercial membranes made of silicone rubber.Initially a comprehensive study of the pervaporation of aqueous solutions of chloroform has been done. Two systems have been used with the membrane geometry different:i) A flat membrane cell with outward radial flow between two plates. The liquid phase mass transfer coefficients were correlated with the operating variables flow rate and temperature using dimensionless groups.ii) Pervaporation in hollow fiber devices. A systematic methodology has been applied to the analysis of the mass transfer rate of the separation process. A mathematical model resulting from the solution of the continuity equation of the feed phase flowing in laminar regime through the hollow fiber module has been proposed.Finally, a generic model is derived for studying the mass-transfer kinetics of the pervaporation of multicomponent mixtures. Applying it to the pervaporation of dilute mixtures of VOCs permits the estimation of the representative mass-transfer parameters and discrimination of the relative importance of the mass-transport resistances to the pervaporation flux as a function of operation variables.

La interacció dels organismes bentònics amb el sediment es relaciona, bàsicament, amb els processos de bioturbació i els de rugositat de fons. Els principals factors implicats en la mobilització de sediment a la plataforma interna són els corrents i l'onatge, però els organismes bentònics tenen un paper modulador destacat, ja que generen els majors impactes sobre les propietats geotècniques del sediment, controlen les taxes de bioturbació i són la principal font de generació de relleu en fons plans. El principal objectiu principal de la tesi és estudiar les interaccions entre els organismes bentònics i el sediment a la plataforma interna, focalitzant l'estudi en els processos de bioturbació i rugositat de fons associada a les comunitats bentòniques i les seves implicacions en la dinàmica sedimentària. Amb aquest finalitat s'han estudiat dues zones al Delta de l'Ebre (9 i 18 metres de fondària) i s'han realitzat 7 campanyes entre novembre 2001 i setembre 2002. Les condicions hidrodinàmiques s'han monitoritzat i l'anàlisi textural i geoquímic del sediment s'ha realitzat. Les comunitats i les seves abundàncies han segut mostrejades a diverses escales de mida d'organismes, amb dragues (macrofauna) i amb rastellers comercials (megafauna). A més, s'ha analitzat la distribució i abundància dels diversos taxons al perfil sedimentari. Finalment, s'ha enregistrat mitjançant tècniques audiovisuals l'activitat dels organismes i la micromorfologia superficial 9 m.La mida de gra mitjana presenta variacions temporals i en la vertical (de mitjana 110 µm a 9 m i 33 µm a 18 m), les quals estan influïdes, a més de les condicions hidrodinàmiques, per les tanatocenosis de mol·luscs i l'abundància i activitat bioturbadora de les comunitats. L'onatge controla a grans trets la distribució de les tres poblacions de mida de gra al perfil sedimentari i la mida de gra mitjana. A més, tanatocenosis de mol·luscs, amb mides superiors a 2 mm, es detecten a partir dels 6 cm de fondària al perfil. Les dues zones presenten una composició faunística diferent, però totes dues estan controlades per pocs taxons. Les comunitats presenten les màximes abundàncies a la primavera per a la macrofauna de les dues zones i per a la megafauna a 9 m. Els components biogènics representen un part significativa del sediment superficial a la zona litoral del delta de l'Ebre (entre 10 i 20 m, 1,1·106 m3) i, per tant, la contribució biogènica pot resultar un factor determinant per establir el balanç sedimentari a mitjà-llarg termini a la zona litoral del Delta de l'Ebre.Les activitats bioturbadores estan condicionades pels taxons més abundants (O. texturata, S. subtruncata, P. microtuberculatus i B. brandaris) i presenten les màximes activitats bioturbadores entre la primavera i la tardor a les dues zones. O. texturata és el principal responsable de la modificació de la micromorfologia superficial del fons. Per altra banda, l'abundància dels organismes i la taxa de bioturbació decreix al perfil vertical. Tenint en compte aquest aspecte, s'ha proposat un model hiperbòlic com a eina per poder quantificar més acuradament l'impacte de les comunitats sobre l'estructura del sediment. L'activitat bioturbadora és significativa fins els 6 primers centímetres. Els components de la rugositat de fons estudiats, rugositat biòtica (Kbio) i associada a ripples (Krip), són d'una magnitud semblant a la zona d'estudi. La Kbio està basada en els individus de O. texturata i en fragments de mol·luscs. Finalment, l'anàlisi de sensibilitat realitzat per testar l'efecte de la Kbio sobre la dissipació de l'onatge indica que l'increment de la Kbio origina una disminució de l'altura d'ona per fricció. Aquest resultat assenyala la influència que les comunitats bentòniques poden tenir sobre les condicions que faciliten la resuspensió i transport de sediment. / Benthic organisms' interactions with sediment are basically related with processes of bioturbation and bottom roughness. The main factors involved in sediment mobility in the inner shelf are currents and waves, but organism have a modulator role because they impact over sediment geotechnical properties, they control bioturbation rates and because they are the most important source of roughness generation in flat bottoms. The aim of this paper is to study the interactions among benthic organisms and sediment in the inner shelf, focusing it in bioturbation processes and biological bottom roughness, and consequences for the sedimentary dynamics.Two areas in the Ebro Delta inner shelf have been studied (9 and 18 m depth) and 7 surveys, from November 2001 to September 2002, have been performed. Hydrodynamic conditions have been monitored. Sediment has been sampled and textural and geochemical analyses have been performed. Communities have been sampled at different scale sizes of organisms, with dredges (macrofauna) and with commercial beam trawl -rasteller- (megafauna). Moreover, taxa distribution and abundance through sedimentary profile have been analyzed. Finally, organisms' activity and superficial morphology at 9 m depth have been recorded with audiovisual techniques.Average sediment grain size show temporal and vertical variations (on average 110 µm at 9 m and 33 µm at 18 m depth), which are influenced by hydrodynamic conditions as well as molluscs' tanatocenosis and community's abundance and bioturbatory activity. Waves roughly control the distribution through sediment profile of the three grain size populations detected and the average sediment grain size. In addition to this, molluscs' tanatocenosis, with sizes bigger than 2 mm, are detected from 6 cm to depth. Both areas show a different faunistic composition, but, on the other hand, they are basically controlled by few taxa. Communities display the highest abundances in spring for the macrofauna in both areas and for the megafauna at 9 m station. Biogenic components constitute a significant part of the superficial sediment in the littoral area of the Ebro delta (between 10 and 20 m, 1,1·106 m3) and, in this sense, the biogenic contribution could be a determining factor to establish the sedimentary budget in a medium-long term in the littoral area of the Ebro delta.Bioturbatory activities are conditioned by the most abundant taxa (O. texturata, S. subtruncata, P. microtuberculatus and B. brandaris) and the maximum are displayed between spring and autumn in both areas. O. texturata is the main responsible of changes in the superficial micromorphology of the bottom. On the other hand, organisms' abundance and bioturbation rate decreases with depth. Taking into account this issue, it has been suggested a hyperbolic model as a tool for quantifying more accurately the impact of organisms over the sediment structure. Bioturbatory activity is significant for the upper 6 cm.Studied Bottom roughness components, biotic roughness (Kbio) and ripple roughness (Krip), show similar magnitudes in the studied area. Kbio is based on O. texturata individuals and molluscs pieces. Finally, a sensibility analysis used to test the Kbio effect over waves dissipation indicates that a Kbio increase makes a wave height decrease by friction. This result emphasizes the influence that benthic communities could have over conditions that facilitate resuspension and sediment transport.

Se trata de una Tesis Doctoral realizada en la modalidad de Tesis Doctoral por artículos, con el objetivo de analizar, en una perspectiva comparada con relación a los Sistemas de Gestión Medioambiental, qué son y qué objetivos tienen los Sistemas de Gestión Energética basados en el estándar ISO 50001, cuáles son las motivaciones que llevan a las organizaciones empresariales a implantar y certificar estos sistemas, y cuáles son los principales beneficios que dichas organizaciones empresariales obtienen de la adopción de los Sistemas de Gestión Energética basados en el estándar ISO 50001. Se entiende que se trata de un tema de relevancia e interés para los distintos agentes involucrados en la adopción del paradigma de la gestión medioambiental y de la empresas sostenible y socialmente responsable. / It is a Doctoral Thesis carried out as an article-style dissertation with the aim of undertaking research aimed clearly at contributing its grain of sand to the specific line of research in which it is framed. The articles that make up this Doctoral Thesis fall within the ambit of work which, as reflected in this paper, is aimed at analyzing, in a comparative perspective in relation to the Environmental Management Systems , what are the goals of Energy Management Systems based on the ISO 50001 standard, the motivations that lead to business organizations to implement and certify these systems and what are the main benefits of these organizations with the adoption of Energy Management Systems based based on ISO 50001 standard are. We understand that the theme is of relevance and interest for the different players involved in adopting the paradigm of quality management, and was carried out with this aim in mind.

Human and veterinary pharmaceuticals have been recognized as ubiquitous water microcontaminants with potential subtle detrimental effects on aquatic organisms. The majority of pharmaceutical compounds, after being consumed and excreted, end up in municipal WWTPs, which are not typically designed for complete pharmaceutical removal. Therefore, effluents from WWTPs constitute a low concentration, but continuous source of pharmaceutically active compounds to the aquatic environment. The main objective of the thesis is to acquire and provide with knowledge not only on the occurrence of pharmaceutical compounds in wastewater, but on their biodegradation within WWTPs and their discharge into the receiving media. The obtained results demonstrate conventional wastewater treatment’s variable efficiency when removing the pharmaceutical compounds load and the advance treatment’s contribution to their overall removal. It has also been possible to model the behaviour of a selected pharmaceutical and its transformation products. And it also includes investigation of an antibiotic’s impact on the bacterial community performance, and the antibiotic resistance genes phenomenon. Finally, the role and usefulness of proteomics when investigating the possible proteins involved on the biodegradation pathways of certain pharmaceutical compounds / Els compostos farmacèutics d’ús humà i animal s’han identificat com a microcontaminants aquàtics omnipresents amb possibles efectes nocius sobre el medi ambient. La major part d’aquests compostos, un cop consumits i excretats, van a parar a les EDARs, que no estan dissenyades per eliminar-los completament. En conseqüència, els efluents d’aquestes esdevenen un flux, poc concentrat però constant, de fàrmacs cap al medi aquàtic. L’objectiu principal d’aquest treball és el d’adquirir i proporcionar coneixement pel que fa tant a la presència d’aquests compostos farmacèutics a les aigües residuals, com a la seva degradació en EDARs i la seva descàrrega al medi receptor. Els resultats obtinguts demostren la variabilitat en l’eficàcia dels tractaments convencionals d’aigües residuals i la contribució dels processos avançats a l’hora d’eliminar els fàrmacs. També s’ha aconseguit modelar el comportament d’un fàrmac i dels seus productes de transformació. S'ha abordat també, l’impacte d’un antibiòtic sobre la comunitat bacteriana a nivell microbiològic i el fenomen dels gens de resistència antibiòtica. I, finalment, el paper de tècniques proteòmiques a l’hora de buscar possibles proteïnes involucrades en el procés de biodegradació de certs compostos farmacèutics

In the current energy crisis and climate change context, energy use of biogas has gained relevance, since it is possible to get energy from waste, and also minimizes the emission of methane into the atmosphere. However, biogas contains between 0.1-0.5% v / v H2S (1000-5000 ppmv), which must be removed in order to produce energy because, apart from producing a strong odor, its combustion mighty generate highly corrosive species, harmful to health and the environment, such as sulfur oxides and sulfuric acid. In this sense, biological treatments have proved to be very competitive when compared to physicochemical techniques, since they do not require the addition of reagents, using the metabolism of microorganisms to oxidize potential contaminants. Oxygen transfer to the aqueous phase is key to the proper operation of biotrickling filters, since for each mole of hydrogen sulfide degraded two moles of oxygen are required. Under conditions of oxygen deficit in the liquid phase, the oxidation reaction is not complete, thus accumulating elemental sulfur (an intermediate product) in the filter packing material. Sulfur is an insoluble pasty solid and, therefore, its accumulation increases operating costs. Eventually, if corrective actions are not scheduled, the biofilter can become completely clogged. The biofiltration process of an industrial scale biotrickling filter, which eliminates between 2000-2500 ppmv H2S at a gas flowrate of 80 m3 h-1 has been studied. The reduction of 0.8 pH units in the operation reported a 78% reduction in water consumption, which is used to regulate the pH. The viability of the biological oxidation of sulfur accumulated on the computer was checked, eliminating 40% of the sulfur accumulated on the packed bed in 21 days. This study proposes the use of intensive aeration equipment such as venturi devices, in order to supply the necessary amount of oxygen to maximize the formation of sulfate. Sulfate is finally removed from the biofilter by purging the liquid phase. For this purpose, three commercial aeration devices have been tested: a membrane diffuser, a jet-venturi and an venturi-efector operating at conditions similar to those usually found in biofiltration of hydrogen sulfide. Experiments were carried out under conditions similar to those that occur in biofiltration of hydrogen sulfide present in biogas: pressure greater than atmospheric pressure and the presence of sulfate in the liquid phase. Also, the effect of venturi configuration was tested by measuring the pressure drop along the device. With the diffuser membrane the effect of adding a non-aqueous phase in order to maximize oxygen transfer and the use of pure oxygen instead of air was studied. An intensive gas-liquid contactor (jet-venturi) was selected based on its energy consumption and efficiency in oxygen transfer. This device was implemented in an industrial scale biotrickling filter, reporting an improved conversion to sulfate (32%), with a 78% reduction of air supply. The operation of the biofilter with the jet-venturi resulted in an improvement in robustness and reliability of the desulfurizing system. Finally, a mathematical model that predicts the formation of sulfur and sulfate was developed. This rigorous model approach had not been reported until now. The model was calibrated and validated in two biofilters: a lab-scale and an industrial scale. A satisfactory fitting of the experimental and simulated data was obtained. / En l’actual context de crisi energètica i canvi climàtic, l’aprofitament energètic del biogàs ha guanyat rellevància, donat que s’obté energia a partir dels residus i, alhora, es minimitza l’emissió de metà a l’atmosfera. Tanmateix, el biogàs conté entre 0.1-0.5 % v/v de H2S (1000–5000 ppmv), el qual ha de ser eliminat per tal d’aprofitar energèticament el biogàs, ja que, a part de desprendre una forta olor desagradable, al cremar és convertit en espècies altament corrosives, perjudicials per la salut i el medi ambient, com són els òxids de sofre i l’àcid sulfúric. En aquest sentit, els tractaments biològics han demostrat ésser molt competitius enfront les tècniques fisicoquímiques, ja que no requereixen l’addició de reactius, aprofitant el metabolisme dels microorganismes per tal d’oxidar els possibles contaminants. La transferència de l’oxigen a la fase aquosa és un factor clau per al correcte funcionament dels biofiltres percoladors, ja que per cada mol de sulfur d’hidrogen que es degrada són necessaris dos mols d’oxigen. En condicions de dèficit d’oxigen a la fase líquida, la reacció d'oxidació no es completa, i s’acumula sofre (producte intermedi) al material de rebliment de l’equip. El sofre és un sòlid pastós i, per tant, la seva acumulació augmenta els costos d’operació. Eventualment, si no es realitza una acció correctora, pot arribar a obturar totalment el biofiltre. S’ha estudiat el procés de biofiltració operant un biofiltre a escala industrial, que permet eliminar entre 2000-2500 ppmv de H2S amb un cabal de gas mitjà de 80 m3 h-1. La reducció del pH d’operació en 0.8 unitats ha reportat una reducció del 78 % del consum d’aigua, que s’usa per a la regulació del pH. S’ha comprovat la viabilitat de l’oxidació biològica de part del sofre acumulat a l’equip, eliminant el 40 % del sofre acumulat a l’equip en 21 dies. En el present estudi es proposa l’ús de dispositius intensius d’aeració, com són els dispositius venturi, per tal de poder subministrar la quantitat necessària d’oxigen per maximitzar la formació de sulfat. Aquest és posteriorment eliminat de l’equip mitjançant purgues de la fase líquida. Per a aquest fi s’han estudiat tres dispositius d’aeració comercials: un difusor de membrana, un ejector venturi i un jet venturi, en condicions d’operació similars a les que es donen en la biofiltració del sulfur d’hidrogen. S’han realitzat experiments en condicions similars a les que es donen en la biofiltració del sulfur d’hidrogen present al biogàs: pressió superior a l’atmosfèrica i presència de sulfat a la fase líquida. També s’ha estudiat l’efecte de la configuració del venturi, realitzant mesures de pèrdua de càrrega al llarg del dispositiu. Amb el difusor de membrana s’ha determinat l’efecte d’addicionar una fase no aquosa, per tal de maximitzar la transferència d’oxigen, i l’ús d’oxigen pur enlloc d’aire. L’equip que ha estat seleccionat, degut a la seva idoneïtat en base al seu consum energètic i l’eficàcia en la transferència d’oxigen, ha estat el jet venturi. Aquest dispositiu ha estat implementat en un biofiltre a escala industrial, reportant una millora en la conversió a sulfat del 32 %, amb una reducció del subministrament d’aire del 78%. L’operació del biofiltre amb el jet venturi s’ha traduït en una millora en la robustesa del sistema, ja que operant amb aquest dispositiu quan la càrrega d’entrada disminueix s’oxida parcialment el sofre acumulat a l’equip, mentre que amb el compressor, quan disminuïa el cabal de biogàs a tractar es parava l’entrada d’aire, empitjorant els problemes d’acumulació de sofre. Finalment, s’ha desenvolupat un model matemàtic que permet predir la formació de sofre i sulfat, fet que no havia estat reportat fins al moment. Aquest model ha estat ajustat i validat per dos biofiltres: un a escala laboratori i un a escala industrial. S’ha obtingut un ajust satisfactori de les dades experimentals i les simulades.

The meat sector is one of the most important industrial sectors in Europe and it is associated with the generation of large quantities of animal by-products not intended for human consumption (ABPs). The increasing demand of renewable energy sources and reuse of wastes require good technological solutions for energy production such as anaerobic digestion (AD), which is included in the current European regulation as one of the allowed methods to valorize ABPs. Due to their composition, with high fat and protein content, ABPs can be considered good substrates for the AD process, according to the high potential methane yield. Although, slow hydrolysis rates and inhibitory process have been reported, with a suitable pre-treatment to improve particulate materials solubility and/or co-digestion process of several complementary materials the anaerobic digestion can be improved. Hence, the aim of this thesis was to evaluate the feasibility of different ABPs for anaerobic digestion. Emphasis was placed on the effect of pre-treatments on the organic matter, methane yield and methane production rate. Within this scope, thermal (pasteurization and sterilization) and high pressure pre-treatments (200, 400 and 600 MPa) were applied. Thermogravimetric and spectroscopy techniques (DTG-MS and FTIR), where used to determine the effects on the organic matter. The effects on the methane yield and methane production rates, including the disintegration parameters, were obtained by means of batch test with different inoculum to substrate ratios (ISR). The suitability of ABP for anaerobic digestion was confirmed with samples from different origin (poultry and piggery slaughterhouses) but the results showed that methane yield depends on the substrate composition (amount of proteins, fats and carbohydrates), especially when a thermal pre-treatment is applied. The thermal pre-treatment produced some inhibitory nitrogen-related compounds when there was a high carbohydrate and protein concentration and also affected the methane potential rate. On the other hand, thermal pre-treatments (pasteurization and sterilization) increased the methane production rate and methane production yield in the case of a waste with high protein and fat concentration. The results of the disintegration kinetics determination underline these positive effects on the methane production rate being increased in the after pasteurization. The high pressure pre-treatments were tested with piggery ABP without obtaining any effect on the methane production or methane production rate. The study and optimization of the co-digestion of pasteurized ABP with pig slurry was reported, including the glycerin addition. It showed to be feasible and glycerin addition resulted in an improvement of the methane production. Changes in the microbial composition were followed by means of denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) and it was demonstrated that the microbial community of the Eubacteria domain was more sensitive to operational changes than the Archaea domain. In conclusion, this study contributes to the understanding of the anaerobic process of ABP mainly related to the effect of the thermal pre-treatments and the optimization of the co-digestion process. / El sector cárnico lleva asociada la generación de grandes cantidades de subproductos animales no destinados al consumo humano (SANDACH). La demanda de fuentes de energía renovables y la reutilización de los residuos requieren soluciones tecnológicas tales como la digestión anaerobia (DA), proceso incluido en el reglamento europeo actual como uno de los métodos permitidos para valorizar estos subproductos. Debido a su composición rica en grasa y proteína, los SANDACH son considerados buenos sustratos para la DA, dado su elevado rendimiento teórico de producción de metano, aunque se han notificado tasas de hidrólisis lentas y procesos inhibitorios. Con un pretratamiento adecuado, que mejore la solubilidad de los materiales particulados, y/o un proceso de codigestión con residuos complementarios, la DA se podría mejorar. El objetivo de la presente tesis es evaluar la viabilidad de diferentes SANDACH para la DA, centrándose principalmente en el efecto de los pretratamientos sobre la materia orgánica, el rendimiento y la tasa de producción de metano. Para ello se emplearon pretratamientos térmicos (pasteurización y esterilización) y de altas presiones (200, 400 y 600 MPa). Posteriormente, se utilizaron técnicas termogravimétricas y de espectroscopía (DTG-MS y FTIR), además de una caracterización clásica, para determinar los efectos sobre la materia orgánica, mientras que los efectos sobre la producción de metano, incluyendo los parámetros de desintegración, se obtuvieron por medio de ensayos discontinuos con diferentes ratios inoculo/sustrato. La idoneidad de los SANDACH para la DA fue confirmada con residuos de mataderos avícola y porcino, pero los resultados mostraron que el rendimiento de metano dependía de la composición relativa (proteínas, grasas e hidratos de carbono) de cada sustrato, especialmente en el caso de los pretratamientos térmicos. Se observó que cuando el residuo contenía una elevada concentración de hidratos de carbono y proteínas, se generaban compuestos nitrogenados recalcitrantes durante el pretratamiento térmico que afectaban negativamente a la tasa de producción de metano. Por el contrario, cuando el residuo tenía una concentración elevada de proteína y grasa, tanto la tasa de producción como el rendimiento de metano aumentaron tras la pasteurización y esterilización. Estos resultados fueron confirmados mediante el estudio de la cinética de desintegración. En último lugar, el pretratamiento a altas presiones, aplicadas a residuo de matadero de cerdo, no modificó la biodegradabilidad ni el rendimiento de metano del residuo. En paralelo, se estudió la codigestión en continuo de SANDACH pasteurizado con purín porcino y glicerina, optimizándose la producción de biogás mediante el control de la composición de la mezcla de residuos a tratar. Se observaron cambios en las poblaciones microbianas (monitorizados mediante DGGE) y se comprobó que las eubacterias fueron la comunidad dominante, aunque también más sensible a los cambios operacionales que las arqueas. En conclusión, la producción de biogás a partir de SANDACH se ha mostrado factible, mejorando su DA mediante codigestión con otros residuos que permitan equilibrar su composición y un pretratamiento térmico, siendo la eficacia de este muy dependiente de la composición en proteínas e hidratos de carbono.

El hidrógeno tiene un gran potencial como combustible limpio y "verde" del futuro. En consecuencia, en esta tesis se ha investigado el desarrollo de una producción sostenible de hidrógeno y otros productos químicos a través del estudio de: 1) El comportamiento fermentativo de microorganismos anaerobios productores de hidrógeno a partir de glicerol puro y glicerol bruto contenido en el biodiesel; 2) Lainmovilización de los microorganismos en una superficie de soporte sólido; 3) La integraciónde la fermentación oscura con la hidrólisis catalítica de celulosa. Los resultados fueron los siguientes: i) Las recién aisladas bacterias Enterobacter SPH1 y Citrobacterfreundii H3 pueden fermentar el glicerol y producir niveles óptimos de H2; ii) La bacteria hipertermófilaThermotogamaritima DSM3109 puede crecer en glicerol puro y crudo; iii) El Co-cultivo (1:1) de Enterobacter SPH1 y E. coli CECT432 es capaz de producir cantidades significativas de H2 a partir de glicerol en bruto; iv) La inmovilización de los microorganismos en soportes y la adición de especies de hierro mejora la conversión de glicerol y producción de H2; i) Enterobacter SPH1 y Citrobacterfreundii H3 fueron capaces de producir H2 a partir de la fracción soluble en agua obtenida directamente de la hidrólisis de celulosa catalizada por ZrO2. Estos nuevos hallazgos mejoran nuestra comprensión de la producción microbiana de hidrógeno, y se espera que en el futuro conduzcan a la producción sostenible a partir de glicerol crudo y celulosa. / Hydrogen has a significant potential as clean and ‘green’ fuel of the future. Accordingly, this thesis investigated how to generate a sustainable production of hydrogen and other chemical commodities through study of: 1) Fermentative behavior of anaerobichydrogen producing microorganisms from pure glycerol and biodiesel waste crude glycerol; 2) The advantage of using a solid supportimmobilisationof microorganisms 3) The integration of the dark fermentative system with the catalytic hydrolysis of cellulose. The findings were: i) Newly isolated bacteria Enterobacter spH1 and Citrobacterfreundii H3 can use glycerol and produce optimal levels of H2 ii) The hyperthermophileThermotogamaritima DSM 3109 can grow on both pure and crude glycerol; iii) Co-culture (1:1) of Enterobacter spH1 and E. coli CECT432is able to produce significant amount H2 from crude glycerol; iv) Microorganisms immobilisation on supports and addition of ironspecies enhance the glycerol conversion and H2 production; v) Enterobacter spH1 and Citrobacterfreundii H3 were able to produce H2 of water soluble fractionfrom the catalytic hydrolysis of cellulose by ZrO2 material. These new findings improve our understanding of hydrogen production, and hopefully lead to sustainable production from crude glycerol and cellulose in the future.

Textile industry consumes large amount of water in their processes, mainly in dyeing and finishing operations. In general, during the dyeing process, up to 30% of dyes used can be discharged into wastewater. For this reason, the wastewater generated by this industry is characterized by high colouration. Different treatments such as biological or physico-chemical processes have been used to treat this kind of wastewater. Nonetheless, these treatments do not degrade dyes and, in general, a post-treatment is required. In recent years, the interest for the application of membranes technologies to the removal of dyes has increased significantly. In this work, the feasibility to treat textile effluents containing residual dyes by means of membrane processes has been studied. In addition, the reuse of recovered dyes and/or treated water in new dyeing processes has been also tested. With this propose, two classes of dyes were selected: vat, represented by indigo, and disperse dyes. Vat dyes are one of the most popular dyes in the textile industry, especially indigo dye which is used in the denim industry. Its main advantage is the low solubility in water when is into its oxidized form, being easily separated by means of membranes. Before the membrane study, it was necessary to develop and validate analytical methods for indigo dye determination in dye baths. Although the three studied methods were able to quantify the indigo dye, the redox titration was selected as the most suitable for the measurement of indigo dye concentration in dye baths. Regarding the membrane treatment, industrial effluents that contained indigo dye were treated by means of different PVDF ultrafiltration membranes at laboratory and semi-industrial scale. The membrane treatment enabled to remove and recover indigo dye from wastewater. Moreover, the concentrates containing 20 g·L-1 of indigo dye were able to be reused in new dyeing processes. Fabrics dyed with 100% of recovered indigo exhibited similar characteristics than the ones obtained with the commercial dye. Disperse dyes were selected because they are used for dyeing of polyester which is the most consumed fibre in the world. First of all, synthetic effluents containing disperse dyes were treated by a PVDF ultrafiltration membrane. About 90% and 96% COD decrease and dye removal were achieved, respectively. The 100% of the obtained permeate was reused in new dyeings and no significant colour differences were observed between reference fabrics and the ones dyed with the permeate. Subsequently, textile effluents supplied by a polyester mill were treated by coupling a homogenization-decantation treatment with two PVDF ultrafiltration membranes at both laboratory and semi-industrial scale. At the end of treatments, the COD removal was 66% and colour reduction was 30%. Regarding the permate study, 100% permeate could be reused in the case of monochromies whereas 50% permeate was reused for trichromies. Finally, a hybrid treatment based on the combination of polysulphone membrane microfiltration and heterogeneous photocatalytic process was evaluated to degrade disperse dyes. The photocatalytic treatment was optimized and provided 60-90% dye degradation and COD removal from 70% to 98%. The membrane treatment enabled to separate the TiO2 particles and provided very high quality permeates. / La industria textil consume grandes cantidades de agua en sus procesos, principalmente en las operaciones de tintura y acabado. En general, durante el proceso de tintura, hasta un 30% del colorante utilizado puede ser vertido en las aguas residuales. Por esta razón, las aguas residuales generadas por esta industria se caracterizan por presentar una fuerte coloración. Diferentes tratamientos, como procesos biológicos o físico-químicos, han sido usados para tratar este tipo de aguas residuales. Sin embargo, ninguno de estos tratamientos permite la degradación del colorante, siendo necesario un post-tratamiento. Por ello, en los últimos años, se ha incrementado el interés por la tecnología de membranas en la eliminación de los colorantes. En este trabajo, se ha estudiado la viabilidad de los procesos de membranas para el tratamiento de efluentes textiles que contenían colorantes residuales. Además, también se evaluó la posibilidad de reutilizar los colorantes recuperados y/o el efluente tratado en nuevos procesos de tintura. Para llevar a cabo este objetivo, se seleccionaron dos clases de colorantes: tina, representados por el colorante índigo, y los dispersos. Los colorantes tina son uno de los más utilizados en la industria textil, especialmente el colorante índigo el cual se usa en la industria del denim. Una de las principales ventajas de este colorante es su baja solubilidad en agua cuando se encuentra en su forma oxidada, lo que facilita su separación mediante membranas. Antes del estudio de recuperación del colorante índigo, fue necesario desarrollar y validar métodos analíticos para su determinación en los baños residuales. Aunque los tres métodos estudiados permitieron su cuantificación, el método basado en la valoración redox fue seleccionado como el más adecuado para la determinación de índigo en baños de tintura. Con respecto al tratamiento con membranas, efluentes industriales que contenían colorante índigo fueron tratados mediante membranas de ultrafiltración de PVDF a escala de laboratorio y semi-industrial. El tratamiento permitió recuperar el índigo y concentrarlo hasta 20 g·L-1, pudiendo ser reutilizado en nuevos procesos de tintura. Las tinturas llevadas a cabo con el 100% del colorante recuperado mostraron similares características que las tinturas con colorante comercial. Los colorantes dispersos fueron seleccionados debido a que se utilizan en la tintura de fibras de poliéster, la cual es la más consumida a nivel mundial. En primer lugar, los efluentes que contenían colorantes dispersos fueron tratados con membranas de ultrafiltración de PVDF, consiguiéndose hasta un 90% de DQO y un 96% de disminución en la concentración del colorante. El 100% del permeado obtenido se reutilizó en nuevas tinturas sin observarse diferencias de color significativas con respecto a las tinturas de referencia llevadas a cabo con agua descalcificada. Posteriormente, efluentes suministrados por una empresa especializada en la tintura de fibras de poliéster, fueron tratados mediante la combinación de un proceso de homogenización-decantación y dos membranas de ultrafiltración de PVDF, a escala de laboratorio y semi-industrial. Al final de ambos tratamientos, se obtuvo una eliminación de DQO del 66% y una reducción del color del 30%. El 100% del permeado obtenido pudo ser reutilizado en el caso de monocromías, mientras que el 50% fue reutilizado en tinturas con tricromías. Finalmente, se evaluó la degradación de los colorantes dispersos con un sistema hibrido formado por un procesos fotocatalítico y una membrana de microfiltración de polisulfona. El tratamiento fotocatalítico se optimizó obteniéndose una eliminación del colorante entre el 60% y el 90%, y una eliminación de DQO entre el 70% el 98%. La membrana permitió separar las partículas de TiO2, consiguiéndose un permeado de alta calidad.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu UPC / A more sustainable and secure energy supply is required for the forthcoming generations; where the actual dependence on the fossil fuel reserves should be replaced by self-sufficiency and use of renewable energy resources. Conventional sewage treatment is an energy consuming process, or more specifically, an electricity consuming process. Notwithstanding, energy on Waste Water Treatment Plants is not only considered in terms of consumption reduction, but also in terms of production of renewable energy in form of biogas. Today, achieving energy self-sufficiency is limited by the low electrical efficiencies of conventional biogas-powered Combined Heat and Power systems; but fuel cell technology is appearing on the scene in the recent years offering both a higher electrical efficiency and a further reduced environmental impact. Biogas energy valorization in fuel cells combines a high-efficient technology for electrical generation, i.e.: fuel cell, with the use of a renewable fuel, i.e.: biogas. Raw biogas contains a wide range of contaminants, mainly sulfur and organic silicon compounds (siloxanes), which pose a risk to Solid Oxide Fuel Cell operation; hence biogas requires a thorough conditioning and cleaning process upstream the fuel cell unit. Moreover, monitoring of siloxanes levels remained somewhat controversial with discrepancies on optimal sampling procedure as well as quantification technique; hindering the design and operation of siloxanes removal technologies. This work is devoted to studying and validating the whole biogas energy valorization line, including the biogas treatment system and the fuel cell operation. The integration of low-cost biological desulphurization and deep polishing physico-chemical adsorption processes with a Solid Oxide Fuel Cell has been studied in an industrial 2.8 kWe pilot plant installed in a Waste Water Treatment Plant in Spain, showing that the stringent gas quality requirements of 0.5 ppmv S and 1 mg Si/Nm3 can be satisfied with over the long-term. The technical and economic comparison of Solid Oxide and Molten Carbonate Fuel Cell performance with conventional Internal Combustion Engines and Micro-Turbines has been also conducted for different plant sizes and raw biogas compositions, confirming the relevant role that fuel cells can play on carbon neutral sewage treatment; particularly in small- and medium-size plants. Today the final justification for biogas valorization in fuel cell systems needs to be found in environmental issues as some improvements both in the performance and costs are still required. Nonetheless, this thesis demonstrates that the economics for this next-generation technology are expected for the short-term. Further collaborative research between biogas producers, suppliers of biogas treatment systems and manufacturers of fuel cells is required in the near future for Solid Oxide Fuel Cell technology deployment in the sewage sector. / El subministrament d'energia sostenible i segur és un dels reptes més rellevants per a les properes generacions, on la dependència actual en les fonts d'energia basades en combustibles fòssils haurà de ser substituïda per l'autosuficiència i l'ús dels recursos energètics renovables. El tractament convencional d'aigües residuals urbanes és un procés que consumeix grans quantitats d'energia, o més específicament, grans quantitats d'electricitat. En aquest sentit, l'energia a les Estacions Depuradores d'Aigües Residuals s'ha de tractar no només en termes de reducció del consum, sinó també en termes de producció d'energia renovable a partir del biogàs. Avui en dia, no és possible assolir l'autosuficiència energètica a causa de les baixes eficiències elèctriques dels sistemes de cogeneració convencionals alimentats per biogàs. Tot i això, en els darrers anys, la tecnologia de les piles de combustible està apareixent en escena, oferint una millor eficiència elèctrica i una reducció en l'impacte ambiental. La valorització energètica de biogàs en piles de combustible combina una tecnologia d'elevada eficiència per a la generació d'energia (la pila de combustible), amb l'ús d'un combustible renovable (el biogàs). S'ha de tenir en compte que el biogàs brut conté una àmplia gamma de contaminants, especialment compostos de sofre i de silici orgànic (siloxans), que comporten un risc operatiu per al correcte funcionament de les piles de combustible d'òxid sòlid. Per tant, s'ha d'instal·lar una etapa d'acondicionament i neteja exhaustiu del biogàs abans que es pugui introduïr a la pila de combustible. D'altra banda, la monitorització de les concentracions de siloxans presenta discrepàncies en relació al procediment òptim per al seu mostreig i en la tècnica analítica de quantificació; dificultant d'aquesta manera el disseny i la operació de les tecnologies d'eliminació d'aquests compostos. Aquest treball es centra en l'estudi i validació de tota la línia de valorització energètica, incloent el sistema de tractament de biogàs i la operació de la pila de combustible. S'ha estudiat la integració de tecnologies de dessulfuració biològica de baix cost i de processos d'adsorció fisicoquímica amb una pila de combustible d'òxid sòlid en una planta pilot industrial de 2.8 kWe instal·lada en una Estació Depuradora d'Aigües Residuals a Catalunya (Mataró). Els resultats experimentals han demostrat que les tecnologies de tractament de biogàs són capaces d'assolir els exigents nivells de qualitat de 0.5 ppmv S i 1 mg Si/Nm3 tant en el curt com en el llarg plaç. Per altra part, s'ha realitzat una estudi tècnic-econòmic comparatiu entre les piles de combustible (d'òxid sòlid i de carbonat fos) amb els motors de combustió interna i les microturbines per a diferents tamanys de planta i composicions del biogàs. D'aquesta manera, s'ha confirmat el paper important que poden jugar les piles de combustible en l'assoliment d'un tractament d'aigües residuals autosuficient; particularment en plantes de tamany petit i mitjà. Avui en dia, els projectes de valorització energètica de biogàs a través de piles de combustible encara s'han de justificar per raons ambientals ja que es requereixen millores tant en el rendiment tècnic com en els costos d'inversió. No obstant, aquesta tesi demostra que aquesta tecnologia de pròxima generació serà econòmicament viable en el curt termini i podrà competir amb les tecnologies convencionals. La investigació col·laborativa entre productors de biogàs, proveïdors de tecnologies de tractament i fabricants de piles de combustible serà imprescindible durant els propers anys per tal que la tecnologia pugui convertir-se en una realitat en el sector del tractament d'aigües residuals urbanes.