Aquesta Tesi Doctoral està centrada en la reconstrucció de les condicions climàtiques del passat a la conca occidental del Mediterrani, i més concretament en l’estudi de l’efecte de la variabilitat climàtica d’escala orbital i mil•lenària sobre les condicions oceanogràfiques de la conca. El treball es basa en l’anàlisi i interpretació de dades de indicadors sedimentològics, com ara la mida de gra i la composició elemental dels sediments, d’on s’ha obtingut informació sobre els canvis en les aportacions terrígenes induïts per la variabilitat climàtica i oceanogràfica de la conca, reflectida en canvis del nivell del mar o de la circulació termohalina. Hom ha pogut investigar els canvis del nivell del mar associats als cicles glacials mitjançant l’estudi de les variacions en la mida de gra de les partícules sedimentàries i en la composició elemental d’un testimoni del marge progradant del Golf de Lleó. Les variacions eustàtiques del nivell del mar han determinat l’apilament d’unitats sedimentaries regressives en el talús superior amb una ciclicitat de 100 ka. Els canvis en el nivell del mar han modulat la sedimentació en el marge, la qual va oscil•lar entre aportacions principalment fluvials durant els períodes glacials coincidint amb nivells del mar baixos, i aportacions degudes a la reactivació de processos erosius a la plataforma continental com les Cascades d’Aigües Denses de Plataforma durant les èpoques amb nivell del mar alt corresponents als períodes interglacials. L’estudi de l’Estadi Isotòpic Marí 3, entre 65 i 20 ka, caracteritzat per condicions climàtiques fluctuants de escala mil•lenària, ens hauria d’ajudar a entendre com el clima es comporta sota condicions canviants ràpides i per lo tant pot ser clau per entendre millor el ràpid canvi climàtic induït per l’ésser humà. Les variacions de la mida de gra durant aquest període en el marge del Golf de Lleó han revelat per primera vegada l’existència d’oscil•lacions del nivell del mar d’escala mil•lenària associades a la variabilitat climàtica dels cicles de Dansgaard-Oeschger observats a l’Atlàntic Nord. Nivells del mar relativament alts s’associen a les fases càlides dels cicles de Dansgaard-Oeschger. Aquests resultats mostren una ràpida resposta dels casquets polars a la variabilitat climàtica ràpida del darrer període glacial. Resta per identificar, però, amb precisió el inici d’aquestes pujades del nivell del mar i la seva amplitud. La circulació termohalina del Mediterrani occidental també s’ha vist afectada per les oscil•lacions climàtiques dels cicles de Dansgaard-Oeschger durant l’Estadi Isotòpic Marí 3. Els resultats confirmen que la circulació profunda del Mediterrani occidental funcionà de manera asincrònica respecte a la Circulació de Retorn de l’Atlàntic Nord durant els cicles de Dansgaard-Oeschger. Aquest fet posa de manifest la rapidesa en la transmissió de la variabilitat climàtica entre latituds altes i intermèdies, probablement induïda per un mecanisme de teleconnexió atmosfèrica similar a l’actual Oscil•lació de l’Atlàntic Nord. Tot i així, la circulació profunda del Mediterrani occidental també fou modulada per canvis en la hidrologia de la conca. A l’Holocè hom ha identificat igualment una sèrie d’esdeveniments de curta durada de intensificació de la circulació termohalina, els quals mostren una ciclicitat d’uns 1000 anys. Hom ha pogut correlacionar aquest esdeveniments amb altres observats a l’Atlàntic Nord i en altres regions del planeta, fet que confirma que les reorganitzacions ràpides del sistema climàtic són també comuns en els períodes interglacials. / This PhD Thesis focuses on the reconstruction of past climatic conditions in the Western Mediterranean Basin, and more precisely on the study of the impact of climate variability at orbital and millennial time scales over oceanographic conditions. The work relies on the study of sedimentological proxies like grain-size and elemental geochemical composition of the sediments for unravelling the changes in terrigenous supplies led by oscillations in climate and oceanographic conditions, namely sea level fluctuations and changes in the termohaline circulation of the Western Mediterranean Sea. Sea level changes associated with glacial cycles have been investigated by analysing the oscillations in grain-size and geochemical composition of the sediment records from the progradational Gulf of Lion margin. Eustatic sea level oscillations have determined stacking of regressive progradational units in the upper slope following a 100 kyr cyclicity. Sea level fluctuations have modulated sediment accumulation over this margin, with a succession of periods dominated by high fluvial supplies, and periods characterized by the reactivation of erosive processes in the continental shelf such as Dense Shelf Water Cascading during glacial lowstands and interglacial highstands, respectively. The study of climate variability during Marine Isotope Stage 3, between 65 and 20 ka, characterized by rapid climate fluctuations of millennial time scales, may help us to understand how the climate behaves when undergoing rapid changes and therefore might also further increase our understanding of rapid, anthropogenic climate change. The high-resolution study of grain-size oscillations during Marine Isotopic Stage 3 in the Gulf of Lion margin has shown by the first time the occurrence of millennial scale sea level fluctuations associated with climate variability during the Dansgaard-Oeschger cycles identified in the North Atlantic region. Relative high sea level has been observed to occur during warm interstadials of the Dansgaard-Oeschger cycles. These results point to a rapid response of the ice sheets to climate variability during the last glacial period. However, the precise timing and the amplitude of these millennial-scale sea level rises are still to be determined. The termohaline circulation of the Western Mediterranean Sea has been affected by Dansgaard-Oeschger climate oscillations during Marine Isotopic Stage 3 too, as determined by the study carried out in the IMAGES core MD99-2343 offshore Minorca island. Our results show that during Dansgaard-Oeschger cycles the circulation of deep-water masses in the Western Mediterranean was not synchronized with the Atlantic Meridional Overturning Circulation. This confirms the rapid transmission of climate variability between high and mid-latitudes, likely induced by an atmospheric mechanism similar to the present-day North Atlantic Oscillation. Hydrological oscillations within the basin further modulated the termohaline circulation in the Western Mediterranean Sea. During the Holocene a series of short-lived events of enhanced deep-water circulation have been identified to occur with a cyclicity close to 1000 yr, which have been correlated to relatively cold periods recently recognized from the North Atlantic region and in other regions of the world. These results confirm that rapid reorganizations of the climate system usually ascribed to glacial stages are also a common feature during interglacial periods.

Este trabajo tiene como objetivo el desarrollo de la metodología de diseño óptimo de procesos de separación con membranas líquidas selectivas en su aplicación a la separación de mezclas multicomponentes con recuperación selectiva del componente de interés. Para ello se ha investigado la separación selectiva y concentración de cromo(VI) presente inicialmente en un acuífero subterráneo contaminado por acción de la actividad industrial desarrollada a nivel superficial y donde a su vez, coexisten otras especies aniónicas competitivas (sulfato y cloruro mayoritariamente) presentes por las propias características del acuífero y por su localización en una zona litoral. Tras la selección de Alamine 336 (amina terciaria) y NaOH como agentes de extracción y reextracción respectivamente, se caracterizaron experimentalmente las reacciones químicas responsables de la etapa de extracción, así como la cinética del proceso de separación-concentración cuando se emplea la tecnología de pertracción en emulsión (EPT) en contactores de fibra hueca. Finalmente, se desarrolló un modelo matemático multicomponente y se determinaron los parámetros característicos del mismo con el fin de llevar a cabo el diseño óptimo del proceso mediante técnicas de optimización matemática. / This work aims at the development of the methodology for the optimal design of selective liquid membrane processes as efficient alternatives for the separation and selective recovery of raw materials and valuable compounds from multicomponent systems. For this purpose, the proposed methodology has been applied to the remediation of polluted groundwater containing hexavalent chromium as a consequence of effluent leaking from surface deposition of industrial wastes. Furthermore, other competitive anionic species (mainly sulphate and chloride anions) were also present in the groundwaters due to the specific location being close to the shore.After selecting Alamine 336 (tertiary amine) and NaOH as the best extraction and back-extraction agents respectively, a careful experimental design was performed in order to analyse the chemical equilibria involved in the extraction step. Once the emulsion pertraction technology (EPT) was selected as the most suitable separation-concentration process configuration, the experimental kinetic analysis and mathematical modeling of EPT were carried calculating the values of the design parameters. Finally, the proposed multicomponent model was employed to carry out the optimal process design by means of mathematical optimization techniques.

This thesis focuses on solute transport upscaling. Upscaling of solute transport is usually required to obtain computationally efficient numerical models in many field applications such as, remediation of aquifers, environmental risk to groundwater resources or the design of underground repositories of nuclear waste. The non-Fickian behavior observed in the field, and manifested by peaked concentration profiles with pronounced tailing, has questioned the use of the classical advection-dispersion equation to simulate solute transport at field scale using numerical models with discretizations that cannot capture the field heterogeneity. In this context, we have investigated the use of the advection-dispersion equation with mass transfer as a tool for upscaling solute transport in a general numerical modeling framework. Solute transport by groundwater is very much affected by the presence of high and low water velocity zones, where the contaminant can be channelized or stagnant. These contrasting water velocity zones disappear in the upscaled model as soon as the scale of discretization is larger that the size of these zones. We propose, for the modeling solute transport at large scales, a phenomenological model based on the concept of memory functions, which are used to represent the unresolved processes taking place within each homogenized block in the numerical models. We propose a new method to estimate equivalent blocks, for which transport and mass transfer parameters have to be provided. The new upscaling technique consists in replacing each heterogeneous block by a homogeneous one in which the parameters associated to a memory functions are used to represent the unresolved mass exchange between highly mobile and less mobile zones occurring within the block. Flow upscaling is based on the Simple Laplacian with skin, whereas transport upscaling is based in the estimation of macrodispersion and mass transfer parameters as a result of the interpretation of the r / Llerar Meza, G. (2009). Upscaling nonreactive solute transport [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/5848 / Palancia

Sustainable sanitation and wastewater management are of increasing importance around the world while certain resources are becoming scarcer and therefore more valuable. The lack of proper wastewater management causes problems and the degradation of some resources. Increasing urbanization in peri-urban areas puts extra stress on the need for finding and implementing sustainable solutions to prevent ground- and surface water contamination. The study aimed to design a more sustainable wastewater management at the farm Ceasip located in the peri-urban area of Santa Cruz de la Sierra, Bolivia. Due to the lack of proper wastewater management on the farm, Ceasip was a likely contributor to the contamination of the groundwater. Of the farm’s different wastewater sources, this study focused on the domestic wastewater and its possible reuse in agriculture. The prioritized sustainability criteria were to prevent groundwater contamination, reduce water usage and recycle nutrients. First various wastewater management options were identified. Next these were evaluated according to the different sustainability criteria previously mentioned. In order to determine a management option, data and information were collected and processed regarding water flows, water quality, physical conditions as well as sustainability criteria within environment, technology, socio-culture, health and economy. Results of the present conditions for Ceasip showed various characteristics, like small water flows, high nitrogen and fecal coliform concentration and clayey soils, from which suitability of different treatments was determined. Urine separation was deemed appropriate for Ceasip to increase the recycling of nutrients as well as reduce the nitrogen levels in wastewater. Treatment ponds and leach fields were designed as two wastewater treatment alternatives. For Ceasip to implement and manage water and wastewater sustainably through one of the mentioned alternatives could have a positive impact for the farm and environment, as well as serve as an example to employees, visitors and other establishments. / El saneamiento y gestión sostenible de las aguas residuales es de creciente importancia en los tiempos modernos. Los recursos naturales son cada vez más escasos y valiosos. Mas aún, la falta del manejo adecuado de aguas residuales es causa importante de la degradación de los recursos restantes. La creciente urbanización en las zonas periurbanas acentúa la necesidad de encontrar e implementar soluciones sostenibles en el manejo de aguas residuales. En estas zonas dicho manejo (colección y tratamiento de aguas residuales) es deficiente. Como consecuencia se percibe una contaminación continua de las aguas subterráneas en estas condiciones. El objetivo del estudio realizado fue diseñar un sistema de gestión de aguas residuales más sostenible para la granja Ceasip ubicada en la zona periurbana de Santa Cruz de la Sierra, Bolivia. El estudio se enfoca principalmente en el manejo de las aguas residuales domésticas y su posible reutilización en la agricultura. Sin embargo, cabe mencionar que las aguas residuales en la granja Ceasip provienen también de otras actividades. Para el concepto de sostenibilidad de este proyecto, son prioritarios los criterios de prevención de la contaminación del agua subterránea, la reducción del consumo de agua y el reciclaje de nutrientes. La metodología de estudio consistió en varias etapas. Después de una extensa revisión de la literatura existente diferentes opciones de gestión fueron evaluadas de acuerdo con los criterios de sostenibilidad antes mencionados. Para hacer una elección de un tratamiento adecuado, se realizaron compilaciones y procesamiento de datos con respecto a los flujos y la calidad de aguas, las condiciones geomorfológicas, climáticas así como la evaluación de algunos parámetros ambientales, sociales, técnicos, económicos, y de salubridad. En las condiciones actuales, los resultados de las evaluaciones de la granja, resaltaron aspectos críticos sobre los que se propusieron algunos tratamientos alternativos; por ejemplo el aumento en el reciclaje de nutrientes así como la reducción de los niveles de nitrógeno en las aguas residuales. La separación de la orina se consideró de gran importancia para la gestión apropiada de las aguas residuales de Ceasip. Al final se sugirieron dos posibles alternativas para el diseño del tratamiento de aguas, la utilización de lagunas o de lechos filtrantes con arena, cuya contribuiría positivamente tanto como para el entorno local y el personal de la granja así como para la comunidad en general, sirviendo como ejemplo para otros establecimientos. / Hållbar sanitet och avloppsvattenhantering är av ökande vikt runt om i världen. Resurser blir allt knappare och mer värdefulla medan bristen på hållbar hantering även skapar problem och degradering av återstående resurser. På grund av den ökande urbaniseringen är grundvattnet i städernas periferier speciellt utsatt eftersom avloppsvattenhantering saknas där. Syftet med denna studie är att designa en mer hållbar avloppsvattenhantering för gården Ceasip i peri-urbana Santa Cruz de la Sierra, Bolivia. I nuläget saknas en lämplig lösning på gården. Av de olika typerna av avloppsvatten på gården, fokuserar denna studie främst på avloppsvattnet från hushåll och möjligheterna att återanvända det inom jordbruket. För hållbarhetskonceptet i uppsatsen, prioriteras följande kriterier: skydd av grundvattnet, minskning av grundvattenkonsumtion och näringsåtervinning. En litteraturstudie gjordes över olika avloppsvattenhanteringsalternativ som sedan utvärderades enligt hållbarhetskriterierna. För att bestämma det mest lämpliga hanteringsalternativet, samlades data och information om vattenflöden, vattenkvalitéer, klimat, geomorfologi och även för miljö, teknik, hälsa, ekonomi och kultur. Resultaten från sammanställningen visade på olika egenskaper från vilka lämplig hantering bestämdes. För att öka återvinningen av näringsämnen och minska kvävekoncentrationerna i avloppsvattnet, visade det sig vara lämpligt att använda urinsortering. Två behandlingsalternativ designades, och det föreslogs antingen behandlingsdammar eller förstärkta infiltrationsanläggningar. Då någon av dessa alternativ tillämpas på Ceasip skulle man även kunna påverka lokalt och regionalt genom att sätta ett bra exempel.