This work can be framed in the field of computer-aided optical systems design and it is a part of a larger project in which automated processes are studied and implemented aiming to reduce the time span that stands between the idea and the functional device. One of the problems in optical systems optimization is the need for a predesign good enough to start, so that the automatic system is effective and leads to a quality optical system. To define a general criteria for initial conditions that are valid to start a process of automatic design in the specific field of non-imaging optics, is an objective which contributes to the capacity of the industry respending to market demands . Astrategy is defined to design reflectors as non-imaging optical systems in two stages:the first stage performs the design of a single reflective freeform surface providing a predetermined light distribution.The second stage defines the method that can generate valid initial configurations for the overall design of non- imaging optical systems . In order to design a one surface freeform reflector, a 20 strategy to build 30 solutions is defined which can describe the geometry of the freeform reflector using Bezier surfaces through a simplified calculation process in 20. The process of choosing 20 planes where to apply the strategy is based on expanding the criteria on what is accepted as a solution to transport light between two points. The basis and appropriate approaches have been defined in order to go from an exact solution to a plausible solution. An alternative method is presented, which is approximate and computationallysimpler, but allows plausible solutions in the general case that the source is not placed in the plane defined by the direction normal to the facet. In this case, the projection of the source in this plane provides an acceptable solution if you choose the right working conditions. The error has been delimited when using such a projection instead of finding the exact point that corresponds to one of the ellipse's focus contained in the plane. lt is found that the error is acceptable within the purposes of the present study. Applying the formulation of Snell's law in Bezier curves placed on strategic planes, a method for calculating the control points that defines the solution as a Bezier surface is provided.For that purpose, enhancement functions responding to various purposes, such as concentrate or distribute light around the chosen target points, are used. Finally, a method to generate valid initial configurations to design non imaging optics systems is defined, in the context of a faceted reflector. A method to segment the reflector based on the source luminance distribution is described.This method must take into account, necessarily, the segmentation of the source. Finally a method to segment the target surface is also described. The proposed working method has been validated by comparing the distributions of light predicted by the method with those obtained with commercial software. This verification has been made for concentrators and expander functions, for original facets sizes between 5 and 40mm and relative inclinations of 40 degrees, with point and extended source ofvarious sizes.In all cases, the discrepancies are still under 15% (almost always less than 8%), thus it can be concluded that the proposed method of generating 30 surface from 20 strategy, gives satisfactory results using the proposed surfaces as starting point for a more complete optimization process. / El present treball s'emmarca en el camp del disseny de sistemes òptics assistit per ordinador i forma part d'un projecte mes ampli en el que s'estudien i s'implementen processos automàtics de disseny destinats a reduir el lapse temporal que s'interposa entre la idea i el dispositiu funcional. Un dels problemes de l'optimització de sistemes òptics es la necessitat d'un predisseny prou acurat per tal que el sistema automàtic sigui eficaç i condueixi a un sistema òptic de qualitat. Definir els criteris generals per donar unes condicions inicials que siguin valides per a l'inici d'un procés automàtic de disseny, en el camp específic de l’òptica no formadora d'imatges, es un objectiu que contribueix a la capacitat de reacció de la industria davant les demandes del mercat. Es defineix una estratègia per el disseny de reflectors corn a sistemes òptics no formadors d'imatges en dues etapes: la primera dona el disseny de reflectors d'una sola superfície de forma lliure que proporcionin una distribució de llum preestablerta i la segona defineix el mètode que permet generar configuracions inicials valides per al disseny global de sistemes no formadors d'imatges. Per dissenyar reflectors d'una sola superfície de forma lliure es defineix una estratègia 2D per construir solucions 3D que permet descriure la geometria del reflector de forma lliure mitjançant superfícies de Bezier a traves d'un procés simplificat de càlcul en 2D. El procés d'elecció dels plans 2D on aplicar l’estratègia es fonamenta en l'ampliació del criteri de que s'accepta corn a solució al problema de transport de llum entre dos punts i s'han donat les bases i aproximacions adequades per plantejar el pas d'una solució exacte a una solució plausible. S'ha donat un mètode aproximat alternatiu i computacionalment mes simple que permet donar solucions plausibles en el cas general en que la font no es trobi inicialment en el pia definit per la direcció normal a la faceta. En aquest cas, la projecció de la font en aquest pia proporciona, una solució acceptable si es trien les condicions de treball adequades. S'ha acotat I'error que es comet en utilitzar la projecció de la font sobre el pia enlloc de trobar el punt exacte que correspon a un dels focus de l'el·lipse continguda en el pia i s'ha vist que es acceptable en els propòsits de trobar solucions plausibles del present treball. Aplicant la formulació de la llei de Snell en corbes de Bezier situades en els plans estratègicament escollits, es defineix el mètode per calcular els punts de control que defineixen la superfície de Bezier que dona solució al problema plantejat. Per això s'utilitzen funcions de millora que responen a propòsits diversos, corn ara concentrar o distribuir la llum al voltant dels punts objectius trials. Finalment es defineix un mètode que permet generar configuracions inicials valides per al disseny global de sistemes no formadors d'imatges en el context de disseny d'un reflector facetat. Per fer-ho s 'ha descrit un mètode de segmentació del reflector basat en la distribució de luminància de la font i que ha de tenir en compte, necessàriament, la segmentació de la font, i per últim s'ha descrit un mètode de segmentació de la superfície objectiu. S'ha validat el mètode de treball i les solucions obtingudes comparant les distribucions de llum predites pel mètode amb les obtingudes amb un software comercial. Aquesta verificació s'ha efectuat per a funcions concentradores i expansores, per mides originals de facetes d'entre 5 i 40 mm i per inclinacions relatives de fins a 40 graus, tant amb font puntual corn amb fonts extenses de diverses mides. En tots els casos les discrepàncies han estant menors del 15% (casi sempre menors del 8%) i així es pot concloure que el mètode proposat de generar superfícies 3D a partir d’estratègies 2D dona un resultat satisfactori per utilitzar les superfícies proposades corn a punt de partida d'un procés d'optimització mes completa

Constructed Wetlands (CWs) are a wastewater treatment technology that inherits the purification potential of natural wetlands and optimizes it to comply with regulations for treated discharges. CWs have become an equally performing alternative to conventional wastewater treatment technologies of communities up to 2000PE, with lower energy and maintenance costs. Despite their potential, CWs lack reliability, which holds back their full deployment in the territory. This fact results from the lack of understanding on their internal functioning and because they are prone to clogging. The enormous diversity of CWs typologies and operation strategies, and the fact that they operate at the mercy of the environmental conditions, makes each CW unique on its kind, and experimental studies are usually only representative of the studied system. This fact makes mathematical models essential to study their functioning. Several models for CWs have proliferated in the last dozen years to provide supporting tools for their design and operation as well as more insight into the treatment processes. However, compared to models utilized in similar disciplines, CWs models are still in an embrionary stage. Accordingly, the objectives of the current work were to develop a CWs model able to describe the most common processes taking place within CWs, and to use this model to shed light on the internal functioning of these systems in the long-term. The model, named BIO_PORE, was built in COMSOL Multiphysics and can simulate subsurface flow and pollutants transport in porous media. It also implements the biokinetic model Constructed Wetlands Model number 1 (CWM1) to describe the fate of organic matter, nitrogen and sulphur and the growth of the bacterial groups found in CWs. The model was calibrated with experimental data of a year of operation of a pilot system. Two empirical parameters (Mcap and Mbio_max ) were used to improve the description of bacterial growth obtained with CWM1 and to include the effects of solids accumulation on bacterial communities. The effect of these two parameters was evaluated using local sensitivity analysis. The model was later used to unveil the dynamics of bacterial communities within CWs. In addition, a theory was derived from simulation results, which aimed at describing the most basic functioning patterns of CWs based on the interaction between bacterial communities and accumulated solids. At the end of the document a mathematical formulation is presented to describe bioclogging and a numerical experiment is carried out to showcase its impact on simulation results. The main outcome of the current work was the BIO_PORE model. This model was able to reproduce effluent pollutant concentrations measured during an entire year of operation of the pilot system. Parameters Mcap and Mbio_max proved essential to prevent unlimited bacterial growth predicted by CWM1 near the inlet sections of CWs. These two parameters were also responsible for the good fitting with experimental data. This was confirmed with the sensitivity analysis, which demonstrated that they have a major impact on the model predictions for effluent COD and ammonia and ammonium nitrogen. The theory derived from simulation results indicated that bacteria move towards the outlet with time, following the accumulation of inert solids from inlet to outlet. This result may prove that CWs life-span is limited, corresponding to the time after which bacterial communities are pushed as much towards the outlet that their total biomass is not able to provide effluents with acceptable quality. The inclusion of bioclogging was a requisite to reproduce the bacterial distribution and fluid flow and pollutants transport within CWs. More work on the BIO_PORE model is required and more experimental data is necessary to calibrate and validate its results.

Aquesta Tesi Doctoral té com objectius principals l’estudi d’Helicobacter pylori en mostres aquàtiques de Catalunya, en aigües procedents de sistemes dentals de consultes de dentistes, en saliva i en femtes de pacients amb símptomes gastrointestinals mitjançant el mètode de la PCR. També es va estudiar la supervivència d’Helicobacter pylori en aigua dolça usant un model de laboratori aplicant diferents tècniques d’anàlisi i es va interpretar el canvi de morfologia, la viabilitat i la culturabilitat de la bactèria així com la detecció i quantificació del seu ADN durant un període de temps concret. Per aconseguir aquests objectius, primer es va escollir la llet descremada al 40% v/v com a millor crioprotector i el medi agar Columbia suplementat amb 5% de sang desfibrinada de cavall com a medi de cultiu. Durant el desenvolupament de la tesi es va millorar la tècnica de PCR escollida inicialment basada amb l’estudi de Clayton i col•laboradors (1992) on s’usaven els iniciadors HPU1 i HPU2 en la PCR pel gen ureA, gen estructural de l’enzim ureasa. La tècnica de la hibridació seguida per aquests investigadors es va substituir per una segona PCR ja que aquesta permetria obtenir resultats més ràpidament. En aquesta PCR semiimbricada es va introduir un tercer iniciador intern, HPUI1, i mantenint HPU2 com a extern. Pel gen 16S rRNA, gen usat per a la detecció del gènere Helicobacter, es van usar els iniciadors 1F i 1R per a la primera PCR i els 1F i 2R per a la PCR semiimbricada. El mètode d’extracció escollit en aquest treball basat en partícules de sílice i tiocianat de guanidina descrit per Boom i col., (1990) i l’optimització de les barreges de reacció de les PCR semiimbricades pel gen ureA i 16S rRNA van permetre detectar 50 UPF/mL i 2-20UFC/mL, respectivament. Es va determinar la presència de H.pylori en mostres fecals humanes aplicant dos mètodes: mètode antigènic HpSA i l’amplificació del gen ureA. Amb el mètode molecular es va detectar la presència de ADN de H. pylori en 12 mostres i va mostrar un 75% de coincidència amb els resultats obtinguts amb el mètode antigènic HpSA. També es va determinar la presència de H. pylori a aigües amb diferent de nivell de contaminació fecal. Es va amplificar ADN d’aquesta espècie en un 30% de les mostres d’aigua residual, un 8,34% de les mostres d’aigua de riu de Catalunya i no es va detectar en aigua de font. L’estudi de supervivència de H. pylori a l’aigua en la foscor i a 7ºC es va demostrar que el recompte de bacteris i el número de genomes es manté constant durant tot el període d’estudi, 21 dies. La detecció per PCR també va ser positiva i constant durant aquest període. No obstant això, les cèl•lules només es van mantenir cultivables fins al sisè dia d’emmagatzematge. També es va observar una conversió morfològica de les cèl•lules bacterianes passant de la forma espiral a cocal amb el pas del temps. L’estudi de la morfologia cel•lular en un tall vertical d’una colònia d’H. pylori de 4 dies va mostrar la coexistència de cèl•lules amb morfologia bacil•lar i coccal. L’anàlisi de la saliva de 31 persones sanes va evidenciar la presència d’aquest bacteri en la boca de 6% de la població analitzada. La anàlisi feta amb la PCR semiimbricada per al gen 16S rRNA va identificar la presència d’aquest gen en 19 persones però la seqüenciació dels amplicons del gen ureA només va confirmar la presència de H. pylori en tres mostres. L’anàlisi de 31 mostres d’aigua procedents de les corresponents cadires no va mostra la presència del patogen. / This thesis has as main objectives the study of Helicobacter pylori in water samples from Catalonia, saliva and human feces using the PCR method. Also studied survival, morpholgy, viability and culturability of Helicobacter pylori in water. We first chose skim milk at 40% v / v as cryoprotectant and Columbia agar supplemented with 5% horse blood desfibrinada as a medium. We used a seminested PCR for ureA gene with HPU1 and HPU2 primers for the first PCR and HPUI1 and HPU2 for the second PCR. By gene 16S rRNA, we used the 1F and 1R primers for the first PCR and 1F and 2R for the second PCR. Using a silica and guanidine extraction method and optimization of the seminested PCR reaction mixtures for urea and 16S rRNA genes were detected 50 UPF / mL and 2-20UFC/mL respectively. H.pylori was detected in 12 human fecal samples. DNA of H.pylori was amplified in 30% of samples of wastewater, a 8.34% of the samples of river water in Catalonia and was not detected in spring water. The bacterial count and the number of H.pylori genomes remains constant throughout the study period, 21 days water in the dark at 7 ° C. The detection by PCR was also positive and constant during this period. The cells remained culturable only until the sixth day of storage. We observed morphological conversion of bacterial cells through the spiral to cocal over time. The study of cell morphology in a vertical section of a colony of H.pylori showed the coexistence of cells with bacillary and coccal morphology. The analysis of saliva from 31 healthy individuals showed the presence of this bacterium in the mouth of 6% of the analyzed population but we urea only confirmed the presence of H.pylori in three samples by sequencing.

La fertilización nitrogenada del maíz de regadío constituye uno de los retos agronómicosmás complicados.En la zona de los Canales de Urgell, en la provincia de Lleida, el maíz constituye el cultivoextensivo de mayor rentabilidad económica con producciones que oscilan entre 11 y 15 tha1.A partir de un elevado potencial de producción debido al clima, disponibilidad de agua y altipo de suelo, la tendencia general de los agricultores es aplicar una dosis fija de nitrógenodel orden de 300 a 400 kg ha"1.El estudio se ha planteado como un desarrollo de métodos para ajustar a la baja las dosis defertilizante nitrogenado sin alterar la producción.Se han diseñado cuatro líneas de trabajo:1. Se ha procedido al seguimiento de siete parcelas gestionadas directamente porel agricultor, durante las campañas 1993 y 1994. Los métodos de producciónson los tradicionales de la zona.Se ha controlado la dinámica de nitratos en el medio de forma espacial ytemporal en función del riego y fertilización convencional.Los resultados muestran que el sistema tradicional genera un excedente denitrógeno que no es absorbido por la planta. Dicho nivel no está correlacionadocon la producción.2. En estas mismas parcelas se ha controlado la concentración de nitratos ynitrógeno en la base del tallo en los estadios de 6 hojas, polinización y madurezfisiológica.Se deduce que la concentración de nitratos en el estadio de 6 hojas en la basedel tallo es un método efectivo para evaluar la absorción de nitrógeno delcultivo, la disponibilidad de nitrógeno en el suelo y la producción final delcultivo. Los distintos factores de producción del cultivo (estructura del suelo,manejo del riego, climatología, pluviometría y capacidad de retención de aguadisponible del suelo entre otros), influyen en la producción y en la absorción denitratos en la base del tallo en dicho estadio.3. Se ha efectuado un ensayo con distintas dosis y fraccionamiento del abonadonitrogenado. Con un seguimiento exhaustivo de nitratos en suelo y planta.Los resultados indican que las máximas producciones se obtienen conaportaciones en pre-siembra de 125 kg N ha"1. No es necesario elfraccionamiento del abonado nitrogenado.4. Se ha efectuado una prospección en 902 parcelas en la zona para evaluar losniveles de nitrógeno mineral en el período otoño e invierno. Un 36% deparcelas muestran niveles superiores a 40 mg N kg"'. Dichos niveles superan elumbral de respuesta en los cultivos de la zona.Tan sólo en un 20% de las parcelas se detectan niveles inferiores a 10 mg N kg"1En estos casos podría aplicarse un sistema de recomendación de abonado pordosis fija (en función aún así del potencial productivo de la parcela).La principal conclusión de la tesis es que el método de control de los nitratos en el suelo ensuperficie, antes de la siembra y en las condiciones de la zona, es un procedimiento fiable,rápido y operativo de evaluación de las necesidades de abono nitrogenado en el cultivo delmaíz.

El reg és necessari per tal d'assegurar produccions estables dels cultius d'estiu de zones semiàrides del món, on la precipitació és escassa i irregular. La planificació de l'ús de l'aigua de reg és crucial per a la conservació del recurs i per a la sostenibilitat dels sistemes agrí­coles. En condicions d'aigua de reg limitant, l'adopció d'estratègies de reg deficitari pot augmentar l'eficiéncia en l'ús de l'aigua.Aquesta tesi es centra en l'estudi de la resposta del panís i el sorgo al reg deficitari. Al capí­tol 2 es presenta l'estudi comparatiu del panís i el sorgo al reg deficitari imposat mitjançant una font lineal d'aspersió. L'objectiu fou l'estudi del sorgo com a possible cultiu alternatiu al paní­s sota condicions limitants d'aigua de reg. Els resultats obtinguts indiquen que en condicions de reg òptim el paní­s és més productiu que el sorgo i que el sorgo pot ser una alternativa viable al panís en condicions de reg limitant, donat que presenta menors reduccions de rendiment.Al capí­tol 3 es planteja l'estudi de la resposta del paní­s al reg deficitari aplicat per inundació. Els objectius d'aquest treball foren: estudiar l'efecte d'un dèficit hí­dric moderat en diferents fases del cicle del cultiu del paní­s sobre el creixement, el rendiment i els seus components. Els resultats obtinguts han indicat que la fase de floració fou la més sensible al dèficit hí­dric moderat produït per un interval més gran entre regs, amb reduccions significatives de rendimient, í­ndex de collita i components del rendiment. El reg deficitari durant la fase d'ompliment del gra en cap cas va reduir el rendiment i els seus components.Al capí­tol 4 es presenten els resultats de la modificació, parametrització i validació d'un model de simulació de cultius per a paní­s amb dades obtingudes als assaigs anteriors. L'objectiu fou el de desenvolupar una eina útil per a l'anàlisi posterior de diferents estratègies de reg per a les condicions de la Vall del Ebre a Espanya. El model va predir de manera satisfactòria la fenologí­a, el creixement i el rendiment en condicions d'aigua no limitant i sota diferents tractaments de reg deficitari. Es van identificar i discutir algunes limitacions del model. / El riego es necesario para asegurar producciones estables en los cultivos de verano en las zonas semiáridas del mundo, donde la precipitación es escasa e irregular. La planificación del uso del agua de riego es crucial para la conservación del recurso y para la sostenibilidad de los sistemas agrí­colas. En condiciones de agua de riego limitante, la adopción de estrategias de riego deficitario puede aumentar la eficiencia en el uso del agua.Esta tesis se centra en el estudio de la respuesta del maí­z y el sorgo al riego deficitario. En el capí­tulo 2 se presenta el estudio comparativo del maí­z y el sorgo al riego deficitario impuesto mediante una fuente lineal de aspersión. El objetivo fue el estudio del sorgo como posible cultivo alternativo al maí­z bajo condiciones limitantes de agua de riego. Los resultados obtenidos indican que en condiciones de riego óptimo el maí­z es más productivo que el sorgo y que el sorgo puede ser una alternativa viable al maí­z en condiciones de riego limitante, puesto que presenta menores reducciones de rendimiento.En el capí­tulo 3 se plantea el estudio de la respuesta del maí­z al riego deficitario aplicado por inundación. Los objetivos de este trabajo fueron: estudiar el efecto de un déficit hí­drico moderado en distintas fases del ciclo del cultivo del maí­z sobre el crecimiento, el rendimiento y sus componentes. Los resultados obtenidos han indicado que la fase de floración fue la más sensible al déficit hídrico moderado producido por un mayor espaciamiento entre riegos, con reducciones significativas de rendimiento, í­ndice de cosecha y componentes del rendimiento. El riego deficitario en la fase de llenado de grano en ningún caso redujo el rendimiento y sus componentes.En el capí­tulo 4 se presentan los resultados de la adaptación, parametrización y validación de un modelo de simulación de cultivos para maí­z con datos obtenidos en los ensayos anteriores. El objetivo fue desarrollar una herramienta útil para el análisis posterior de distintas estrategias de riego para las condiciones del Valle del Ebro en España. El modelo predijo de forma satisfactoria la fenologí­a, el crecimiento y el rendimiento en condiciones de agua no limitante y bajo distintos tratamientos de riego deficitario. Se identificaron y discutieron algunas limitaciones del modelo. / Irrigation is needed to achieve stable yields in the summer crops of the semiarid regions of the world, where rainfall is scarce and irregularly distributed.Efficient planning of water use for irrigation is crucial for the conservation of the resource and for the sustainability of the agricultural systems. Increase in water use efficiency can be achieved by deficit irrigation practices under water limited conditions.This thesis focuses on the study of the maize and sorghum responses to deficit irrigation. Chapter 2 presents the comparative study of maize and sorghum to deficit irrigation using the sprinkler line-source technique. The objective was to study sorghum as a possible alternative crop to maize under limited irrigation conditions. The results obtained have shown that maize was more productive than maize under optimum irrigation and that sorghum can be an economically alternative crop to maize if water supply is limited, because of its lower yield reduction under deficit irrigation.Chapter 3 focuses on the study of maize under deficit flooded irrigation.The objectives were: to study the effect of a moderate water stress at different stages of crop development on crop growth, yield and its components. The results indicate that flowering was the most sensitive phase to the moderate water deficit caused by a greater spacing of the irrigation events, with significant reductions in yield, harvest index and yield components. Deficit irrigation during the grain filling phase had no effect on yield.Chapter 4 presents the results of a crop simulation model adaptation, parameterization and validation for maize using data from the previous field experiments. The objective was to develop a tool for exploring the consequences for maize yield of different irrigation strategies in the conditions of the Ebro Valley in Spain. The model simulated satisfactorily phenology, growth and yield under no limiting water conditions and under different deficit irrigation treatments. Some model limitations were identified and discussed. / L'irrigation est nécessaire pour garantir des productions stables des cultures d'été dans les zones semi-arides du monde, où la précipitation est insuffisante et irrégulière. La planification de l'utilisation de l'eau d'irrigation est crucial pour la conservation de ce ressource et pour la durabilité des systèmes agricoles. Dans des conditions limitées d'eau d'irrigation, l'adoption de stratégies d'irrigation déficitaire peut augmenter l'efficience dans l'utilisation de l'eau.Cette thèse se centre dans l'étude de la réponse du maïs et du sorgho a l'irrigation déficitaire. Dans le chapitre 2 se présente l'étude comparative du maïs et du sorgho à l'irrigation déficitaire imposé en utilisant une source linéaire d'aspersion. L'objectif était l'étude du sorgho comme une possible culture alternative au maïs sous des conditions limitantes d'eau d'irrigation. Les résultats obtenus indiquent qu'aux conditions d'irrigation optimale le maïs est plus productif que le sorgho et que le sorgho peut être une alternative viable au maïs en conditions d'irrigation limitée, puis qu'il présente des réductions du rendement plus faibles.Dans le chapitre 3 s'étudie la réponse du maïs a l'irrigation par inondation déficitaire. Les objectifs de ce travail étaient: étudier l'effet d'un déficit hydrique modéré sur la croissance, le rendement et ses composantes dans des différentes phases du cycle de la culture du maïs. Les résultats obtenus ont indiqué que la phase de la floraison était la plus sensible au déficit hydrique modéré produit par un intervalle plus prolongé de temps entre les irrigations. On a détecté des réductions significatives du rendement, indice de collecte et composantes du rendement. L'irrigation déficitaire dans la phase de remplissement du grain n'a réduit en aucun cas le rendement et ses composantes.Dans le chapitre 4 se présentent les résultats de la modification, paramètrisation et validation d'un modèle de simulation de cultures pour le maïs avec des données obtenues-dans les essais antérieurs. L'objectif était le développement d'un outil pour pouvoir analyser postérieurement des stratégies d'irrigation dans les conditions de la vallée de l'Ebre en Espagne. Le modèle prédit d'une manière satisfaisante la phénologie, le croissance et le rendement sous des conditions de non-limitation d'eau et sous des différents traitements de l'irrigation déficitaire. On a identifié et discuté quelques limitations du modèle.

L’estudi té per objectiu ampliar el coneixement sobre les diferents solucions que la humanitat ha enginyat per gestionar l’aigua, amb l’examen i estudi de les principals obres hidràuliques dutes a terme al llarg de la protohistòria als diferents territoris del nord-est peninsular, Catalunya i Aragó, i terres litorals de la Gàl•lia meridional fins a l’Hérault. El treball es centra en l’estudi detallat -a nivell morfològic, espacial i funcional- de les estructures d’abastiment, de distribució i d’evacuació de les aigües, i en situar els diferents elements i estructures dins del sistema de funcionament global dels poblats, per tal de poder avaluar la significació social i utilitària de les obres destinades a la gestió de l’aigua i poder-ne seguir el seu procés de desenvolupament en els diferents territoris al llarg del pas d’aquests primers temps. / The objective of this study is to expand our knowledge of the different water management solutions devised by humankind. We examine and study the main water-related structures built throughout prehistory in the different territories of the northeastern Iberian Peninsula, Catalonia and Aragon, and the coastal lands of southern Gallia as far as Hérault. The paper is based on a detailed morphological, spatial and functional study of water supply, distribution and drainage structures. It situates the various elements and structures within the global operating system of the villages, with the aim of evaluating the social and utilitarian significance of the water management constructions and following their developmental process in the different territories during this earliest period of history.

The presence of nitrates (NO3-) in groundwater is a worldwide concern. The high energy demand and environmental impact of available technologies requires investigating new technologies. This thesis was focused on investigating the usage of bioelectrochemical systems (BES) for treating nitrate-polluted groundwater. BES uses microorganisms able to catalyze oxidation/reduction processes by delivering/obtaining electrons from an electrode. In this thesis, microorganisms able to use the electrode as an electron donor (biocathode) to reduce nitrates into dinitrogen gas (inert) were investigated. As a result, a process could be patented, in which BES are able to treat nitrates at high denitrification rates (up to 700 gN•m-3NCC•d-1), with a competitive energy demand (0.68•10-2 – 1.27•10-2 kWh•gN-1treated), without sludge generation nor chemical dosing. Moreover, the microorganisms were electrochemically characterized, and the key subcommunities of the process were elucidated. In summary, bioelectrochemical systems have the potential for becoming a competitive alternative for the treatment of nitrate-polluted groundwater / La presència de nitrats (NO3-) en aigües subterrànies és una preocupació global. L’alt cost energètic i ambiental de les tecnologies actuals requereixen la investigació de noves estratègies. Aquesta tesi ha investigat la utilització de sistemes bioelectroquímics (BES) pel tractament d’aigües subterrànies contaminades per nitrats. Les BES es basen en microorganismes capaços de realitzar oxidacions/reduccions tot alliberant/captant electrons d’un elèctrode. Aquesta tesi ha investigat l’ús de bactèries capaçes d’utilitzar l’elèctrode com a donador d’electrons (biocàtode) per reduir el nitrat a dinitrogen gas (compost inert). Com a resultat, s’ha patentat un procés que permet desnitrificar a altes velocitats (700 gN•m-3NCC•d-1), a un cost energètic competitiu (0.68•10-2 – 1.27•10-2 kWh•gN-1tractat), sense generar fangs ni addicionar substàncies químiques. També s’ha caracteritzat electroquímicament els microorganismes i s’ha elucidat les subcomunitats microbianes responsables de la desnitrificació. En definitiva, aquesta tesi demostra que els sistemes bioelectroquímics poden esdevenir una alternativa competitiva pel tractament d’aigües subterrànies contaminades per nitrats

This thesis presents two successful applications of data-driven models developed for a reverse osmosis desalination pilot plant. The Support Vector Regression (SVR) modeling approach for steady state operation of the reverse osmosis pilot plant M3 has performed better results than the commonly used first principle-based models. In the same way, the dynamic models have enabled the short-term prediction and simulation of the M3 plant behavior under non-steady state operation, with such a high accuracy that it makes the approach suitable for advanced reverse osmosis plant control algorithms, fault tolerant control and process optimization. In fact, SVR models have been proved to perform excellent results as part of a fault detection and isolation tool for the M3 plant. In addition, an alternative to SVR models which uses Self-Organizing Maps has been also demonstrated for fault detection and isolation, including a useful visual tool for the rapid fault detection during plant operation. / Aquesta tesi presenta dues aplicacions de models basats en dades desenvolupades per a una planta pilot de dessalinització d’aigua mitjançant osmosi inversa. S’ha modelat l’operació estacionària de la planta M3 utilitzant Support Vector Regression (SVR), obtenint uns resultats millors que els dels models basats en primers principis. Així mateix, els models dinàmics han permès la simulació i la predicció a curt termini de l’M3 en condicions no estacionàries amb tal precisió que els fa idonis per a la seva aplicació en optimització de processos i algoritmes avançats de control. De fet, models SVR han estat utilitzats en un sistema de detecció i aïllament de fallades per a l’M3, obtenint excel•lents resultats. Addicionalment, també s’ha desenvolupat un sistema de detecció i aïllament de fallades alternatiu als models SVR que utilitza Self-Organizing-Maps i a més inclou una eina visual per a la ràpida detecció de fallades durant l’operació de la planta.

The research has as main goal to develop a structured methodology to be able to predict the environmental impact of artificial night lighting. For this reason, I have divided the process into different stages: In the beginning it was conducted exhaustive compilation of investigations related to quantification of the effects of light on living organisms and sky. These quantifications, have been associated with the technologies of existing lighting systems, in order to have a strong core relationship between research process and actual implementation of engineering projects. It has been necessary to develop methods of quantifying the pollution source, which has been able to determine the magnitude unique project level, and full population core. Data extracted to determine the contaminant magnitude, have been traditional photometrics: luminous flux and spectrum of the light sources. In order to corroborate that the research methods and measurement of light pollution can be implemented in a regular process, I have made measurements and fieldwork in what refers to: Measures obtrusive light to private homes, direct and indirect intrusion natural ecosystems, and measures brightness of the sky with different devices and methodology (Sky Quality Meter, AllSky camera, luminance meter ...). Through these measurements, it was determined that processes can be more interesting, and what are strengths and weaknesses to be used by technical personnel, although not expert. The result of this work has been represented in a methodology to apply in lighting projects, which aims to predict the effect on light pollution, as well as serve as a tool to evaluate different alternatives and to promote protection of the night environment. The process is organized into separate phases, so that it is easily upgradeable and scalable depending on the subsequent development of science. / Esta investigación tiene como principal objetivo desarrollar una metodología estructurada que permita poder predecir el impacto ambiental del alumbrado artificial nocturno. Para ello se ha dividido el proceso en diferentes etapas: Inicialmente se ha realizado una recopilación exhaustiva de las investigaciones relacionadas sobre la cuantificación de las repercusiones de la luz en los seres vivos y el cielo. Estas cuantificaciones, se han vinculado con las tecnologías de los sistemas de alumbrado, con el objetivo de tener un núcleo fuerte de relación entre proceso investigador e implantación real de los proyectos de ingeniería. Ha sido necesario desarrollar métodos de cuantificación de la fuente contaminante, en las que se ha determinado la magnitud a nivel de proyecto singular, y de núcleo de población completo. Los datos extraídos para determinar esta magnitud contaminante, han sido luminotécnicas tradicionales: flujo lumínico contaminante y espectro de emisión de las fuentes de luz. Para poder corroborar que los métodos de investigación y medida de la contaminación lumínica se pueden implantar en un proceso habitual, se han realizado mediciones y trabajo de campo en lo que hace referencia a: Medidas de luz intrusa en viviendas particulares, intrusión directa e indirecta en ecosistemas naturales, y medidas de brillo de cielo con diferentes dispositivos de medida y metodología (Sky Quality Meter, cámara AllSky, luminancímetro...). A través de estas mediciones se ha podido determinar que procesos pueden ser más aplicables, y cuáles son los puntos débiles y fuertes para su uso por personal técnico, pero no científico. El resultado final de este trabajo se ha materializado en una metodología a poder aplicar en proyectos de alumbrado, que tiene como objetivo predecir la afectación de la contaminación lumínica, a la vez que sirva de herramienta para poder valorar diferentes alternativas, y poder promover en la protección del medio natural nocturno. El procedimiento está organizado en diferentes fases independientes entre sí, de forma que es fácilmente actualizable y escalable en función del desarrollo posterior de la ciencia.

A microbial fuel cell (MFC) is a bioelectrochemical system (BES) capable of converting the chemical energy contained in the chemical bonds of a substrate into electrical energy by means of electrochemical reactions catalyzed by microorganisms. The amount of energy to be gained by bacteria capable of transferring electrons to an anode is significantly higher compared to other alternative electron acceptors. Exoelectrogenic microbial populations tend to be selectively enriched on the anode electrode, being essential for the performance improvement of the MFC in terms of electricity production from organic matter oxidation. MFC technology arises as an attractive alternative for the treatment of high strength animal wastewater, such as pig slurries, to potentially improve energetic valorisation of organic wastes, concomitantly to carbon and nitrogen content reduction or recovery. The first part of the thesis (Chapters 4, 5 and 6) focuses on the study of microbial populations harboured on the anode electrode of MFCs. The effect of different ion exchange membrane materials and different inoculum sources over the microbial population was studied in discontinuously fed MFCs. A detailed study of the microbial community dynamics and composition onto the anode biofilms, under different feeding conditions (synthetic wastewater and the liquid fraction of pig slurry), was then studied in continuously fed MFC. A highly diverse microbial community is shown to be present under these different scenarios and, its final composition is being dependent on the factors studied. The second part of the thesis is focused on understanding the nitrogen dynamics in a two-chambered MFC, and the possible strategies available to remove or recover it. First of all, the diffusion/migration of ammonia nitrogen through the cation exchange membrane was studied in batch essays under different operational conditions (Chapter 7). The results obtained showed that the diffusion/migration of ammonia nitrogen is dependent on the voltage applied and, when using pig slurry, ammonia migration reaches values close to 50%. These results suggested that the use of MFC technology could be a good strategy to deal with the nitrogen excess in this kind of substrates. Two different processes for MFC nitrogen recovery and removal were developed. First, a physicochemical-based process for nitrogen recovery was developed coupling a stripping-absorption unit to the cathode chamber (Chapter 7). Results showed the stripping/absorption-BES system is a feasible technology to recover ammonia from pig slurries. Second, a nitrogen removal strategy by means of biological processes was studied using synthetic high strength wastewater as feed (Chapter 8). In this case, the ammonia nitrogen migrating from the anode to the cathode, was removed applying intermittent aeration cycles in the cathode chamber of the MFC where a concomitant nitrifying-denitrifying microbial community being established. The feasibility to recover/remove nitrogen from high strength animal wastewater, such as pig slurries, using different MFC strategies has been demonstrated at lab scale. Hence, it can be considered as a potential technology for scaling up the treatment of high strength (organic and nitrogen) wastewaters, so as to accomplish the requirements needed for agricultural uses. Likewise, the knowledge acquired about the biofilm developed on the anode reveals itself as a key point for the resilience of BES at different environmental conditions and for further developments. / Una celda de combustible microbiana (MFC), es un tipo de sistema bioelectroquímico (BES) capaz de convertir la energía contenida en los compuestos químicos en energía eléctrica mediante reacciones electroquímicas catalizadas por microorganismos. Las poblaciones de microorganismos exoelectrogénicos tienden a enriquecerse selectivamente en los electrodos del compartimento ánodico, siendo esenciales para la mejora del rendimiento de las MFCs en términos de producción de electricidad a partir de la oxidación de la materia orgánica. La tecnología de las MFCs se plantea como una alternativa para el tratamiento de aguas residuales de alta carga de origen animal, como por ejemplo los purines, para mejorar potencialmente su valorización energética, vinculada a la reducción o recuperación del contenido de carbono y nitrógeno. La primera parte de esta tesis (Capítulos 4, 5 y 6) está centrada en el estudio de las poblaciones microbianas hospedadas en los electrodos de las MFCs. Se estudió el efecto de diferentes tipos de materiales de membranas de intercambio iónico, así como inóculos de diferente naturaleza, sobre las poblaciones de microorganismos en MFCs operando en discontinuo. Posteriormente, se realizó un estudio más detallado de la dinámica y la composición microbiana establecida sobre el biofilm del ánodo, bajo diferentes condiciones de alimentación (agua residual sintética y la fracción líquida de purín porcino), en MFCs operadas en modo continuo. Bajo estas condiciones de estudio, se mostró una elevada diversidad de la comunidad microbiana, siendo la composición final dependiente de los factores estudiados. La segunda parte de la tesis está centrada en el estudio de la dinámica del nitrógeno en MFCs de doble compartimento, y el desarrollo de posibles estrategias para eliminarlo o recuperarlo. Primero, se estudió la difusión/migración del amonio a través de una membrana de intercambio catiónico, en experimentos en discontinuo bajo diferentes condiciones de operación (Capítulo 7). Los resultados obtenidos mostraron que la difusión/migración del amonio es función del voltaje aplicado, y cuando se usan purines, la migración de amonio llega a valores cercanos al 50%. Estos resultados sugirieron que el uso de la tecnología de las MFCs podría ser una buena estrategia para tratar el exceso de nitrógeno de esta clase de residuos orgánicos. Se desarrollaron dos procesos diferentes de recuperación y eliminación de nitrógeno. Primero, se desarrolló un proceso fisicoquímico para la recuperación de nitrógeno acoplando una unidad de stripping/absorción al compartimento catódico (Capítulo 7). Los resultados mostraron que este sistema de BES-stripping/absorción se puede considerar como una tecnología factible para llevar a cabo la recuperación del nitrógeno de los purines. En segundo lugar, se estudió una estrategia de eliminación de nitrógeno mediante procesos biológicos, utilizado en este caso agua residual sintética de alta carga (Capítulo 8). En este caso, el amonio que migró desde el ánodo al cátodo, fue eliminado aplicando ciclos intermitentes de aireación en el compartimento catódico de la MFC, lo que provoca el establecimiento de una población nitrificante-desnitrificante. La viabilidad para recuperar/eliminar nitrógeno de aguas residuales de alta carga de origen animal, como purines, mediante MFCs ha sido demostrada a escala de laboratorio utilizando diferentes estrategias. Por lo tanto, se puede considerar, que es una tecnología potencialmente aplicable en el tratamiento de aguas residuales de alta carga (carbono y nitrógeno), así como para lograr los requerimientos necesarios para uso agrícola. Igualmente, el conocimiento adquirido sobre el desarrollo del biofilm en el ánodo, revela que es un factor clave para la adaptabilidad de BES en diferentes condiciones medioambientales y para futuros desarrollos.