Els canvis a l'estructura i composició de les poblacions de coliforms fecals i enterococs al llarg de diferents processos de depuració de les aigües residuals a cinc plantes depuradores d'aigües residuals van ser analitzats amb la finalitat de determinar possibles eliminacions selectives entre soques d'aquests grups de bacteris. En aquest sentit, es van analitzar també les sub-poblacions d'enterococs resistents als antibiòtics vancomicina i eritromicina (VRE y ERE respectivament) com a marcadors per a valorar la seva persistència en els diferents processos de depuració. La elecció d'aquestes sub-poblacions com a marcadors va ser degut al seu interès clínic. Es va analitzar l'impacte de les aigües tractades en una de les cinc depuradores en les poblacions de coliforms fecals i enterococs del riu receptor. També es van comparar l'estructura i la composició de les poblacions d'aquests indicadors bacterians entre les aigües residuals i els fangs d'una altra del les 5 depuradores estudiades. Finalment es va comparar la diversitat i l'estructura poblacional dels entrerococs (inclosos VRE i ERE) a les aigües residuals de depuradores, de diversos hospitals i de les aigües de recepció de les emissions de les aigües tractades, entre zones geogràfiques situades en diferents països (Espanya, Suècia i Regne Unit). La diversitat i la similitud poblacional de coliforms fecals i enterococs es van estudiar mitjançant fenotipat bioquímic d'un nombre significatiu de soques i el seu posterior anàlisi estadístic mitjançant estudis de correlació i agrupació. Totes les mostres van presentar alts índex de diversitat per a totes les poblacions bacterianes estudiades. L'estructura i la composició d'aquestes poblacions va resultar molt semblant independentment del seu origen, sistema de tractament o tipus de mostra, tal i com demostraren els elevats índex de similitud poblacional obtinguts al comparar les diferents mostres. Tant els enterococs resistents a la vancomicina com els resistents a l'eritromicina es van trobar també en tots els tipus de mostra, quan es compararen les mostres d'aigües analitzades entre els diferents països. No es va observar una eliminació selectiva de clons poblacionals a les aigües residuals en cap de les plantes de tractament estudiades. Les poblacions de VRE i ERE persisteixen després dels tractaments de depuració de les aigües, així com també en els dos tipus de fangs analitzats. Aquestes poblacions es van detectar tant abans com després de l'emissari de la depuradora en els punts de riu estudiats. La persistència d'aquestes poblacions s'hauria de considerar en els programes de regeneració d'aigües residuals i l'aplicació dels fangs. / The changes in structure and composition of the bacterial faecal coliforms and enterococcal populations from different treatment plants, and the elimination of vancomycin- and erythromycin-resistant enterococci (VRE and ERE, respectively) in these treatment plants was analyzed to determine any selective reduction. Moreover, a rural sewage treatment plant and the effect of its effluent on the enterococci and faecal coliforms populations in the receiving river waters were evaluated. In the same way, the composition and structure of these two bacterial indicators were compared between municipal sewage (raw and treated) and sludge (in two stadiums of sewage treatment process) in a biological sewage treatment plant. Finally, enterococcal populations, including VRE and ERE, from hospital sewage, urban sewage, and river water, were analyzed and compared between Spain, Sweden and U.K. The diversity and similarity of faecal coliforms and enterococci populations were evaluated by biochemical fingerprinting and clustering analysis. All samples showed high values for diversity indexes, and high populations similarity were found for faecal coliforms and enterococci populations, independently of the origin, treatment process, or the kind of sample. VRE and ERE were found in all kind of samples and in the case of Spain, in the same proportion respect total enterococci (10% for ERE and between 0,1 - 0,01% for VRE). The enterococcal populations showed also high similarity between samples analyzed in Spain, Sweden and U.K.There is no changes on the structure and composition of the studied bacterial populations in sewages, receiving waters and sludges. It was observed the persistence of VRE and ERE populations in any kind of analysed sample. This should be considered in water reuse programmes and in the disposal of sludges. / RESUMEN:Los cambios en la estructura y composición de las poblaciones de coliformes fecales y enterococos a lo largo de los distintos procesos de depuración de las aguas residuales en cinco plantas depuradoras de aguas residuales fueron analizados con el fin de determinar posibles eliminaciones selectivas entre las cepas de estos grupos de bacterias. En este sentido, se analizaron también las sub-poblaciones de enterococos resistentes a los antibióticos vancomicina y eritromicina (VRE y ERE respectivamente) como marcadores para valorar su persistencia en los diferentes procesos de depuración. La elección de estas dos sub-poblaciones como marcadores fue debido a su interés clínico. También se analizó el impacto de las aguas tratadas de una de las cinco depuradoras sobre las poblaciones de coliformes fecales y enterococos del río receptor. Así también se compararon la estructura y la composición de las poblaciones de estos indicadores bacterianos entre las aguas residuales y los fangos de otra de las 5 estaciones estudiadas. Finalmente se comparó la diversidad y la estructura poblacional de los enterococos (incluidos VRE y ERE) en las aguas residuales de depuradoras, de diversos hospitales y de las aguas de recepción de los vertidos de aguas residuales tratadas, entre tres zonas geográficas situadas en distintos países (España, Suecia y Reino Unido). La diversidad y la similitud poblacional de coliformes fecales y enterococos fueron evaluadas mediante un fenotipado bioquímico de un número significativo de cepas, y su posterior análisis estadístico mediante estudios de correlación y agrupación. Todas las muestras presentaron altos índices de diversidad para las poblaciones bacterianas estudiadas. estructura y la composición de dichas poblaciones resultó muy parecida independientemente de su origen, sistema de tratamiento o el tipo de muestra, tal y como lo demostraron los elevados índices de similitud poblacional obtenidos al comparar las distintas muestras. Tanto los enterococos resistentes a la vancomicina como los resistentes a la eritromicina se encontraron también en todos los tipos de muestra, siendo mayor la proporción de las poblaciones de ERE. También se detectaron índices de similitud poblacional elevados para las poblaciones de enterococos estudiados y la presencia de VRE y ERE en todos los tipos de muestra, cuando se compararon las muestras de aguas analizadas de los distintos países.No se observó una eliminación selectiva de clones poblacionales en las aguas residuales para ninguna de las plantas de tratamiento estudiadas. Las poblaciones de VRE y ERE persisten después de los tratamientos de depuración de aguas, así como también en los dos tipos de lodos analizados. Dichas poblaciones se detectaron tanto antes como después del vertido de las aguas depuradas en todos los puntos muestreados del río. La persistencia de estas poblaciones de enterococos resistentes a antibióticos debe considerarse en los programas de regeneración de aguas residuales y en el vertido o aplicación de lodos.

La reutilización de aguas residuales comporta una serie de beneficios pero también conlleva un riesgo asociado a nivel sanitario y medioambiental debido a los componentes que puedan estar presentes en el agua residual, como microorganismos patógenos y contaminantes químicos tóxicos. Este riesgo asociado se ha de controlar para poder reutilizar el agua de la manera más segura posible. En este trabajo se evaluó la efectividad de diferentes tecnologías de regeneración (infiltración-percolación, fisicoquímico, filtro de anillas, dióxido de cloro, ácido peracético y radiación ultravioleta) y se establecieron las líneas de tratamiento más adecuadas para cumplir con los criterios de calidad establecidos por el RD 1620/2007 sobre reutilización de aguas residuales. También se evaluó un sistema de reutilización utilizado para el riego de un parque, considerando la EDAR, la ERA, el sistema de almacenamiento y la red de distribución hasta el punto de uso final del agua regenerada. Se estableció el comportamiento de diferentes parámetros microbiológicos y fisicoquímicos en cada etapa y las variaciones de calidad del agua regenerada a su paso por el sistema. Se realizó una evaluación cuantitativa del riesgo microbiológico (QMRA) asociado al riego del parque con agua regenerada, utilizando los patógenos de referencia de la OMS (Campylobacter, rotavirus y Cryptosporidium), concluyendo que el nivel de riesgo cumple con el nivel aceptable establecido. También se evaluó la influencia del riego con agua regenerada en las matrices ambientales suelo y agua subterránea, concluyéndose que, en el espacio de tiempo evaluado, no se aprecia una variación de la calidad fisicoquímica de estas matrices debido al riego. Por último, se aplicó un protocolo de análisis de peligros y puntos de control críticos (APPCC) en el sistema de reutilización, tal y como recomienda la OMS para gestionar el riesgo asociado a la reutilización de aguas. La aplicación de este protocolo permitió identificar los puntos de control críticos del sistema, recomendar límites críticos para cada punto y establecer medidas correctoras para las posibles desviaciones de estos límites. / Wastewater reuse provides an additional source of water resources, but there is a health and environmental risk associated with the use of reclaimed water, due to the potential presence of pathogens and toxic chemicals. These risks have to be controlled in order to be able to use reclaimed water in a safety way. In this work, several reclamation technologies have been evaluated (infiltration-percolation, physicochemical, chlorine dioxide, peracetic acid and ultraviolet radiation) to establish treatment lines that comply with the quality criteria of the national regulation RD 1620/2007 on wastewater reuse. A reuse system for the irrigation of a green area was evaluated, including the WWTP, the RWTP, the storage system and the distribution system to the irrigation place. Several microbial organisms and physicochemical parameters were monitored in each component to evaluate the variations on the reclaimed water along the system. A quantitative microbiological risk assessment (QMRA) was performed, using a computer model, in order to evaluate the risk associated to the green area irrigation, considering the three pathogens recommended by the WHO (Campylobacter, rotavirus and Cryptosporidium), resulting on the risk level complying with the acceptable level established. The environmental matrixes soil and groundwater were evaluated to determine any variation in the physicochemical quality due to the irrigation with reclaimed water, concluding that, for the time period of the study, there is not a significant variation. A hazard analysis and critical control point protocol was applied to the reuse system evaluated, as recommended by the WHO for risk management in water reuse. This protocol allowed establishing the critical control points of the system, the critical limits for each point and the corrective measures in case of deviation from the operational parameters.

This thesis is focused on two environmental issues. The first one is the recovery of different wastes, such as sewage sludge and fly ashes, and the second one is related to the removal of odour causing compounds which are generated in the same waste water treatment plant (WWTP), like NH3 and H2S. Direct alkaline activation with NaOH and KOH of two sludges which have different specific treatments in the sewage sludge line, has been studied, and it has been compared with the activation of their chars. Two different heating mechanisms were applied: conventional heating and microwave oven heating. All the sewage sludge-derived materials are tested for NH3 removal adsorption experiments. On the other hand it has been studied the preparation of adsorbents by mixing on sewage sludge with fly ashes heated in a microwave oven. The materials adsorbents have a limited development of porosity and are tested for H2S removal. / Esta tesis se centra en dos problemáticas medioambientales. Una es la valorización de residuos, como son los lodos de depuradora y cenizas volantes, y la otra incide en la eliminación de compuestos causantes de malos olores que se generan en las estaciones depuradoras de agua residual (EDARs), como son el NH3 y el H2S. Se ha estudiado la activación alcalina directa con NaOH y KOH de dos lodos, que emplean procesos diferentes en su línea de lodos, y se ha comparado con la activación de sus respectivos pirolizados, usando dos tipos de calentamiento: convencional y microondas. Todos estos materiales se han aplicado a la eliminación de NH3. Por otro lado se estudió la obtención de adsorbentes a partir de un lodo mezclado con distintas proporciones de cenizas volantes en un horno microondas. Estos materiales presentan un desarrollo de la porosidad limitado, y han sido empleados para la eliminación de H2S.

Els Sistemes d'Aiguamolls Construïts (SAC) de Flux Subsuperficial Horitzontal (FSH) és una tecnologia apropiada pel sanejament d'aigües residuals procedents de nuclis de població petits. No obstant els SAC de FSH són considerats una tecnologia natural, l'operació i manteniment d'aquestes depuradores és crucial per a garantir el seu correcte funcionament. Aquestes necessitats d'operació i manteniment varien entre depuradores segons (1) les característiques de la comunitat, (2) la configuració de la depuradora i el disseny del SAC de FSH i (3) les característiques del medi receptor. En aquest sentit, en aquesta tesi es presenta el desenvolupament d'un Sistema d'Ajuda a la Decisió (SAD) per a la definició de protocols d'operació i manteniment per a SAC de FSH tenint en compte els factors que causen variabilitat entre aquest tipus de depuradores (1, 2 i 3). / Horizontal Subsurface Constructed Wetlands (HSCW) is an appropriate technology to treat wastewater coming from small communities. Despite HSCW is considered a natural technology, operation and maintenance are crucial to guarantee their performance. These necessities vary according to (1) the characteristics of the community, (2) the wastewater treatment plant configuration and the HSCW design and (3) the characteristics of the receiving media. In this sense, the this thesis presents the development of an Environmental Decision Support System (EDSS) to asses the definition of operation and maintenance protocols for HSCW taking into account the aspects that cause variability among these facilities (1, 2 and 3).

El aumento de la cantidad de lodos y las dificultades inherentes a su aplicación agrícola y/o disposición en vertederos, hace necesario encontrar nuevas alternativas para su gestión. A nivel europeo, hoy en día se tiende hacia la aplicación de tratamientos térmicos (incineración, pirólisis y gasificación) que permiten una valoración energética de los lodos, si bien generan un residuo sólido que sigue siendo necesario gestionar. El problema medioambiental provocado por (malos) olores resulta difícil de abordar de una manera genérica, teniendo en consideración la propia naturaleza del olor y sus posibles causas. Los olores en las EDARs son provocados básicamente por la degradación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas y se detectan en todas las operaciones unitarias en diferentes niveles de concentración. Esta tesis incidiendo en ambos aspectos, tiene por objeto investigar la valorización de lodos como materiales precursores de adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de olores en el entorno de las EDARs, maximizando la reutilización de los lodos.Para la realización de los experimentos se han seleccionado lodos procedentes de tres EDARs situadas en la región de Girona (SC, SB, SL) que difieren en cuanto al tratamiento de los lodos. Ambas muestras han sido caracterizadas con el fin de determinar las diferencias más importantes en los lodos de partida. Los parámetros de caracterización incluyen el análisis de composición química (análisis elemental e inmediato, determinación contenido en cenizas, medida pH, DRX, FT-IR, SEM / EDX) así como análisis de superficie (adsorción de N2 y CO2). En primer lugar los lodos caracterizados han sido sometidos a diferentes tratamientos térmicos de gasificación y pirólisis y los adsorbentes/ catalizadores obtenidos se han probado como adsorbentes para la eliminación de H2S. Como consecuencia de este estudio, se ha desechado el uso de uno de lodos (SC) puesto que se obtenían resultados muy similares a (SB), a continuación el estudio se centró en el lodo de SL. Con este objetivo se han preparado 12 muestras 6 de ellas pirolizadas y 6 gasificadas en el rango de temperaturas que comprende 600-1100 ºC. Posteriormente las muestras han sido caracterizadas y se ha determinado la capacidad de eliminación (x/M) del H2S. Los resultados muestran que hemos sido capaces de obtener unos materiales que si bien, presentan un bajo desarrollo de porosidad dan lugar a valores de capacidades de eliminación elevados y comparables a carbones y materiales adsorbentes comerciales (Centaur, Sorbalit). Las elevadas eficiencias de eliminación se atribuyen básicamente a la presencia de especies catalíticamente activas tales como los óxidos mixtos de calcio y hierro determinados por DRX en las muestras tratadas térmicamente. El segundo bloque de resultados se centra la mejora de las propiedades texturales de estos materiales adsorbentes. Con este objetivo se llevaron acabo procesos de activación física con CO2 y química con H3PO4 e hidróxidos alcalinos (NaOH y KOH), que hasta el momento no se había probado con este tipo de precursores. Los resultados indican que la activación física (CO2) y química (H3PO4) no son unos buenos métodos para la obtención de adsorbentes altamente porosos con este tipo de materia prima bajo las condiciones probadas, sin embargo la activación con hidróxidos alcalinos da lugar a materiales adsorbentes con superficies específicas de hasta 1600 m2g-1. En el caso de la activación con hidróxidos, tanto el incremento de la relación agente activante/ precursor como el incremento de la temperatura producen un descenso del rendimiento, al mismo tiempo que incrementan el valor de SBET.Los materiales resultantes de la activación con hidróxidos alcalinos se han probado como adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de H2S. Los resultados indican que un incremento del área superficial no es indicativo de un aumento de la capacidad de eliminación dada la naturaleza ácida de estos materiales obtenidos. Con el fin de contrarrestar el efecto ácido de estos materiales se han realizado los mismos ensayos añadiendo NaOH al lecho de reacción llegando a valores de x/M de hasta 450 mgg-1. Posteriormente también se han realizado ensayos de eliminación de NH3 con algunas de estas muestras, y los resultados obtenidos de x/M son del orden de carbones activados comerciales. Los materiales adsorbentes obtenidos tras la activación con hidróxidos alcalinos se convierten en materiales muy atractivos para ser utilizados como adsorbentes/ catalizadores de múltiples contaminantes (COVs, Hg...). / During the last years there has been an increase in the number of wastewater treatment plants arising after the implementation of regulatory policies focused on sustainable development of contemporary societies. A large quantity of sewage sludge is produced and in addition, some traditional disposal routes are coming under pressure and others are being phased out. Therefore, it is necessary to seek cost-effective and innovate solutions to the problem incurred by sewage sludge disposal. Nowadays, the tendency in Europe is to use this residue to obtain energy by thermal treatments, such as incineration, pyrolysis and gasification, though during this treatment a residue that needs to be disposed is generated.Furthermore, the environmental problems prompted by odors are difficult to solve take considering the different origin and reasons for these bad smells. Bad smell in waste water treatment plants is produced basically by organic matter degradation. This thesis takes into account these two aspects. The aim of this work focuses on the revalorization of sewage sludge to obtain / prepare adsorbents / catalysts from various sewage-based precursors and their application in H2S and in NH3 abatement at ambient temperature. These two latter compounds are paradigmatic in odor related problems.The sewage sludge samples used in this study were obtained from three Spanish WWTPs located in Girona (SC, SB, SL). The influent of these selected facilities is mainly of domestic origin and differs in sludge treatment schemes. A detailed characterization of the solids under consideration is carried out, as a purpose to define the main differences. The techniques used to characterize precursors include chemical characterization (elemental analysis, ash content, pH determination, DRX, FT-IR, SEM / EDX), as well as their porosity characterization (physical adsorption of N2 and CO2).In the first part of the study we focused on dried samples that were subjected to different thermal treatments such as pyrolysis and gasification at different temperatures. The adsorbents/catalysts obtained were used for H2S removal. Afterwards, 12 samples were prepared from SL, 6 of them gasified between 600 - 1100 ºC and 6 pyrolysed at the same temperatures. The samples were characterized and used as an adsorbents for H2S removal. The results shown that we were able to obtain adsorbents with high removal efficiencies despite their low porosity development. These adsorption capacities values (x/M) are in the same range or even higher than x/M values from commercial active carbons (Centaur, Sorbalit). These high x/M values have been prompted to catalytic species such as dicalcium ferrite, identified by XRD.The second part of the study was focused on the preparation of adsorbents from these sewage sludge-based precursors (SB, SL) using different activation processes. Specifically, physical activation with CO2, H3PO4 activation and alkaline hydroxide activation were explored. It is worth noticing that, as far as we know, there are no previous studies in the literature dealing with the activation of sewage sludge by alkaline hydroxides (NaOH or KOH), whereas CO2 and H3PO4 have been scarcely used for the activation of this precursor. The results of the textural characterization of the materials prepared from physical activation by CO2 and chemical activation by H3PO4 show that, these precursors are not a suitable for the preparation of adsorbents by these two methods. Nevertheless, chemical activation by alkaline hydroxides can be a suitable method to develop porosity and surface areas higher than 1600 m2g-1 can be obtained from both sewage sludge precursors (SB, SL). An increase in the hydroxide: precursor ratio leads to an enhancement of the adsorption capacity of the adsorbents. The resultant materials were tested as adsorbents/catalyst for H2S abatement. The results shown that we are been able to obtain adsorbents from sludge-based materials with high surface areas but with relatively low adsorption capacities as a consequence of its acidic nature. NaOH was added to the adsorption bed to counteract the acidic nature of these materials. The x/M values obtained are higher than 450 mgg-1. In addition, some of these materials were used for NH3 removal being the results obtained comparable to those for commercial activated carbons x/M values, tested under similar experimental conditions. These "new" activated materials can be used as adsorbents for many environmental applications such as VOC, Hg removal, etc.

Volatile Organic Compounds (VOCs) are one of the main groups of odour causing compounds in Waste Water Treatment Plants (WWTP). Adsorption technology is already established, in recent years the interest for the optimization of the costs associated with this technique has grown significantly. In particular, there are different options, from the use of low cost adsorbents, to reducing costs associated with carbon regeneration process. In this thesis, the adsorption of the three VOCs on sewage sludge based adsorbents was studied. It was proved that adsorbents obtained by chemical activation of sewage sludge with alkaline hydroxides are comparable to commercial activated carbons (ACs). Likewise, the adsorption of multicomponent gaseous streams was also studied. Related to the ACs regeneration, it was proposed a regeneration treatment of VOC saturated ACs with H2O2 based on advanced oxidation processes (AOP). The influence of the surface chemistry of ACs in this regeneration process was also studied. / Los compuestos orgánicos volátiles (COVs) son unos de los principales compuestos causantes de olores en las emisiones de EDARs. La adsorción es una técnica ampliamente utilizada para la eliminación de COVs en corrientes gaseosas y en los últimos tiempos ha crecido significativamente el interés para la optimización de los costes relacionados con esta técnica. En esta tesis se estudió el proceso de adsorción tres COVs en adsorbentes preparados a partir de lodos de EDAR, comprobando que adsorbentes obtenidos mediante activación química de lodos de depuradora son comparables a carbones activados comerciales (CAs). También se estudió la adsorción de corrientes multicomponente de COVs. En referencia a la regeneración del carbón activado, se propuso un tratamiento de regeneración con H2O2 de CAs saturados con COVs basado en los procesos avanzados de oxidación. Asimismo se estudió la influencia de la química superficial de los CAs en el proceso de regeneración con H2O2.

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny.El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5). / The implementation of EU Directive 91/271/EEC concerning urban wastewater treatment promoted the construction of new facilities and the introduction of nutrient removal technologies in areas designated as sensitive. The need to build at a rapid pace imposed economically sound approaches for the design of the new infrastructures and the retrofit of the existing ones. These studies relied exclusively on the use of heuristic knowledge and numerical correlations generated from simplified activated sludge models. Hence, some of the resulting wastewater treatment plants (WWTPs) were characterized by a lack of robustness and flexibility, bad controller performance, frequent microbiology-related solids separation problems in the secondary settler, high operating and maintenance costs and/or partial nutrient removal, which made their performance far from optimal. Most of these problems arose because of inadequate design, making the scientific community aware of the crucial importance of the conceptual design stage. Thus, these traditional design approaches should turn into more complex assessment methods in order to conduct integrated assessments taking into account a multiplicity of objectives an hence ensuring a correct plant performance. Despite the importance of this fact only a few methods in the literature addressed the systematic evaluation of conceptual WWTP design alternatives using multiple objectives. Yet, the decisions made during this stage are of paramount importance in determining the future plant structure and operation. The main objective pursued in this thesis targets the development of a systematic conceptual design method for WWTP using multiple objectives, which supports decision making when selecting the most desirable option amongst several generated alternatives. This research work contributes with a modular and evolutionary approach combining techniques from different disciplines such as: a hierarchical decision approach, multicriteria decision analysis, preliminary multiobjective optimization using sensitivity functions, knowledge extraction and data mining techniques, multivariate statistical techniques and uncertainty analysis using Monte Carlo simulations. This is accomplished by dividing the design method into 4 different blocks: (1) hierarchical generation and multicriteria evaluation of the design alternatives, (2) analysis of critical decisions, (3) multivariate analysis and, finally, (4) uncertainty analysis. The first block of the proposed method, supports the conceptual design of WWTP combining a hierarchical decision approach with multicriteria analysis. The hierarchical decision approach breaks down the conceptual design into a number of issues that are easier to analyze and to evaluate while the multicriteria analysis allows the inclusion of different objectives at the same time. Hence, the number of alternatives to evaluate is reduced while the future WWTP design and operation is greatly influenced by environmental, technical, economical and legal aspects. Also, the inclusion of a sensitivity analysis facilitates the study of the variation of the generated alternatives with respect to the relative importance of the objectives. The second block, analysis of critical decisions, is tackled with sensitivity analysis, preliminary multiobjective optimization and knowledge extraction to assist the designer during the selection of the best alternative amongst the most promising alternatives i.e. options with a similar overall degree of satisfaction of the design objectives but with completely different implications for the future plant design and operation. The analysis provides a wider picture of the possible design space and allows the identification of desirable (or undesirable) WWTP design directions in advance.The third block of the proposed method, involves the application of multivariate statistical techniques to mine the complex multicriteria matrixes obtained during the evaluation of WWTP alternatives. Specifically, the techniques used in this research work are i) cluster analysis, ii) principal component/factor analysis, and iii) discriminant analysis. As a result, there is a significant improvement in the accessibility of the information needed for effective evaluation of WWTP alternatives, yielding more knowledge than the current evaluation methods to finally enhance the comprehension of the whole evaluation process. In the fourth and last block, uncertainty analysis of the different alternatives is further applied. The objective of this tool is to support the decision making when uncertainty on the model parameters used to carry out the analysis of the WWTP alternatives is either included or not. The uncertainty in the model parameters is introduced, i.e input uncertainty, characterising it by probability distributions. Next, Monte Carlo simulations are run to see how those input uncertainties are propagated through the model and affect the different outcomes. Thus, it is possible to study the variation of the overall degree of satisfaction of the design objectives, the contributions of the different objectives in the overall variance to finally analyze the influence of the relative importance of the design objectives during the selection of the alternatives. Thus, in comparison with the traditional approaches the conceptual design method developed in this thesis addresses design/redesign problems with respect to multiple objectives and multiple performance measures. Also, it includes a more reliable decision procedure that shows in a systematic, objective and transparent fashion the rationale way a certain alternative is selected and not the others. The decision procedure provides to the designer/decision maker with the alternative that best fulfils the defined objectives, showing its main advantages and weaknesses, the different correlations between the alternatives and evaluation criteria and dealing with the uncertainty prevailing in some of the model parameters used during the analysis. A number of case studies, selection of biological nitrogen removal process (case study #1), optimization of the setpoints in two control loops (case study #2), redesign to achieve simultaneous organic carbon, nitrogen and phosphorus removal (case study #3) and evaluation of control strategies at plant wide level (case studies #4 and #5), are used to demonstrate the capabilities of the conceptual design method.