Ministerio de Ciencia y Tecnología (REN 2001-0754/TECNO).

No description available.

Tesis por compendio / [ES] Los microplásticos (MPs) son partículas de material plástico menores que 5 mm que están siendo identificadas en el agua, tierra y aire. La presencia de estos contaminantes emergentes en el medio ambiente supone una preocupación global actualmente, ya que no se sabe con exactitud su concentración y composición debido a la falta de protocolos de cuantificación e identificación estandarizados en los diferentes medios donde se encuentran. Igualmente, se desconoce el alcance de los efectos negativos que podrían provocar en el medio ambiente. La presente tesis estudia la presencia de microplásticos en diferentes corrientes de agua residual y natural, así como en fangos de depuración generados en las estaciones depuradoras de aguas residuales. El objetivo principal de la tesis consiste en evaluar diferentes protocolos para la extracción de microplásticos contenidos en muestras con diferentes características, así como su cuantificación e identificación. Para ello, se propusieron metodologías para la extracción de microplásticos en matrices con elevada carga orgánica (licor mezcla, fango digerido anaeróbicamente y fango deshidratado) y también en efluentes residuales, así como en aguas naturales tratadas (potables) y sin tratar. Asimismo, se evaluaron los posibles efectos de la presencia de microplásticos en un proceso de depuración mediante un reactor biológico de fangos activos, así como la distribución de estas micropartículas en el fango y en el efluente depurado. Además, se contempló también la posible fragmentación de microplásticos en nanoplásticos (NPs) en un sistema de depuración de aguas residuales y, por lo tanto, también se evaluaron los posibles efectos de los nanoplásticos en la biomasa de los fangos activos. Se observó que cuanto mayor era la concentración de carga orgánica en una muestra más difícil era el proceso tanto de purificación de la muestra como de identificación de microplásticos. Por lo tanto, para las muestras de fango fue necesario aplicar protocolos más complejos de extracción de microplásticos. La peroxidación, demostró ser un tratamiento eficaz de todas las muestras estudiadas, resultando en la reducción de la materia orgánica y en la mejora de la identificación visual. En los ensayos con el reactor biológico se observó una acumulación significativa de microplásticos en el licor mezcla (fango activo) frente al efluente. Esta acumulación de microplásticos en el fango puede suponer la contaminación de los suelos agrícolas cuando estos son aplicados como fertilizantes. Con el objetivo de mitigar la contaminación de suelos agrícolas por microplasticos presentes en fangos, se propuso el uso de la técnica de ultrasonidos para la extracción de estas micropartículas presentes en el licor de mezcla. Mediante esta técnica, cantidades significativas de microplasticos fueron separadas de la matriz orgánica de los fangos, que es la que se aplica al campo. Finalmente, se estudió la presencia de microfibras en aguas naturales y potables mediante a técnica de tinción con Rojo Nilo con el objetivo de investigar la viabilibilidad y limitaciones de este método. Se observó que la emisión de fluorescencia, por parte de microfibras vírgenes y microfibras separadas de estas muestras de agua, puede manifestar diferentes comportamientos de fluorescencia lo cual podría estar relacionado con el grado de degradación de los materiales de las microfibras. / [CA] Els microplàstics (MPs) són partícules de material plàstic menors que 5 mm que estan siguent identificades en l'aigua, terra i aire. Actualment, la presència d'aquests contaminants emergents en el medi ambient suposa una preocupació global, ja que no se sap amb exactitud la seua concentració i composició a causa de la falta de protocols de quantificació i identificació estandarditzats en els diferents medis on es troben. Igualment, es desconeix l'abast dels efectes negatius que podrien provocar en el medi ambient. La present tesi estudia la presència de microplàstics en diferents corrents d'aigua residual i natural, així com en fangs de depuració generats en les estacions depuradores d'aigües residuals. L'objectiu principal de la tesi consisteix a avaluar diferents protocols per a l'extracció de microplàstics continguts en mostres amb diferents característiques, així com la seua quantificació i identificació. Per a això, es van proposar metodologies per a l'extracció de microplàstics en matrius amb elevada càrrega orgànica (licor mescla, fang digerit anaeróbicamente i fang deshidratat) i també en efluents residuals, així com en aigües naturals tractades (potables) i sense tractar. Així mateix, es van avaluar els possibles efectes de la presència de microplàstics en un procés de depuració mitjançant un reactor biològic de fangs actius, així com la distribució d'aquestes micropartícules en el fang i en l'efluent depurat. A més, es va contemplar també la possible fragmentació de microplàstics en nanoplásticos (NPs) en un sistema de depuració d'aigües residuals i, per tant, també es van avaluar els possibles efectes dels nanoplásticos en la biomassa dels fangs actius. Es va observar que com més gran era la concentració de càrrega orgànica en una mostra, més difícil era el procés tant de purificació de la mostra com d'identificació de microplàstics. Per tant, per a les mostres de fang va ser necessari aplicar protocols més complexos d'extracció de microplàstics. La peroxidació, va demostrar ser un tractament eficaç de totes les mostres estudiades, resultant en la reducció de la matèria orgànica i en la millora de la identificació visual. En els assajos amb el reactor biològic es va observar una acumulació significativa de microplàstics en el licor mescla (fang actiu) enfront de l'efluent. Aquesta acumulació de microplàstics en el fang pot suposar la contaminació dels sòls agrícoles quan aquests són aplicats com a fertilitzants. Amb l'objectiu de mitigar la contaminació de sòls agrícoles per microplàstics presents en fangs, es va proposar l'ús de la tècnica d'ultrasons per a l'extracció d'aquestes micropartícules presents en el licor de mescla. Mitjançant aquesta tècnica, quantitats significatives de microplàstics van ser separades de la matriu orgànica dels fangs, que és la que s'aplica al camp. Finalment, es va estudiar la presència de microfibres en aigües naturals i potables mitjançant a tècnica de tinció amb Rojo Nil amb l'objectiu d'investigar la viabilibilitat i limitacions d'aquest mètode. Es va observar que l'emissió de fluorescència, per part de microfibres verges i microfibres separades d'aquestes mostres d'aigua, pot manifestar diferents comportaments de fluorescència la qual cosa podria estar relacionada amb el grau de degradació dels materials de les microfibres. / [EN] Microplastics (MPs) are particles of plastic material smaller than 5 mm that are being identified in water, soil, and air. The presence of these emerging contaminants in the environment is currently a global concern since their concentration and composition are unknown exactly due to the lack of standardized quantification and identification protocols in the different media where they are found. Likewise, the extent of the negative effects that they could cause in the environment is unknown. This thesis studies the presence of microplastics in different streams of wastewater and natural water, as well as in sewage sludge generated in wastewater treatment plants. The main objective of the thesis is to evaluate different protocols for the extraction of microplastics contained in samples with different characteristics, as well as their quantification and identification. For this, methodologies were proposed for the extraction of microplastics in matrices with a high organic load (mixed liquor, anaerobically digested sludge, and dehydrated sludge) and also in wastewater, as well as in treated (potable) and untreated natural waters. Likewise, the possible effects of the presence of microplastics in a depuration process using an activated sludge biological reactor were evaluated and the distribution of these microparticles in the sludge and in the final effluent. In addition, the possible fragmentation of microplastics into nanoplastics (NPs) in a wastewater treatment system was also considered and, therefore, the possible effects of nanoplastics on the biomass of activated sludge were also evaluated. It was observed that the higher the concentration of organic load in a sample, the more difficult the process of both sample purification and microplastic identification. Therefore, for the sludge samples, it was necessary to apply more complex microplastic extraction protocols. Peroxidation proved to be an effective treatment for all the samples studied, resulting in the reduction of organic matter and the improvement of visual identification. In the tests with the biological reactor, a significant accumulation of microplastics was observed in the mixed liquor (activated sludge) compared to the effluent. This accumulation of microplastics in the sludge can lead to the contamination of agricultural soils when they are applied as fertilizers. To mitigate the contamination of agricultural soils by microplastics present in sludge, the use of the ultrasound technique was proposed for the extraction of these microparticles present in the mixed liquor. Through this technique, significant amounts of microplastics were separated from the organic matrix of the sludge, which is what is applied to the field. Finally, the presence of microfibers in natural and drinking water was studied using the Nile Red staining technique to investigate the feasibility and limitations of this method. It was observed that the fluorescence emission by virgin microfibers and microfibers separated from these water samples can show different fluorescence behaviors which could be related to the degree of degradation of the microfiber materials. / Authors thank the Spanish Ministry of Science, Innovation and Universities for the financial support (Reference of the project: RTI2018-096916-B-I00) / Bretas Alvim, C. (2022). Caracterización de microplásticos en aguas naturales y residuales, y su influencia y separación en procesos biológicos de depuración [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/185696 / Compendio

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.