Los actinomicetos nocardioformes que contienene ácidos micólicos (mycolata) pertenecen al suborden Corynebacterinea, orden Actinomycetales. Este grupo de microorganismos contiene especies filamentosas que causan problemas de formación de espumas biológicas ("foaming") en plantas de tratamiento de aguas residuales con sistemas de fangos activos. .Estas espumas interfieren en el proceso de desputación de aguas residuales, ya que retienen hasta el 40% de los sólidos en suspensión. La presencia de especies patógenas en este grupo de microorganismos implica un riesgo para la salud pública y por lo tanto la necesitad de detectar estas especies. Para caracterizar mycolata se han utilizando los sistemas miniaturizados API,ZYM, API ID32 C y MicroLog que permiten la realizaciçón de muchas pruebas bioquímicas en poco tiempo. Las pruebas bioquímicas obtenidas por los sistemas API en ocasiones no diferencias todas las especies de este grupo. el único sistema miniaturizado que permite diferenciar todas las cepas de referencia es el sistema Micro-Log. De todos los caracteres quimiotaxonómicos el más importante es la detección de áccidos micólicos, ya que los mycolta son los únicos que contienen estos compuestos. Con la técnica de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) se han caracterizado cepas de Nocardia de referencia, así como aislados de muestras de fango utilizando iniciadores previamente descritos. Para caracterizar especies de Gordonia aisladas de fangos se han diseñado unos iniciadores específicos que amplifican todas las cepas Gordonia de referencia. Los iniciadores diseñados para Rhodococcus amplifican todas las especies de referencia de este género. La detección de la especia patógena R. equi se realiza con los iniciadores diseñados previametne para esta especie. El rendimiento en el aislamiento de mycolata se ha mejorado gracias a los trtamientos de descontaminación aplicados a las muestras de fango que reducen la microbiota acompañante de rápido crecimient / Cuesta Amat, G. (2004). Detección y caracterización por métodos fenotípicos y moleculares de mycolata formadores de espumas en estaciones depuradoras de aguas residuales domésticas con sistemas de fangos activos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/2665 / Palancia

El sistema de tratamiento de aguas residuales ubicado en el distrito de San José en la provincia de Chiclayo, presenta serias deficiencias en su proceso de tratamiento, gran parte de estos problemas se debe al excesivo almacenamiento de los lodos residuales al fondo de las lagunas de estabilización que no permiten eficiencias de remoción de contaminantes aceptables. Con el objetivo de proponer un modelo de valorización energética para estos residuos y reducir el riesgo de impacto ambiental negativo, se plantea la mejorar del sistema para alcanzar los LMP y ECA del agua vigentes en el país. Los lodos residuales, presentan un potencial energético que puede ser aprovechado a través de procesos de conversión termoquímica. En la presente investigación se ha evaluado el proceso de gasificación del lodo a través de simulaciones utilizando el software Aspen Plus, considerando un reactor de tipo isotérmico y otro de tipo adiabático. El modelo adiabático permitió observar condiciones más cercanas a la realidad obteniendo que el PCI del syngas alcanza valores de hasta 4,5 MJ/Nm3, empleando una mezcla de lodo con biomasa residual proveniente de actividades agrícolas de la región para alimentar el reactor, se pueden lograr incrementar el PCI hasta en 6 MJ/Nm3, para mezclas no mayores al 70% de biomasa. Sin embargo, las necesidades energéticas externas requeridas para garantizar un óptimo proceso de gasificación representan un balance energético poco favorable para los objetivos que se desean conseguir. No obstante, en el análisis ambiental y de costo – beneficio se demuestra que se reduce el riesgo de impacto negativo con el ambiente y por ende la mejora de la calidad de vida de la población.

Los sistemas de tratamiento de aguas residuales de tipo Lagunas de Estabilización son ampliamente usados alrededor del mundo debido a su bajo costo en operación y mantenimiento, además del casi nulo requerimiento energético. En Latinoamérica, es la tecnología de tratamiento más usada, con 866 unidades de tratamiento de las 2242 existentes (Morgan-Sagatsume, 2012). En Perú, forma parte del 75% del total de las PTAR (SUNASS y Cooperación Alemana, 2015). Esta investigación se basó en la utilización de herramientas modernas para auditar el comportamiento hidráulico y, en efecto, la eficiencia de sistemas de lagunas de estabilización. La herramienta utilizada es la modelación CFD (Dinámica de Fluidos Computacional, en español), la cual, según numerosos autores, es bastante fiable para predecir fenómenos hidráulicos, incluyendo los de las lagunas de estabilización. Se estudió el sistema de lagunas de San José, representativo en la región Lambayeque, Perú. De tal sistema se tomó uno de los cinco circuitos existentes (una laguna anaeróbica y una facultativa) y se realizaron trabajos topográficos, aforos hidráulicos, construcción de la geometría de las lagunas para poder realizar la modelación CFD. Los resultados se validaron con ensayos de trazadores en lagunas a escala piloto, cuyo factor de escala fue de 1:50. La validación resultó bastante aceptable, y los mejoramientos planteados demostraron contundencia, aumentando el tiempo de retención real del sistema. La ejecución del proyecto demostró ser muy rentable al ampliar la variedad de cultivos regados con agua residual tratada de mejor calidad. Se recomienda intensificar los estudios y auditorías de este tipo de sistemas mediante modelaciones CFD y que las autoridades lo consideren en la Legislación.

El presente proyecto se ejecutó en una Agroindustria del departamento de Lambayeque, el cual tiene como uno de sus productos banderas al aceite esencial de limón, el mismo que durante su proceso de producción genera como residuo al jugo recocido de limón, el cual es llevado a unas pozas de almacenamiento en la comunidad de Cruz Verde con el fin ser evaporado, sin embargo esta actividad genera contaminación ambiental, puesto que el nivel de acidez del residuo es alto (2,3) e inutiliza las tierras. Así mismo la empresa percibe como uno de sus mayores gastos a la compra de abono por lo que se plantea la elaboración de compost a partir de dicho residuo con el fin de reducir los costos y el impacto ambiental, puesto que se tendrá un mayor control durante su emisión. Se determinó las características del lodo de la poza de almacenamiento del jugo recocido del limón y su impacto ambiental, dándose a ver que el lodo por sí solo no cuenta con las características necesarias para ser compostable, pues tienen una humedad de 36,4% y un pH de 2,3 (ácido), además de ser sumamente contaminante al emitirlo al directamente al medio ambiente. Para dar solución a este problema se planteó añadir otros componentes como hojas secas y aserrín, con el fin de cumplir con los parámetros del proceso de compostaje, así como el uso del método de aireación forzada. Así mismo se diseñó el sistema de tratamiento de la poza de almacenamiento del jugo recocido de limón con el fin de disminuir la contaminación ambiental y elaborar compost cubriendo con la demanda requerida. Posteriormente se realizó el costo-benéfico de la propuesta planteada, donde se obtuvo una ganancia de 0,24 céntimos por cada sol invertido, además de obtener un precio de producción de compost de S/ 20,31 durante el primer año, reduciendo los costos de la compra de abono en un 32,4%.

Maestría en Servicios Diligentes S.A.C. es una empresa dedicada al tratamiento y acondicionamiento de los residuos generados por otras empresas. Actualmente se encarga del manejo de los residuos generados por una de las más grandes empresas cerveceras del país. El giro de la empresa es transformar los residuos cerveceros en productos de valor comercial a través de la innovación y creatividad con miras al cuidado del medio ambiente. Sin embargo, cuentan con un residuo que hasta el momento no genera ningún valor a la empresa: lodos de filtración; residuo que se recibe en cantidades industriales y solo es acondicionado para reducir el impacto ambiental. Cabe resaltar que la empresa dentro del proceso de acondicionamiento de otro residuo genera en promedio 25 toneladas de afrecho de cebada fermentado. Realizando análisis de pH, relación carbono- nitrógeno y humedad se determinó que dichos residuos, en porcentajes brindados por investigaciones anteriores realizadas, junto a estiércol de vaca y paja seca se puede llevar a compostar obteniendo un compost de calidad. Es por ello que se realizó una investigación de mercado para conocer la demanda insatisfecha de abono orgánico en Lambayeque cubriéndose con la producción de compost a partir de los residuos mencionados un 0,96%. De esta manera, se realizó un diseño de ingeniería que permita producir la cantidad de compost proyectada, arrojando un área necesaria de 3087,5 𝑚2 para la instalación de una pequeña planta de compostaje, con un sistema abierto, utilizando pilas o hileras de compostaje para un mejor proceso. Finalmente se realizó un análisis económico financiero del proyecto para determinar si es viable y rentable, obteniendo un Valor Actual Neto de S/. 104 947,67 y un TIR del 31%, mayor a la tasa de 12%, con un periodo de recuperación de la inversión de 2 años 4 meses y 14 días, concluyendo que el proyecto es rentable y que por cada sol invertido se gana 0,39 soles.

The use of simulation as an upgrading tool has been tested on real wastewater treatment plants (WWTP). Currently, the new WWTP have the possibility to monitor some process variables as the flows, oxygen concentrations and, some physical properties as temperature or pH. This thesis has been divided in two main sections: i) the use of the GPS-X software as an upgrading tool for real WWTP and ii) the use of the wavelet filter for the analysis of the online data / Els objectius que es planteja la present tesi doctoral són: i) efectuar una revisió dels models mecanístics de depuració d’aigües residuals, ii) avaluar-ne la fiabilitat en la simulació d’estacions depuradores d’aigües residuals reals, iii) estudiar la problemàtica de disposar de gran quantitat de dades en línia, iv) presentar la tècnica de filtrat de dades amb wavelets i v) avaluar la capacitat de filtrat de les wavelets en les dades disponibles en línia d’una EDAR urbana que enregistra els cabals d’operació i concentracions d’oxigen dissolt en línia

La empresa brinda el servicio de agua potable y alcantarillado a la ciudad de Chiclayo. El tratamiento al cual se somete el agua cruda que ingresa a su planta de producción incluye las operaciones de coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección; obteniendo efluentes generados en el lavado de los equipos de filtración y la evacuación de los lodos que quedan retenidos en los sedimentadores. Estos efluentes son vertidos al Canal Cois sin ningún tratamiento previo, generando un impacto ambiental negativo sobre esta fuente de agua. La presente investigación tiene como objetivo principal proponer un sistema de tratamiento de los lodos residuales de esta planta potabilizadora y así poder minimizar su impacto ambiental. Para ello se realizó un análisis físico-químico del efluente, obteniendo como resultado un DBO = 300 mg/L; DQO = 480 mg/L y SST = 720 mg/L, además con la ayuda de la matriz de Leopold y la valorización del impacto ambiental se pudo identificar y valorizar los factores ambientales más importantes como son la generación de efluentes el consumo de agua y la calidad de las fuentes de agua. Para determinar los tratamientos necesarios para la propuesta se utilizó el método de factores ponderados, dando como resultado: la homogeneización, decantación, espesamiento por gravedad y la deshidratación mediante un filtro prensa. Permitiendo así poder cumplir con los LMP y disminuir el porcentaje de SST. Finalmente en el análisis costo-beneficio se obtuvo una ganancia de $0,60 por cada dólar invertido en la implementación de la propuesta. Además se logró disminuir el impacto ambiental en un 60,36%.

La present tesi proposa una metodologia de disseny conceptual d'estacions depuradores d'aigües residuals (EDAR) mitjançant la combinació del procés de decisió jeràrquic i l'anàlisi de decisions multicriteri. El document s'inicia amb una breu introducció als principals camps abordats pel treball: el disseny dels processos químics en general, el disseny de les estacions depuradores d'aigües residuals en particular, i l'anàlisi de decisions multicriteri aplicada a la gestió ambiental. Seguidament, es fixen els objectius del treball i es descriuen tant la metodologia com el material de suport informàtic utilitzats. Per validar i contrastar la metodologia de disseny presentada, es desenvolupa un cas d'estudi on es porta a terme el disseny conceptual d'una EDAR que presenta els mateixos requeriments que l'EDAR que opera actualment al municipi de Granollers. Inicialment es presenta la informació de partida i tot seguit es defineixen els objectius de disseny, així com el conjunt de criteris que s'utilitzaran per avaluar en quina mesura es compleixen aquests objectius. Els objectius de disseny són de diferents tipus: ambientals, tècnics, socials i econòmics, i el conjunt de criteris utilitzats, concretament 33, també es classifica segons aquestes quatre categories. Cadascun dels criteris presenta un determinat pes d'importància relativa en la presa de decisions. Finalment, es desenvolupa tot el procés de decisió fins a obtenir el disseny complet de l'EDAR. El procés de decisió s'ha dividit en dues parts diferenciades però que alhora s'entrellacen: la línia d'aigua i la línia de fang. El procés de decisió presenta un total de divuit qüestions amb un màxim de quatre alternatives per pregunta (dotze qüestions corresponen a la línia d'aigua, i sis a la línia de fangs). Per solucionar cadascuna d'aquestes qüestions, s'avaluen les alternatives proposades respecte a un conjunt de criteris triats de la llista inicial. Aplicant el procés de decisió multicriteri anomenat SMART (simple multiattribute rating technique), es combinen els resultats de les alternatives respecte a cada criteri, tenint en compte la importància de cada criteri per obtenir un sol valor per alternativa. Per quantificar els criteris referents a l'operació del procés i les de tipus econòmic s'han utilitzat els programes GPS-X i CapdetWorks respectivament. Pel que fa als criteris no quantificats mitjançant aquests programes, s'han resolt de manera qualitativa i mitjançant manuals de disseny i també tenint en compte l'opinió d'experts en aquest camp. L'alternativa que obté un pes més elevat és la recomanada per al procés de decisió. El cas d'estudi finalitza un cop s'obté el disseny complet de l'EDAR. Per integrar tots aquests elements que hem esmentat i donar suport al desenvolupament del procés de decisió s'ha utilitzat el programa DRAMA (Design Rationale Management). A continuació, es fa una anàlisi comparativa entre l'EDAR que hi ha actualment al municipi de Granollers i l'EDAR resultat del cas d'estudi. Es descriu el diagrama de flux que conforma l'EDAR de Granollers i el diagrama de flux de l'EDAR resultat de l'estudi, se'n fa una anàlisi comparativa justificant cadascuna de les decisions preses en el cas d'estudi i, finalment, es fa una discussió de resultats on es reflecteixen els avantatges associats d'aplicar la metodologia de disseny conceptual proposada. Finalment, es presenten les conclusions de la tesi. Els principals resultats de la tesi es van publicar el 2002 a la revista internacional Industrial and Engineering Chemistry Research (N. Vidal, R. Bañares-Alcántara, I. Rodríguez-Roda i M. Poch: "Design of wastewater treatment plants using a conceptual design methodology", Industrial and Engineering Chemistry Research, 41 (20), pàg. 4993-5005) i la continuació de la línia de recerca al Laboratori d'Enginyeria Química i Ambiental de la UdG ha comportat la presentació del treball de recerca de Xavi Flores "Procés de decisió jeràrquic combinat amb anàlisi multicriteri per al suport al disseny conceptual de sistemes de fangs actius d'una estació depuradora d'aigües residuals" i la presentació dels resultats parcials al congrés internacional de la 9th IWA Conference on Design, Operation and Economics of Large Wastewater Treatment, que va tenir lloc el setembre passat a Praga ("Combining hierarchical decision process with multi-criteria analysis for conceptual design of WWTP", X. Flores, N. Vidal, A. Bonmatí, J. B. Copp i I. Rodríguez-Roda). / This thesis proposes a methodology for the conceptual design of wastewater treatment plants (WWTP) via a combination of a hierarchical decision process and multicriteria decision analysis. We begin with a brief introduction into the main fields of study involved in this work: the design of chemical processes in general; the design of wastewater treatment plants in particular and multicriteria decision analysis as applied to environmental management. We go on to outline the objectives of the study and then describe our methodology as well as the computer-based support tools used. In order to evaluate and contrast our design methodology, we present a study case in which a conceptual design is developed for a WWTP which has the same requirements as the actual WWTP currently in operation in the town of Granollers. First, we present the initial information and then define the design objectives, as well as the set of criteria that will be used in order to evaluate the degree to which the objectives have been met.The design objectives are of different types: environmental, technical, social and economical; the set of criteria, of which there are 33 in all, are also classified into these four categories. Each of the criteria has a specific weighting in terms of their importance in taking decisions. Next, we go through the whole decision process leading to the completion of the design of the WWTP. The decision process has been divided into two parts which are differentiated but at the same time, interconnected: the water line and the sludge line. The decision process involves a total of eighteen questions (twelve for the water line and six for the sludge line) with a maximum of four alternatives per question. In order to answer each question, the proposed alternatives are evaluated in relation to a set of criteria chosen from the initial list. Applying the multicriteria decision process known as SMART (simple multiattribute rating technique), the results for the alternatives with respect to each criteria are combined, bearing in mind the importance of each criteria, in order to get a single value for each alternative. To get the results for those alternatives relating to the operation of the process and those to do with economical factors, we used the GPS-X and CapdetWorks programmes, respectively. The criteria not quantified by means of these programmes were resolved by qualitative means and through the use of design manuals, in addition to taking expert opinion into account. The alternative that obtains the highest weighting is the one which is recommended by the decision process. The study case is completed once a complete design of the WWTP is obtained. In order to integrate all the elements we have mentioned, and to assist the development of the decision process, we employed the programme known as DRAMA (Design Rationale Management). We then go on to give a comparative analysis between the real WWTP in Granollers and the WWTP resulting from our study case. We describe and compare the flow diagrams in both cases, providing justification for each of the decisions taken in the study case and then discuss the results, reflecting on the advantages to be gained from using the methodology of conceptual design we propose. Finally, we present the conclusions of our thesis.The main results of this thesis were published, in 2002, in the international magazine, Industrial and Engineering Chemistry Research (N. Vidal, R. Bañares-Alcántara, I. Rodríguez-Roda and M. Poch: "Design of wastewater treatment plants using a conceptual design methodology", Industrial and Engineering Chemistry Research, 41 (20), pages 4993-5005). Continuing work in this line of research at the Laboratori d'Enginyeria Química i Ambiental at the University of Girona has led to the research work by Xavi Flores, Procés de decisió jeràrquic combinat amb anàlisi multicriteri per al suport al disseny conceptual de sistemes de fangs actius d'una estació depuradora d'aigües residuals (A hierarchical decision process combined with multicriteria analysis to assist conceptual design of active sludge systems in a wastewater treatment plant) and the presentation of the preliminary results at the 9th IWA Conference on Design, Operation and Economics of Large Wastewater Treatment, which took place in September, 2003, in Prague ("Combining hierarchical decision process with multi-criteria analysis for conceptual design of WWTP", X. Flores, Núria Vidal, August Bonmatí, J. B. Copp and Ignasi Rodríguez-Roda).

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.

Tesis por compendio / [ES] Los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) plantean un llamamiento global para conseguir la sostenibilidad en aspectos esenciales de la vida humana. El actual consumo de energía para el tratamiento de aguas residuales es muy elevado, y las previsiones apuntan a un incremento de la demanda en la próxima década. En este contexto, resulta necesario aplicar la perspectiva de sostenibilidad, para conseguir de forma simultánea todos los ODS. Un desempeño energético más sostenible de las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) implica acciones en dos líneas, reducir el consumo, y generar energías renovables in situ. Para implantar medidas a corto plazo, es necesario explorar las posibilidades que pueden ofrecer las tecnologías ya maduras, y evaluar su potencial contribución a la descarbonización del sector. La generación de electricidad mediante maquinaria hidráulica aprovechando la energía potencial de los efluentes podría ser una de ellas. El principal objetivo de esta tesis doctoral consiste en desarrollar una metodología, dirigida a los agentes de gobernanza, para evaluar el potencial de generación de energía hidráulica en EDAR, considerando las tres dimensiones de sostenibilidad. De este modo, poder ilustrar las posibilidades de aplicación de esta tecnología, actualmente poco conocida para el sector, que podría contribuir a una gestión más sostenible de las aguas residuales. Las fases desarrolladas incluyeron: 1) Contextualización: Se revisó el estado del arte sobre las necesidades energéticas y las tecnologías para la generación de energía renovable en EDAR. Paralelamente sobre el estado de la tecnología para la recuperación de energía en redes de agua existentes mediante maquinaria hidráulica. Para completar este marco, la revisión se amplió con una búsqueda exhaustiva de casos de estudio reales de aplicación en EDAR. En esta fase se identificaron 49 casos de estudio y se analizó su desempeño energético. Los resultados de esta fase en general demostraron que existe una experiencia real en la aplicación práctica de esta tecnología que no se está utilizando para el desarrollo de todo su potencial en este sector. 2) Desarrollo de la metodología: Se analizaron las metodologías existentes para evaluación del potencial de esta tecnología, y el resultado se comparó con la información obtenida en la contextualización. Como resultado, durante esta tesis se ha desarrollado una metodología con una nueva perspectiva. En primer lugar, se introduce la necesidad de considerar el nivel al que se produce la toma de decisiones, para adaptar el alcance del estudio (un grupo de EDAR). A continuación, la metodología se desarrolla en dos etapas. En la etapa 1 (evaluación técnica) el potencial de generación de energía hidráulica se estima de forma individual para cada EDAR. En la etapa 2 (evaluación global) se propone un método de decisión multicriterio (MCDA) introduciendo criterios de sostenibilidad. La alineación de la metodología con su contexto de aplicación se considera una cuestión clave, de modo que el método propuesto se basa en las directrices del instrumento de gobernanza para aguas residuales en España (Plan DSEAR). 3) Aplicación práctica: Esta fase completa el estudio con la aplicación a un grupo de 186 EDAR de la Comunidad Valenciana (España), con la misma modalidad de financiación. Se estimó una generación de electricidad de 340,472 kWh/año, aunque como hallazgo se observó la posibilidad de que dicho potencial sea mayor. En la etapa 2 se mostró que, cuando los resultados de la etapa 1 se ponen en el contexto de sostenibilidad, se obtiene una nueva perspectiva. Esta investigación demuestra que, en el marco de los ODS, la recuperación de energía hidráulica del agua residual podría ser una opción más en la descarbonización de este sector. Tomando como base esta propuesta, agentes de gobernanza para la gestión de aguas residuales en otro contexto podrían desarrollar metodologías similares adaptadas a su propio entorno. / [CA] Els Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS) plantegen una crida global per a aconseguir la sostenibilitat en aspectes essencials de la vida humana. L'actual consum d'energia per al tractament d'aigües residuals és molt elevat, i les previsions apunten a un increment de la demanda en la dècada vinent. En este context, resulta necessari aplicar la perspectiva de sostenibilitat, per a aconseguir de manera simultània tots els ODS. Un acompliment energètic més sostenible de les Estacions Depuradores d'Aigües Residuals (EDAR) implica accions en dues línies, reduir el consum, i generar energies renovables in situ. Per a implantar mesures a curt termini, és necessari explorar les possibilitats que poden oferir les tecnologies ja madures, i avaluar la seua potencial contribució a la descarbonització del sector. La generació d'electricitat mitjançant maquinària hidràulica aprofitant l'energia potencial dels efluents podria ser una d'elles. El principal objectiu d'esta tesi doctoral consisteix a desenvolupar una metodologia, dirigida als agents de governança, per a avaluar el potencial de generació d'energia hidràulica en EDAR, considerant les tres dimensions de sostenibilitat. D'aquesta manera, poder il·lustrar les possibilitats d'aplicació d'esta tecnologia, actualment poc coneguda per al sector, que podria contribuir a una gestió més sostenible de les aigües residuals. Les fases desenvolupades van incloure: 1) Contextualització: Es va revisar l'estat de l'art sobre les necessitats energètiques i les tecnologies per a la generació d'energia renovable en EDAR. Paral·lelament sobre l'estat de la tecnologia per a la recuperació d'energia en xarxes d'aigua existents mitjançant maquinària hidràulica. Per a completar este marc, la revisió es va ampliar amb una cerca exhaustiva de casos d'estudi reals d'aplicació en EDAR. En esta fase es van identificar 49 casos d'estudi i es va analitzar el seu acompliment energètic. Els resultats d'esta fase en general van demostrar que existeix una experiència real en l'aplicació pràctica d'esta tecnologia que no s'està utilitzant per al desenvolupament de tot el seu potencial en este sector. 2) Desenvolupament de la metodologia: Es van analitzar les metodologies existents per a avaluació del potencial d'esta tecnologia, i el resultat es va comparar amb la informació obtinguda en la contextualització. Com a resultat, durant esta tesi s'ha desenvolupat una metodologia amb una nova perspectiva. En primer lloc, s'introdueix la necessitat de considerar el nivell al qual es produeix la presa de decisions, per a adaptar l'abast de l'estudi (un grup de EDAR). A continuació, la metodologia es desenvolupa en dues etapes. En l'etapa 1 (avaluació tècnica) el potencial de generació d'energia hidràulica s'estima de manera individual per a cada EDAR. En l'etapa 2 (avaluació global) es proposa un mètode de decisió multicriteri (MCDA) introduint criteris de sostenibilitat. L'alineació de la metodologia amb el seu context d'aplicació es considera una qüestió clau, de manera que el mètode proposat es basa en les directrius de l'instrument de governança per a aigües residuals a Espanya (Pla DSEAR). 3) Aplicació pràctica: Esta fase completa l'estudi amb l'aplicació a un grup de 186 EDAR de la Comunitat Valenciana, amb la mateixa modalitat de finançament. Es va estimar una generació d'electricitat de 340,472 kWh/any, encara que com a troballa es va observar la possibilitat que aquest potencial siga major. En l'etapa 2 es va mostrar que, quan els resultats de l'etapa 1 es posen en el context de sostenibilitat, s'obté una nova perspectiva. Esta investigació demostra que, en el marc dels ODS, la recuperació d'energia hidràulica de l'aigua residual podria ser una opció més en la descarbonització d'este sector. Prenent com a base esta proposta, agents de governança per a la gestió d'aigües residuals en un altre context podrien desenvolupar metodologies similars adaptades al seu propi entorn. / [EN] The Sustainable Development Goals establish a universal agenda to call for action and achieve sustainability in essential aspects of human life. Nowadays the energy demand for wastewater treatment is very high and it is expected to increase in the next decade. Therefore, the performance of this industry will have an effect on SDG 6, but also on SDG 7 and 13. In this context, it is necessary to apply the sustainability approach to wastewater systems to simultaneously achieve all these goals. More sustainable energy performance of wastewater treatment plants (WWTPs) implies two parallel steps: a reduction of energy consumption and the implementation of renewable energy technologies. To take action in the short term, existing mature technologies should be explored to evaluate their potential contribution to the decarbonization roadmaps in the wastewater industry. Hydropower might be one of these technologies. The main objective of this thesis is to develop a methodology, addressed to wastewater governance stakeholders, to assess the potential of hydropower application to WWTPs, regarding all three dimensions of sustainability. According to this, the final aim of this study is to illustrate the practical possibilities, usually unknown, that hydropower could offer to the wastewater sector in the pathway towards more sustainable systems. To achieve that aim, the steps in this research included: 1) Contextualization: The review of the state of the art was conducted in two lines. Firstly, about the energy needs for wastewater treatment and technologies for renewable energy generation. Secondly, about hydropower for energy recovery from existing networks. To complete the framework, this stage was extended with an exhaustive search and analysis of real case studies of hydropower applications to WWTPs. In this stage, 49 case studies were identified, and their energy data were extracted to obtain energy self-sufficiency indicators and analyze their renewable energy profiles. Furthermore, the technical data of their hydropower systems were examined. The overall results of this stage showed that there is an existing experience that is not being used to explore hydropower as an option for energy recovery in the wastewater sector. 2) Methodology development: In a preliminary step, existing methodologies for hydropower potential assessment were analyzed and compared with the framework obtained from the contextualization. As a result, a methodology with a broader approach was developed. First, it introduces the consideration of the decision-making level to select the scope of the study (a group of WWTPs). Then, the proposed methodology consists of two steps. In step 1 (technical assessment of hydropower potential) individual power output is estimated for each site. This step was validated with the data obtained during the contextualization. In step 2 (global assessment), after analyzing existing guidelines, a multi-criteria decision analysis (MCDA) method with sustainability criteria is defined. As the alignment with the context is a key issue introduced in this proposal, this method is based on the guidelines in the wastewater governance instrument in Spain (PDSEAR). 3) Practical application: This stage completes the research with the application of the proposed methodology to a case study, a group of 186 WWTPs in the region of Valencia (Spain), selected according to their management model. The generation was estimated at 340,472 kWh/year, but it was found that the potential could be higher. The results also showed that the perspective may be different, if the outcomes from step 1, are put into context in step 2, with the application of the MCDA method. This research demonstrates that, in a sustainability framework, hydropower might be an interesting option to consider for the decarbonization of wastewater systems. Based on this study, decision-making stakeholders could design their own methodologies, adapted to the specific context. / The authors would like to acknowledge grant PID2020–114781RA-I00 funded by MCIN/AEI/ 10.13039/501100011033. / Llácer Iglesias, RM. (2023). Hydropower Potential for Energy Recovery in Wastewater Systems. Assessment Methodology and Practical Application [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/201558 / Compendio