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).

A nivel legislativo, la Directiva 2000/60/EC del Parlamento Europeo y el Consejo de Europa establece un marco comunitario de acción en el ámbito de la política del agua, y en cuanto a depuración de agua se refiere, la Directiva 91/271/EC establece los límites de vertido de contaminantes procedentes de las estaciones de depuración de agua residual (EDAR), e introduce el concepto de zonas sensibles, en el que se establece la importancia de eliminar nutrientes, especialmente nitrógeno y fósforo, de las aguas residuales, en vista de su impacto negativo sobre los ecosistemas acuáticos. Diversos estudios han puesto de manifiesto la posibilidad de optimizar el funcionamiento de las EDAR mediante el empleo de procesos que permitan eliminar el nitrógeno amoniacal vía nitrito de corrientes de agua residual con elevada concentración de amonio. El objetivo principal de este trabajo de tesis doctoral ha sido el estudio a escala de laboratorio del proceso de eliminación de nitrógeno vía nitrito, para eliminar el amonio de la corriente del sobrenadante procedente de la deshidratación de fangos estabilizados mediante digestión anaerobia. Inicialmente, se estudiaron diversas estrategias para la puesta en marcha del proceso SHARON operado para la nitritación parcial. Tras alcanzar un funcionamiento estable del proceso se estudió el efecto de diversos factores ambientales y de operación sobre los organismos amonioxidantes (AOB) y la calidad del efluente, respectivamente. Por otro lado, a partir del análisis de la información aportada por los sensores de pH, potencial redox y oxígeno disuelto instalados en el reactor, y su relación con las concentraciones de los compuestos nitrogenados, determinados durante las etapas de puesta en marcha y seguimiento del proceso biológico de nitrificación y desnitrificación vía nitrito, se desarrolló una estrategia de monitorización, en donde se establecieron los criterios de funcionamiento óptimo del proceso. Esta información fue empleada para d / Claros Bedoya, JA. (2012). ESTUDIO DEL PROCESO DE NITRIFICACIÓN Y DESNITRIFICACIÓN VÍA NITRITO PARA EL TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE CORRIENTES DE AGUA RESIDUAL CON ALTA CARGA DE NITRÓGENO AMONIACAL [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/17653

[ES] El uso del agua en nuestra sociedad es de gran importancia. Cuando el agua se utiliza y deja de ser útil, se convierte en agua residual. Esta contiene sustancias que ponen en peligro la salud humana y los ecosistemas. Para reducir el daño ambiental existen las depuradoras que reducen los niveles de contaminación del agua. En las industrias, las depuradoras se encargan de reducir la carga contaminante del agua para su vertido en alcantarillado o al medio ambiente. La presencia de vertidos ilegales y desbordamientos en el alcantarillado suponen una amenaza para las masas de agua. Estos provocan una bajada en el rendimiento de las depuradoras. En muchos casos no es posible detectar al responsable de estos. Lo que hace que estos queden impunes violando el principio ambiental de quien contamina paga. Para solucionar este problema se propone un sistema de bajo coste para la monitorización de parámetros del agua para detectar problemas en los alcantarillados dentro de las ciudades inteligentes (Smart cities). La hipótesis de trabajo es que ante la presencia de un vertido ciertos parámetros del agua cambiarán lo suficiente como para que pueda ser detectado. Al detectarse el sitio del vertido se podrá acudir rápidamente al lugar a fin de cesar el vertido además de tomar las acciones legales pertinentes. Primero, hemos estudiado otros sistemas para monitorizar el alcantarillado Con esta información se determina los parámetros más interesantes y que pueden ser medidos con un bajo coste son temperatura, conductividad, turbidez, nivel de agua y aceite. Además, de sensores de lluvia para el alcantarillado pluvial. Para la monitorización de estos parámetros se escogen sensores comerciales de bajo coste para los parámetros de temperatura, nivel y lluvia. Para los otros parámetros se decidió desarrollar nuestros propios sensores. Para ello se utilizó sensores del tipo inductivos para la conductividad y sensores ópticos para el control de la turbidez y el aceite. Respecto a los sensores inductivos, se ha determinado que existen interferencias de los sólidos y del nivel de agua en la respuesta del sensor. Sin embargo, en el caso de los sólidos esta interferencia es pequeña en la concentración de solidos que existe en el alcantarillado, siendo esta de 0.078 V/gramo. En cambio, la cantidad de agua sí que afecta a la respuesta de la bobina de forma significativa. Respecto a la turbidez se han realizado dos prototipos diferentes. Un prototipo ha sido desarrollado para cuerpos de agua y el otro para el alcantarillado. El prototipo desarrollado para cuerpos de agua es capaz de determinar el porcentaje de algas que existen en el agua conociendo la cantidad de solidos en el agua. Para la detección del aceite hemos desarrollado otro sensor óptico. Hemos hecho pruebas a distintas alturas de agua. Viendo que éramos capaces de identificar si el aceite provenía de un motor gasolina o de un motor diésel, y en el caso de aceite usado por un motor de gasolina éramos capaces de cuantificarlo. Por último, respecto a nuestro sistema hemos analizado mediante simulaciones la utilidad de un sensor de nivel en el alcantarillado. Hemos detectado que en el caso de alcantarillado pluvial este sí que puede ser útil. Además, hemos testeado en una tubería el sensor inductivo y el de aceite con diferentes concentraciones de sal y aceite para ver su funcionamiento. El coste estimado de cada uno de los nodos sensores es de 120 €. Los sensores desarrollados pueden ser utilizados en otros ambientes. Estos trabajos son: (I) el uso de bobinas para la monitorización de la humedad del suelo, (II) el uso de sensores ópticos para detectar gasóleo B en vehículos (III) el uso de sensores y tecnología de bioabsorción en canales de riego afectados por aguas residuales y (IV) el uso del sensor de aceite en canales de riego. / [CA] The use of water in our society is of great importance. Once the water has been used, it becomes wastewater. These waters contain substances that endanger human health and ecosystems. To reduce environmental damage, there are treatment plants that treat these waters to reduce their levels of contamination. Industrial treatment plants are responsible for reducing the contaminant load of the water so that it can be discharged into the public sewer system or into the environment. The presence of illegal discharges and overflows in the sewage system pose a threat to water bodies. These discharges can cause a drop in the performance of the treatment plant, which will cause an effluent of poorer quality. In many cases, it is not possible to detect who is responsible for the spills. What makes these go unpunished violating the environmental principle of that whoever pollutes pays. To solve this problem, a low-cost system for monitoring water parameters to detect problems in sewers within the context of smart cities is proposed. Our working hypothesis is that in the presence of a discharge, the concentration of specific water parameters will change enough to be detected. When the site of the spill is detected, it will be possible to quickly go to the place in order to stop the spill in addition to taking the necessary legal actions against the person who is carrying out the spill. First, we have compiled information about other systems to monitor sewage, With this information, we have determined that the most exciting parameters that we are able to measure at a low cost are temperature, conductivity, turbidity, water and oil level. In addition, the use of rain sensors for storm sewers is included. To monitor these parameters, low-cost commercial sensors are chosen to monitor temperature, level and rainfall. For the other parameters, we decided to develop our own sensors. We decided to use inductive type sensors for conductivity and optical sensors for turbidity and oil control. Regarding the inductive sensors, we have determined that there are interferences of the solids and the water level in the response of the sensor.. However, in the case of solids, this interference is minor in the concentration of solids that exists in the sewage system (0.078 V/gram). On the other hand, the amount of water does affect the response of the coil significantly. Therefore, the sensor must be submerged. Regarding turbidity, we have made two different prototypes. One prototype has been developed for bodies of water and the other for sewage. The prototype developed for bodies of water is capable of determining the percentage of algae that exist in the water, knowing the amount of solids in the water. For oil detection, we have developed another optical sensor. We have done tests at different heights of water. Seeing that we were able to identify if the oil came from a gasoline engine or a Diesel engine, and in the case of oil used by a gasoline engine, we were able to quantify it. Finally, regarding our system, we have analyzed through simulations the usefulness of a level sensor in the sewage system. We have detected that in the case of storm sewage, this can be useful. In addition, we have tested the inductive sensor and the oil sensor in a pipe with different concentrations of salt and oil to see how they work. The estimated cost of each sensor node is 120 €. The developed sensors can be used in other environments. For this reason, we show other works carried out during the thesis period with the developed sensors. These works are: (I) The use of coils for soil moisture monitoring, (II) the use of optical sensors to detect diesel B in vehicles, (III) the use of sensors and bioabsorption technology in irrigation canals affected by wastewater, and (IV) the use of the oil sensor in irrigation channels. / [EN] L'ús de l'aigua a la nostra societat és de gran importància. Un cop l'aigua s'ha utilitzat i deixa de ser útil per a l'activitat, aquesta es converteix en aigües residuals. Aquestes aigües contenen substàncies que posen en perill la salut humana i dels ecosistemes. Per reduir el danys mediambientals existeixen les depuradores que tracten aquestes aigües per reduir contaminació la seua carrega contaminants.. Les depuradores industrials s'encarreguen de reduir la càrrega contaminant de l'aigua perquè es pugui abocar al clavegueram públic o al medi ambient. La presència d'abocaments d'aigua il·legals i els desbordaments al clavegueram suposen una amenaça per a les masses d'aigua. Aquests abocaments poden provocar una baixada en el rendiment de la depuradora. En molts casos no és possible detectar el responsable dels abocaments. Això fa que aquests queden impunes violant el principi ambiental de qui contamina paga. Per solucionar aquest problema es proposa un sistema de baix cost per a la monitorització de l'aigua per detectar problemes als claveguerams en les ciutats intel·ligents (Smart cities). La hipòtesi de treball consisteix que davant la presència d'un abocament la concentració de certs paràmetres de l'aigua canviarà lo suficient perquè es pugui detectar. En detectar-se el lloc de l'abocament es podrà acudir ràpidament al lloc per cessar l'abocament a més de prendre les accions legals que siguin necessàries contra la persona que està realitzat l'abocament. Primer, hem estudiat altres sistemes per monitoritzar el clavegueram. Amb aquesta informació s'ha determinat que els paràmetres més interessants i que poden ser mesurats amb un baix cost són temperatura, conductivitat, terbolesa, nivell d'aigua i oli. A més, l'ús de sensors de pluja per al clavegueram de pluvials. Per monitoritzar aquests paràmetres s'escullen sensors comercials de baix cost per ala temperatura, el nivell i la pluja. Per als altres paràmetres, es decideix desenvolupar els nostres propis sensors. Decidim utilitzar sensors del tipus inductius per a la conductivitat i sensors òptics per al control de la terbolesa i l'oli. Pel que fa als sensors inductius, s'ha determinat que hi ha interferències dels sòlids i del nivell d'aigua en la resposta del sensor. No obstant això, en el cas dels sòlids aquesta interferència és petita en la concentració de sòlids que hi ha al clavegueram, aquesta és de 0.078 V/gram. En canvi, la quantitat d'aigua sí que afecta la resposta de la bobina de manera significativa. Pel que fa a la terbolesa s'han realitzat dos prototips diferents. Un prototip ha estat desenvolupat per a cossos d'aigua i l'altre per al clavegueram. El prototip desenvolupat per a cossos d'aigua és capaç de determinar el percentatge d'algues que hi ha a l'aigua coneixent la quantitat de sòlids a l'aigua. Per detectar l'oli hem desenvolupat un altre sensor òptic. Hem fet proves a diferents alçades d'aigua. Veient que érem capaços d'identificar si l'oli provenia d'un motor benzina o d'un motor dièsel, i en el cas d'oli usat per un motor de benzina érem capaços de quantificar-lo. Finalment, respecte al nostre sistema hem analitzat mitjançant simulacions la utilitat d'un sensor de nivell al clavegueram. Hem detectat que en el cas de clavegueram pluvial aquest sí que pot ser útil. A més, hem testejat en una canonada el sensor inductiu i el d'oli amb diferents concentracions de sal i oli per veure'n el funcionament. El cost estimat de cadascun dels nodes sensors és de 120 €. Els sensors desenvolupats poden ser utilitzats en altres ambients.. Aquests treballs són: (I) L'ús de bobines per a la monitorització de la humitat del sòl, (II) l'ús de sensors òptics per detectar gasoil B (sota impostos) en vehicles no autoritzats, (III) l'ús de sensors i tecnologia de bioabsorció en canals de reg afectats per aigües residuals, (IV) l'ús del sensor d'oli a canals de reg. / Rocher Morant, J. (2023). Study and Design of a Sensor System for the Detection of Illicit Discharges in Sewers and Water Bodies [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192823

[ES] Los procesos convencionales de depuración del agua residual presentan un elevado consumo energético y no permiten la recuperación de los recursos presentes en el agua. En la transformación de las Estaciones Depuradoras de Agua Residual (EDAR) en estaciones de recuperación de recursos, los procesos de redirección de carbono, como la ultrafiltración del agua residual (UF), juegan un papel crucial. Esta tecnología envía toda la materia orgánica suspendida y parte de la soluble a la digestión anaerobia. Tras la filtración, la línea principal de aguas presenta una composición diferente a la tradicional, principalmente una baja ratio de materia orgánica por unidad de nitrógeno (DQO/N) ausencia de sólidos suspendidos. Esta tesis doctoral tiene como objetivo estudiar experimentalmente, y con modelos matemáticos, diferentes alternativas de tratamiento del permeado de una planta piloto de UF de agua residual urbana real para lograr un efluente que cumpla con los requisitos de vertido. Los esquemas propuestos permiten aprovechar las infraestructuras existentes de las EDARs. La tesis está estructurada en cuatro bloques: 1- Estudio proceso convencional de nitrificación-desnitrificación (ND). Los resultados indican que el proceso de filtración retiene una elevada concentración de materia orgánica y reduce la ratio DQO/N por debajo de las condiciones estequiométricas necesarias, provocando que no todo el nitrógeno pueda ser eliminado mediante ND. Para poder mantener este tratamiento se necesitaría baipasear una parte del agua de entrada al proceso de filtración, para ajustar la ratio DQO/N al valor necesario, o aplicar esta alternativa en aquellos influentes con una alta concentración de materia orgánica soluble, ya que una parte de esta fracción no será retenida. 2- Evaluación del proceso de nitrificación parcial (NP) seguido del proceso Anammox. Ambas etapas biológicas no requieren de materia orgánica para la eliminación del nitrógeno y su consumo energético es menor, al reducir las necesidades de aireación. Experimentalmente se estudió el proceso de NP en la línea principal de aguas. Regulando la duración de la fase aerobia mediante un controlador basado en el pH y el oxígeno, mantenido una concentración de oxígeno de 0.5 mg O2/L y tiempos de retención celular de 3 a 10 días, se consiguió acumular N-NO2 en el reactor. El modelo matemático confirmó la importancia de estos parámetros de operación. 3- Concentración del nitrógeno mediante columnas de intercambio catiónico (IC) y recuperación en contactores de membranas (HFMC). Inicialmente se seleccionó el material adsorbente a partir de los resultados de los ensayos de cinéticas de adsorción. La zeolita natural, el material escogido, se caracterizó y se analizó la influencia de los interferentes mediante las isotermas de adsorción. También se analizó qué regenerante ofrecía mejores resultados. Por último, se realizaron varios ensayos en columnas de adsorción para estudiar la influencia del caudal de trabajo y la concentración de amonio en el afluente sobre la capacidad de adsorción de amonio y el volumen de permeado tratado antes de alcanzar el punto de ruptura. Así mismo se ha estudiado el efecto del caudal de regeneración y la concentración del agente regenerante sobre la capacidad de regeneración y la concentración de la corriente rica en nitrógeno. Se observó cómo con la medida de la conductividad es posible determinar la duración de ambas fases. Los datos experimentales, los resultados de los modelos matemáticos y un balance económico sirvieron para determinar las condiciones de operación. 4- Análisis económico y ambiental de las tres alternativas propuestas para identificar las alternativas viables en la mejora de una EDAR existente o construcción de una nueva instalación. En ambos escenarios el proceso de UF resultó ser el principal limitante para la implantación de alguna de las alternativas. Realizando una proyección futura sobre cómo estará esta tecnología en un corto plazo se est / [CA] Els processos convencionals de depuració de l'aigua residual presenten un elevat consum energètic i no permeten una recuperació dels recursos presents en l'aigua. En la transformació de les Estacions Depuradores d'Aigua Residual (EDAR) en estacions de recuperació de recursos, els processos de redirecció de carboni, com la ultrafiltració de l'aigua residual (UF) juguen un paper crucial. Aquesta tecnologia envia tota la matèria orgànica suspesa i part de la soluble (la fracció col·loidal) a la digestió anaeròbia. Després de la filtració, la línia principal d'aigües presenta una composició diferent de la tradicional, un baix ràtio de matèria orgànica per unitat de nitrogen (DQO/N) i està exempt de sòlids suspesos. Aquesta tesi doctoral té com a objectiu estudiar experimentalment, i amb models matemàtics, diferents alternatives de tractament del permeat d'una planta pilot d'ultrafiltració d'aigua residual urbana real per a aconseguir un efluent que complisca amb els requisits d'abocament. Els esquemes proposats permeten aprofitar les infraestructures existents de les EDARs. La tesi està estructurada en quatre blocs: 1- Estudi del procés convencional de nitrificació-desnitrificació (ND). Els resultats experimentals indiquen que el procés de filtració reté una elevada concentració de matèria orgànica i redueix el ràtio el ràtio DQO/N per baix de les condicions estequiomètriques necessàries, que no tot el nitrogen puga ser eliminat amb ND. Pel que per a poder mantindre aquest tractament es necessitari bypasear una part de l'aigua d'entrada el procés de filtració que parteix de l'aigua d'entrada per a ajustar el ràtio DQO/N al valor necessari, o aplicar-lo en aquells influents amb una alta concentració de matèria orgànica soluble, ja que una part d'aquesta fracció no serà retinguda. 2- Avaluació del procés de nitrificació parcial (NP) seguit del procés Anammox. Totes dues etapes biològiques no requereixen de matèria orgànica per a l'eliminació del nitrogen i el seu consum energètic és menor, en reduir les necessitats de ventilació. Experimentalment es va estudiar el procés de NP en la línia principal d'aigües.Reglant la duració de la fase aeròbia mitjançant un controlador basat en el pH i l'oxigen, mantingut una concentració d'oxigen de 0.5 mg O2/L i temps de retenció cel·lular de 3 a 10 dies, es va aconseguir acumular NO2 en el reactor. El model matemàtic va confirmar la importància d'aquests paràmetres d'operació. 3- Concentració del nitrogen mitjançant columnes d'intercanvi catiònic (IC) i recuperació en contactors de membranes (HFMC). Inicialment es va seleccionar el material adsorbent a partir dels resultats de les proves de cinètiques d'adsorció. La zeolita natural, el material triat, es va caracteritzar i es va analitzar la influència dels interferents mitjançant isotermes d'adsorció. També es va analitzar quin regenerant oferia millors resultats. Després, es van realitzar diversos assajos en columnes d'adsorció per a estudiar la influència del cabal de treball i la concentració d'amoni en el influent i d'altra banda, el cabal de regeneració i la concentració de l'agent regenerant. Es va observar com mitjançant amb la conductivitat es pot determinar la duració de totes dues fases. Les dades experimentals, els resultats dels models matemàtics i un balanç econòmic van servir per a determinar les condicions d'operació. 4- Anàlisi econòmica i ambiental de les tres alternatives proposades, amb consideracions ambientals per a identificar les alternatives viables en la millora d'una EDAR existent o construcció d'una nova instal·lació. En tots dos escenaris el procés de UF va resultar ser el principal coll de botella per a facilitar la implantació d'alguna de les alternatives. Realitzant una projecció futura sobre com estarà aquesta tecnologia en un curt termini, es van estimar unes moderades millores tant en el seu cost, operació i rendiment. En aquesta projecció futura l'escenari 1, ND, no aconsegueix aconseguir uns re / [EN] Conventional wastewater treatment processes are energy-intensive and do not allow the recovery of the resources present in the water. On the way towards the transformation of Wastewater Treatment Plants (WWTP) into resource recovery plants, carbon redirection processes, such as ultrafiltration of wastewater (UF), play a crucial role. This technology sends all suspended and part of the soluble organic matter to anaerobic digestion. After filtration, the main water line presents a different characteristic from the traditional one, mainly a low ratio of organic matter per unit of nitrogen (COD/N) and absence of suspended solids. This doctoral thesis aims to study experimentally, and with mathematical models, different alternatives of treatment of the permeate from a real urban wastewater UF pilot plant to achieve an effluent that meets the discharge requirements. The proposed schemes allow to take advantage of existing WWTP infrastructures. The thesis is structured in four blocks: 1- Study of conventional nitrification-denitrification (ND) process. The results indicate that the filtration process retains a high concentration of organic matter and reduces the COD/N ratio below the necessary stoichiometric conditions, causing incomplete nitrogen removal. In order to maintain this treatment, it would be necessary to bypass part of the inlet water to the filtration process, to adjust the COD/N ratio to the necessary value, or to apply this alternative in those influents with a high concentration of soluble organic matter, since part of this fraction will not be retained. 2- Evaluation of the partial nitrification process (PN) followed by the Anammox process. Both biological stages do not require organic matter for nitrogen removal and their energy consumption is lower, as aeration needs are reduced. The PN process was studied experimentally in the main water line. By controlling the duration of the aerobic phase with a pH and oxygen-based controller, maintaining an oxygen concentration of 0.5 mg O2/L and sludge retention times of 3 to 10 days, N-NO2 accumulation in the reactor was achieved. The mathematical model confirmed the importance of these operational parameters. 3- Nitrogen concentration by cation exchange columns (CEC) and recovery in membrane contactors (HFMC). Initially, the adsorbent material was selected based on the results of the adsorption kinetics tests. Natural zeolite, the material chosen, was characterized and the influence of interferents was analyzed by means of adsorption isotherms. It was also analyzed which regenerant provided the best results. Finally, several tests were carried out on adsorption columns to study the influence of the working flow rate and the concentration of ammonium in the influent on the ammonium adsorption capacity and the volume of permeate treated before reaching the breakpoint. The effect of the regeneration flow rate and the concentration of the regeneration agent on the regeneration capacity and the concentration of the nitrogen-rich stream was also studied. It was observed that by conductivity monitoring it is possible to determine the duration of both phases. Experimental data, the results of mathematical models and an economic balance were used to determine the operating conditions. 4- Economic and environmental analysis of the three proposed alternatives to identify viable alternatives in the improvement of an existing WWTP or construction of a new facility. In both scenarios the UF process turned out to be the main bottleneck to facilitate the implementation of any of the alternatives. By making a future projection of how this technology will be in the short term, improvements in its acquisition cost, operating costs and performance were estimated. With this projection, alternative 1, ND, does not achieve appropriate economic returns. Alternative 2, PN + Anammox, shows a better economic balance than the current situation. Alternative 3, CEC + HFMC, as it does not take advanta / Esta tesis se ha desarrollado dentro del marco de trabajo del proyecto ‘Aplicación de la tecnología de membranas para potenciar la transformación de las EDAR actuales en estaciones de recuperación de recursos Proyecto MEM4REC (Código del proyecto: CTM2017-86751-C2-1-R), financiado por el Ministerio de economía, industria y competitividad (MINECO). También esta tesis se ha visto financiada por la ayuda para la formación de profesorado universitario (FPU) (código de la ayuda: FPU17/00540), financiada por el Ministerio de Universidades / Godifredo Calvo, J. (2024). Estudio de la eliminación/recuperación de nitrógeno en el permeado de la ultrafiltración de la línea de aguas de una EDAR mediante eliminación por nitrificación parcial y recuperación con zeolitas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/203439

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.

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

The wastewater treatment plays an important role in the maintenance of natural water resources. However, regardless of the technology used or the level of treatment required, the treatment plants of the XXI century are highly complex systems that not only need to meet technical requirements, but also environmental and economic criteria. In this context, decision support systems for environmental domains (English, Environmental Decision Support Systems or EDSS) are configured as an effective tool to support the selection and evaluation of integrated water treatment alternatives. The EDSS designed can be defined as interactive software, flexible and adaptable, which links the numerical models / algorithms, techniques and environmental ontologies, knowledge-based environment, and is capable of supporting decision making, either in choosing between different alternatives, improving potential solutions, or in the integrated assessment using methodologies ranging from environmental (Life Cycle Analysis) to economic / La depuració d’aigües residuals juga un paper fonamental en el manteniment dels recursos hídrics naturals. Tanmateix, sigui quina sigui la tecnologia emprada o el nivell de depuració requerit, les plantes de tractament del segle XXI són sistemes d’alta complexitat, que no només han de satisfer requeriments de tipus tècnic, sinó també de tipus ambiental i econòmic. En aquest context, els sistemes de suport a la decisió en dominis ambientals (en anglès, Environmental Decision Support Systems o EDSS) es configuren com una eina eficaç per donar suport a la selecció i a l’avaluació integrada de diferents alternatives de depuració d’aigües. El EDSS dissenyat pot definir-se com un programari interactiu, flexible i adaptable, que vincula els models numèrics/algoritmes amb tècniques basades en el coneixement i ontologies ambientals, i que és capaç de donar suport a la presa de decisió, ja sigui en l’elecció entre diferents alternatives, millorant una solució, o bé en l’avaluació integrada a través de metodologies ambientals (Anàlisi de Cicle de Vida) i econòmiques

Aquesta tesi presenta un projecte de gestió integral d'infraestructures hidràuliques de sanejament a la Conca del riu Besòs. S'han considerat dos sistemes de sanejament (La Garriga i Granollers) amb les seves respectives xarxes de clavegueram i Estacions Depuradores d'Aigües Residuals (EDAR), i un tram del riu Congost, afluent del Besòs, com a medi receptor de les seves aigües residuals. Amb aquesta finalitat es construeix i s'utilitza un Sistema de Suport a la Decisió Ambiental (SSDA). Aquesta eina incorpora l'ús de models de simulació de qualitat de l'aigua pels sistemes de clavegueram, EDAR i riu, com a forma d'extracció de coneixement sobre la gestió integrada d'aquests elements. Aquest coneixement es conceptualitza, posteriorment, en forma d'arbres de decisió, que proporcionaran a l'usuari les actuacions a realitzar davant de les diferents situacions reals de gestió diària. / This thesis presents an integrated management project for hydraulic sanitation infrastructures at the basin of the River Besòs. Two sanitation systems were taken into account (La Garriga and Granollers) with their respective sewage systems and Wastewater Treatment Plants (WWTP), and one stretch of the River Congost, a tributary of the Besòs, as a receptor environment for their waste water. To this end, an Environmental Decision Support System (EDSS) was constructed and used. This tool incorporates the use of water quality simulation models for the sewage systems, WWTP and river as a means of obtaining knowledge about the integrated management of these elements. This knowledge is later conceptualised in the form of decision trees, which provide the user with the interventions to be carried out when faced with the various real situations which arise in day-to-day management.

Biological nutrient removal has been studied and applied for decades in order to remove nitrogen and phosphorus from wastewater. However, more anthropogenic uses and the continued demand for water have forced the facilities to operate at their maximum capacity. Therefore, the goal of this thesis is to obtain more compact systems for nutrient removal from domestic wastewater. In this sense, optimization and long-term stabilization of high volume exchange ratios reactors, treating higher volumes of wastewater, have been investigated. With the same target, aerobic granular sludge was proposed as a reliable alternative to reduce space and increase loading rates in treatment plants. However, the low organic loading rate from low-strength influents (less than 1 Kg COD•m-3d-1) results in slower granular formation and a longer time to reach a steady state. Because of that, different methodologies and operational conditions were investigated in order to enhance granulation and nutrient removal from domestic wastewater. / L’estudi de l’eliminació biològica de nutrients s’ha dut a terme durant dècades. Tot i això, la influencia de l’home i l’augment de la demanda d’aigua han forçat a les instal•lacions a treballar a la seva capacitat màxima. Així, l’objectiu de la tesi és obtenir sistemes més compactes per a l’eliminació de nutrients de les aigües residuals. En aquest sentit, s’ha investigat l’optimització i estabilització de reactors amb alts volums d’intercanvi, tractant més aigua. Amb el mateix objectiu, el fang granular aeròbic va ser proposat com una alternativa fiable per tal de reduir l’espai i incrementar les càrregues de les depuradores. Tot i això, la granulació amb influents de baixa càrrega (menors a 1 Kg dQO•m-3d-1) resulta més lenta i més dificultosa alhora d’obtenir l’estat estacionari. Per aquesta raó es van investigar diferents metodologies i condicions d’operació per tal de millorar la granularció i l’eliminació de nutrients de les aigües urbanes.