El objetivo principal de esta tesis doctoral es profundizar en el conocimiento de los procesos biológicos responsables de la eliminación simultánea de nitrógeno y fósforo en un ARU de baja carga orgánica, mediante un reactor de flujo continuo del tipo Virginia Initiative Plant (VIP). Se han evaluado los parámetros limitantes del proceso y las formas de promover la disponibilidad de la materia orgánica fácilmente biodegradable para los OAF. Se ha llevado a cabo una caracterización de los parámetros físico-químicos del ARU, así como de sus fuentes de carbono, incluyendo la aportación de un sustrato externo, con el fin de determinar y estimular su aptitud para la EBIF. Se ha sistematizado el fraccionamiento de la DQO y la estimación del contenido de AGV y del potencial de AGV, mediante el desarrollo de una alternativa del método original para valorar el potencial de AGV, que simplifica el procedimiento operativo. Aunque el contenido de AGV fue bajo, el potencial de AGV y la fracción potencial AGV/PT fueron comparables a los valores recomendados para la EBIF. La mayor parte de la DQOFB y una fracción de la DQOLB se transformaron en AGV durante el ensayo del potencial de AGV. La aportación de acetato sódico permitió aumentar y mantener un porcentaje medio de AGV del 74% de la DQOFB, del 42% de la DQOs y del 20% de la DQO. La DQO del afluente sin decantar estuvo compuesta mayoritariamente por DQOBT (75% DQOLB y 25% DQOFB). Los incrementos de la DQOFB se tradujeron en incrementos de la DQOs. La mayor parte de la DQOLB del afluente estuvo formada por materia orgánica particulada, haciendo que la presencia de MES en el afluente fuera determinante para incrementar la aportación de DQOLB al sistema.Los rendimientos de eliminación fueron del 85% de la MES, el 87% de la DQO, el 99% del amoníaco y el 42% del P. La mayor eliminación de DQO se registró en la zona anaerobia, con independencia del grado de subdivisión del reactor. La DQO residual se eliminó progresivamente en las siguientes zonas del reactor (89%, 3,8%, 1,7% y 2,2%). La fracción F/M en la zona de contacto inicial estuvo determinada en gran medida por la subdivisión aplicada al reactor biológico.La mayor concentración de PT del efluente se registró los días con mayor recirculación de nitratos al reactor anaerobio y aquellos con episodios de bulking, debido a la adición de un exceso de sustrato. Concentraciones de nitratos en el afluente al reactor anaerobio superiores a 0,20 mg N/L se tradujeron en una liberación de fósforo inferior a 1 mg P/L. A medida que el flujo de nitratos recirculados al reactor anaerobio aumentó, la liberación de P registró una disminución progresiva, rebajando su asimilación posterior en el reactor aerobio. El valor medio de la fracción DQO/PT en el afluente fue inferior al recomendado en la bibliografía (77 mg/mg) para una óptima eliminación simultánea de nutrientes. La fracción DQO/PT máxima (72 mg/mg) se alcanzó agregando un sustrato externo fácilmente biodegradable. La menor concentración de P del efluente se alcanzó con valores altos de la fracción DQO/PT. La relación consumo/liberación de P registró un valor medio de 1,14, si se incluye la liberación en los reactores anaerobios y anóxicos, y de 1,57 si sólo se tiene en cuenta la liberación en el reactor anaerobio. La eliminación de P disminuyó cuando la adición de acetato sódico alcanzó 150 mg DQO/L, debido a un deterioro rápido de la decantabilidad del fango por formación de bulking. La asimilación de P en la zona aerobia fue proporcional a la liberación de P en la zona anaerobia. La liberación de P en la zona anóxica pudo ocurrir como resultado de la fermentación de una fracción de la DQOLB presente en esta zona. / The main objective of this thesis is to advance the knowledge of the biological processes for simultaneous removal of nitrogen and phosphorous from a low-strength municipal wastewater using a continuous flow reactor, based on a Virginia Initiative Plant (VIP) design. An evaluation was conducted of the limiting parameters of the process and the strategies for promoting the availability of easily biodegradable organic matter to the PAO microorganisms. A follow-up was conducted of common wastewater physico-chemical parameters, and its sources of carbon, including the contribution from an external substrate, to determine and promote its potential for the enhanced biological phosphorus removal (EBPR) process. A new protocol was developed for COD fractionation, and for estimating the VFA concentration and the VFA potential, using a modified VFA potential test that simplifies the original operating procedure.Although the VFA content was generally low, the values of the VFA potential and the VFA potential/P ratio were comparable to those required by the EBPR process. Most of the RBCOD and a fraction of the SBCOD were readily converted to VFA during the VFA potential test. The addition of sodium acetate contributed to increase and maintain a mean percentage of VFA at 74% of the RBCOD, 42% of the SCOD and 20% of the COD. The COD of the unsettled influent was mainly formed by TBCOD (75% SBCOD, and 25% RBCOD). Increments of RBCOD translated into increments of SCOD. Most of the influent SBCOD corresponded to particulate organic matter, making the influent TSS content a determining factor for increasing the SBCOD contribution to the system. The removal efficiencies were 85% for TSS, 87% for COD, 99% for ammonia, and 42% for P. The highest COD removal efficiencies were observed in the anaerobic zone, regardless of the reactor subdivision arrangement adopted. The residual COD was removed in subsequent zones of the reactor (89%, 3.8%, 1.7%, and 2.2%). The F/M ratio in the initial contact zone was largely determined by the reactor subdivision adopted. The highest effluent TP concentration was observed during the days with the largest nitrate recirculation rates to the anaerobic reactor, and also during bulking episodes generated by an excessive substrate addition. Influent nitrate concentration to the anaerobic reactor higher than 0.20 mg N/L resulted in a phosphorous release lower than 1 mg P/L. As the recycled nitrates flow to the anaerobic reactor increased, the phosphorous release rates showed a steady decrease, preventing its subsequent uptake in the aerobic reactor. The mean influent COD/TP ratio was lower than that recommended in the literature (77 mg/mg) for an optimum simultaneous nutrient removal process. The maximum COD/TP ratio (72 mg/mg) was reached by adding an easily biodegradable external substrate. The lowest effluent P concentration was observed with high values of the COD/TP ratio. The mean P uptake/release ratio observed was 1.14, when P release from the anaerobic and anoxic reactors was included, while it reached 1.57 when only the release at the anaerobic reactor was considered. Phosphorous removal decreased when sodium acetate addition reached 150 mg COD/L, due to a rapid deterioration of the sludge settling properties caused by bulking. Phosphorous uptake in the aerobic zone was proportional to P release in the anaerobic zone. Phosphorous release in the anoxic zone may have occurred by partial fermentation of the SBCOD input to this reactor zone.

The use of recycled aggregates in concrete opens a whole new range of possibilities in the reuse of materials in the building industry. This could be an important breakthrough for our society in our endeavours towards sustainable development. The trend of the utilisation of recycled aggregates is the solution to the problem of an excess of waste material, not forgetting the parallel trend of improvement of final product quality. The utilisation of waste construction materials has to be related to the application of quality guarantee systems in order to achieve suitable product properties. Therefore the complete understanding of the characteristics of new material becomes so important in order to point out its real possibilities. The studies on the use of recycled aggregates have been going on for 50 years. In fact, none of the results showed that recycled aggregates are unsuitable for structural use. Only having inadequate number of studies in durability aspects, made recycled aggregates to be preferred just as stuffing material for road construction. My thesis, aimed to focus on the possibility of the structural use of recycled aggregate concrete based on a better understanding of its microstructure.To begin with the characteristics of the aggregates were established, to study their possible application in concrete production. After analysis, the dosage procedure was carried out in order to produce four concrete mixtures using different percentages of recycled coarse aggregates (0% (HC), 25% (HR25), 50% (HR50) and 100% (HR100)) with the same compression strength. Raw coarse aggregates (granite) and sand (crushed limestone) were used in the different concrete mixes.Macroscopic and microscopic examination were carried out in HC, HR25, HR50 and HR100 concretes in order to observe the durability effects. The macroscopic examination determined the aggregates distribution, composition, the contaminants and aureoles around adhered mortar. Microscopic examination was carried out by Optical light transmitted microscope Leica Leitz DM-RXP, using Fluorescence Thin Sections, in order to analyse the cement paste, the new and old interfacial transition zones, secondary reactions as well as damage. Original aggregates and cement paste, interfacial transition zones and alkali silica gel produced due to reactive aggregates present in adhered mortar were analysed by SEM and EDX-maps. Beside macro and micro observations, shear failure behaviour of recycled aggregate concretes was studied. Shear failure test was found more appropriate, as concrete properties had more influence in this type of failure behaviour compared to the flexural failure where the reinforcement plays the important role. Sixteen beam specimens were cast and the structural behaviour of these beams was analysed using four different transversal reinforcements for each kind of concrete. An analytical prediction of the experimental results are carried out using a numerical model (Modified Compression Field Theory), using the codes AASHTO LRFD, CSA, Eurocode-2 and expressions proposed in the Spanish code EHE-99.Organic and inorganic compounds were found to be released from waste materials through leaching and dispersed into the soil and surface water. The leaching of these compounds were measured employing different codes, the two Dutch codes (NEN 7341 and 7345) and the European Normative (EN 12457-2).Some recommendations are given as to the aggregates characteristics to be used in concrete mixes, taking into account the European standards for recycled aggregates. Also suggestions are made for the production process of concrete using recycled aggregate. Mechanical properties of recycled aggregate concrete are studied and they are compared with that of conventional concrete. Based on the durability of the concrete, some suggestions are proposed with respect to possible alkali silica reaction between new cement and original fine aggregates. It is also determined that the effect of the use of recycled aggregate on the beams' shear strength depend on the percentage of coarse aggregate substituted. The applicability of concrete recycled aggregate with respect to its environmental behaviour is demonstrated. In conclusion, some suggestions for future studies are made which would help us in the evolution of our understanding in this field.

Les escòries són el subproducte més abundant que s'obté en el procés d'incineració de residus sòlids urbans; constitueixen al voltant del 90 % en pes del producte sòlid resultant de la combustió. La producció anual a Catalunya és d'unes 150000 tones d'escòries, generades en set plantes incineradores localitzades a Tarragona, Mataró, Sant Adrià de Besòs, Montcada i Reixac, Malla, Girona i Vielha. El seu destí final és l'abocament, juntament amb la utilització puntual en petites obres menors d'àmbit local i de manera poc regulada. Pel seu caràcter a primera vista inert i l'aspecte granular es considera que les escòries es podrien utilitzar en l'àmbit de la construcció. En aquest estudi es pretén avaluar la viabilitat de la valorització de les escòries d'incineració de residus sòlids urbans produïdes a Catalunya en capes granulars de ferms de carreteres, com a substitut d'àrids naturals. La valoració de la idoneïtat de les escòries ha de tenir en compte l'adequació a les normatives tècniques que regeixen aquesta possible aplicació: l'Ordre de 15 de febrer de 1996, sobre valorització d'escòries del Departament de Medi Ambient i l'article 510 sobre tot-u del PG-3 (2004). Més enllà de les prescripcions, tanmateix, s'ha considerat necessària una caracterització de les escòries des de diverses perspectives per tenir un coneixement integral del material que permeti gestionar-lo correctament. Finalment l'estudi es completa amb un tram experimental de camp a Tagamanent, amb l'objectiu de contrastar els resultats obtinguts al laboratori i al camp.A les escòries hi coexisteixen tres paragènesis: els constituents preexistents (preincineració) com el vidre domèstic; els productes de fusió (sinincineració), característics de les escòries i equiparables a una roca ultrabàsica, i la paragènesi postincineració, constituïda per productes de neoformació que es formen a causa de l'elevada reactivitat del residu en sortir del forn i posen de manifest que la mineralogia de les escòries és dinàmica. Les proporcions entre les tipologies de materials són diferents i variables segons la mida de partícula considerada; aquesta particularitat és la clau de l'heterogeneïtat de les escòries.Les escòries tenen una granulometria contínua, poden assolir alts graus de compactació i capacitats portants molt notables, comparables a les que mostren àrids naturals, mentre que són lleugerament menys denses, més poroses i més fràgils que aquests. Cal destacar l'escassa sensibilitat a l'aigua i l'elevada estabilitat volumètrica.Si bé s'han determinat els continguts de més de 50 elements a les escòries, el principal component és el SiO2 (45 %). La resta d'elements majoritaris són Ca, Fe, Al, Na, C, Mg i K, comuns a materials naturals. Entre els minoritaris, alguns també són comuns en àrids naturals com S, Ti, Ba i Mn, però en canvi les escòries estan molt enriquides en Cu, Zn i Pb. Pel seu interès ambiental destaquen els baixos continguts en Ni, Co, As, Se, Mo, Cd i Hg.El comportament ambiental de les escòries s'ha avaluat mitjançant els tests de laboratori DIN 38414, CEN 12457, NEN 7341 i els sots experimentals del tram de camp de Tagamanent. Els tests CEN permeten fer previsions realistes i ajustades de la fracció lixiviable de les escòries en un marc temporal relativament limitat. Les lixiviacions més elevades són les d'elements que constitueixen sals solubles; les de la resta d'elements són més baixes. L'aplicació del Decret de materials de construcció holandès indica que Cu, Mo, Se, Sb, Cl- i SO42- són els constituents potencialment conflictius a les escòries, amb immissions que farien necessàries algunes mesures de protecció en la valorització. La resta d'elements no han de suposar cap problema ambiental.Addicionalment es proposen algunes recomanacions sobre mesures correctores que incideixen tant sobre la millora de la qualitat del material com en el possible escenari d'aplicació, i es fa un breu comentari sobre aspectes metodològics de l'estudi de les escòries.

This thesis presents diverse theoretical and practical applications of the ERS 1/2 and RADARSAT satellite images of the Synthetic Aperture Radar SAR sensor (near 330 images in the Northwest Mediterranean NWM and 980 in European coastal waters) Other types of satellite images were used to study the marine pollution and dynamics studies of the NWM and other European areas. Principal source of information constitutes a collection of the SAR images obtained on periodic form during the 1996-1998 years generally by the Clean Seas European project, also by the Oil Watch and the ERS-1/2 SAR Exploitation Study in Catalonia projects. The geographical area of interest includes the NWM maritime zone: Balearic Islands - Ebro Delta - Cap of Creus - Gulf of Leon - Marseilles - Balearic Islands. During the presents studies there we elaborated a thematic collection of the SAR (full and detailed fragments) images of the almost 300 oil spills and of the 42 coastal plumes detected in the NWM in the period 1996-1998 also thematic maps and the statistical analysis of their topologic characteristics and of their temporary/spatial occurrences were elaborated. The area of the all accidental spills and plumes that took place in the period 1996-1998 in the NWM was also estimated (the diameter is 146 km and it oil mass is 4.477 Tm), we made a comparative analysis of the results of the Clean Seas project from different zones of studies (NWM, North Sea, Baltic Sea) and the statistical analysis of the occurrence of disasters involving oil spills in European waters in base of the results of the present work and of the historical information of the past 34 years, relating them to Zipf's law. The general conclusion is that the small habitual oil spills play a significant role in the overall marine pollution due to its very frequent occurrence.In the area of study of the dynamics of the NWM we present the results of the topologic and spatial analysis of the vortices detected by the satellite sensors, the thematic maps, the comparison with the laboratory experiments, the quantitative analysis of the particularities of tide in different points of the NWM, the examples of the application of the multifractal analysis and also a practical method proposed in order to distinguish the sea surface structures of different origins.The obtained results have allowed to obtain a general and statistically justified vision of the level of the marine pollution of the NWM, as well as in other European maritime zones. It was also possible to obtain quantitative information on the complex superficial dynamics of the NWM, which can be useful to quantify the capacity of surface diffusion of the ocean. / PER NAVEGAR ENTRE ELS FITXERS D'AQUESTA TESI PARTIU DEL FITXER: inicio.pdfPARA NAVEGAR ENTRE LOS FICHEROS DE ÉSTA TESIS PARTIR DEL FICHERO: inicio.pdfTHE FIRST FILE IS inicio.pdf

La tesis doctoral propone como objeto de estudio las llamas de un incendio forestal (forma, tamaño, intensidad de radiación, temperatura, etc.). Mediante su modelización matemática se propone la aplicación de un problema práctico (zonas de seguridad). Para ello se basa en la experiencia previa con incendios de balsas de hidrocarburos de gran tamaño y a la relativa similitud en el comportamiento de las llamas de incendios de hidrocarburos y de incendios forestales. Se han analizado diversos modelos de radiación térmica y de vulnerabilidad. Como parte de dicho análisis se han estudiado las diversas ecuaciones existentes para el cálculo del factor de vista correspondiente a distintas situaciones, relativas básicamente a frente de llama plano y diversas posiciones de la superficie irradiada; también se ha analizado el caso de cuerpo irradiante cilíndrico, de utilidad para estudiar la radiación desde el propio incendio a una parte del combustible. El estudio comparativo efectuado ha permitido seleccionar las ecuaciones más adecuadas para el cálculo del factor de vista para las disposiciones geométricas llama/objetivo más frecuentes y características; las ecuaciones seleccionadas han sido las de McGuire, cuyo carácter analítico garantiza una mayor exactitud que en el caso de las metodologías numéricas.La utilización del conjunto de modelos y ecuaciones seleccionados, junto con la aplicación de los valores de vulnerabilidad, ha permitido el establecimiento -para unas condiciones meteorológicas rigurosas y para las trece tipologías de combustible de Rothermel- de distancias de seguridad. Estos valores pueden aplicarse en el establecimiento de zonas de seguridad, vías de acceso y escape, etc., pudiendo ser de gran utilidad tanto en la planificación de tipo preventivo como en las actuaciones en emergencias / This doctoral thesis is focussed on the study of the forest fire flames (shape, size, radiation intensity, temperature, etc.). A proposal of a practical application (security zones) is carried out by the mathematical modelling of the flames. In order to attain such a goal, the previous experience in hydrocarbon pool fires of big size and the relative similarity between the behaviour of the hydrocarbon and forest fire flames have been very useful.Several thermal radiation and vulnerability models have been analysed. One of the main parts of such analysis has been the study of diverse existing equations for the calculation of the view factor corresponding to a different situations basically related to the plane flame front and to the diverse positions of the irradiated surface; moreover, the case of the irradiating cylindrical shape has been analysed, being very useful in order to study the radiation from the very fire to a part of the fuel. The comparative study carried out has allowed to choose the proper equations for the view factor calculation and also for the most common geometrical and characteristic flame/target dispositions; the McGuire equations have been selected, whose analytic character guarantees higher accuracy than the ones used in numerical methodologies.The use of the set of the selected models and equations together with the application of the vulnerability values have allowed the establishment -for strict meteorological conditions and for the thirteen Rothermel fuel categories- of safety distances. These values can be used to establish safety zones, access and escape routes, etc, and can be very useful not only in the preventive planning but also in the emergency response.

En Cataluña se presentan episodios de contaminación por ozono troposférico, especialmente en verano. El complejo comportamiento del ozono, su interacción con la atmósfera y sus efectos sobre la calidad del aire, pueden ser analizados con un Modelo de Transporte Químico (MTQ). Los inventarios de emisiones proporcionan la distribución espacial y temporal de los precursores de ozono (NOx, COV) y de otros contaminantes que requiere un MTQ. EMICAT2000 es un modelo de alta resolución espacial (1 km2) y temporal (1 hora) desarrollado en un entorno SIG, para la obtención de inventarios de emisiones de Cataluña durante el año 2000. Incluye a los principales contaminantes primarios (NOx, COV, CO, SO2 y PST) y gases de efecto invernadero (CO2, CH4 y N2O). EMICAT2000 integra las emisiones diarias, mensuales y anual; permitiendo su uso tanto con fines de política ambiental o modelización fotoquímica.Incluye las emisiones de la vegetación, tráfico vehicular, industrias y las producidas por el consumo de combustibles fósiles y disolventes en los sectores doméstico y comercial. El modelo de emisiones de COV provenientes de la vegetación (isopreno, monoterpenos, otros COV) utiliza el algoritmo de Guenther et al. (1993), adaptado para considerar el particular comportamiento emisor de ciertas especies mediterráneas. Incorpora factores de emisión, definidos mediante la selección exhaustiva de factores de emisión de las especies vegetales más importantes. El modelo de tráfico incluye las emisiones en caliente, en frío y evaporativas; mediante una red digital de las autopistas y de las más importantes carreteras y vías urbanas (con intensidades medias de tráfico mayores a 3000 vehículos). EMICAT2000 utiliza como base el método y los factores de emisión del modelo EMEP/CORINAIR-COPERTIII, e incorpora perfiles de tráfico mensuales, diarios y horarios; diferenciando el parque automotor circulante para días laborables y festivos.Las emisiones industriales incluyen registros reales de emisión de chimeneas conectadas a la Xarxa de control d'emissions (XEAC) del Departament de Medi Ambient; así como las emisiones estimadas de las centrales eléctricas, cementeras, refinerías, plantas de olefinas, industrias del sector químico e incineradoras, principalmente.Estas fuentes definen la configuración espacial y temporal de las emisiones. La potencial agregación de otras fuentes aportará información a nivel de detalle.En el período anual las emisiones estimadas en Cataluña son: 107 kt a-1 de NOx, 137 kt a-1 de NMCOV, 267 kt a-1 de CO, 65 kt a-1 de SO2, 24 kt a-1 de PST y 32 175 kt a-1 de CO2 equivalente. Las principales fuentes de NOx son el tráfico (58%) y la industria (38%). Las principales fuentes de NMCOV son el tráfico (36%), la vegetación (34%), industrias (17%) y uso de disolventes (13%). La especiación de las emisiones corresponde a las categorías del mecanismo Carbon Bond 4, que EMICAT2000 organiza con diferente resolución espacial (1, 2, 4 y 8 km2) de acuerdo al interfaz netCDF para su uso en un MTQ de tercera generación (Models-3/CMAQ). En un día laborable de agosto, el 80 % de las emisiones de NMCOV corresponde a la categoría PAR (enlace parafínico), que es poco reactiva, en tanto que las emisiones de la categoría ISOP (isopreno), representa solamente el 1 %, siendo la más reactiva.El análisis de incertidumbre comprende criterios de tipo interno y externo. Las emisiones más importantes incluyen una evaluación cualitativa de la incertidumbre.EMICAT2000 fue probado exitosamente en el diagnóstico de varios eventos de contaminación fotoquímica. Es la base potencial el análisis del efecto fin de semana, o el pronóstico de la calidad del aire de Cataluña, bajo diferentes escenarios. Es una herramienta que en materia de emisiones proporciona total libertad, flexibilidad y control, pudiendo ser fácilmente explotado en otras regiones de similares características. / Photochemical pollution episodes by ozone take place in Catalonia, mainly during the summertime. The complex ozone behaviour, its interactions with the atmosphere and the effects on air quality could be understood by modelling, using a Chemical Transport Model (CTM). Emission inventories provide the information of the spatial and temporal emissions distribution of the ozone precursors and other pollutants required by this kind of approach.EMICAT2000 is an emission model with high spatial (cells of 1 km2) and temporal (1 hour) resolutions, which was developed into a GIS environment to estimate the emissions from Catalonia during the year 2000. It includes the most important primary air pollutants (NOx, NMVOCs, CO, SO2 and TSP) and greenhouse gases (CO2, CH4 and N2O). EMICAT2000 integrates daily, monthly and yearly emissions, providing information both for environmental policy and photochemical modelling.This model includes the emissions from vegetation, on-road traffic, industries and emissions by fossil fuel consumption and domestic-commercial solvent use. The NMVOCs emission model from vegetation (isoprene, monoterpenes and other NMVOCs) uses the algorithm by Guenther et al. (1993), suited and adapted for describing the particular emitter behaviour of some Mediterranean species. Emission factors by land-use categories were defined, as result of an exhaustive selection of emission factors of the most important vegetal species. A vast database of hourly records of superficial temperature and solar radiation was incorporated.The on-road traffic emission model includes the hot exhaust, cold exhaust and evaporative emissions, using a digital map of the all the highways and the most important roads and streets (daily average traffic > 3000). EMICAT2000 uses the method and emission factors of the European model EMEP/CORINAIR - COPERTIII as basis, and includes monthly, daily and hourly traffic profiles; differencing the vehicle park composition between weekdays and weekends.Industrial emissions include real records of chimneys connected to the emission control net of the Environmental Agency of Catalonia, and the estimated emissions from power stations, cement factories, refineries, olefins plants, chemical industries and incinerators. The sources included define the spatial and temporal configuration of emissions. The potential aggregation of other sources will contribute mainly in details.In the yearly period total emissions from Catalonia were estimated in 107 kt yr-1 of NOx, 137 kt yr-1 of NMVOCs, 267 kt yr-1 of CO, 65 kt yr-1 of SO2, 24 kt yr-1 of TSP and 32,175 kt yr-1 of equivalent CO2. Main NOx sources are on-road traffic (58%) and industries (38%). Most important NMVOCs sources are on-road traffic (36%), vegetation (34%), industries (17%) and use of solvents (13%). Speciation of hourly emissions was established according to the categories of Carbon Bond 4 chemical mechanism. EMICAT2000 generates data files with different spatial resolutions (1, 2, 4 and 8 km2) using the netCDF protocol for the Models-3/CMAQ. According to the categories of the Carbon Bond 4 mechanism, during an August weekday 80% of the NMVOCs emissions belongs to the PAR (paraffins bond) category, which is low reactive; whereas emissions of ISOP (isoprene) category reaches only 1%, being this lumped-species the most reactive.Uncertainty analysis includes both internal (error propagation) and external (comparison with other estimations, photochemical modelling) criteria for model's evaluation. The most important sources include a qualitative assessment of uncertainty.EMICAT2000 was successfully tested diagnosing some photochemical events. It could be the basis for research activities related with the Weekend Effect or the forecasting of air quality in Catalonia under different scenarios. This tool provides total control, freedom and flexibility on the emission topic. Successful results are currently being obtained using the emission inventories provided by EMICAT2000. In addition, it could be easily applied and exploited for other regions with similar characteristics.

La finalidad principal de este trabajo de tesis es ponderar la viabilidad de la aplicación del análisis multicriterio y la lógica difusa en la evaluación de impactos ambientales como una herramienta de ayuda a la toma de decisiones ambientales, se inicia con una revisión de la evolución histórica y legal de la evaluación de impacto ambiental y hace una revisión a la situación europea de cómo se han ido incorporando a la legislación de sus estados miembros las Directivas relativas, y la forma en que los Programas Comunitarios Medioambientales han influido en la política interna de medio ambiente con un énfasis especial al caso España y particularmente de Cataluña. Se hace también un breve análisis a la situación en los países de América.Se dedica un capítulo a las metodologías de evaluación de impactos ambientales con la finalidad de ofrecer un panorama general de los métodos más usados y que más adelante dan origen al método propuesto en este trabajo con la incorporación de técnicas difusas.Merece una atención especial la valoración del medio natural, las principales barreras de carácter ideológico, de procedimiento y metodológico existentes para la selección, ponderación e integración de los criterios de evaluación seleccionados y la desigual calidad de la información disponible. Esta evaluación es llevada a cabo mediante una considerable variedad de técnicas y métodos que tienen en común el hecho de basarse en factores objetivos y subjetivos difícilmente separables y que requieren del auxilio de una técnica matemática que pueda conciliar lo cualitativo con lo cuantitativo.La aplicación del análisis multicriterio y la lógica difusa a la evaluación de impacto ambiental actualiza y mejora el uso de los métodos clásicos y generalmente aceptados, con la ventaja de que permite manejar simultáneamente información cualitativa y cuantitativa sin los problemas de agregación que se presentan en el sistema crisp (convencional) ya que el modelo semántico en que se basa, es proporcionado por la teoría de conjuntos difusos que ha demostrado en otras áreas del conocimiento una mejor aproximación a la realidad, al admitir que la naturaleza tiene matices y que las decisiones se toman en función de una amplia gama de posibilidades y de criterios en ocasiones contradictorios o en conflicto, todos igualmente válidos.Finalmente, a tres proyectos realizados en la Isla de Mallorca considerados en el Plan Director Sectorial para la Gestión de los Residuos Urbanos para una zona de actuación localizada en Son Reus, se les aplica un método de evaluación de impactos ambientales que asimila las técnicas difusas y el análisis multicriterio denominado AIEIA, dichos proyectos son: una Planta Incineradora de RSU, una Planta Metanizadora de residuos biodegradables y una Planta de Compostaje.El uso del programa informático AIEIA (aplicación integral de evaluación de impacto ambiental) desarrollado por un grupo de investigadores de la Universidad de Granada, España encabezado por el Dr. Armando Blanco Morón con la colaboración del Dr. José Manuel Martín Ramos y otros, es una herramienta sumamente útil y práctica que integra el proceso de estudio de impacto ambiental (EsIA) y la toma de decisiones multicriterio difusa; su evaluación ha sido parte de este trabajo, con resultados muy satisfactorios que nos permiten afirmar que resulta viable la aplicación de estas técnicas matemáticas en la evaluación de impactos ambientales. Los resultados obtenidos son equiparables a otros métodos con las ventajas de proporcionar información en términos absolutos y relativos de los impactos ambientales, por actividad, por grupo de actividades, factores ambientales, grupos de factores ambientales y evaluación global del proyecto, en términos lingüísticos, en términos numéricos y en números difusos, además de permitir un análisis de alternativas. / The main purpose of this thesis dissertation is to weigh up the viability of the application of multicriteria analysis and fuzzy logic in the environmental impact assessment as a tool for decision make. It begins with a revision of the historical and legal evolution of environmental impact assessment and makes a revision to European situation of the incorporation of related Directives to the legislation of member states; and the way that Communitarian Environmental Programmes have influenced the internal environmental policies, with an especial emphasis to the case of Spain and, particularly, Catalonia. A brief analysis of the situation of American countries is also presented.The methodologies for environmental impact assessment cover a section of this dissertation, with the objective of illustrating the general state-of-the-science of most used methods that, furthermore, are the origin for the proposed methodology in this work with the incorporation of fuzzy techniques.A remarkable attention is focused in the valuation of the environment, the main ideological, proceedings and methodological barriers existing for the selection, weighting and integration of the assessment criteria selected; and the uneven quality of the available information. This assessment takes place through a considerable variety of techniques and methods that have in common the fact that they are based in both objective and subjective factors hardly separable, and that require the aid from a mathematical technique which reconciles the qualitative and the quantitative.The application of multicriteria analysis and fuzzy logic to the environmental impact assessment actualises and improves the use of classical and accepted methods, with the advantage that it allows to manage simultaneously the qualitative and quantitative information without the problems of aggregation that are present in the crisp (conventional) system; since the semantic model on which that is based is supplied by the theory of fuzzy set, which has shown a better approximation to reality in other subjects when admitting that nature has nuances and decisions are taken in function of a wide range of possibilities and criteria that are often contradictory or in conflict, all of them equally valid.

La qualitat de l'aire d'una zona està directament lligada amb la situació meteorológica present i les seves característiques dispersives. Per aquest motiu, l'estudi dels vents en uns regió suposa una aportació d'informació necesaria per a poder aprofundir en diversos camps científics. El present tema de Tesis aprofundeix en el coneixemnet del camp de vents de la Península Ibérica i de l'Àrea Geográfica de Catalunya (AGC).Com a pas previ a l'estudi dels camps de vents s'han identificat les situacions atmosfèriques típiques que afecten a la regió d'estudi. S'ha realitzat una extensa revisió bibliogràfica de les diferents classificacions de situacions sinòptiques típiques de la Península Ibérica i Catalunya. De l'estudi s'ha vist la dificultat de trobar una classificació unitària que englobi la majoria de propostes realitzades fins el moment. Per això, tenint en compte que les classificacions existents presenten un elevat grau de subjectivitat s'ha optat per proposar i aplicar una metodologia poc desenvolupada en la regió d'estudi per tal d'analitzar els fluxos que afecten a la Península Ibèrica des d'un punt de vista estadístic.D'aquesta manera, s'ha implementat un algoritme de agrupació per cúmuls per analitzar les retro-trajectòries amb destí l'àrea de Barcelona. A partir d'una base de dades de 5 anys de retro-trajectòries cinemàtiques de 4 dies, calculades amb el model Hybrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT), s'han obtingut un conjunt de cúmuls de retro-trajectòries de curvatura i longitud similar. Per poder realitzar descripció més acurada de la circulació troposfèrica afectant Barcelona, s'han analitzat les retro-trajectòries amb destí a 5500, 3000 i 1500 m s.n.m. a Barcelona. Els principals patrons de transport identificats a 5500 m es classifiquen en fluxos del W, fluxos del NW, fluxos del SW, i recirculacions regionals de masses d'aire sobre Europa i la mar Mediterrània. Es descriu la distribució anual dels diferents patrons de transport. A l'estiu, els fluxos moderats de W i SW en la mitja troposfera, fluxos dèbils de W i SW a 3000 m, i les recirculacions regionals a 1500 m caracteritzen els patrons de transport que afecten a Barcelona. Aquest patró general varia a l'hivern, amb major freqüència de les adveccions del W a 5000 m, i un augment de les situacions del N i NW a 1500 m. Combinant els resultats a 5000 y 1500 m s'observen un gran nombre de situacions amb desacoblament entre la troposfera baixa i mitja.A partir d'aquests resultats s'han escollit set dies que són representatius de diferents situacions atmosfèriques típiques que afecten a la Península Ibèrica definides a partir dels fluxos en la troposfera mitja i baixa (W-W, W-NW, W-wR, SW-wR, R-eR, SW-eR, NW-N). Amb l'aplicació del model numèric de pronòstic meteorològic mesoscalar mesoscalar 5th generation Mesoscale Model (MM5) s'han descrit els camps de vent d'aquestes situacions per a la Península Ibèrica i el AGC. Les simulacions s'han realitzat amb elevada resolució horitzontal (24 i 2 km respectivament). Els resultats permeten descriure les circulacions i règims de vents que s'estableixen, i permeten caracteritzar les particularitats principals de les mateixes en referència als vents. Per descriure les característiques dispersives i turbulentes de la troposfera, i especialment de la capa fronterera, es descriu també l'evolució de l'energia cinètica turbulenta per a cada dia d'estudi.S'ha realitzat un esforç important per quantificar el errors tant en superfície com en altitud dels vents i la temperatura de l'aire en la validació de les simulacions. S'han calculat diferents estadístics per analitzar l'error del model, visualitzant l'evolució horària i espacial del mateix. Per analitzar el comportament en altitud s'han validat les simulacions amb radiosondatges distribuïts pels dominis d'estudi. / El conocimiento de los campos de vientos de una región tiene una relevancia muy significativa para poder describir las circulaciones y comportamiento de los flujos en determinadas circunstancias. La calidad del aire de una zona está directamente ligada con la situación meteorológica presente y sus características dispersivas. Por ello, el estudio de los vientos en una región supone un aporte de información necesario para poder profundizar en distintos campos científicos como pueden ser la calidad del aire o la valoración de los recursos energéticos de una zona.El paso previo al estudio de los campos de vientos de la Península Ibérica y el AGC ha sido la identificación de las situaciones atmosféricas típicas que afectan a la región de estudio. Se ha realizado una extensa revisión bibliográfica de distintas clasificaciones de situaciones sinópticas típicas de la Península Ibérica y Catalunya. Del estudio se ha visto la dificultad de encontrar una clasificación unitaria que englobe la mayoría de propuestas realizadas hasta el momento. Por ello, y viendo que las clasificaciones existentes presentan un elevado grado de subjetividad se ha optado por aplicar una metodología poco desarrollada en la región de estudio para analizar los flujos que afectan a la Península Ibérica desde un punto de vista estadístico.Así, se ha implementado un algoritmo de agrupación por cúmulos para analizar las retro-trayectorias con destino el área de Barcelona. A partir de una base de datos de 5 años de retro-trayectorias cinemáticas de 4 días, calculadas con el modelo HYSPLIT, se obtiene un conjunto de cúmulos de retro-trayectorias de curvatura y longitud similar. Para poder realizar una mejor descripción de la circulación troposférica afectando a Barcelona, se han analizado las retro-trayectorias con destino a 5500, 3000 y 1500 m s.n.m. en BCN. Los principales patrones de transporte identificados a 5500 m se clasifican en flujos del W, flujos del NW, flujos del SW, y recirculaciones regionales de masas de aire sobre Europa y el mar Mediterráneo. Se describe la distribución anual de los distintos patrones de transporte. En verano, los flujos moderados de W y SW en la media troposfera, flujos débiles de W y SW a 3000 m, y las recirculaciones regionales a 1500 m caracterizan los patrones de transporte que afectan a Barcelona. Este patrón general varia en invierno con mayor frecuencia de las advecciones del W a 5000 m, e un incremento de las situaciones del N y NW a 1500 m. Combinando los resultados a 5000 y 1500 m se observan un gran número de situaciones con desacoplamiento de la baja troposfera de la media troposfera.A partir de estos resultados se han escogido siete días que son representativos de distintas situaciones atmosféricas típicas que afectan a la Península Ibérica. Con la aplicación del modelo numérico de pronóstico meteorológico mesoscalar MM5 se han descrito los campos de vientos de estas situaciones para la Península Ibérica y el AGC. Las simulaciones se han realizado con elevada resolución horizontal (2 km) para el AGC. Los resultados permiten describir las circulaciones y regímenes de vientos que se establecen, y permiten caracterizar las particularidades principales de las mismas en cuanto a los vientos se refiere. Para describir las características dispersivas y turbulentas de la troposfera, y especialmente de la capa fronteriza se describe también la evolución de la energía cinética turbulenta para cada día de estudio.Para la validación de las simulaciones se ha realizado un esfuerzo importante para cuantificar los errores tanto en superficie como en altitud de los vientos y la temperatura del aire. Se han calculado distintos estadísticos para analizar el error absoluto del modelo, visualizando la evolución horaria del mismo, y también el sesgo de los resultados. Para analizar el comportamiento en altitud se han validado las simulaciones con radiosondeos distribuidos a lo largo de la Península Ibérica y el AGC. / The air quality of a region is directly related with the present meteorological situation. The study of the winds of a region represents an important contribution to the knowledge of several scientific fields. The present PhD Thesis focuses on the knowledge of the wind field of the Iberian Peninsula and the Catalonia geographical area.The first step in the study of the wind field of a region is the identification of the typical synoptic situations affecting the zone. An extended bibliographic revision of the different classifications of the synoptic situations is presented for the Iberian Peninsula and Catalonia. The bibliographic revision has pointed out the difficulty aroused when a unified classification is intended. For that reason, and due to the high subjective approach used in the proposed classifications, a more objective approach is proposed and applied to the region of study.A cluster algorithm was implemented to analyze the backward trajectories arriving in the Barcelona area. Five years of 4-day kinematic back trajectories, computed with the HYbrid Single-Particle Lagrangian Integrated Trajectory model version 4 (HYSPLIT), were clustered and classified in groups of similar length and curvature. To better describe the tropospheric circulations at BCN, backward trajectories arriving at 5500, 3000, and 1500 m above sea level were analyzed. The main transport patterns are identified at 5500 m: westerly flows, northwesterly flows, and regional recirculations over Europe and the Mediterranean Sea. An annual distribution of the transport patterns is described. During summertime, moderate westerlies and southwesterlies in the middle troposphere, slow westerlies and southwesterlies at 3000 m, and regional recirculations at 1500 m characterize the Barcelona long-range transport. This general pattern varies during wintertime with more westerlies at 5500 m, and an increase of northern and northwestern situations at 1500 m. Large number of situations with decoupling between lower from middle troposphere are observed when combining 5500 m and 1500 m cluster results.From these results, seven meteorological situations have been selected as representative cases of the several synoptic situations affecting the Peninsula Iberica (W-W, W-NW, W-wR, SW-wR, R-eR, SW-eR, NW-N).The wind fields of the region of study has been described with the application of the the mesoscale numerical weather prediction 5th generation Mesoscale Model (MM5). The simulations have been performed with high horizontal resolution for the Peninsula Iberica and AGC (24 and 2 km) for the AGC. The results show the complex circulations developed within the domain of study, and the basic features of the wind fields can be analyzed. With the aim to describe the turbulence and dispersion of the troposphere, and with special attention to the boundary layer, the turbulent kinetic energy is analyzed.A special effort has been realized to quantify the errors of the simulations. Surface and aloft fields of wind and temperature have been validated. Several statistics are calculated, and temporal and spatial representations of them are performed. To analyze the behavior of the model aloft, the results are compared with radiosoundings located along the domains of study.

Aquest estudi es centra en la síntesi de zeolites a partir de cendres volants de carbó i les aplicacions ambientals dels materials zeolítics resultants. La síntesi de zeolites es va desenvolupar mitjançant dos processos diferenciats: a) extracció de Si de la cendra volant i la subseqüent síntesi de zeolita pura mitjançant la combinació del extracte resultant amb una solució rica en Al, i b) la zeolitizació de la cendra volant per conversió directa. Aquest estudi s'ha realitzat amb 23 cendres volants de diferents centrals elèctriques europees, amb SiO2 i Al2O3 com components majoritaris.La recerca del tractament hidrotermal de les cendres volants emprant calentament convencional i microones suggereixen que la dissolució de Si i Al de les cendres volants depèn principalment dels següents factors: a) tipus de fases de Al-Si que la composen, b) tipus i concentració de la solució extractant, c) temperatura, d) relació solució extractant/cendra volant, e) agitació i f) temps. El alts continguts de Al, Si i Na en els lixiviats donen lloc a la saturació i precipitació de fases zeolítiques en el residu d'extracció. Per tant, en el disseny del procés d'extracció cal tenir en compte les següents finalitats: a) obtenir una extracció alta de Si, i b) convertir simultàniament el residu d'extracció en un producte zeolític amb aplicació industrial (amb una CIC ???1 meq/g).Els millors rendiments d'extracció de sílice de les cendres volants, tenint en compte les condicions estudiades, foren les següents:- 405 g SiO2/kg en una etapa de extracció (equivalent a 1216 g zeolita A pura/kg)- 368 g SiO2/kg en una etapa de extracció amb microones (equivalent a 1104 g zeolita A pura/kg)- 250 g SiO2/kg en una etapa de extracció amb previ tractament tèrmic (equivalent a 750 g zeolita A pura/kg)- 210 g SiO2/kg en dos etapes de extracció (equivalent a 630 g zeolita A pura/kg)Els resultats experimentals d'extracció i caracterització han mostrat que els paràmetres que afavoreixen l'extracció de Si de les cendres originals són: a) alts continguts de Si, b) alta proporció de SiO2 en la matriu vítrea i en altres fases altament solubles, com sílice opalina, i c) una relació SiO2/Al2O3 alta.A partir dels extractes de sílice (de la cendra volant de Meirama) i d'una aigua residual d'anoditzat d'alumini (Alumet) es va sintetitzar un material zeolític amb el 97 % de puresa, tal i com es dedueix de la seva alta CEC (4.7 meq/g, equivalent a la dels productes comercials), que era una mescla (50:50) de zeolita A i X. Si als extractes de sílice obtinguts (entre 210 i 405 g de sílice/kg cendra) se li aplica aquest rendiment de síntesi, s'obté un rendiment net d'entre 611 i 1178 g de zeolita A/X/kg de cendra volant.La selecció d'una cendra volant apropiada per la zeolitizació mitjançant conversió directa ve determinada pels següents factors: a) alts continguts de Al2O3 i SiO2, b) alts continguts en matriu vítria i c) una relació SiO2/Al2O3 baixa. De manera que, a partir d'una cendra volant amb una composició del 78 % de Al2O3 + SiO2, 86 % de matriu vítria i una relació SiO2/Al2O3 = 2.4 s'obtingué un producte zeolític amb un contingut en zeolita del 65 % en tan sols 8 hores. En canvi, utilitzant una cendra amb un 63 % de vidre es va sintetitzar un material amb tan sols el 45 % de zeolita en 24 hores. Les condicions òptimes de conversió per la cendra volant de Narcea es fixaren en: 3 M NaOH, 125 oC, 8 h, 2 L/kg amb un rendiment de síntesis de 700 g de zeolita/kg cendra. L'experiment a escala de laboratori fou extrapolat a escala de planta de pilot i s'obtingueren 2.2 tones d'un producte amb una CEC de 2.7 meq/g. A més, les zeolites amb alta CEC, tal com la NaP1, s'obtenen preferencialment a partir de cendres amb SiO2/Al2O3 <1.5.Els experiments de retenció de metalls realitzats amb les mostres d'aigües amb altes concentracions en metalls pesats van mostrar que les dosis òptimes de material zeolític oscil·len entre 5 i 40 g/L, depenent del rang de concentració de metalls i de la CEC del material zeolític emprat. Aquests resultats demostren que les zeolites A i NaP1 tenen una afinitat major per els metalls que per Ca2+ i Mg2+. A partir d'una avaluació qualitativa dels resultats obtinguts, s'obtingué la la següent afinitat pels cations estudiats: Fe3+??Al3+ ???Cu2+ ???Pb2+ ???Cd2+=Tl+ ???Zn2+ ???Mn2+???Ca2+= Sr2+ ???Mg2+. Les solucions que contenen fins 600 mg/L d'aquests metalls pesats i fins 800 mg/L de Ca2+ poden tractar-se amb zeolites A, X iNaP1 per tal de reduir el contingut de metall a <0.5 mg/L, amb nivells relativament alts de Ca2+ en solució.Aquest estudi ha premés provar la eficàcia del material zeolític sintetitzat a escala de planta pilot com a material immobilitzador de metalls en sòls contaminats pel abocament tòxic d'Aznalcóllar (Sud d'Espanya). Es van afegir entre 0 i 54 tones de producte zeolític/hectàrea i després d'un any s'observà que la dosi de 15 tones/hectàrea era suficient per immobilitzar > 99 % dels elements lixiviables més problemàtics. Després de dos de l'addició, es mantenia el mateix grau d'inmmobilització.Les capacitats d'adsorció mesurades per SO2 i NH3 foren 297 i 111 mg/g, respectivament, amb el material 4A-X sintetitzat a partir d'extractes de sílice. En canvi, amb els productes sintetitzats per conversió directa s'obtingueren valors d'adsorció d'un ordre de magnitud menor. Tot i que els resultats demostren que la major part de la capacitat de retenció es deu fisisorció, la presència de vapor d'aigua en el gas pot reduir apreciablement la capacitat de retenció d'aquestes zeolites en aplicacions industrials reals. Conseqüentment, les aplicacions potencials d'aquests materials en el tractament de gasos poden ser la captació de vapor d'aigua la retenció de SO2 o NH3 d'efluents gasosos amb poca quantitat d'aigua. / Este estudio se centra en la síntesis de zeolitas a partir de cenizas volantes de carbón y las aplicaciones ambientales de los materiales zeolíticos resultantes. La síntesis de zeolitas se realizó utilizando dos procesos diferentes: a) la extracción de Si de la ceniza volante y la subsiguiente síntesis de zeolita pura mediante la combinación del extracto resultante con una solución rica en Al, y b) mediante la zeolitización de la ceniza volante por conversión directa. Este estudio se ha realizado con 23 cenizas volantes de diferentes centrales eléctricas europeas, con SiO2 y Al2O3 como componentes mayoritarios.El estudio del tratamiento hidrotermal utilizando calentamiento convencional y microondas sugieren que la disolución de Si y Al de las cenizas volantes depende de los siguientes factores: a) tipo de fases de Al-Si que la componen, b) tipo y concentración del extractante, c) temperatura, d) relación solución extractante/ceniza volante, e) agitación y f) tiempo. Los contenidos altos de Al, Si y Na en los lixiviados dan lugar a la saturación y precipitación de fases zeolíticas en el residuo de extracción. Consiguientemente, para el diseño del proceso de extracción deben considerarse las finalidades siguientes: a) alcanzar una extracción alta de Si, y b) convertir simultáneamente el residuo de extracción en un producto zeolítico con aplicación industrial (con una CIC ???1 meq/g).Los mejores rendimientos de extracción de sílice de las cenizas volantes, en función de las condiciones estudiadas, fueron los siguientes:- 405 g SiO2/kg en una etapa de extracción (equivalente a 1216 g zeolita A/kg)- 368 g SiO2/kg en una etapa de extracción con microondas (equivalente a 1104 g zeolita A/kg)- 250 g SiO2/kg en una etapa de extracción con previo tratamiento térmico (equivalente a 750 g zeolita A pura/kg)- 210 g SiO2/kg en dos etapas de extracción (equivalente a 630 g zeolita A pura/kg) Los resultados experimentales de extracción y caracterización mostraron que los parámetros que favorecen la extracción de Si de las cenizas originales son: a) alto contenido de Si, b) alta proporción de SiO2 en la matriz vítrea y en otras fases altamente solubles, como sílice opalina, y c) una relación SiO2/Al2O3 alta.A partir los extractos de sílice (de la ceniza volante de Meirama) y de una agua residual de anodizado de aluminio (Alumet) se sintetizó un material zeolítico con una pureza del 97 %, deducida de su alta CEC (4.7 meq/g, equivalente a la de los productos comerciales), que era una mezcla (50:50) de zeolita A y X. Si sobre los extractos de sílice obtenidos (entre 210 y 405 g de sílice/kg ceniza) se aplica este rendimiento de síntesis, se obtiene un rendimiento final de entre un 611 y 1178 g de zeolita A/X/kg de ceniza volante.La selección de una ceniza volante apropiada para la zeolitización por conversión directa viene determinada por los siguientes criterios: a) alto contenido de Al2O3 y SiO2, b) alto contenido en matriz vítrea y c) una relación SiO2/Al2O3 baja. Así, utilizando una ceniza volante con una composición del 78 % de Al2O3 + SiO2, 86 % de matriz vítrea y una relación SiO2/Al2O3 = 2.4 se obtuvo un producto zeolítico con un contenido en zeolita alrededor del 65 % en tan sólo 8 horas. Sin embargo, utilizando una ceniza con un 63 % en vidrio se sintetizó un material con tan sólo el 45 % zeolita en 24 horas. Las condiciones óptimas de conversión se fijaron para la ceniza volante de Narcea en: 3 M NaOH, 125 oC, 8 h, 2 L/kg con un rendimiento de síntesis de 700 g de zeolita/kg ceniza. Las pruebas de laboratorio se reprodujeron a escala de planta de piloto y se obtuvieron 2.2 toneladas de un producto con una CEC de 2.7 meq/g. Además, las zeolitas con alta CEC, tal como NaP1, se obtienen preferencialmente a partir de cenizas con SiO2/Al2O3 <1.5. Los experimentos de retención de metales realizados con muestras de agua con altas concentraciones en metales mostraron que las dosis de zeolita óptimas oscilan entre 5 y 40 g/L, dependiendo de la concentración de metales y de la CEC de la zeolita utilizada. Así, las zeolitas A y NaP1 tienen mayor afinidad para los metales que para Ca2+ y Mg2+. A partir de una evaluación cualitativa de los resultados obtenidos, se obtuvo la siguiente afinidad para los cationes estudiados: Fe3+??Al3+ ???Cu2+ ???Pb2+ ???Cd2+=Tl+ ???Zn2+ ???Mn2+???Ca2+= Sr2+ ???Mg2+. Las soluciones con hasta 600 mg/L de estos metales pesados y hasta 800 mg/L de Ca2+ pueden tratarse con zeolitas A y NaP1 para reducir el contenido de metal a <0.5 mg/L, permaneciendo en solución niveles relativamente altos de Ca2+.Este estudio ha permitido probar la eficacia del material zeolítico obtenido a escala de planta piloto como material inmovilizador de metales en suelos contaminados por el vertido tóxico de Aznalcóllar (Sur de España). Se adicionaron entre 0 y 54 toneladas de producto zeolítico/hectárea y después de un año se observó que la dosis de 15 toneladas/hectárea era suficiente para inmovilizar > 99 % de los elementos lixiviables más problemáticos. Dos años después de la adición, persistía el mismo grado de inmovilización.Las capacidades de adsorción medidas para SO2 y NH3 fueron 297 y 111 mg/g, respectivamente, con el material el 4A-X sintetizado a partir de extractos de sílice. En cambio, con los productos sintetizados por conversión directa se alcanzaron valores de adsorción un de orden de magnitud menor. Aunque los resultados demuestren que la mayor parte de la capacidad de retención se debe a la adsorción física, la presencia de vapor de agua en el gas puede reducir apreciablemente la capacidad de retención de estas zeolitas en aplicaciones industriales reales. Consiguientemente, las principales aplicaciones potenciales de estos materiales en el tratamiento de gases pueden ser la captación de vapor de agua o la retención de SO2 o NH3 de efluentes gaseosos con poca agua. / This study is focused on the synthesis of zeolites from coal fly ashes and on the environmental applications of the zeolitic materials obtained. The synthesis of zeolites was carried out using two processes: a) the extraction of Si from fly ash and subsequent synthesis of pure zeolites by combining the resulting extract with a high Al-solution, and b) the direct conversion of fly ash into zeolite. This study was carried out with 23 fly ashes from different European power plants, having SiO2 and Al2O3 as major components.The research developed by hydrothermal treatment of fly ashes using conventional and microwave heating suggests that the dissolution of the Si and Al from fly ashes depends on the following factors: a) type of Al-Si hosting phases, b) extractant type and concentration, c) temperature, d) extractantant solution/fly ash rates, e) stirring and f) time. The high Al, Si and Na contents in the leachate result in the saturation and subsequent precipitation of zeolitic phases in the extraction residue. Consequently, the design of the extraction process has to strike a balance between two major goals: a) to reach high Si-extraction yields, and b) to simultaneously convert the extraction residue into a second grade zeolitic product with an industrial application (at least CEC ??1 meq/g).Of all the results obtained from the silica extraction experiments, the best extraction yields as a function of the conditions tested were as follows:- 405 g SiO2/kg with a single extraction (equivalent to 1216 g of pure A zeolite/kg)- 368 g SiO2/kg with a single microwaves assisted extraction (equivalent to 1104 g of pure A zeolite/kg)- 250 g SiO2/kg with a single extraction with a previous thermal treatment (equivalent to 750 g of pure A zeolite/kg)- 210 g SiO2/ kg with two step extraction (equivalent to 630 g of pure A zeolite/kg)Comparison of the experimental data from the extraction tests with the results of the characterisation shows that the main parameters governing the Si extraction are: a) a high bulk Si content in the starting fly ash, b) a raised proportion of the bulk SiO2 present in easily degradable glass matrix and as highly soluble opaline silica, and c) a high bulk SiO2/Al2O3 ratio of the fly ash.From fly ash silica extracts (of Meirama fly ash) and an Al-waste solution (Alumet) was synthesised a high purity blend (50:50) of A and X zeolite with a zeolite content of 97 %, as deduced from the high CEC (4.7 meq/g, similar to equivalent commercial products).This efficiency applied to the highest silica extraction yields (210 to 405 g silica/kg fly ash) results in the synthesis of at least 611 to 1178 g of 4A-X zeolite / kg of fly ash.The results demonstrate that the most important criteria for the selection of a fly ash for direct conversion are: a) a high content of Al2O3 and SiO2, b) a raised glass content and c) a low SiO2/Al2O3 rate. Approximately 65 % of zeolite content in the final product was reached in 8 hours using a fly ash with 78 % Al2O3 + SiO2, 86 % of glass content and SiO2/Al2O3 = 2.4. However, only 45 % of zeolite content was reached in the low glass (63 %) fly ash in a 24 h conversion process. Optimal conversion conditions were fixed for the Narcea fly ash to: 3 M NaOH, 125 oC, 8h, 2 L/kg with a synthesis yield of 700 g of zeolite/kg fly ash. The results from the laboratory tests were reproduced at pilot plant scale in such a way that 2.2 tonnes of a product with a CEC of 2.7 meq/g were obtained. In addition, high CEC zeolites, such as NaP1 zeolite, are preferentially obtained from fly ashes having SiO2/Al2O3 <1.5. Thus, in contrast to the silica extraction, low Si/Al ratios are preferred for direct conversion.The sorption of heavy metals from acid mine waters using the zeolitic products obtained in this study demonstrates that the optimal zeolite doses for the extraction of heavy metals from the polluted acid mine waters range between 5 to 40 g/L, depending on the CEC of the zeolitic material and the concentration of pollutans. These results demonstrate that A and NaP1 zeolites have a higher affinity for metal ions than for Ca2+ and Mg2+. A tentative order for the sorption of the different ions was deduced: Fe3+?Al3+ ??Cu2+ ??Pb2+ ??Cd2+=Tl+ ??Zn2+ ??Mn2+??Ca2+= Sr2+ ??Mg2+. Solutions containing up to 600 mg/L of these heavy metals and up to 800 mg/L of Ca2+ can be treated with A and NaP1 zeolites to reduce the metal content down to <0.5 mg/L, with relatively high levels of Ca2+ remaining in the solution.Very good results were obtained by employing the pilot plant product for the immobilisation of metals in soils from several experimental fields around a sulphide mining area in Southern Spain. Doses from 0 to 54 tonnes of zeolitic product / hectare were applied and after one year a dose of 15 tonnes / hectare was enough to immobilise > 99 % of problematic leachable metals. Two years after the addition the same immobilisation persisted. Measured sorption capacities for SO2 and NH3 for the 4A-X zeolitic product synthesised from silica extracts attained 297 and 111 mg/g, respectively. The measured sorption capacities for the direct conversion products reached values that were one order of magnitude lower. Although the results demonstrated that most of this retention capacity is due to physical adsorption, the presence of water vapour in the flue gas may considerably reduce the gas uptake capacity of these zeolites in industrial applications. Consequently, the potential applications of this zeolitic material for gas treatment may be either the water vapour uptake or the SO2 or NH3 sorption from low water gaseous effluents.

El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de una metodología para el análisis técnico-económico de los Sistemas de Regeneración y Reutilización de Aguas Residuales (SRRAR). La metodología se fundamenta en la aplicación de técnicas para la evaluación de proyectos, adaptadas particularmente a los SRRAR. Para lograr esta adaptación ha sido necesario buscar un nuevo paradigma que interrelacione el área tecnológica con el área económica, y cristalizarlo en una herramienta, que permita a los responsables de la toma de decisión en el ámbito del sector hidráulico, emitir un juicio soportado tecnológica y económicamente para invertir o no en estos sistemas. La metodología propuesta determina la maximización de los beneficios del SRRAR, tomando como base económica las técnicas del Valor Actual Neto (VAN) y el Análisis Coste-Beneficio (ACB). Entre las aportaciones a destacar en esta metodología está la recolección y discusión de los impactos que se pueden presentar al implantar y explotar un SRRAR. Con base en la información científica reciente, la consulta a expertos y la experiencia profesional, se han identificado y descrito los impactos, (tanto privados como externos), más relevantes. Este proceso es fundamental para la periodicificación y cuantificación de las variables que se utilizan en el análisis de la viabilidad económica de los SRRAR.Esta tesis constituye un intento por modificar el actual paradigma en el análisis técnico-económico de los SRRAR y evaluar los SRRAR mediante una visión multidisciplinaria e interdisciplinaria. Este análisis técnico-económico no solo considera los impactos privados, (que tradicionalmente se han identificado estrictamente con los aspectos técnicos), sino que se han tratado de incorporar en el modelo de evaluación todos aquellos impactos externos, (ambientales, sociales y económicos), que derivan de la implantación y explotación de un SRRAR.La tesis está compuesta por 8 capítulos e incluye: una introducción, un análisis sobre la situación actual de la regeneración y reutilización de aguas residuales en el ámbito internacional, una discusión sobre las principales metodologías en la planificación de los SRRAR, una propuesta metodológica para el análisis técnico-económico de estos sistemas y la aplicación de esta metodología a tres casos de estudio, (en escenarios diversos), y finalmente las principales conclusiones de la investigación realizada. La conclusión fundamental de esta tesis es la viabilidad técnico-económica de regenerar y reutilizar las aguas residuales, particularmente en aquellas zonas donde la disponibilidad de agua es escasa. Este trabajo aporta un mecanismo estandarizado para la evaluación técnico-económica de los SRRAR, que incorpora los impactos privados, externos y el coste de oportunidad del agua. El considerar en la evaluación el coste de oportunidad del agua y las externalidades de la implantación y explotación de los SRRAR, (tanto positivas como negativas), ha permitido observar que estos sistemas aportan un beneficio económico significativo. Asimismo este trabajo de investigación contribuye a soportar la incorporación de las fuentes alternativas de suministro de agua dentro de una gestión integral de los recursos hídricos. Los resultados obtenidos indican que, a diferencia de lo que podría considerarse "a priori", los SRRAR no deben percibirse como una carga económica, sino como una actividad generadora de riqueza. Las ventajas que se obtienen por la implantación de estos sistemas, al ser expresadas en un valor económico, superan con creces los costes que conlleva su implantación y explotación. El reto que se debe vencer es la creación de los mecanismos para la internalización de estas ventajas. De esta manera el sistema las recogerá para posteriormente reflejarlas en el precio del agua regenerada, que a su vez contribuirá a fundamentar un precio del agua más eficiente, tanto si procede de fuentes convencionales o de fuentes alternativas. / L'objectiu principal d'aquesta tesi és el desenvolupament d'una metodologia per a l'anàlisi tècnica i econòmica dels Sistemes de Regeneració i Reutilització d'Aigües Residuals (SRRAR). La metodologia es fonamenta en l'aplicació de tècniques per a l'avaluació de projectes adaptades particularment als SRRAR. Per a aconseguir aquesta adaptació ha estat necessari buscar un nou paradigma que interrelacioni l'àrea tecnològica amb l'àrea econòmica i cristal·litzar-ho en una eina que permeti als responsables de la presa de decisió en l'àmbit del sector hidràulic emetre un judici suportat tecnològica i econòmicament per a invertir o no en aquests sistemes.La metodologia proposta determina la maximització dels beneficis dels SRRAR, prenent com a base econòmica les tècniques del Valor Actual Net (VAN) i l'Anàlisi Cost-Benefici (ACB). Entre les aportacions a destacar en aquesta metodologia està la recol·lecció i discussió dels impactes que es poden presentar al implantar i explotar un SRRAR. Basant-se en la informació científica recent, la consulta a experts i l'experiència professional s'han identificat i descrit els impactes (tant privats com externs) més rellevants. Aquest procés és fonamental per a la periodicificació i la quantificació de les variables que s'utilitzen en l'anàlisi de la viabilitat econòmica dels SRRAR.Aquesta tesi constitueix un intent per a modificar l'actual paradigma en l'anàlisi tècnico-econòmica dels SRRAR i avaluar els SRRAR mitjançant una visió multidisciplinària i interdisciplinària. Aquesta anàlisi tècnica i econòmica no només considera els impactes privats (que tradicionalment s'han identificat estrictament amb els aspectes tècnics) si no que s'ha tractat d'incorporar en el model d'avaluació tots aquells impactes externs (ambientals, socials i econòmics) que deriven de la implantació i explotació d'un SRRAR. La tesi està composta per 8 capítols i inclou: una introducció, una anàlisi sobre la situació actual de la regeneració i reutilització d'aigües residuals en l'àmbit internacional, una discussió sobre les principals metodologies en la planificació dels SRRAR, una proposta metodològica per a l'anàlisi tècnica i econòmica d'aquests sistemes i l'aplicació d'aquesta metodologia tres casos d'estudi (en escenaris diversos) i, finalment, les principals conclusions de la investigació realitzada.La conclusió fonamental d'aquesta tesi és la viabilitat tècnica i econòmica de regenerar i reutilitzar les aigües residuals, particularment en aquelles zones on la disponibilitat d'aigua és escassa. Aquest treball aporta un mecanisme estandaritzat per a l'avaluació tècnica i econòmica dels SRRAR que incorpora els impactes privats, externs i el cost d'oportunitat de l'aigua. Considerar en la avaluació el cost d'oportunitat de l'aigua i les externalitats de la implantació i explotació dels SRRAR (tant positives com negatives) ha permès observar que aquests sistemes aporten un benefici econòmic significatiu.Així mateix, aquest treball d'investigació contribueix a suportar la incorporació de les fonts alternatives de subministrament d'aigua dintre d'una gestió integral dels recursos hídrics. Els resultats obtinguts indiquen que, a diferència del que podria considerar-se a priori, els SRRAR no s'han de percebre com una càrrega econòmica, si no com una activitat generadora de riquesa. Els avantatges que s'obtenen per la implantació d'aquests sistemes, en ésser expressades en un valor econòmic, superen amb creus els costos que comporta la seva implantació i explotació. El repte que s'ha de vèncer és la creació dels mecanismes per a la internalització d'aquests avantatges. D'aquesta manera el sistema les recollirà per a posteriorment reflexar-les en el preu de l'aigua regenerada, que, a la seva vegada, contribuirà a fonamentar un preu de l'aigua més eficient, tant si procedeix de fonts convencionals o de fonts alternatives. / The present thesis has had as an objective to develop a methodology for a technical-economical analysis of a Wastewater Reclamation and Reuse Systems (WWRRS). The methodology is based on the project evaluation technique, adapted particularly to a WWRRS. In order to obtain this, it has been necessary to look for a new paradigm which correlates the technological area with the economical one, and to crystallize it in a tool that will allow, to the people in charge of the decision making in the hydraulic sector, to emit a judgment, supported technologically and economically, on the viability to invest in these sort of systems. The methodology here proposed has the objective to maximize the benefits of a WWRRS, using the Net Present Value (NVP) and Analysis Cost - Benefit (ACB) techniques. One of the contributions to emphasize in this methodology is the analysis of the impacts that can occur when a WWRRS is in process of being implanted and operate. Taking into account the recent scientific information, the experts advice and the professional experience, it has been identified and described the most important impacts (privates and externals). This process is fundamental for the periodicity and quantification of the variables that are used in the economic viability analysis of the WWRRS. This thesis represents an attempt to modify the present paradigm in the technical-economical analysis of a WWRRS and to evaluate them since a multidisciplinary and interdisciplinary vision. This technical-economical analysis takes into account no just those private impacts, that traditionally have been identified strictly with the technical aspects, but also it takes account, and incorporates in the evaluation model, all those external impacts (environmental, social and economical), that derives from the implantation and operation of a WWRRS. The thesis is composed by 8 chapters: introduction, analysis of the present situation in the regeneration and residual water reusability in the international scope, a discussion on the main methodologies in the planning of a WWRRS, a methodology proposal for the technical-economical analysis of these systems and its application, under different scenarios, for three study cases; and finally, with the main conclusions of the research. The fundamental conclusion of this thesis is the technical-economical viability to regenerate and reuse wastewater, particularly in those zones where the water availability is low. This work offers a standardized mechanism for the technical-economical evaluation of a WWRRS, which incorporates both private and external impacts, as well as the water opportunity cost. Considering in the evaluation the water opportunity cost plus the externalities of the implantation and operation of the WWRRS, (as much positive as negative), has allowed to observe that these kind of systems provide a significantly economical benefit. Furthermore, this research work contributes to support the incorporation of alternatives water sources within an integral water management concept. The results here getting indicate that, unlike which could be considered "a priori", a WWRRS do not have to be perceived like an economic weight, but like a generating activity of riches. The advantages that are obtained by the implantation of these systems, when they are expressed in an economic value, fully surpass the costs that entail their implantation and operation. The challenge that is due to win is the creation of the mechanisms for the internalization of these advantages. In this way, the system will gather them to reflect them, later, in the price of the reclamation water, which will contributes to stand a water price in a most efficient way, no matter if it comes from conventional or alternative sources.