The aim of this diploma thesis is to find a suitable adjustment of hydraulic conditions in the distribution object area of four settling tanks at the Brno-Modřice WWTP. Due to the WWTP capacity increase, there were changes in the hydraulic conditions at the distribution facility, which needed to be adjusted. To find a suitable hydraulic solution, a hydraulic physical model was created in the Laboratory of Water Management Research of the Institute of Hydraulic Engineering, Faculty of Civil Engineering, Brno University of Technology, where experimental tests were made.

The diploma thesis is focused on phosphorus recovery from sewage sludge. In the first part of the thesis, research of phosphorus recovery from sewage sludge is explained. Reusing of phosphorus, a critical material of mankind, is expressed with the principles of the circular economy. The second part of the thesis defines the potential of phosphorus extraction from sewage sludge from medium-sized (Trutnov WWTP) and large (Modřice WWTP) wastewater treatment plant and a technical and economic study of the proposed phosphorus recycling system at these wastewater treatment plants is described.

Municipal wastewater treatment plants (WWTP) are important infrastructural components in a society and also important for sustainability. In a WWTP the most common treatment configuration is mechanical, biological, and chemical treatment of the wastewater. The treatments reduce nutrients and organic matter before the water is transferred to the recipient. During wastewater treatment, sludge is produced and then stabilized in an anaerobic digestion (AD) process.  The Käppala Association operates the third largest WWTP in Sweden. In the future the Käppala plant is expecting an increased number of connected households and also stricter sludge hygienization regulations. This implies that current strategies for the WWTP have to be developed. One idea has been to use a thermophilic AD process instead of mesophilic AD.Thermophilic AD has previously been shown to have higher capacities, lower hydraulic retention times (HRT) and increased pathogenic destruction compared to their mesophilic counterpart. A common negative aspect for a thermophilic process has been process instability.  In this study a 5 m3 pilot plant rented from Research Institutes of Sweden (RISE) was used to evaluate maximal organic loading rate (OLR) for a stable thermophilic AD process using mixed sludge as substrate. Four HRT were chosen, and each HRT was maintained for 3 retention times. Laboratory analyzes of the raw and digested sludge and on-line monitoring were performed regularly to collect information about process stability and efficiency. The pilot plant was controlled through a surveillance system where operating parameters were introduced. The main objectives of this study were to investigate how an increase of OLR affected pH, alkalinity, and volatile fatty acid (VFA) content and also how the alkalinity and VFA affected the process stability. Gas composition, gas production, degree of digestion (DD) and foaming were also investigated throughout this study. Results showed that VFA initially increased, and alkalinity decreased when every OLR increase occurred. The VFA and alkalinity returned to lower values after the process was given time to recover during constant OLR. The OLR increase caused slight variations in process pH but not enough for process failure. Increased OLR did not seem to have a large impact on the DD since it seemed to remain between 40-50% throughout the entire study. Composition monitoring showed an increased hydrogen sulfide content in the gas as a consequence of increased OLR. An OLR increase also lead to a volumetric gas production (VGP) and volumetric methane production (VMP) increase while efficiency of the AD process was seen to decrease when evaluating specific gas production (SGP) and specific methane production (SMP). The conclusion of the study was that a stable thermophilic AD process using mixed sludge as substrate could be operated with an OLR of 6.55 ± 0.06 kg VS m-3d-1and a HRT of 7 days. Maximal OLR for a stable thermophilic AD process was never achieved due to the process remaining relatively stable the entire experimental period. The process recovered from signs of instability during all HRT-transition times indicating it can maintain all investigated OLR. / Kommunala avloppsreningsverk är en viktig infrastruktur i ett samhälle och även viktigt för hållbarheten. I ett avloppsreningsverk renas spillvatten genom mekaniska, biologiska och kemiska behandlingar processteg. Behandlingarna minskar näringsämnen och organiskt material innan vattnet rinner ut i recipienten. Vid rening av avloppsvatten erhålls slam. Slammet kan användas som substrat för en anaerobisk nedbrytningsprocess. Käppalaförbundet driver det tredje största reningsverket i Sverige. I framtiden förväntas antal anslutna hushåll till reningsverket att öka samt strängare slamhanteringskrav appliceras. Detta innebär att nuvarande slamstrategi måste utvecklas. En idé är att tillämpa en termofilrötnings process. En termofil rötningsprocess har visat sig ha högre kapacitet, lägre uppehållstider och ökad patogen reduktion i jämförelse med en mesofil rötning. En nackdel med termofil rötning är den försämrade processtabiliteten.  I denna studie har en 5 m3 pilotanläggning inhyrd från RISE använts för att utvärdera den maximala organiska belastningen för en stabil termofil rötningsprocess med blandslam som substrat. Fyra uppehållstider valdes och varje uppehållstid hölls tre gånger. Regelbundna analyser av rå och rötslam utfördes för att erhålla information om process stabilitet och effektivitet. Pilotanläggningen styrdes genom ett människa-maskingränssnitt där driftparametrar matades in. Huvudmålen för studien var att se hur en ökning av organisk belastning påverkade pH, alkaliniteten och halt av flyktiga fettsyror samt att undersöka alkalinitetens och halten av flyktiga fettsyrors påverkan på processtabiliteten. Påverkan av en ökad organisk belastning på gas sammansättning, gasproduktion, rötningsgrad har även undersökts. Resultaten visade att flyktiga fettsyror initialt ökade och alkaliniteten minskade vid en belastnings ökning. Flyktiga syror och alkalinitet återgick till mer stabila värden efter processen fick återhämta sig vid en konstant belastning. Belastningsökningen orsakade små variationer i pH värdet men inte tillräckligt för att orsaka processkollaps. En ökad belastning verkade inte ha någon större påverkan på rötningsgraden då den låg runt 40–50% hela rötningsperioden. Skumutvecklingen visade sig inte heller vara ett problem. Resultaten visade även att väte sulfid ökade i gasen när en belastningsökning gjordes. Den volymetriska gas och metan produktionen ökade vid en ökad OLR medan specifika gas och metan produktionen minskade. Slutsatsen var att en stabil termofil rötningsprocess av blandslam kan drivas med en organisk belastning på 6.55 ± 0.06 kg VS m-3d-1 och en uppehållstid på 7 dagar. Maximal belastning för stabil termofil rötningsprocess uppnåddes dock ej då processen förblev relativt stabil under alla undersökta uppehållstider. Processen återhämtade sig även efter tecken på instabilitet vilket indikerar att AD processen kan behålla stabilitet vid de undersökta belastningar.

Avloppsreningsverk utgör en viktig spridningsväg för läkemedelsrester till den akvatiska miljön. Även per- och polyfluorerade alkylsubstanser (PFAS) har påvisats i utgående vatten från avloppsreningsverk. För att minska utsläpp av dessa krävs ett kompletterande reningssteg. Syftet med denna studie var att utvärdera utökad rening av avloppsvatten med granulerat aktivt kol (GAK) och anjonbytare (AIX, Anion exchange resin). Underlag för utvärdering utgjordes av resultat från pågående pilotstudie vid Kungsängsverket i Uppsala, vilken består av kolonnförsök samt pilotförsök i större skala. I kolonnförsöken testas kombinationen GAK (Cyclecarb 401 eller Filtrasorb 400) i fixerade bäddar, följt av AIX (Purolite 694E) i fixerade samt fluidiserade bäddar i olika driftlinjer. Kontakttiden (EBCT, Empty Bed Contact Time) var cirka 15 minuter för GAK respektive 5 minuter för AIX. I pilotförsöken inkluderas även tvåstegsdrift av GAK med EBCT på cirka 14 minuter per filter. Vid slutet av denna studie hade cirka 36 000 till 37 000 bäddvolymer (BV) behandlats med GAK, respektive 98 000 till 116 000 BV med AIX i kolonnförsöken. I pilotförsöken hade cirka 5 000 till 10 000 BV behandlats med GAK samt cirka 8 000 till 31 000 BV med AIX. Reningseffektivitet utvärderades avseende avskiljning av diklofenak, oxazepam, metoprolol, citalopram samt PFOS eftersom dessa i tidigare studie pekats ut som mest utmanande för mottagande vattenmiljö. En högre avskiljning av oxazepam, metoprolol och citalopram uppnåddes med GAK än med AIX, där Cyclecarb 401 uppvisat högst reduktion. För diklofenak och PFOS uppnåddes en högre avskiljning med kombinationen GAK följt av AIX än med enbart GAK. Driftkostnad och klimatpåverkan utvärderades för samtliga adsorbenter samt för specifika scenarion vid Kungsängsverket. Scenarierna inkluderar olika reningsmål för avancerad rening med singel- respektive tvåstegsdrift av GAK samt GAK följt av AIX. Reningsmålen avser en 80 procentig genomsnittlig reduktion över tid av diklofenak, oxazepam, PFOS eller en kombination av dessa. Vid ekvivalent dos av adsorbenterna resulterade Cyclecarb 401 i den lägsta driftkostnaden och klimatpåverkan. Lägst driftkostnad för samtliga reningsmål erhölls med tvåstegsdrift av GAK. För avskiljning av PFOS eller PFOS och diklofenak erhölls lägst klimatpåverkan med kombinationen GAK följt av AIX. För resterande reningsmål erhölls lägst klimatpåverkan med tvåstegsdrift av GAK. I tillägg utfördes en regressionsanalys för att undersöka om enkla mätningar av löst organiskt kol (DOC) eller ultraviolett absorbans (UVA) kan användas som uppföljningsmetod för reningseffektiviteten. Ingen korrelation kunde dock fastställas mellan skillnaden i ingående och utgående koncentration eller absorbans av DOC, UVA och diklofenak, oxazepam eller PFOS. / Wastewater treatment plants are an important source for the spread of pharmaceuticals to the aquatic environment. Per- and polyfluorinated alkyl substances (PFASs) have also been detected in outgoing wastewater. To reduce emissions of these micropollutants, an advanced treatment process is required.  This study aimed to evaluate advanced treatment with granular activated carbon (GAC) and anion exchange resin (AIX), using results from an ongoing pilot study at the wastewater treatment plant Kungsängsverket in Uppsala, Sweden. The pilot study consists of column tests and pilot tests in larger scale. The column tests consist of the combination of GAC (Cyclecarb 401 or Filtrasorb 400) in fixed beds, followed by AIX (Purolite 694E) in fixed or fluidized beds in different operating lines. Contact time (EBCT, Empty Bed Contact Time) was 15 minutes for GAC and 5 minutes for AIX. The pilot tests include two-stage operation of GAC with EBCT of 14 minutes per filter. At the end of this study, in the column tests, approximately 36 000 bed volumes (BV) had been treated with GAC and 98 000 to 116 000 BV with AIX. In the pilot tests, 5 000 to 10 000 BV had been treated with GAC and 8 000 to 31 000 BV with AIX. Treatment efficiency was evaluated for diclofenac, oxazepam, metoprolol, citalopram and PFOS, since these were identified as prioritized substances in a previous study. A higher reduction of oxazepam, metoprolol and citalopram were obtained using GAC compared to AIX, where Cyclecarb 401 showed the highest reduction. For diclofenac and PFOS, a higher reduction was achieved for the combination of GAC followed by AIX compared to GAC alone.  Operating cost and climate impact were evaluated for the adsorbents as well as for specific scenarios at Kungsängsverket, that includes different treatment goals for single stage and two-stage operation of GAC, and GAC followed by AIX. Treatment goals consists of an 80 percent average reduction over time of diclofenac, oxazepam, PFOS, or a combination of these. For an equivalent dose of adsorbent, the lowest operating cost and climate impact was obtained with Cyclecarb 401. The lowest operating cost for all the treatment goals was obtained with two-stage operation of GAC. For reduction of PFOS or PFOS and diclofenac, the lowest climate impact was obtained with the combination of GAC followed by AIX. For the remaining treatment goals, the lowest climate impact was obtained with two-stage operation of GAC.   In addition, a regression analysis was preformed to evaluate whether measurements of dissolved organic carbon (DOC) or ultraviolet absorbance (UVA) could serve as a prediction method for the treatment efficiency of organic micropollutants. However, the regression analysis showed no correlation between the reduction of DOC, UVA, and diclofenac, oxazepam or PFOS.

Idag finns det inte tillräckligt underhåll på de 15 svamp- och bakterietankar som finns på AstraZenecas vattenreningsverk i Gärtuna, Södertälje. Företaget använder sig av avhjälpande underhåll där de väntar på att tankarna ska gå sönder för att sedan laga dem. Reningsverket vill skapa en underhållsstrategi på tankarna genom att ta reda på om livslängden kan förlängas eller om, och i så fall när, utrustningen behöver renoveras, uppgraderas eller bytas ut. I litteraturstudier undersöktes underhållsstrategier, vattenreningsverk och olika tillståndskontroller. Besök gjordes för att få en bättre uppfattning om hur arbetet på vattenreningsverket ser ut idag. Intervjuer hölls med chefen för vattenreningsverket, en erfaren drifttekniker samt två externa företag som jobbar med underhåll. I resultatet framgår information om vilka fel som uppstått, vilka åtgärder som vidtagits samt vad det kostat. Det framgår även hur underhåll kan ske med olika externa parter och kostnader för detta. Två olika tillståndskontroller, digital röntgenskanning och penetrantprovning föreslås för att upptäcka fel på tankarna. Efter analys av resultatet har slutsatser om en ny underhållsstrategi kunnat dras. Rekommendationer om hur den kan implementeras och lämpligt intervall har tagits fram. AstraZeneca föreslås gå från ett avhjälpande till ett schemalagt tillståndsbaserat underhåll, där tillståndskontroller utförs var tredje, fjärde eller femte år beroende på personalens bedömning och de rekommenderas också att använda sig av externa resurser när det kommer till tvättning och tillståndskontroller av tankarna. Avhjälpande underhåll är omöjligt att planera och kommer med vår lösning att minimeras. Schemalagt tillståndsbaserat underhåll som vi rekommenderar kommer resultera i en mycket enklare planering och oväntade kostnader likväl som oväntade stopptider kommer undvikas. Regelbundet underhåll kommer troligtvis resultera i att tankarnas livslängd ökar vilket bidrar till en bättre hållbarhet och man slipper köpa in nya tankar. / Today, there is not enough maintenance on the 15 fungal and bacterial tanks found at AstraZeneca's wastewater treatment plant in Gärtuna, Södertälje. The company uses a maintenance strategy where they wait for the tanks to fail and then fix them. The treatment plant wants to create a maintenance strategy for the tanks by finding out if the life span can be extended or if, and if so, when the equipment needs to be renovated, upgraded, or replaced. With literature studies maintenance strategies, wastewater treatment plants and various condition investigations, were analysed. The visits were made to get a better idea of how the work at the wastewater treatment plant looks like today. Interviews were held with the head of the water treatment plant, an experienced operating technician and two external companies working on maintenance. The result shows information about what errors occurred, what measures were taken and what it cost. It also shows how maintenance can be done with various external sources and costs for this. Two different condition investigations, digital x-ray scanning and penetrant testing are suggested to detect errors in the tanks. After analysing the results, conclusions about a new maintenance strategy could be drawn. Recommendations on how it can be implemented, and an appropriate interval have been developed. AstraZeneca should go from corrective to scheduled condition-based maintenance, where condition investigations are performed every three, four or five years depending on the staff's assessment and they could make use of external sources when it comes to washing and condition investigations of the tanks. Corrective maintenance is impossible to plan and our solution will minimize this. Scheduled condition-based maintenance that we recommend will result in a much simpler planning where unexpected costs as well as unexpected downtime will be avoided. Regular maintenance will probably result in an increase in the service life of the tanks, which contributes to better durability and they will not have to buy new tanks.

[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

[pt] A eletrocoagulação é um método emergente de tratamento de efluentes que combina os benefícios da coagulação, flotação e eletroquímica. Devido à complexidade inerente às operações de uma estação de tratamento de efluentes, é um desafio reagir com rapidez e precisão às condições dinâmicas necessárias para manter a qualidade do efluente. Portanto, esta tese tem como objetivo identificar a condição operacional de uma estação de tratamento de efluentes que adotou a eletrocoagulação para o tratamento de efluentes de panificação. Três condições operacionais baseadas em clarificação do efluente e lodo da reação foram as variáveis-alvo. A tese está dividida em dois ensaios. O primeiro usou sete métodos de seleção de atributos para selecionar as variáveis mais importantes em um determinado conjunto de dados. O desempenho dos modelos de classificação de redes neurais treinados no conjunto de atributos original foi comparado ao desempenho daqueles que foram treinados em um subconjunto curado usando técnicas de seleção de atributos. O modelo que utilizou a seleção de atributos apresentou o melhor desempenho (F1-score = 0,92) e uma melhoria de mais de 30 por cento na prevenção de falsos positivos. A segunda contribuição trouxe um modelo que poderia detectar o comportamento anômalo do processo usando apenas imagens coloridas da superfície do efluente obtidas através de dois módulos de câmera de tamanho pequeno. O desempenho de vários métodos, incluindo MLP, LSTM, SVM e XGBoost foi avaliado. O modelo LSTM superou os outros em termos de Precisão (84,620 por cento), Recall (84,531 por cento) e F1-score (84,499 por cento), mas o modelo XGBoost vem em segundo lugar com Precisão (83,922 por cento), Recall (82,272 por cento) e F1-score (83,005 por cento). / [en] Electrocoagulation is an emerging wastewater treatment method that combines the benefits of coagulation, flotation, and electrochemistry. As a result of the inherent complexity of processes associated with wastewater treatment plants, it is difficult to respond swiftly and correctly to the dynamic circumstances that are necessary to ensure effluent quality. Therefore, this thesis aims to identify the operational condition of a wastewater treatment plant that has adopted electrocoagulation for treating bakery wastewater. Three operational conditions based on effluent clarification and reaction sludge were the target variables. The thesis is divided into two essays. The first endeavor used seven feature selection methods to select the most important features in a given dataset. The performance of neural network classification models trained on the original feature set was compared to the performance of those that were trained on a subset of features that had been curated using feature selection techniques. The model that utilised feature selection was found to have the best performance (F1-score = 0.92) and an improvement of more than 30 percent in preventing false positives. The second contribution brought a model that could detect anomalous process behavior using only wastewater surface color images from two small-size camera modules. The performance of various methods, including MLP, LSTM, SVM, and XGBoost was assessed. The LSTM model outperformed the others in terms of macro average Precision (84.620 percent), Recall (84.531 percent), and F1-score (84.499 percent), but the XGBoost model comes closely in second with Precision (83.922 percent), Recall (82.272 percent), and F1-score (83.005 percent).

Le Liban, un pays Méditerranéen, est bien connu pour sa richesse relative en eau au Moyen-Orient, une région naturellement aride. Cependant, le Liban fait face à un risque grandissant de stress hydrique. Le secteur agricole qui s’étend sur différentes régions au Liban, représente 60 % de la consommation de l’eau douce du pays. Toutefois, cette eau est mal gérée et utilisée de façon négligente, menant à de grandes pertes de la ressource. Aujourd’hui, le secteur domestique fait face à un manque en eau et se retrouve obligé de s’en procurer par des moyens non-conventionnels. Afin de combattre la pénurie d’eau, quels seront le potentiel et les limites du Liban à explorer l’application du modèle circulaire ? Les études de cas choisies ont dépeint le potentiel du Liban à récupérer les déchets et eaux usées pour des fins agricoles, en soulignant la préservation et l’optimisation de l’eau dans toute l’économie. À petite échelle, le Liban a prouvé le succès de la circularité de l'eau dans l'agriculture, mais a également révélé des obstacles lorsqu'il s'agit de comprendre le secteur de l'eau. Pourtant, le Liban a le potentiel d'atteindre la circularité dans ce secteur et au-delà. Le cas de la station d'épuration d'Ablah valide le potentiel de démultiplication de son modèle opérationnel sur des stations existantes situées à proximité de champs agricoles en normalisant l'utilisation de l'eau traitée et en renforçant la gouvernance de l'eau ; y parvenir améliorerait l'approvisionnement en eau de l'économie. Néanmoins, le gouvernement et les autres parties concernées jouent un rôle majeur dans l'aspect juridique crucial de la mise en œuvre d'un modèle circulaire. / Lebanon is a Mediterranean country well known for its relative richness in water to the Middle East, a naturally arid region. However, in recent years, Lebanon has been facing a risk of increasing water stress. The Lebanese agricultural sector spreads across different regions and accounts for 60 % of Lebanon's freshwater consumption. However, this water is mismanaged and carelessly used, leading to great losses of the resource. Today, the domestic sector faces a lack of water and is forced to obtain it by unconventional means. To combat water scarcity, what are the potential and limitations of Lebanon to explore the concept of circular economy? The chosen case studies have portrayed Lebanon’s potential at recovering waste including used water, for agricultural purposes, but has also risen an interesting point about water preservation and maximization in the whole economy. At a small scale, Lebanon has proven the success of water circularity in agriculture but has also revealed barriers when it comes to understanding the water sector. Yet, Lebanon holds a potential to attain circularity in the water sector and beyond. The case of the Ablah Wastewater Treatment Plant validates the potential to multiply its operational model on existing wastewater treatment plants that are located next to agricultural fields by normalizing the use of treated water and by strengthening water governance; succeeding at this would improve water supply in the economy. Nevertheless, the government and the other concerned parties, play a major role in the crucial legal aspect of the implementation of a circular model.

Climate change is a global challenge that requires proactive action from municipalities, companies, and other organizations to prioritize sustainability in their daily operations. In the past few decades, life cycle assessment (LCA) approach has been successfully applied for environmental assessments in the drinking water sector. In this study, this approach has been used to present a comparative evaluation of the potential environmental impacts associated with nine different process alternatives for future drinking water production at Norrvatten. This study is a pioneering one that explores the potential of LCA as a decision support tool to prioritize and optimize environmental impacts during the operational phase in Swedish drinking water production. The nine alternatives are designed for the year 2050 to meet the average daily demand of 208 MLD for the 14 municipalities in the northern Stockholm region that Norrvatten supplies with drinking water. Out of the nine alternatives, the alternative based on direct filtration of raw water on nanofiltration membranes came out as the most environmentally friendly solution due to the use of renewable electricity from hydro and wind power. The results indicate that the potential environmental impacts are dominated by the use of chemicals in all alternatives, which in turn depends on the energy sources used for chemical production that are mostly dominated by fossil-based non-renewable sources. The impacts due to transportation and energy consumption are relatively less in Swedish drinking water production. Moreover, filtration through granulated activated carbon (GAC) is the most environmentally damaging treatment step, but regeneration of saturated GAC induces positive impacts in all alternatives. Among environmental impact categories, categories related to fine particulate matter formation; global warming, human carcinogenic toxicity, and human non-carcinogenic toxicity are the most significant in all alternatives. Several of the treatment technologies included in the nine alternatives, such as Nanofiltration, have only been tested on a pilot scale and have not been used for drinking water production at Norrvatten. So this study should be followed up and supplemented with better representative inventory data relevant to the Swedish context in order to contribute more effectively in making the future Swedish drinking water production more sustainable and environmentally friendly. Also, this study is based on the most recently available data that may not be valid in 2050 and the latest trends to substitute non-renewable energy sources with renewable sources may reduce the impacts due to chemical production and transportation in the future. Moreover, this LCA study does not include any aspects of water quality and treatment costs. Hence, while comparing different alternatives, the quality of the treated water and its production cost must also be taken into account. / Klimatförändringar är en global utmaning som kräver proaktivt agerande från kommuner, företag och andra organisationer för att prioritera hållbarhet i sin dagliga verksamhet. Under de senaste decennierna har livscykelanalys (LCA) använts för miljöbedömningar inom VA-sektorn. I denna studie har detta tillvägagångssätt använts för att presentera en jämförande utvärdering av den potentiella miljöpåverkan som är förknippad med den framtida dricksvattenproduktionen vid Norrvatten. Med hjälp av LCA så jämförs nio olika processalternativ för den framtida produktionen och kan på så sätt bidra till att prioritera och optimera processval utifrån miljösynpunkt. De nio alternativen är utformade för år 2050 för att tillgodose den genomsnittliga dagliga efterfrågan på 208 MLD för de 14 kommuner i norra Stockholmsregionen som Norrvatten försörjer med dricksvatten. Av nio alternativ kom alternativet baserat på direkt filtrering av råvatten på nanofiltreringsmembran som den mest miljövänliga lösningen på grund av användningen av förnybar el från vatten- och vindkraft. Resultaten indikerar att de potentiella miljöeffekterna domineras av användning av kemikalier i samtliga alternativ, vilket i i sin tur beror på de energikällor som används för kemikalieproduktion domineras av fossilbaserade energibärare. Effekterna på grund av transport och energiförbrukning är relativt låg i svensk dricksvattenproduktion. Filtrering genom granulerat aktivt kol (GAC) det mest miljöbelastande behandlingssteget, men regenerering av mättad GAC ger positiva effekter i alla alternativ. Bland kategorier för miljöpåverkan så är kategorier relaterade till bildning av fina partiklar; global uppvärmning, mänsklig cancerframkallande toxicitet och mänsklig icke-cancerogen toxicitet de viktigaste i alla alternativ. Flera av de behandlingstekniker som ingår i de nio alternativen, såsom Nanofiltration, har enbarts testats i pilotskala och inte använts för dricksvattenproduktion vid Norrvatten. Så denna studie bör följas upp och kompletteras med data som är relevanta för förhållanden vid Vättern Denna studie baseras också på tillgängliga data som kanske inte är giltiga 2050 och de senaste trenderna för att ersätta icke förnybara energikällor med förnybara källor som kan minska effekterna på grund av kemisk produktion och transport i framtiden. Dessutom innehåller denna LCA-studie inga aspekter av vattenkvalitet och behandlingskostnader.. Vid jämförelse av olika alternativ måste även kvaliteten på det behandlade vattnet och dess produktionskostnad beaktas.

Climate change and increasing population demands expansion of infrastructures in urban areas. Drinking water treatment plants are part of the critical infrastructure and must upgrade in the future. However, expansions and technological advancements often come with impacts on the environment. Therefore, this thesis compares two drinking water treatment technologies regarding its environmental impacts through a life cycle assessment. In specific, the thesis elaborates the impacts of membrane precipitation and conventional precipitation in the suspended solids removal stage at a treatment plant in Piteå, Sweden. The research addresses the environmental challenges posed by traditional and modern water treatment methods, providing insights and knowledge to more sustainable water practices. The research involves an attributional, comparative life cycle assessment. The findings from this thesis intend to guide decision-making for future drinking water treatment plant designs.  The research was conducted through an attributional and comparative LCA using SimaPro software based on ISO 14040-series standards. This approach allowed for a detailed analysis of both the operational and construction phases of the treatment technologies, considering various environmental impact categories.  The results indicate that membrane system presents for most impact categories, a lower  environmental impact in the combined configuration scenario. The combined configuration scenario includes for the membrane system calcium carbonate, aluminium sulfate and 95% reduced hypochlorite consumption. The conventional system considers in the combined configuration scenario aluminum sulfate and calcium carbonate This is primarily due to its efficiency in reducing chemical usage such as coagulants. However, if both systems use the same chemical composition (same coagulant, pH-controlling chemicals as in the base scenario), the conventional system becomes more environmentally friendly than the membrane system in most impact categories. This is mainly due to the additional CEB chemical consumption of the membrane system, which nullifies the advantage of lower consumed coagulants. Compared to the operational phase in both systems, the construction phase is insignificant over the lifetime of the treatment plants. The major hotspots are identified as operational chemicals and chemical enhanced backwash chemicals, which are used for the membrane system only. Scenario analysis shows that chlorine/aluminum-based chemicals such as polyaluminum chloride and hypochlorite have a high environmental impact and with reducing or even changing these chemicals major improvements can be achieved. Especially changing aluminum-based chemicals to iron-based chemicals show a significant decrease of impacts in all categories. Further, the scenario analysis shows that by changing lime to calcium carbonate, the environmental impacts can be reduced significantly. Therefore, the future focus should rely on reducing and changing chemicals, especially switching aluminum/chlorine based to iron-based chemicals. / Klimatförändringarna och den ökande befolkningen kräver utbyggnad av infrastrukturen i stadsområden. Reningsverk för dricksvatten är en del av den kritiska infrastrukturen och måste uppgraderas i framtiden. Expansioner och tekniska framsteg medför dock ofta påverkan på miljön. Detta examensarbete jämförs därför två tekniker för dricksvattenberedning med avseende på miljöpåverkan genom en grundlig livscykelanalys. Mer specifikt behandlar avhandlingen effekterna av membranfiltrering och konventionell fällning i steget för avlägsnande av suspenderade ämnen vid ett reningsverk i Piteå, Sverige. Forskningen tar upp de miljömässiga utmaningar som traditionella och moderna vattenbehandlingsmetoder innebär och ger insikter och kunskap om mer hållbara vattenmetoder. Resultaten från denna avhandling är avsedda att vägleda beslutsfattandet för framtida utformningar av dricksvattenreningsverk och erbjuder ett första verktyg för mer hållbara vattenbehandlingsmetoder.  Forskningen genomfördes genom en bokförande och jämförande LCA med hjälp av programvaran SimaPro baserat på ISO 14040-seriens standarder. Detta tillvägagångssätt möjliggjorde en detaljerad analys av både drifts- och konstruktionsfaserna för behandlingsteknikerna, med beaktande av olika miljöpåverkanskategorier.  Resultaten tydar på att membranfiltrering ger en lägre total miljöpåverkan vid vanliga förhållanden. Detta beror främst på dess effektivitet när det gäller att minska kemikalieanvändningen, t.ex. koaguleringsmedel. Men om båda systemen använder samma kemiska sammansättning (samma koaguleringsmedel) är det konventionella systemet mer miljövänligt än det konventionella systemet. Detta beror främst på den extra kemikalieförbrukningen för CEB i membransystemet, vilket upphäver fördelen med lägre förbrukning av koaguleringsmedel. Jämfört med driftsfasen i båda systemen är byggfasen obetydlig under reningsverkens livstid. De viktigaste aspekterna identifieras som driftskemikalier och kemikalier för kemiskt förstärkt backspolning, som endast används för membransystemet. Scenarioanalysen visar att klor-/aluminiumbaserade kemikalier som polyaluminiumklorid och hypoklorit har en hög miljöpåverkan och att stora förbättringar kan uppnås genom att minska eller till och med byta ut dessa kemikalier. Särskilt om aluminiumbaserade kemikalier byts ut mot järnbaserade kemikalier minskar påverkan betydligt i alla kategorier. Vidare visar scenarioanalysen att miljöpåverkan kan minskas betydligt genom att byta ut kalk mot kalciumkarbonat. Därför bör fokus i framtiden ligga på att minska och byta ut kemikalier, särskilt att byta ut aluminium/klorbaserade kemikalier mot järnbaserade kemikalier.