Resumen Un gran desafío para este siglo es el saneamiento de los residuos generados durante las actividades industriales, domésticas y agrícolas. El agua, como parte vital del ciclo de vida, está fuertemente afectada por estas actividades y finalmente se puede volver inutilizable. Entre los numerosos contaminantes que se encuentran en el agua, los metales pesados requieren atención especial ya que no son biodegradables y con frecuencia se acumulan en el medio ambiente causando efectos negativos, tanto a corto plazo como a largo plazo, incluso en bajas concentraciones. Los procesos de adsorción han demostrado ser economicament viables y eficientes en comparación con otras tecnologías, especialmente para la eliminación de contaminantes a partir de soluciones diluidas. Por consiguiente, el desarrollo de nuevos nanomateriales eficientes y de bajo coste para su aplicación en el tratamiento del agua y de las aguas residuales ha sido de gran interés en los últimos años, debido a las propiedades especiales, tales como alta reactividad y fuerte sorción. En este contexto, se ha estudiado la viabilidad de utilizar diferentes nanomateriales para la eliminación de cadmio (II), plomo (II) y cromo (VI) disueltos en agua. Los nanomateriales utilizados podrían agruparse en tres principales grupos: i) las nanopartículas (NPs) de óxidos metálicos (NMOs), óxido de cerio (CeO2), óxido de titanio (TiO2) y óxido de hierro (Fe3O4), ii) polímero, nanopartículas a base de catecol y iii) los nanomateriales con óxido de grafeno (GO) y NPs de CeO2 unidas a óxido de grafeno reducido (RGO). La viabilidad del uso de MNOs para la adsorción de Cd (II) disuelto se puso a prueba y se obtuvieron los parámetros cinéticos y de adsorción. Las NPs de CeO2 también se probaron con diferentes parámetros de funcionamiento, dos pH diferentes y en sistemas uni/multi componentes. Los experimentos de adsorción con las NPs de catecol se realizaron a la par con carbón activado, obteniéndose una mayor capacidad de adsorción con las NPs. También se realizaron ensayos con microorganismos bioluminiscentes y ensayos citotóxicos para evaluar la toxicidad del nanomaterial. Por último, se caracterizaron y utilizaron en procesos de adsorción GO y los nanomateriales CeO2/RGO. El ensamblaje de CeO2 en la superficie del GO siguió dos estrategias diferentes, el crecimiento in situ y el enfoque de auto-ensamblaje. En conclusión, los nanomateriales mostraron resultados prometedores en la eliminación de metales pesados, de esta manera se reafirma una vez más que los nanomateriales pueden ser utilizados como adsorbentes eficaces para el tratamiento de agua y de aguas residuales. / A great challenge for this century lies in cleaning-up the waste generated during industrial, domestic and agricultural activities. Water, as vital part of the life cycle is heavily affected by these activities and eventually, turns it unusable. Among the numerous contaminants found in water, heavy metals require special attention, as they are non-biodegradable, and often accumulate in the environment causing both short and long term adverse effects, even at low concentrations. The adsorption process proved to be economically feasible and efficient over other technologies, especially for removing pollutants from dilute solutions. In this sense new adsorbents based on nanomaterials are being extensively studied. With this in mind, the development of new, efficient and low cost nanomaterials for their application in water/wastewater has been of great interest in the last years, due to the special properties such as high reactivity and strong sorption. In this framework, the feasibility of using different nanomaterials for the removal of cadmium (II), lead (II) and chromium (VI) dissolved in water has been studied. The nanomaterials used could be grouped into three main groups: i) metal oxides nanoparticles (NMOs), cerium oxide (CeO2) titanium oxide (TiO2) and iron oxide (Fe3O4), ii) polymer, catechol-based nanoparticles (NPs) and iii) graphene oxide (GO)-based nanomaterials, CeO2 NPs attach to reduced graphene oxide (RGO). The viability of using NMOs for the adsorption of dissolved Cd (II) was tested obtaining the adsorption and kinetics parameters. CeO2 NPs also were tested with different operational parameters, two different pH and in single and multicomponent system. The catechol-based NPs adsorption experiments were performed at par with activated carbon, obtaining the higher adsorption capacity with the NPs. Bioluminescent test and cytotoxic assays also were performed in order to assess the toxicity of the nanomaterial. Finally, GO and CeO2/RGO nanomaterials were characterized and tested in adsorption process. The attachment of CeO2 to GO follow two different strategies, in situ-growth and self-assembly approach. In conclusion, nanomaterials showed promising results in the removal of heavy metals, and in this way is reaffirmed once again that nanomaterials can be used as effective adsorbents for water/wastewater treatment.

Las Reservas de Biósfera tienen el propósito de crear una alternativa innovadora en el discurso conservacionista hacia el paradigma del desarrollo sostenible, al compaginar el objetivo de proteger la biodiversidad y servicios ecosistémicos con el de asegurar el bienestar de la población local. En este sentido, la presente tesis tiene como finalidad contribuir en el conocimiento de las reservas de biósfera como modelos de gestión del territorio a través del entendimiento de las percepciones y actitudes de las poblaciones que la habitan para evaluar el impacto de los modelos y estrategias de conservación de estas áreas en su calidad de vida. Para ello, empleé dos estudios de caso, la Reserva de Biósfera Montseny en España y la Reserva de Biósfera Oxapampa Asháninka Yánesha en Perú. La tesis se desarrolla en diez capítulos. Los tres primeros capítulos corresponden a la introducción, justificación y objetivos de la investigación. En el capítulo cuatro desarrollé el marco conceptual, tomando como unidad de análisis al individuo y su hogar y definiendo desde lo local el concepto de calidad de vida, así como los conceptos de percepciones y actitudes. Para el desarrollo de la investigación se definieron dos objetos actitudinales a estudiar: la percepción local del ANP como espacio territorial destinado a la conservación y la percepción de la población local sobre la gestión desarrollada en dicho espacio. Asimismo, se desarrolla los modelos de conservación utilizados en la gestión de las áreas naturales protegidas y se caracteriza el sistema de áreas protegidas y reservas de biósfera de España y Perú. El capítulo cinco desarrolla la metodología de la investigación partiendo de una perspectiva holística e interdisciplinaria al considerar a la conservación de la biodiversidad tanto un proceso social como ecológico. El trabajo utiliza un enfoque inductivo–deductivo, basándose en diferentes metodologías de investigación social como estudios de caso y la teoría de consenso cultural. Asimismo, se detalla la metodología común desarrollada en los dos estudios de caso. El capítulo seis narra las dos áreas de estudio, en primer lugar se describe a la Reserva de Biósfera Montseny y después a la Reserva de Biósfera Oxapampa Asháninka Yánesha. En ambos apartados se describen los aspectos socioambientales relevantes para la investigación como población, economía, biodiversidad. Asimismo, se detallan otros aspectos de importancia para la mejor comprensión de la tesis como la perspectiva histórica ambiental de cada reserva de biósfera, los antecedentes de su establecimiento, sus objetivos y la forma de gestión de cada una incluyendo la descripción de las áreas naturales protegidas que alberga. El capítulo siete desarrolla el Estudio de caso de la Reserva de Biósfera Montseny y el capítulo ocho el de la Reserva de Biósfera Oxapampa Asháninka Yánesha. En cada uno de estos capítulos se especifica el área de evaluación, metodologías, resultados, discusión, conclusiones y se dan recomendaciones para contribuir en la mejora de estrategias de conservación de las áreas naturales protegidas que integran cada reserva de biósfera estudiada. El capítulo nueve plantea un análisis comparativo de las dos reservas de biósfera partiendo del análisis de seis temas relevantes como: forma de establecimiento, administración y documentos de gestión, actitudes y percepciones, participación local, calidad de vida y funcionalidades y anomalías de cada reserva de biósfera. Finalmente, en el capítulo diez se brindan las conclusiones generales de la investigación. / Biosphere Reserves are intended to create an innovative alternative for sustainable development. This thesis aims to contribute to the knowledge of Biosphere Reserves as models of land management through better understanding of the perceptions and attitudes of local populations to assess the impact of these areas in their populations’ wellbeing. This research is conducted through two case studies, the Montseny Biosphere Reserve in Spain and the Oxapampa Yánesha Ashaninka Biosphere Reserve in Peru. This work comprises ten chapters. The first three chapters are the introduction, rationale and objectives of the research. Chapter four develops the conceptual framework, where the unit of analysis is the individual and the household. Within these units, I assess attitudes toward the protected area as a physical space for conservation and toward its management. Both subjects are developed from the perspective of the local population. I also define the local concept of wellbeing and I define concepts that will be used in all the research. Chapter five develops the research methodology using a holistic and interdisciplinary approach to consider biodiversity conservation as a social and ecological process. The paper uses an inductive - deductive approach, based on different methodologies of social research, such as case studies and the cultural consensus theory. I also explain the common methodology developed in the two case studies. Chapter six describes the two study areas, the Montseny Biosphere Reserve and the Oxapampa Yánesha Ashaninka Biosphere Reserve. In both descriptions the relevant social and environmental issues for the research are detailed. Chapter seven develops the Montseny Biosphere Reserve case study and chapter eight the Oxapampa Yánesha Ashaninka Biosphere Reserve case. In each of these chapters I describe the assessment area, methods, results, discussion, conclusions. Also, I outline some recommendations to improve conservation strategies for the protected areas of both Biosphere Reserves. Chapter nine presents a comparative analysis of the two biosphere reserves using an analysis of six relevant topics: their establishment, administration and management documents, attitudes and perceptions, local participation, quality of life and functionality and anomalies of each biosphere reserve. Finally, in chapter ten I present the overall conclusions of the research.

L'objectiu central és mostrar com els processos de canvi ambiental són un fet irrevocable, i demostrar algunes de les seves manifestacions principals. Es presenta la discussió d'un marc conceptual sobreles tendències metodològiques més modernes, a partir de l'aprofundiment en el debat entre les ciènciessocials i les ciències experimentals, entre el discurs natura-cultura i les darreres reflexions sobre elsnous complexos interdisciplinaris basats en els enfocaments híbrids, des de la perspectiva de la geografia i de les joves ciències ambientals.La hipòtesi central es fonamenta en el fet que, en el massís del Montseny, s'hi expressen de formanotòria, tres de les principals manifestacions del canvi ambiental global: canvi d'usos, canvi climàtic inous processos bioinvasors.La metodologia proposada s'inspira en l'esquema de treball, formulat des del programa LUCC: Land Use/ Land Cover Change, a partir de l'anàlisi de les cobertes del sòl i dels usos del sòl. S'analitzen les forces inductores de caràcter biofísic i les forces inductores de caràcter socioeconòmic i s'incorpora la perspectiva històrica com a element de comprensió de les dinàmiques actuals. L'arrencada de l'anàlisi comparativa es fonamenta en el treball del geògraf Salvador Llobet i s'aplica una metodologia inicial basada en el treball documental i en els registres efectuats al llarg de molts anys".Una fracció molt notòria del treball és de base experimental, fonamentat en el treball de camp, mostrejant parcel·les representatives i en què s'han aplicat anàlisis multivariants. El treball mostra de manera documentada l'augment de temperatua en 1,2ºC. en els darrers 50 anys. Processos bioinvasors moderns protagonitzats per coníferes exòtiques i un progressiu procès de mediterranitzacióde les cobertes atlàntiques i centreeuropees i us incipient desplaçament d'aquestes en detriment de lesboreoalpines. La recerca s'amplia amb una anàlisi diacrónica comparant imatges dels anys 40,realitzades pel geògraf Salvador Llobet, amb imatges actuals / The main objective of the dissertation is to show the fundamental importance processes of environmental change and show also their principal manifestations. There is first a review of the current methodology in Geography and the younger Environmental Sciences which is approached from the standpoint of the debate between the natural and social sciences, the discourses on nature and culture and the emergence of new interdisciplinary platforms based on hybridity The fundamental working hypothesis of the dissertation is that in the Montseny massif there is an empirically observable expression of threee of the main manifestations of global environmental change: land use change, climatic change, and processes of bioinvasion linked to the former.The methodological approach used in the dissertation is based on the working programme developed in the Land Use / Land Cover Change research initiative. The analysis of change in land covers and uses in the massif over the last fifty years is followed by an analysis of the main driving forces of change, both biophysical and socio-economic. Comparative analysis departs from the contribution to the study of the Montseny made by Catalan geographer Salvador Llobet in the 1940s and uses cartography developed in the 1990s. A very important part of the dissertation is experimental in nature and combines fieldwork with statistical analyses. The main results are 1) the constatation of an increase in mean temperatures (about 1.2º C between the 1940s and the 1990s); clear bioinvasion processes by exotic conifera, a process of "Mediterranization" of the atlantic and central-european forest covers and a certain shift of the latter towards the highest elevations of the massif to the detriment of the boreo-alpine covers. Research is documented using a diachronic analysis which compares images taken in the 1940s by Salvador Llobet with images of the 1990s.

La tesi doctoral, presentada com a compendi de publicacions, inclou 6 articles on es presenten diferents aspectes de l'estudi de les tècniques de compostatge i co-compostatge i és el primer pas en la posada en marxa d'una nova linia de recerca en aquest camp a l'Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient (EUPMA).Amb l'objectiu d'estudiar la viabilitat de les tècniques de compostatge i co-compostatge aplicades com eines de tractament i estabilització de residus orgànics, s'ha dissenyat, construït i validat un sistema de compostatge a escala laboratori i una planta pilot en els laboratoris de l'EUPMA. S'ha desenvolupat i implementat una metodologia, basada en el disseny d'experiments, per a l'estudi sistemàtic del procés, aplicable a l'estudi de la compostabilitat i co-compostabilitat de diferents residus i especialment útil per determinar la barreja òptima inicial en els estudis de co-compostabilitat. Aquesta metodologia també ha permés obtenir la descripció del procés en funció de diferents paràmetres físics estudiats. En aquest sentit és especialment rellevant la relació descrita entre la mida de partícula de l'agent estructurant i la relació volumètrica d'estructurant a afegir al residu orgànic i la provada interrelació entre aquests dos paràmetres.El treball experimental realitzat s'ha centrat principalment en l'estudi del compostatge de fangs d'estació depuradora (urbana i industrial) i també inclou estudis amb altres residus orgànics: residus de la indústria vinícola, paperera i alimentària. S'ha determinat amb èxit la viabilitat del co-compostatge de dos residus generats a la indústria vinícola, fang i rapa, amb l'obtenció d'un producte final estable i de qualitat aplicable a les vinyes. Així, es presenta aquest procés com una eina de gestió sostenible d'aquests residus orgànics, tancant el cicle de la matèria orgànica dins la mateixa empresa. L'estudi inclou una experiència a escala industrial com a pas final en la validació del procés. S'ha realitzat un estudi complet on es determina la compostabilitat i co-compostabilitat de diferents fangs generats a la indústria paperera, biològics i físico-químics. Finalment, destacar un ampli estudi sobre la biodegradabilitat de greixos en el procés de compostatge que ha permès determinar l'efecte en el procés de la presència de residus amb elevat contingut en greixos. En aquest darrer estudi s'han utilitzat tècniques bioquímiques i assajos enzimàtics per una millor descripció del procés. Paral·lelament als estudis de compostabilitat de residus s'han utilitzat i analitzat diferents paràmetres com eines de seguiment de l'activitat biològica del procés, concloent que l'Índex Respiromètric Dinàmic és el paràmetre més adient per aquesta finalitat i implementant la utilització d'aquest paràmetre en els laboratoris de l'EUPMA. / The PhD Thesis presented is conformed by 6 publications where different aspects of composting and co-composting studies are presented. This is the first PhD Thesis of a new research line developed in the Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient (EUPMA, Mollet del Vallès, Barcelona, Spain).With the aim of study the viability of the composting and co-composting techniques for the treatment and stabilization of organic wastes, a laboratory scale composting system and a composting pilot plant were design, built and validated in the Escola Universitària Politècnica del Medi Ambient installations.A methodology based on experimental design was developed and implemented for the systematic study of the process. This methodology can be applied to the study of the compostability and co-compostability of different organic wastes and it is useful in the determination of the optimal mixture in co-compostability studies. This methodology also allowed to obtain a description of the process in terms of different physical parameters studied. In this sense is of special relevance the findings about the relationship between bulking agent particle size and bulking agent volumetric ratio added to organic waste.The experimental work focused on the composting of sludges from waste water treatment plants and also included studies with other organic wastes from wine, paper and alimentary industries.Co-composting of wastes generated in the wine industry, sludge and stalk, was successfully studied and a stable and high quality final product was obtained, suitable for its application on vineyard crops. Co-composting those two wastes was presented as a sustainable waste management alternative in the wine industry, closing the organic matter cycle in the company where wastes are generated. The study included experimental trials at industrial scale as the final step for validation of the process.A complete study was carried out with different biological and physico-chemical sludges produced in the paper industry, and their compostability and the co-compostability of different mixtures were determined. Co-composting of sewage sludge and animal fat mixtures was studied in order to determine the possibility of using this technology to recycle fat-enriched wastes. A study of fats biodegradability in the composting process was carried out which allowed to determine the effect of the presence of wastes with a high fat content on the development of the composting process. In this work, biochemical and enzyme techniques were used for a better description of the process.In the development of those studies, different parameters were used and analyzed to study their suitability to monitor the biological activity of the composting process. Among the indexes tested Dynamic Respirometric Index provided the most reliable values of microbial activity in a compost environment.

80% of Volatile Organic Compounds (VOCs) that are emitted every year to the atmosphere come from biogenic sources (BVOCs), where many different families are included, such as isoprenoids. The production and emission of those compounds is influenced by environmental variables such as light and temperature. Those environmental variables will be affected by global change which has been predicted for the next decades. The main objective of this thesis was to study the effect of global change, and specifically climate change, global warming and eutrophication, on isoprenoid, mono and sesquiterpene contents and emission rates. Moreover, we tested those effects in different families and genotypes, due to the intra and interespecific variability. In order to answer those questions we carried out different experiments, from seminatural conditions to more controlled conditions (lab), because the more control of the environmental sampling parameters the better conditions to study isolated factors. Identification and quantification of both contents and emission was carried out using gas chromatography with mass spectrometry. The main conclusions of the present thesis are: warming and drought increase both terpene content and emission independently of the specie (storing and non-storing species). However, different species responded differently to eutrophication: these responses depended on the species and on the sampling time. Finally, intra and interspecific differences where shown: different genotypes and different species behaved differently in both storing and non-storing species. / Un 80% dels Compostos Orgànics Volaltils (COVs) que s’emeten anualment a l’atmosfera provenen de fonts biogèniques (COVBs), entre els que destaquen diferents famílies com per exemple els isoprenoids. La producció i emissió d’aquests compostos està influenciada per variables ambientals com la llum i la temperatura. Aquestes variables ambientals es veuran afectades pel canvi global que s’ha predit per les properes dècades. L’objectiu de la present tesi va estar estudiar l’efecte del canvi global i específicament canvi climàtic, escalfament i eutrofització, sobre el continguts i les emissions de les famílies isoprenoids, mono i sesquiterpens. A més, varem testar aquests efectes en diferents famílies i genotips, donades les variacions intra i interespecífiques. Per aconseguir resoldre aquestes preguntes varem realitzar diferents experiments, des de condicions seminaturals fins a condicions més controlades (de laboratori), on un major control de les condicions ambientals de mostreig permet estudiar efectes de forma aïllada. La identificació i quantificació dels compostons, tant continguts com emesos, es va fer mitjançant cromatografia de gasos i espectrometria de masses. Les principals conclusions d’aquesta tesis són: l’escalfament i la sequera van incrementar tant el contingut com les emissions de terpens en espècies acumuladores i en espècies no acumuladores. No obstant, les respostes de les diferents espècies a l’eutrofització van ser diverses, depenent de l’espècie i de les condicions ambientals del moment de mostreig. Finalment, es van constatar les diferències intra i interespecífiques: espècies diferents i genotips diferents es van comportar de diferent manera, tant en espècies acumuladores com en espècies no acumuladores.

Vegeu rfgresum1de1.pdf

Els residus biodegradables reben una atenció especial en el marc legislatiu europeu actual (Revised Framework Directive 2008/98/CE) i en la seva transposició a Espanya a traves del Plan Nacional Integrado de Residuos 20082015 (PNIR), degut al significatiu impacte ambiental derivat quan aquestos residus no són tractats correctament i al seu potencial ús com recursos renovables mitjançant l’obtenció de compost i biogàs. Pel correcte tractament d’aquestos residus és imprescindible el desenvolupament d’instal·lacions i plantes de tractament eficaces i eficients. La correcta avaluació de l’efectivitat i eficiència d’aquestes instal·lacions requereix una mesura fidedigna del contingut de matèria orgànica biodegradable dels residus i per tant de la seva estabilitat. Aquesta mesura permetria: i) establir una classificació dels residus i productes en base a la seva biodegradabilitat i estabilitat; ii) la correcta avaluació de les plantes de tractament en funcionament; iii)el disseny de noves i optimitzades instal·lacions, i iv) la determinació del potencial impacte ambiental dels productes finals. La informació obtinguda mitjançant l’anàlisi de paràmetres purament físics o químics dels residus no es capaç de reflectir la naturalesa biològica dels residus. És molt extensa la bibliografia que descriu, proposa i avalua l’ús d’índexs biològics, aerobis i anaerobis, per caracteritzar els residus orgànics. De la mateixa manera, aquestos índexs, han estat proposats en diferents normatives de paises europeus com paràmetres d’estabilitat. En aquesta Tesis s’han desenvolupat noves metodologies per a la determinació d’índexs biològics aerobis i anaerobis, optimitzant les metodologies ja referenciades, eliminant les seves limitacions i ampliant la seva utilitat: índexs respiromètrics aerobis, expressats com velocitat de consum d’oxigen i consum acumulat durant un temps determinat i índexs anaerobis, expressats com producció acumulada de biogàs i metà durant un temps determinat o total. Aquestes metodologies s’han avaluat i verificat mitjançant les següents aplicacions: 1) Optimització del procés de compostatge de fangs procedents d’EDARs urbanes, determinant la relació d’estructurant‐fang mínima necessària per obtenir un producte final higienitzat i estabilitzat a escala industrial. 2) Completa avaluació d’una planta de tractament mecànic‐biològic (MBT) amb capacitat per tractar 240.000 tones/any de residus municipals, monitoratge del procés i determinació de les eficàcies d’eliminació de matèria orgànica en cada etapa. 3) Estudi específic del pretractament mecànic d’una MBT i la seva influencia en l’eliminació de matèria orgànica biodegradable. 4) Determinació de potencials totals de producció de biogàs mitjançant l’anàlisi d’índexs biològics anaerobis de curta durada. 5) Determinació de les correlacions entre indexs aerobis i anaerobis. Determinació de les correlacions entre els diferents indexs aerobis i discusió sobre la diferent informació que poden proporcionar. 6) Caracterització completa de residus basant‐se en la diferent informació proporcionada pels indexs respiromètrics aerobis. 7) Redacció d’un protocol estandarditzat per a la determinació de la biodegradabilitat de residus orgànics de diferent origen i tipologia per l’Agencia de Residus de Catalunya, basant‐se en la determinació d’índexs biològics aerobis. Els resultats obtinguts en tots aquestos treballs i estudis confirmen la idoneïtat de l’ús dels índexs biològics com mesura real del contingut de matèria orgànica biodegradable dels residus i per tant de la seva estabilitat. A més es poden considerar com un paràmetre clau pel disseny i control de plantes de tractament de residus. / Los residuos biodegradables reciben una atención especial en el marco legislativo europeo actual (Revised Framework Directive 2008/98/CE) y en su transposición en España a través del Plan Nacional Integrado de Residuos 20082015 (PNIR), debido al significativo impacto ambiental derivado cuando no son tratados correctamente y a su potencial uso como recursos renovables mediante la obtención de compost y biogás. Para ello, es imprescindible el desarrollo de instalaciones y plantas de tratamiento eficaces y eficientes. La correcta evaluación de la efectividad y eficiencia de estas instalaciones requiere una medida fidedigna del contenido de materia orgánica biodegradable de los residuos y por consiguiente de su estabilidad. Esta medida permitiría: i) establecer una clasificación de residuos y productos en base a su biodegradabilidad y a su estabilidad; ii) la correcta evaluación de las plantas en funcionamiento; iii) el diseño de nuevas y optimizadas instalaciones; y iv) la determinación del potencial de impacto ambiental de los productos finales. La información obtenida mediante el análisis de parámetros puramente físicos o químicos de los residuos no es capaz de reflejar la naturaleza biológica de los residuos. Es muy amplia la bibliografía que describe, propone y evalúa el uso de índices biológicos, aerobios y anaerobios, para caracterizar los residuos orgánicos. Asimismo, éstos índices han sido propuestos en diferentes normativas de países europeos. En esta Tesis se han desarrollado nuevas metodologías para la determinación de índices biológicos aerobios y anaerobios, optimizando las metodologías ya referenciadas, eliminando sus limitaciones y ampliando su utilidad: índices respirómetricos aerobios, expresados como velocidad de consumo de oxígeno y su consumo acumulado durante un tiempo determinado e índices anaerobios expresados como producción acumulada de biogás y metano durante un tiempo determinado o total. Estas metodologías se han evaluado y verificado mediante las siguientes aplicaciones: 1) Optimización del proceso de compostaje de lodos procedentes de EDARs urbanas, determinando la relación de estructurante‐lodo mínima necesaria para obtener un producto final higienizado y estabilizado a escala industrial. 2) Completa evaluación de una planta de tratamiento mecánico‐biológico (MBT) con capacidad para tratar 240.000 toneladas/año de residuos municipales, monitorización del proceso y determinación de las eficacias de eliminación de materia orgánica en cada etapa. 3) Estudio específico del pretratamiento mecánico de una MBT y su influencia en la eliminación de materia orgánica biodegradable. 4) Determinación de potenciales totales de producción de biogás mediante el análisis de índices biológicos anaerobios de corta duración. 5) Determinación de correlaciones entre índices aerobios y anaerobios. Determinación de correlaciones entre diferentes índices aerobios y discusión sobre la diferente información que proporcionan. 6) Caracterización completa de residuos basándose en la diferente información proporcionada por los índices respirométricos aerobios. 7) Redacción de un protocolo estandarizado para la determinación de la biodegradabilidad de residuos orgánicos de diferente origen y tipología para la Agència de Residus de Catalunya basándose en la determinación de índices biológicos aerobios. Los resultados obtenidos en todos estos trabajos confirman la idoneidad del uso de índices biológicos como medida real del contenido de materia orgánica biodegradable de los residuos y por lo tanto de su estabilidad. Además pueden considerarse como un parámetro clave para el diseño y control en plantas de tratamiento de residuos. / Biodegradable waste receives especial attention in the European Legislation (Revised Framework Directive 2008/98/CE) and this has been also reflected in Spanish Legislation in the Plan Nacional Integrado de Residuos 20082015 (PNIR), due to the high importance that this municipal solid waste fraction has on the waste treatment environmental impact when it is not treated correctly and the possibility of recycling the biodegradable waste, to finally obtain compost or/and biogas that means green energy. For this purpose is necessary to develop suitable facilities for all waste treatments and assure the correct and efficient operation of such treatment and management facilities or plants. The correct determination of process efficiency in these facilities requires a reliable measure of the biodegradable organic matter content of the wastes and their stability. This measure would allow: i) to establish a waste classification based on the biodegradability and stability; ii) the correct evaluation of plant and facilities performance; iii) the design of new and optimum facilities and waste treatments; and iv) to determinate the environmental impact of the final products of these facilities. The information given by the analysis carried out just considering physical and chemical parameters is not able to reflect the correct biological nature of the wastes. It is really considerable the bibliographic references regarding the description, use and evaluation of biological indices, both aerobic and anaerobic, to characterize organic wastes. Additionally, these indices have already been proposed in some European countries’ Legislations. In this Thesis, new methodologies have been developed to determine aerobic and anaerobic biological indices, trying to optimize the already published methodologies by detecting their weaknesses, proposing improvements and increasing their utility. The indices obtained using these methodologies are: aerobic respirometric indices, expressed as the oxygen consumption rate and cumulative oxygen consumption during a given time and anaerobic indices, expressed as cumulative biogas and methane production during a given time or total biogas or methane production. These methodologies have been assessed, evaluated and verified in different facilities, different treatments and in several works with different aims: 1) Optimization of the composting process of dewatered wastewater sludge, determining the minimum ratio of pruning waste used as bulking agent to obtain a hygienized and stabilized product in full scale facilities. 2) Complete assessment of a mechanical‐biological treatment (MBT) plant treating 240.000 tones each year of municipal solid wastes. Process monitoring an determination of process efficiency regarding organic matter biodegradation. 3) Specific study of the mechanical pretreatment in a MBT plant and how it affects to the biodegradable organic matter removal. 4) Determination of the biogas production potential using anaerobic biological indices, measured in a short experimental time. 5) To obtain correlations between aerobic and anaerobic indices. Additionally, to correlate aerobic indices among them and analyzing the different information that they provide. 6) Using the information provided by aerobic respiration indices to completely characterized organic wastes. 7) Establishment of a standardized protocol to determine the biodegradability of organic wastes, from different origin and nature using aerobic biological indices to Agència de Residus de Catalunya. The results obtained in all works and studies confirm the suitability of biological indices to be measure the biodegradable organic matter content and stability of solid wastes. Additionally, these indices can be considered as key parameters to design and control waste treatment facilities and processes.

El suro és un material natural, renovable i típicament Mediterrani, ja que la majoria de l’extracció de suro i, per tant, dels boscos d’alzina surera, se situa en aquesta àrea, i molt especialment a la península Ibèrica. El suro s’utilitza per a fabricar nombrosos productes, però a Catalunya destaca molt especialment la indústria de taps per a vins i caves, que són productes d’alt valor afegit. A escala mundial el 10 % dels taps de vi i el 60 % dels taps de cava són produïts a Catalunya. La manca de dades ambientals del sector surer, juntament amb l’aparició de competidors amb nous productes fets amb materials no renovables com els taps sintètics o d’alumini, han estat algunes de les principals justificacions perquè el sector hagi decidit avançar cap a la sostenibilitat. L'anàlisi de cicle de vida (ACV) és una eina utilitzada per a avaluar els impactes ambientals de productes i sistemes al llarg de la seva vida. Aquesta eina ambiental, que s’ha utilitzat àmpliament en altres sectors industrials, s’empra per primer cop en el sector surer a Catalunya en la present tesi, l’objectiu de la qual ha estat l’avaluació ambiental del sector surer mitjançant l’anàlisi del sector, tant globalment com també per subsistemes. S’han determinat els punts febles dels diferents subsistemes del sector, de manera que es proposen mesures de producció més netes com a estratègies clau per a disminuir els impactes ambientals associats a cadascun dels productes de suro. A més, l’anàlisi del sector integrat permet establir estratègies globals de millora del sector des d’una perspectiva de l’ecologia industrial que permetran que el sector continuï avançant cap a la sostenibilitat. Els resultats indiquen que el suro és un material amb un impacte ambiental baix que, a més de generar nombrosos productes, contribueix a fixar diòxid de carboni. Concretament, per cada tona de suro transformat en productes es fixen 14.3 t de CO2, i per tant es pot afirmar que el sector del suro contribueix en la lluita contra el canvi climàtic. Aquesta tesi ha estat el primer pas del sector cap a la sostenibilitat i s’hauria de continuar treballant en aquesta línia, així com en altres investigacions que seran claus en el futur. Alguns dels aspectes que convé investigar són els potencials nous productes de suro, amb un valor afegit més alt, l’estudi pilot de les operacions més impactants per a les quals hi poden haver diferents alternatives tecnològiques i l’aprofundiment en el coneixement sobre la fixació de CO2 associada a l’alzina surera. / El corcho es un material natural, renovable y típicamente Mediterráneo, ya que la mayoría de la extracción de corcho y, por lo tanto, de los bosques de alcornoque, se sitúa en esta área, y muy especialmente en la península Ibérica. El corcho se utiliza para fabricar numerosos productos, pero en Cataluña destaca muy especialmente la industria de tapones para vinos y cavas, que son productos de alto valor añadido. A escala mundial, el 10% de los tapones de vino y el 60% de los tapones de cava son producidos en Cataluña. La falta de datos ambientales del sector corchero, junto con la aparición de competidores con nuevos productos fabricados con materiales no renovables, como los tapones sintéticos o de aluminio, han sido algunas de las principales justificaciones para que el sector haya decidido avanzar hacia la sostenibilidad. El análisis de ciclo de vida (ACV) es una herramienta utilizada para evaluar los impactos ambientales de productos y sistemas a lo largo de su vida. Esta herramienta ambiental, que se ha utilizado sobradamente en otros sectores industriales, se utiliza por primera vez en el sector corchero en Cataluña en la presente tesis, el objetivo de la cual ha sido la evaluación ambiental del sector del corcho mediante el análisis del sector, tanto globalmente como también por subsistemas. Se han determinado los puntos débiles de los diferentes subsistemas del sector, de modo que se proponen medidas de producción más limpias como estrategias clave para disminuir los impactos ambientales asociados a cada uno de los productos de corcho. Además, el análisis del sector integrado permite establecer estrategias globales de mejora del sector desde una perspectiva de la ecología industrial que permitirán que el sector continúe avanzando hacia la sostenibilidad. Los resultados indican que el corcho es un material con un impacto ambiental bajo que, además de generar numerosos productos, contribuye a fijar dióxido de carbono. Concretamente, por cada tonelada de corcho transformado en productos se fijan 14.3 t de CO2, por lo que se puede afirmar que el sector del corcho contribuye en la lucha contra el cambio climático. Esta tesis ha sido el primer paso del sector hacia la sostenibilidad y se tendría que continuar trabajando en esta línea, así como en otras investigaciones que serán claves en el futuro. Algunos de los aspectos que conviene investigar son los potenciales nuevos productos hechos de corcho, con un valor añadido más alto, el estudio piloto de las operaciones más impactantes para las que puede haber diferentes alternativas tecnológicas y la profundización en el conocimiento sobre la fijación de CO2 asociada al alcornoque. / Cork is a natural, renewable material, and is typically Mediterranean in the sense that this area, in particular the Iberian Peninsula, is home to the majority of cork oak forests and, therefore, most cork extraction activity. Cork is used to make many products, but in Catalonia the industry of making closures for wine and cava bottles, which are products of high added value, is especially important. Worldwide, 10% of wine stoppers and 60% of cava stoppers are made in Catalonia. The lack of environmental data for the cork sector, together with competition from new products made with non-renewable materials, like synthetic or aluminium stoppers, are among the main reasons why the sector has decided to move in the direction of sustainability. Life Cycle Analysis (LCA) is a tool used to assess the environmental impacts of products and systems throughout their life. This tool, used widely in other industrial sectors, is applied for the first time to the Catalan cork sector in this thesis, by analysing the sector both globally and by subsystems. The weaknesses of the sector’s various subsystems have been detected, and proposals made regarding measures to favour cleaner production methods and key strategies to reduce the environmental impacts of cork products. Furthermore, the integrated analysis of the sector can lead to establishing global strategies for improvement based on industrial ecology, which will allow the sector to continue its advance towards sustainability. The results indicate that cork is a low-impact material that, as well as generating many products, contributes towards fixing Carbon dioxide. For every tonne of cork transformed into products 14.3 t of CO2 are fixed, so it can be said that the cork sector plays its part in the fight against climate change. This thesis is the first step towards sustainability taken by the sector, and it would be good to continue working along these lines, and also on other research that will be crucial in the future. Some of the areas that need investigation are: new potential cork products, with a greater added value, a pilot study of higher-impact operations, for which there could be various technological alternatives, and CO2 fixation associated with cork oaks.

Els contaminants orgànics persistents (COPs) són compostos tòxics, persistents, bioacumulables i capaços de ser transportats per l'atmosfera a tot el planeta, incloses aquelles zones remotes on mai s'han produït ni emprat. Aquesta tesi estudia la contaminació dels ecosistemes aquàtics mediterranis per una selecció de COPs: els bifenils policlorats (PCBs), el diclorodifeniltricloroetà (DDT) i els seus derivats (DDE i DDD), els hexaclorociclohexans (HCHs) i l'hexaclorobenzè (HCB). Els resultats d'aquesta tesi s'han organitzat en tres capítols. En el primer d'ells s'estudia l'estat de la contaminació i la dinàmica dels COPs en el delta de l'Ebre. L'anàlisi de les mostres recollides (novembre de 2002 - octubre de 2003) mostrà com encara es produeixen aportacions no controlades de DDT al delta. Aquestes entrades poden ser la conseqüència de l'arrossegament de partícules enriquides mobilitzades des de diferents indrets de la conca i/o el resultat de les activitats agrícoles. La variabilitat estacional i geogràfica del lindà també indica l'existència d'aportacions recents. D'altra banda, les crescudes del riu provoquen un important augment de la descàrrega de COPs, bàsicament a la fase particulada, a causa de l'augment de l'escolament, la lixiviació, l'arrossegament de sòls i la remobilització dels sediments (ex. material dipositat als embassaments). Així, els períodes d'avinguda són claus en el còmput total de la descàrrega de COPs a la Mediterrània. En el segon dels capítols s'estudià el perfil vertical estratificat del riu a la seva desembocadura com un exemple dels estuaris de falca salina desenvolupats a la Mediterrània. La falca salina a l'Ebre provoca un canvi en la dinàmica vertical de diferents variables fisicoquímiques, de la matèria orgànica i dels COPs. La floculació induïda pel canvi salí vertical provoca un augment de la quantitat de partícules en suspensió a la falca salina i la barreja de partícules de diversos orígens (orgànic i mineral). Aquest material es barreja a la vegada amb el material marí i les partícules suspeses pateixen una disminució general de les concentracions de COPs. Tanmateix, la falca salina actua com una zona de retenció dels COPs ja que el seu moviment lent i la baixa renovació de l'aigua fan que els contaminants es mantinguin a l'estuari. D'altra banda, tot i que la interfície vertical entre l'aigua dolça - falca salina juga un paper molt important en la transformació i l'acumulació de la matèria orgànica, no s'han detectat màxims molts evidents de COPs en aquesta zona. Finalment, l'últim capítol presenta una visió més global i s'analitza l'abast i el risc ecològic de la utilització dels COPs a tota la conca mediterrània. Es realitzà una recopilació i valoració de la informació existent sobre COPs als sediments marins superficials com a indicadors i integradors del nivell de contaminació de la conca. Tot i les limitacions trobades en el recull d'informació (manca de dades per les costes est i sud de la conca, inexistència de procediments de mostreig i d'anàlisi normalitzats i manca de guies de qualitat ecotoxicològica) es van observar algunes tendències. Des del punt de vista geogràfic, s'ha demostrat com la contaminació per COPs als sediments mediterranis és un problema localment important en algunes zones urbanes/industrials, àrees de descàrrega de rius i zones semitancades (ports i llacs costaners). Malgrat això, les concentracions i el seu risc ecològic associat decreixen ràpidament en les zones de mar obert. Temporalment, tot i la gran variabilitat, s'observa una disminució general de les concentracions de COPs des dels anys setanta fins a l'actualitat. / Persistent Organic Pollutants (POPs) are compounds which have shown to be toxic, persistent, bioaccumulable and susceptible to atmospheric transport to remote areas where they have never been produced or used. This Thesis deals with the contamination of the Mediterranean Sea by a selection of POPs: hexachlorobenzene (HCB), hexachlorocyclohexanes (HCHs), dichlorodiphenyltrichloroethane (DDT) and its derivatives (DDE and DDD) and polychlorinated biphenyls (PCBs). Results of this Thesis have been organized in three different chapters. The first chapter is focused on the contamination by POPs and their dynamics in the Ebro Delta. The analysis of collected samples (November 2002 - October 2003) have shown that even today, some DDT inputs are occurring in the Ebro Delta. These inputs can be related to the mobilization of enriched particles from several places in the basin and/or to agricultural activities. In the case of lindane, the seasonal and spatial variability also seems to indicate the existence of recent inputs of this pesticide in the area. On the other hand, the rises of the river flow leads to a significant increase in POP transport downstream, basically in the particulate phase, as a result of the increase in runoff, lixiviation, dragging of soils and the mobilization of sediments (ex. sediment stored in the dams). Flood episodes are thus contributing greatly to the total amounts of POPs annually discharged by the river into the Mediterranean. In the second chapter, the stratified vertical profile of the river in the mouth was studied as an example of the salt wedge estuaries developed in the Mediterranean. The salt wedge in the Ebro produces a great change in the vertical profiles of various physicochemical variables, as well as the concentrations of organic matter and POPs. Flocculation caused by the salinity gradient leads to an increase of suspended organic matter in the salt wedge and the mixing of particles from different sources (organic and mineral). In the salt wedge, this material is also mixed with marine suspended particulate matter and the concentrations of POPs in the suspended solids decrease. However, the salt wedge entraps a large amount of POPs due to the low renewal levels and lack of movement and, thus, keeps the pollutants in the estuary. Although the interface between fresh and salty waters has a crucial role in the transformation and accumulation of organic matter, the results do not show important maxima of POPs in this region. Finally, in the last chapter, from a more general standpoint, an assessment of POPs contamination and ecological risk in the Mediterranean was conducted, using the superficial sediments as indicators. In spite of all the limitations on gathering the existing information (lack of data in the eastern and southern Mediterranean, non-existence of standardised sampling and analytical procedures and ecotoxicological quality standards), some trends can be discerned. Geographically, it has been proved that POPs pollution in the Mediterranean sediments is a local problem and important in some urban and industrial locations, river discharge areas and semi-enclosed zones (harbours and coastal lagoons). In spite of this, the concentrations and their ecological risk are falling rapidly in open sea areas. Temporally, despite the great variability of data, a general decrease of POPs concentrations since the 1970s can be seen.

Nuestras sociedades necesitan soluciones para reducir el consumo de recursos, así como de gases de efecto invernadero (GHG en inglés). La identificación de los residuos como un recurso valioso puede ayudar a reducir el consumo de recursos y en consecuencia las emisiones de GHG. Por lo tanto, el enfoque ha sido originalmente puesto en la recuperación y el reciclaje. Sin embargo, los gestores de residuos y los investigadores han destacado la reciente importancia de los residuos comercializados en mercados globales. Esta perspectiva global podría afectar los ahorros de emisiones de GHG atribuidas al reciclaje. Por lo tanto, el objetivo de esta tesis es en primer lugar calcular y evaluar las emisiones de GHG de la gestión en España de los residuos sólidos municipales (MSW, en inglés). En segundo lugar un enfoque especial se pone en las emisiones de GHG del reciclaje teniendo en cuenta el mercado y el comercio internacional, especialmente para los residuos de papel, aluminio y plástico. Una nueva herramienta llamada CO2ZW ®, el análisis de ciclo de vida consecuencial (CLCA en inglés) y el análisis del flujo de materiales (MFA en inglés) se aplicaron para las evaluaciones de GHG y de recursos. La aplicación de la CO2ZW ® para evaluar la gestión de los MSW confirmó que existe un alto potencial para la mitigación del cambio climático en España a través del aumento de la recuperación material junto con la reducción de la eliminación de los vertederos. La aplicación del MFA demostró que existe una considerable acumulación de productos de papel, aluminio y plástico que en los próximos años se convertirá en residuos pero el incremento de la oferta de residuo probablemente será exportado. Por otra parte, bajo el supuesto de que el reciclaje evita la producción de materia prima, se determinó también que el reciclaje evita emisiones de GHG. Sin embargo, los residuos pueden ser reciclados en España o en el extranjero, y el reciclaje puede sustituir la producción mundial o la española. Las emisiones de GHG varían en cada caso. Las producciones mundiales más competitivas de pulpa virgen, aluminio primario y plástico virgen fueron identificadas como los escenarios base bajo el CLCA. Las producciones nacionales españoles fueron evaluados como escenarios alternativos. Los resultados mostraron que los procesos más competitivos generan más emisiones de GHG, ya que son más ineficientes y a menudo se encuentran en países con alto contenido de carbón en su mix eléctrico Por lo tanto, si estos procesos se evitan mediante el reciclaje, más emisiones de GHG son mitigados que si se evitan los procesos españoles. Además, el aumento de la exportación de residuos disminuye los beneficios de GHG en todos los escenarios evaluados con excepción de la exportación de chatarra de aluminio. Los resultados no sólo pueden ayudar a los investigadores para evaluar las emisiones de GHG de la gestión de residuos, pero también pueden ser utilizados por los productores, gestores de residuos y los políticos de residuos para evaluar y proponer la mejor estrategia para reducir el consumo de recursos junto con las emisiones de GHG. / Our societies need solutions to reduce resource consumption as well as greenhouse gas (GHG) emissions. Identifying waste as a valuable resource can help reduce resource consumption and consequently GHG emissions. Therefore, focus has originally been placed on recovery and recycling. However, waste managers and researchers have recently highlighted the importance of wastes traded in global markets. This global perspective could affect the savings of GHG emissions attributed to recycling. Thus, the goal of this thesis is firstly to calculate and evaluate the GHG emissions from municipal solid waste (MSW) management in Spain. Secondly a special focus is put on the GHG emissions of recycling considering the market and the international trade, specifically for waste paper, aluminium old scrap and plastic waste. A new tool called CO2ZW®, consequential life cycle assessment (CLCA) and material flow analysis (MFA) were applied for the GHG and resource assessments. The application of the CO2ZW® to evaluate the MSW management confirmed that there is a high potential for climate change mitigation in Spain through the increase of material recovery along with reducing disposal to landfills. The application of MFA showed that there is a considerable accumulation of paper, aluminium and plastics products which in coming years will become waste but the increase in waste supply will probably be exported. Moreover, under the assumption that recycling avoids raw material production, it was also determined that recycling avoids GHG emissions. However, waste can be recycled in Spain or abroad, and recycling can substituted global or Spanish raw material production. The GHG emissions varied in each case. The most competitive global productions of virgin pulp, primary aluminium and virgin plastic were identified as the base scenarios under CLCA. The Spanish national productions were assessed as alternative scenarios. Results showed that the most competitive processes generate more GHG emissions as they are more inefficient and they are often located in countries with high hard coal content in their electricity mixes. Therefore, if these processes are avoided by recycling, more GHG emissions are mitigated than if the Spanish processes are avoided. In addition, increasing the export of waste decreases the GHG benefits for all scenarios evaluated except for the aluminium old scrap export. The results not only help researchers to evaluate the GHG emissions from waste management but also can be used by producers, waste managers and waste politicians to evaluate and propose the best strategy to reduce the resource consumption and the GHG emissions.