Constructed wetlands (CWs) are anthropically designed systems to improve and optimize certain physical and biochemical processes that occur in the ecosystems of natural wetlands with the main objective of removing pollutants from the water. This technology, which usually has been used for the treatment of urban wastewater, is being recently applied for treating a great variety of flows, including eutrophic water. Treatment efficiency of these systems depends on the interrelation of a great variety of processes and factors that hinder the establishment of simple principles for its design and/or exploitation. Therefore, mathematical models are useful tools to increase the knowledge about this technology and to optimize their design and management. During the last decades, a remarkable advance has been produced in the modelling of CWs, especially subsurface flow systems. However, an equivalent level of development has not been reached in the modelling of surface flow systems. In this type of CWs, where there is not a porous medium through which the water to be treated circulates, the influence of environmental factors such as wind or avifauna, and the interaction with the layer of sediment can be more intense. Therefore, it is necessary having models applicable to this type of CWs which facilitate the representation of this particular casuistry. In this PhD Dissertation a mechanistic biokinetic model for the treatment of eutrophic water in free water surface constructed wetlands has been developed. The structure of the Activated Sludge Model (ASM) has been used to represent the processes that affect to the main variables of water quality in eutrophic systems, i.e., suspended solids, phytoplankton, different forms of nitrogen and phosphorus and matter organic. The model has been implemented in the software AQUASIM and has been calibrated and validated in two real systems that treated hypertrophic water from Lake l¿Albufera (Valencia) for three years. One of the most remarkable contributions of this model is the ability for simulating the operation conditions of full-scale systems, i.e., for reproducing the interactions that occur between the free water surface constructed wetland and the environment where it is integrated. A novel contribution of this model is the capacity for simulating the effects produced by the activity of the avifauna and by the action of the wind speed in the resuspension of sediments. Another important contribution is the quantification of the effect of the processes involved in the cycles of each variable. This has been able to determine the importance of resuspension in the removal of suspended solids, especially that caused by the action of the wind. Likewise, vegetation cover has been demonstrated to be an easy to monitor and valid parameter for the simulation of the effect of emerging macrophytes in water quality in surface flow CWs, in both sedimentation and resuspension processes, as well as in nutrients uptake. On the other hand, this research has allowed extend the knowledge about the immobility of microorganisms in surface flow CWs. It has also been proven that high vegetation covers as well as harvesting of emerging macrophytes are crucial factors in nutrients removal in this type of systems. / Los humedales artificiales (HHAA) son sistemas diseñados antrópicamente para mejorar y optimizar ciertos procesos físicos y bioquímicos que ocurren en los ecosistemas de los humedales naturales con el objetivo principal de eliminar contaminantes del agua. Esta tecnología, que habitualmente se ha utilizado para la depuración de aguas residuales urbanas, se está aplicando recientemente en el tratamiento de una gran variedad de corrientes, entre ellas las aguas eutróficas. La eficiencia de tratamiento de estos sistemas depende de la interrelación de una gran variedad de procesos y factores que dificultan el establecimiento de principios simples para su diseño y/o explotación. Por ello, los modelos matemáticos son una herramienta útil para aumentar el conocimiento sobre esta tecnología y para optimizar su diseño y gestión. Durante las últimas décadas se ha producido un avance notable en la modelación de los HHAA, especialmente en los sistemas de flujo subsuperficial. Sin embargo, no se ha alcanzado un nivel de desarrollo equivalente en la modelación de los sistemas de flujo superficial. En esta tipología de HHAA, donde no existe un medio poroso a través del cual circula el agua a tratar, la influencia de factores ambientales como el viento o la avifauna y la interacción con la capa de sedimentos puede ser más intensa. Por lo tanto, resulta necesario disponer de modelos aplicables a este tipo de HHAA que permitan representar esta casuística particular. En esta Tesis Doctoral se ha desarrollo un modelo mecanicista biocinético para el tratamiento de aguas eutróficas mediante humedales artificiales de flujo superficial. Se ha utilizado la estructura de los modelos Activated Sludge Model (ASM) para representar los procesos que afectan a las principales variables de calidad de aguas eutróficas, es decir, los sólidos en suspensión, el fitoplancton, las distintas formas de nitrógeno y fósforo y la materia orgánica. El modelo se ha implementado en el software AQUASIM y ha sido calibrado y validado en dos sistemas reales que han tratado durante tres años las aguas hipereutróficas del lago de l¿Albufera (València). Una de las contribuciones más destacables de este modelo es la capacidad para simular las condiciones de funcionamiento de los sistemas a escala real, es decir, para reproducir las interacciones que se producen entre el humedal artificial de flujo superficial y el medio en el que se integra. Una aportación novedosa de este modelo es la capacidad para simular los efectos producidos por la actividad de la avifauna y por la acción de la velocidad del viento en la resuspensión de los sedimentos. Otra aportación importante es la cuantificación del efecto de los procesos que intervienen en los ciclos de cada variable. Con ello se ha podido determinar la importancia de la resuspensión en la eliminación de los sólidos en suspensión, especialmente de la provocada por la acción del viento. Así mismo, se ha demostrado la aplicabilidad del grado de cobertura vegetal como un parámetro de fácil monitorización y válido para la simulación del efecto de las macrófitas emergentes en la calidad de las aguas en los HHAA de flujo superficial, tanto en los procesos de sedimentación y resuspensión del material particulado como en la toma de nutrientes. Por otra parte, esta investigación ha permitido ampliar el conocimiento sobre la inmovilidad de los microorganismos en los HHAA de flujo superficial. También se ha comprobado que un buen grado de cobertura vegetal, así como el cosechado de las macrófitas emergentes, son factores cruciales en la eliminación de nutrientes en este tipo de sistemas. / Els aiguamolls construïts (AACC) són sistemes antròpicament dissenyats per a millorar i optimitzar determinats processos físics i bioquímics que es produeixen en els ecosistemes de les zones humides naturals amb l'objectiu d'eliminar els contaminants de l'aigua. Aquesta tecnologia, que normalment s'ha utilitzat per al tractament d'aigües residuals urbanes, s'està aplicant recentment al tractament de diversos fluxos, com les aigües eutròfiques. L'eficàcia del tractament d'aquests sistemes depèn de la interrelació d'una gran varietat de processos i factors que dificulten l'establiment de principis simples per al seu disseny i/o explotació. Per això, els models matemàtics són una eina útil per a augmentar els coneixements sobre aquesta tecnologia i per a optimitzar el seu disseny i la gestió. Durant les últimes dècades s'ha produït un avanç notable en la modelització d'els AACC, especialment en els sistemes de flux subsuperficial. No obstant això, no s'ha assolit un nivell de desenvolupament equivalent en la modelització de sistemes de flux superficial. En aquesta tipologia d'AACC, on no existeix un medi porós a través del qual circula l'aigua a tractar, la influència de factors ambientals com el vent o les aus i la interacció amb la capa de sediments pot ser més intensa. Per tant, resulta necessari disposar de models aplicables a aquest tipus d'AACC que permeten representar aquesta casuística particular. En aquesta Tesi Doctoral s'ha desenvolupat un model mecanicista biocinètic per al tractament d'aigües eutròfiques mitjançant aiguamolls artificials de flux superficial. S'ha utilitzat l'estructura dels models Activated Sludge Model (ASM) per a representar els processos que afecten les principals variables de la qualitat de les aigües eutròfiques, és a dir, els sòlids en suspensió, el fitoplàncton, les diverses formes de nitrogen i fòsfor i la matèria orgànica. El model s'ha implementat en el software AQUASIM i ha estat calibrat i validat en dos sistemes reals que han tractat durant tres anys les aigües hipereutròfiques del llac de l¿Albufera (València). Una de les aportacions més remarcables d'aquest model és la capacitat per a simular les condicions de funcionament dels sistemes a escala real, és a dir, per a reproduir les interaccions que es produeixen entre l'aiguamoll artificial de flux superficial i el medi en el qual està integrat. Una aportació novedosa d'aquest model és la capacitat per a simular els efectes produïts per l'activitat de l'avifauna i per l'acció de la velocitat del vent en la resuspensió de sediments. Una altra aportació important és la quantificació de l'efecte dels processos implicats en els cicles de cada variable. Amb açò s'ha pogut determinar la importància de la resuspensió en l'eliminació dels sòlids en suspensió, especialment de la provocada per l'acció del vent. Així mateix, s'ha demostrat l'aplicabilitat del grau de cobertura vegetal com a un paràmetre de fácil monitorització i vàlid per a la simulació de l'efecte dels macròfits emergents en la qualitat de les aigües en els AACC de flux superficial, tant en els processos de sedimentació i resuspensió del material particulat com en la presa de nutrients. D'altra banda, aquesta recerca ha permès ampliar el coneixement sobre la immobilitat d'els microorganismes en els AACC de flux superficial. També s'ha comprovat que un bon grau de cobertura vegetal, així com la sega dels macròfits emergents, són factors clau en l'eliminació de nutrients en aquest tipus de sistemes. / Gargallo Bellés, S. (2017). Modelación de la calidad de las aguas en los humedales artificiales de flujo superficial (HAFS) Aplicación a los HAFS del Tancat de la Pipa en l'Albufera de Valencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/78215 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

Nowadays, eutrophication is the main problem affecting most our rivers and lakes. This has many negative effects on the affected ecosystems, such as high turbidity of the waters, an increase of algae biomass and a significant loss of the biodiversity, specially submerged aquatic vegetation. A clear example is the Albufera of Valencia Lake, a water body of extremely high ecological value. When the EU Water Framework Directive (2000/60/CE) came into force, the member states were required to protect, enhance and regenerate all surface water bodies, in order to achieve a good ecological and chemical status of these. Measures carried out to mitigate and control the eutrophication in aquatic ecosystems have been based generally on reducing external nutrient loads (mainly N and P), as these have historically been considered the main cause of eutrophication. Examples of these measures are the advances in urban wastewater treatment systems or the construction of artificial wetlands in the lower parts of the basins in order to intercept and reduce diffuse pollution. However despite implementing these necessary measures, the water quality improvement is not always achieved. This is due to the internal loads, i.e. nutrients released into the water column from sediments and from the phytoplankton biomass decomposition, can maintain this state and delays the recovery of aquatic ecosystems. This PhD Dissertation evaluates the use of constructed wetlands (CWs) to reduce nutrients and phytoplankton from eutrophic waters, and its implementation as an instrument for the improvement of water quality in damaged aquatic ecosystems. The study is focused on Tancat de la Pipa, a Natural Reserve located in the Natural Park of l'Albufera de Valencia, where three free water surface constructed wetlands (FWSCWs) have been built to treat the waters from Albufera of Valencia Lake. These CWs are also designed to improve and increase the biodiversity of habitat and wildlife. In this study is carried out a detailed analysis of the main factors (operational or environmental) that influence on the removal efficiencies achieved by these HAFS, in order to optimize its operation and propose recommendations for the management and design of FWSCWs to treat eutrophic waters. One of the main results of this study is the confirmation of the capacity of these systems to improve the eutrophic water quality and additionally their use as a buffer zone for diffuse pollution, specially agricultural runoff. / En la actualidad, la eutrofización es el principal problema que afecta a una gran parte de nuestros ríos y lagos. Ésta trae consigo numerosos efectos negativos sobre los ecosistemas a los que afecta, como por ejemplo, una elevada turbidez de las aguas, un incremento de la biomasa algal y una pérdida significativa de biodiversidad, especialmente de la vegetación subacuática. Un claro ejemplo es el lago de l'Albufera de Valencia, una masa de agua de incalculable valor ecológico. Con la entrada en vigor de la Directiva Marco del Agua (2000/60/CE), los estados miembros fueron instados a proteger, mejorar y regenerar todas las masas de agua superficial, con el objeto de alcanzar un buen estado ecológico y químico de las mismas. Las medidas llevadas a cabo para mitigar y controlar la eutrofización de los ecosistemas acuáticos se han centrado, generalmente, en reducir las cargas externas de nutrientes (principalmente N y P), dado que históricamente éstas se han considerado como la principal causa de eutrofización. Ejemplos de estas medidas son los avances en los sistemas de tratamientos de las aguas residuales urbanas o la construcción de humedales artificiales en las partes bajas de las cuencas para interceptar y reducir la contaminación difusa. No obstante, estas medidas, aunque necesarias, no siempre son suficientes para lograr mejorar la calidad de las aguas. Esto se debe a que las cargas internas de los propios ecosistemas eutrofizados (nutrientes liberados desde los sedimentos y desde la descomposición de la alta biomasa fitoplanctónica) pueden mantener este estado e impedir su recuperación. En la presente Tesis Doctoral se evalúa el uso de humedales artificiales (HA) para reducir los nutrientes y el fitoplancton de las aguas eutrofizadas, y su aplicabilidad como instrumento para la mejora de la calidad de las aguas de los ecosistemas acuáticos perjudicados. El estudio se centra en el Tancat de la Pipa, una Reserva Natural que se encuentra dentro del Parque Natural de l'Albufera de Valencia, y en la que se han construido tres humedales artificiales de flujo superficial (HAFS) para tratar las aguas del lago de l'Albufera de Valencia. Estos HA también están destinados a mejorar e incrementar la biodiversidad del hábitat y de la vida silvestre. En este trabajo se realiza un análisis pormenorizado de los principales factores (operacionales o ambientales) que influyen en las eficiencias de eliminación alcanzadas por estos HAFS, con la finalidad de optimizar su funcionamiento y proponer recomendaciones para la gestión y diseño de HAFS destinados al tratamiento de este tipo de aguas. Uno de los principales resultados de este estudio es la confirmación de la capacidad de estos sistemas para mejorar la calidad de las aguas eutróficas y además, para emplearlos como zona de amortiguación de la contaminación difusa, especialmente de la escorrentía agrícola. / En l'actualitat, l'eutrofització és el principal problema que afecta a una gran part dels nostres rius i llacs. Aquesta té nombrosos efectes negatius sobre els ecosistemes als que afecta, com per exemple, una elevada terbolesa de les aigües, un increment de la biomassa algal i una pèrdua significativa de biodiversitat, especialment de la vegetació subaquàtica. Un clar exemple és el llac de l'Albufera de València, una massa d'aigua d'incalculable valor ecològic. Amb l'entrada en vigor de la Directiva Marc de l'Aigua (2000/60/CE), els estats membres van ser instats a protegir, millorar i regenerar totes les masses d'aigua superficial, amb l'objectiu d'aconseguir un bon estat ecològic i químic de les mateixes. Les mesures dutes a terme per a mitigar i controlar l'eutrofització dels ecosistemes aquàtics s'han centrat, generalment, en reduir les càrregues externes de nutrients (principalment N i P), perquè històricament aquestes han sigut considerades la principal causa d'eutrofització. Exemples d¿aquestes mesures són els avanços en els sistemes de tractaments de les aigües residuals urbanes o la construcció d'aiguamolls artificials en les parts baixes de les conques per a interceptar i reduir la contaminació difusa. No obstant això, aquestes mesures, encara que necessàries, no sempre són suficients per a aconseguir millorar la qualitat de les aigües. Açò es relaciona amb que les càrregues internes dels propis ecosistemes eutròfics (nutrients alliberats des dels sediments i des de la descomposició de l'alta biomassa fitoplanctónica) poden mantenir aquest estat i impedir la seua recuperació. En la present Tesi Doctoral s'avalua l'ús d'aiguamolls construïts (AC) per a reduir els nutrients i el fitoplàncton de les aigües eutròfiques, i la seua aplicabilitat com a instrument per a la millora de la qualitat de les aigües dels ecosistemes aquàtics perjudicats. L'estudi se centra al Tancat de la Pipa, una Reserva Natural localitzada a l'interior del Parc Natural de l'Albufera de València, i en la què s'han construït tres aiguamolls construïts de flux superficial (ACFS) per a tractar les aigües del llac de l'Albufera de València. Aquests ACFS estan també destinats a millorar i incrementar la biodiversitat de l'hàbitat i de la vida silvestre. En aquest treball es realitza un anàlisi detallat dels principals factors (operacionals o ambientals) que influeixen en les eficiències d'eliminació aconseguides per aquests ACFS, amb la finalitat d'optimitzar el seu funcionament i proposar recomanacions per a la gestió i el disseny d'ACFS destinats al tractament d'aquest tipus d'aigües. Un dels principals resultats d'aquest estudi és la confirmació de la capacitat d'aquests sistemes per a millorar la qualitat de les aigües eutròfiques i a més, per a emprar-los com a zona d'amortiment de la contaminació difusa, especialment de l'escorrentia agrícola. / Oliver Rajadel, N. (2017). Estudio de los Humedales Artificiales de Flujo Superficial del Tancat de la Pipa como instrumentos para la restauración ambiental del lago de l'Albufera de Valencia [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90400

No description available.

Aiming for sustainable sanitation systems can provide benefits among a vast range of Sustainable Development Goals. In this study the sustainability of potential options for renovating or upgrading thewastewater treatment plant in Tupiza, a rapidly growing city in theSouthern highlands of Bolivia, was evaluated. The local context was characterized by increasing issues of flooding which in recent years has destroyed important wastewater treatment infrastructure and polluted sources of water for several downstream communities. Three system options consisting of different treatment technologies were evaluated against four criteria of sustainability; health,technical, environmental and financial and institutional. A "conventional" option consisting of waste stabilization ponds was compared against two more options with added steps of treatment, such as constructed wetlands, anaerobic reactors and alkaline and ammonia treatment of sludge. Social acceptance and demand of reuse of treated wastewater and sludge in agriculture was evaluated using qualitative research analysis. Results indicate that the systems with added treatment steps could help improve several areas of sustainability such as risks of disease transmission, space efficiency, treatment capacity and efficiency as well as enable safe reuse of sludge and wastewater in agriculture. Implementation of funding mechanisms covering the entire sanitation service chain as well as flood mitigation measures resulted essential in ensuring the long-term functionality of such improvements. This project was intended as a pre-study and identified several areas of future research including additional evaluation of nutrient content in effluent, investigation of a possible certification process for recycled byproducts from the wastewater treatment plant, risk assessment of floods of different magnitudes, evaluation of the long-term economic impact of having improved systems and evaluationof local institutional capacity surrounding the sanitation service chain in Tupiza. / Hållbara sanitetssystem för med sig många fördelar som kan främja majoriteten av de globala hållbarhetsmålen. I denna studie utreds hållbarheten i potentiella alternativ för renovering eller uppgradering av ett avloppsreningsverk i Tupiza, en snabbt växande stad i södra Bolivias högland. Den lokala kontexten präglades av en tilltagande översvämmningsproblematik som de senaste åren bidragit till förstörelse av central infrastruktur for avloppsvattenrening samt påföljande vattenföroreningar i samhällen nedströms reningsverket. Tre systemalternativ beståendes av olika reningstekniker utreddes utefter fyra hållbarhetskategorier; hälsa, teknologi, miljö samt finansiell/institutionell. Ett konventionellt alternativ som utgjordes av stabiliseringsdammar jämfördes mot två mer avancerade alternativ med ytterligare reningssteg såsom anlagd våtmark, anaerobiska reaktorer samt alkali- och ammoniakbehandling av slam. Social acceptans och efterfrågan för återanvändning av behandlat avloppsvatten och slam inom lantbruket utreddes i en kvalitativ forskningsstudie. Resultaten tyder på att system med fler reningssteg kan främja flera hållbarhetsområden såsom risk för överföring av sjukdomar, yteffektivitet, reningskapacitet och effektivitet samt möjliggöra säkert återanvändande av slam och avloppsvatten i jordbruket. Implementering av mekanismer för finansiering som täcker hela sanitetskedjan samt åtgärder mor översvämningar visade sig vara centrala för att säkerställa långsiktig funktion av sådana förbättringar. \\\\Det här projektet var menat som en förstudie och identifierade flertalet områden för vidare forskning såsom ytterligare utvärdering av näringsinnehåll i utgående vatten, utredning av möjlig certifieringsprocess för återvunna produkter från avloppsreningsverket, analys av översvämningsrisker av olika magnituder, utvärdering av den indirekta ekonomiska effekten av att ha system med fler reningssteg samt utvärdering av lokal institutionell kapacitet för hela servicekedjan för sanitet i Tupiza. / En este estudio se evaluó la sostenibilidad de opciones potenciales para renovar o mejorar la planta de tratamiento de aguas residuales de Tupiza, una ciudad de rápido crecimiento en las tierras altas del sur de Bolivia. En los últimos años, el contexto local se ha caracterizado por la ocurrencia de lluvias de mayor intensidad. Estas ocasionaron inundaciones que en efecto causaron daños importantes en la infraestructura de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). El deterioro de la infraestructura provocó el derrame de aguas residuales al río y la contaminación del agua en las comunidades ubicadas en la cuenca baja. Trés opciones de sistemas de tecnologías de tratamiento de aguas residuales para la renovación y/o mejoro de la planta de Tupiza fueron evaluadas considerando cuatro criterios de sostenibilidad: Salud, tecnolgía, ambiental y financiera/institucional. Por otra parte la aceptación social y demanda de reúso de aguas residuales y lodos tratados en la agricultura se evaluaron mediante un análisis de investigación cualitativa. La opción convencional que consiste en estanques de estabilización de desechos, se comparó con dos otras alternativas que incluyen pasos adicionales de tratamiento, como son humedales artificiales, reactores anaeróbicos y tratamiento de lodos con urea y cal. Los resultados indican que los sistemas de pasos adicionales de tratamiento podrían ayudar a mejorar diferentes aspectos de sostenibilidad, como los riesgos de transmisión de enfermedades, la eficiencia espacial,  la capacidad y eficiencia de tratamiento y la posibilidad de reutilización segura de lodos y aguas residuales en la agricultura. La implementación de mecanismos de financiación que cubren toda la cadena de servicios de saneamiento, así como las medidas de mitigacióin de inundaciones se mostraron esenciales para garantizar la funcionalidad a largo plazo de tales mejoras. La tesis es un estudio preliminar e identificó varias áreas de investigación futuras, la evaluación adicional del contenido de nutrientes en el efluente, la investigación de un posible proceso de certificación de subproductos reciclados de la PTAR, la evaluación de riesgos de inundaciones de diferentes magnitudes, la evaluación del impacto económico a largo plazo de la implementación de sistemas con pasos adicionales de tratamiento y la evaluación  de capacidad institucional local a lo largo de la cadena de servicios de sanemiento.