El hidrógeno tiene un gran potencial como combustible limpio y "verde" del futuro. En consecuencia, en esta tesis se ha investigado el desarrollo de una producción sostenible de hidrógeno y otros productos químicos a través del estudio de: 1) El comportamiento fermentativo de microorganismos anaerobios productores de hidrógeno a partir de glicerol puro y glicerol bruto contenido en el biodiesel; 2) Lainmovilización de los microorganismos en una superficie de soporte sólido; 3) La integraciónde la fermentación oscura con la hidrólisis catalítica de celulosa. Los resultados fueron los siguientes: i) Las recién aisladas bacterias Enterobacter SPH1 y Citrobacterfreundii H3 pueden fermentar el glicerol y producir niveles óptimos de H2; ii) La bacteria hipertermófilaThermotogamaritima DSM3109 puede crecer en glicerol puro y crudo; iii) El Co-cultivo (1:1) de Enterobacter SPH1 y E. coli CECT432 es capaz de producir cantidades significativas de H2 a partir de glicerol en bruto; iv) La inmovilización de los microorganismos en soportes y la adición de especies de hierro mejora la conversión de glicerol y producción de H2; i) Enterobacter SPH1 y Citrobacterfreundii H3 fueron capaces de producir H2 a partir de la fracción soluble en agua obtenida directamente de la hidrólisis de celulosa catalizada por ZrO2. Estos nuevos hallazgos mejoran nuestra comprensión de la producción microbiana de hidrógeno, y se espera que en el futuro conduzcan a la producción sostenible a partir de glicerol crudo y celulosa. / Hydrogen has a significant potential as clean and ‘green’ fuel of the future. Accordingly, this thesis investigated how to generate a sustainable production of hydrogen and other chemical commodities through study of: 1) Fermentative behavior of anaerobichydrogen producing microorganisms from pure glycerol and biodiesel waste crude glycerol; 2) The advantage of using a solid supportimmobilisationof microorganisms 3) The integration of the dark fermentative system with the catalytic hydrolysis of cellulose. The findings were: i) Newly isolated bacteria Enterobacter spH1 and Citrobacterfreundii H3 can use glycerol and produce optimal levels of H2 ii) The hyperthermophileThermotogamaritima DSM 3109 can grow on both pure and crude glycerol; iii) Co-culture (1:1) of Enterobacter spH1 and E. coli CECT432is able to produce significant amount H2 from crude glycerol; iv) Microorganisms immobilisation on supports and addition of ironspecies enhance the glycerol conversion and H2 production; v) Enterobacter spH1 and Citrobacterfreundii H3 were able to produce H2 of water soluble fractionfrom the catalytic hydrolysis of cellulose by ZrO2 material. These new findings improve our understanding of hydrogen production, and hopefully lead to sustainable production from crude glycerol and cellulose in the future.

El Derecho civil tiene dificultades cuando se enfrenta a la reparación de los daños ecológicos puros. Afectan más al equilibrio de los ecosistemas que a recursos concretos. No deterioran bienes propiedad de personas concretas, sino cosas de todos (res communes omnium), o de nadie (res nullii). Son difíciles de probar y atribuir causalmente, pues suelen resultar de la suma o interacción de múltiples contribuciones. A menudo son irreparables en especie. La reparación por equivalente es difícil, porque suele faltar un equivalente y el dinero refleja de modo imperfecto el valor de los recursos naturales. La magnitud de los daños puede ser elevadísima, pero la responsabilidad resulta escasamente asegurable. Los fondos de compensación sólo indemnizan el daño ecológico puro limitadamente. La situación actual de falta de responsabilidad es insatisfactoria. Conviene que se legitime al Estado, como guardián del medio ambiente, y a las organizaciones ecologistas, para que puedan reclamar una compensación. / Private law comes up against difficulties when confronted with pure ecological damage. It is damage hard to define, which affects the environment per se, i.e., not any goods belonging to private parties or the Public Administration, but things belonging to anyone (res communes omnium) or which do not belong to anybody (res nullii). It is difficult to prove and to be attributed to a specific author. It is often irreparable in kind and money only captures the value of natural resources in an imperfect way. The potential magnitude of pure ecological damage may be enormous so liability becomes hardly insurable. Existing compensation funds compensate for pure ecological damage in a very limited manner. Therefore, it seems necessary to define legal standing to sue in such a way that the State, as a guardian of the environment, as well as environmental organizations can bring a claim in tort to obtain compensation.

Textile industry consumes large amount of water in their processes, mainly in dyeing and finishing operations. In general, during the dyeing process, up to 30% of dyes used can be discharged into wastewater. For this reason, the wastewater generated by this industry is characterized by high colouration. Different treatments such as biological or physico-chemical processes have been used to treat this kind of wastewater. Nonetheless, these treatments do not degrade dyes and, in general, a post-treatment is required. In recent years, the interest for the application of membranes technologies to the removal of dyes has increased significantly. In this work, the feasibility to treat textile effluents containing residual dyes by means of membrane processes has been studied. In addition, the reuse of recovered dyes and/or treated water in new dyeing processes has been also tested. With this propose, two classes of dyes were selected: vat, represented by indigo, and disperse dyes. Vat dyes are one of the most popular dyes in the textile industry, especially indigo dye which is used in the denim industry. Its main advantage is the low solubility in water when is into its oxidized form, being easily separated by means of membranes. Before the membrane study, it was necessary to develop and validate analytical methods for indigo dye determination in dye baths. Although the three studied methods were able to quantify the indigo dye, the redox titration was selected as the most suitable for the measurement of indigo dye concentration in dye baths. Regarding the membrane treatment, industrial effluents that contained indigo dye were treated by means of different PVDF ultrafiltration membranes at laboratory and semi-industrial scale. The membrane treatment enabled to remove and recover indigo dye from wastewater. Moreover, the concentrates containing 20 g·L-1 of indigo dye were able to be reused in new dyeing processes. Fabrics dyed with 100% of recovered indigo exhibited similar characteristics than the ones obtained with the commercial dye. Disperse dyes were selected because they are used for dyeing of polyester which is the most consumed fibre in the world. First of all, synthetic effluents containing disperse dyes were treated by a PVDF ultrafiltration membrane. About 90% and 96% COD decrease and dye removal were achieved, respectively. The 100% of the obtained permeate was reused in new dyeings and no significant colour differences were observed between reference fabrics and the ones dyed with the permeate. Subsequently, textile effluents supplied by a polyester mill were treated by coupling a homogenization-decantation treatment with two PVDF ultrafiltration membranes at both laboratory and semi-industrial scale. At the end of treatments, the COD removal was 66% and colour reduction was 30%. Regarding the permate study, 100% permeate could be reused in the case of monochromies whereas 50% permeate was reused for trichromies. Finally, a hybrid treatment based on the combination of polysulphone membrane microfiltration and heterogeneous photocatalytic process was evaluated to degrade disperse dyes. The photocatalytic treatment was optimized and provided 60-90% dye degradation and COD removal from 70% to 98%. The membrane treatment enabled to separate the TiO2 particles and provided very high quality permeates. / La industria textil consume grandes cantidades de agua en sus procesos, principalmente en las operaciones de tintura y acabado. En general, durante el proceso de tintura, hasta un 30% del colorante utilizado puede ser vertido en las aguas residuales. Por esta razón, las aguas residuales generadas por esta industria se caracterizan por presentar una fuerte coloración. Diferentes tratamientos, como procesos biológicos o físico-químicos, han sido usados para tratar este tipo de aguas residuales. Sin embargo, ninguno de estos tratamientos permite la degradación del colorante, siendo necesario un post-tratamiento. Por ello, en los últimos años, se ha incrementado el interés por la tecnología de membranas en la eliminación de los colorantes. En este trabajo, se ha estudiado la viabilidad de los procesos de membranas para el tratamiento de efluentes textiles que contenían colorantes residuales. Además, también se evaluó la posibilidad de reutilizar los colorantes recuperados y/o el efluente tratado en nuevos procesos de tintura. Para llevar a cabo este objetivo, se seleccionaron dos clases de colorantes: tina, representados por el colorante índigo, y los dispersos. Los colorantes tina son uno de los más utilizados en la industria textil, especialmente el colorante índigo el cual se usa en la industria del denim. Una de las principales ventajas de este colorante es su baja solubilidad en agua cuando se encuentra en su forma oxidada, lo que facilita su separación mediante membranas. Antes del estudio de recuperación del colorante índigo, fue necesario desarrollar y validar métodos analíticos para su determinación en los baños residuales. Aunque los tres métodos estudiados permitieron su cuantificación, el método basado en la valoración redox fue seleccionado como el más adecuado para la determinación de índigo en baños de tintura. Con respecto al tratamiento con membranas, efluentes industriales que contenían colorante índigo fueron tratados mediante membranas de ultrafiltración de PVDF a escala de laboratorio y semi-industrial. El tratamiento permitió recuperar el índigo y concentrarlo hasta 20 g·L-1, pudiendo ser reutilizado en nuevos procesos de tintura. Las tinturas llevadas a cabo con el 100% del colorante recuperado mostraron similares características que las tinturas con colorante comercial. Los colorantes dispersos fueron seleccionados debido a que se utilizan en la tintura de fibras de poliéster, la cual es la más consumida a nivel mundial. En primer lugar, los efluentes que contenían colorantes dispersos fueron tratados con membranas de ultrafiltración de PVDF, consiguiéndose hasta un 90% de DQO y un 96% de disminución en la concentración del colorante. El 100% del permeado obtenido se reutilizó en nuevas tinturas sin observarse diferencias de color significativas con respecto a las tinturas de referencia llevadas a cabo con agua descalcificada. Posteriormente, efluentes suministrados por una empresa especializada en la tintura de fibras de poliéster, fueron tratados mediante la combinación de un proceso de homogenización-decantación y dos membranas de ultrafiltración de PVDF, a escala de laboratorio y semi-industrial. Al final de ambos tratamientos, se obtuvo una eliminación de DQO del 66% y una reducción del color del 30%. El 100% del permeado obtenido pudo ser reutilizado en el caso de monocromías, mientras que el 50% fue reutilizado en tinturas con tricromías. Finalmente, se evaluó la degradación de los colorantes dispersos con un sistema hibrido formado por un procesos fotocatalítico y una membrana de microfiltración de polisulfona. El tratamiento fotocatalítico se optimizó obteniéndose una eliminación del colorante entre el 60% y el 90%, y una eliminación de DQO entre el 70% el 98%. La membrana permitió separar las partículas de TiO2, consiguiéndose un permeado de alta calidad.

Tesi per compendi de publicacions. La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu UPC / A more sustainable and secure energy supply is required for the forthcoming generations; where the actual dependence on the fossil fuel reserves should be replaced by self-sufficiency and use of renewable energy resources. Conventional sewage treatment is an energy consuming process, or more specifically, an electricity consuming process. Notwithstanding, energy on Waste Water Treatment Plants is not only considered in terms of consumption reduction, but also in terms of production of renewable energy in form of biogas. Today, achieving energy self-sufficiency is limited by the low electrical efficiencies of conventional biogas-powered Combined Heat and Power systems; but fuel cell technology is appearing on the scene in the recent years offering both a higher electrical efficiency and a further reduced environmental impact. Biogas energy valorization in fuel cells combines a high-efficient technology for electrical generation, i.e.: fuel cell, with the use of a renewable fuel, i.e.: biogas. Raw biogas contains a wide range of contaminants, mainly sulfur and organic silicon compounds (siloxanes), which pose a risk to Solid Oxide Fuel Cell operation; hence biogas requires a thorough conditioning and cleaning process upstream the fuel cell unit. Moreover, monitoring of siloxanes levels remained somewhat controversial with discrepancies on optimal sampling procedure as well as quantification technique; hindering the design and operation of siloxanes removal technologies. This work is devoted to studying and validating the whole biogas energy valorization line, including the biogas treatment system and the fuel cell operation. The integration of low-cost biological desulphurization and deep polishing physico-chemical adsorption processes with a Solid Oxide Fuel Cell has been studied in an industrial 2.8 kWe pilot plant installed in a Waste Water Treatment Plant in Spain, showing that the stringent gas quality requirements of 0.5 ppmv S and 1 mg Si/Nm3 can be satisfied with over the long-term. The technical and economic comparison of Solid Oxide and Molten Carbonate Fuel Cell performance with conventional Internal Combustion Engines and Micro-Turbines has been also conducted for different plant sizes and raw biogas compositions, confirming the relevant role that fuel cells can play on carbon neutral sewage treatment; particularly in small- and medium-size plants. Today the final justification for biogas valorization in fuel cell systems needs to be found in environmental issues as some improvements both in the performance and costs are still required. Nonetheless, this thesis demonstrates that the economics for this next-generation technology are expected for the short-term. Further collaborative research between biogas producers, suppliers of biogas treatment systems and manufacturers of fuel cells is required in the near future for Solid Oxide Fuel Cell technology deployment in the sewage sector. / El subministrament d'energia sostenible i segur és un dels reptes més rellevants per a les properes generacions, on la dependència actual en les fonts d'energia basades en combustibles fòssils haurà de ser substituïda per l'autosuficiència i l'ús dels recursos energètics renovables. El tractament convencional d'aigües residuals urbanes és un procés que consumeix grans quantitats d'energia, o més específicament, grans quantitats d'electricitat. En aquest sentit, l'energia a les Estacions Depuradores d'Aigües Residuals s'ha de tractar no només en termes de reducció del consum, sinó també en termes de producció d'energia renovable a partir del biogàs. Avui en dia, no és possible assolir l'autosuficiència energètica a causa de les baixes eficiències elèctriques dels sistemes de cogeneració convencionals alimentats per biogàs. Tot i això, en els darrers anys, la tecnologia de les piles de combustible està apareixent en escena, oferint una millor eficiència elèctrica i una reducció en l'impacte ambiental. La valorització energètica de biogàs en piles de combustible combina una tecnologia d'elevada eficiència per a la generació d'energia (la pila de combustible), amb l'ús d'un combustible renovable (el biogàs). S'ha de tenir en compte que el biogàs brut conté una àmplia gamma de contaminants, especialment compostos de sofre i de silici orgànic (siloxans), que comporten un risc operatiu per al correcte funcionament de les piles de combustible d'òxid sòlid. Per tant, s'ha d'instal·lar una etapa d'acondicionament i neteja exhaustiu del biogàs abans que es pugui introduïr a la pila de combustible. D'altra banda, la monitorització de les concentracions de siloxans presenta discrepàncies en relació al procediment òptim per al seu mostreig i en la tècnica analítica de quantificació; dificultant d'aquesta manera el disseny i la operació de les tecnologies d'eliminació d'aquests compostos. Aquest treball es centra en l'estudi i validació de tota la línia de valorització energètica, incloent el sistema de tractament de biogàs i la operació de la pila de combustible. S'ha estudiat la integració de tecnologies de dessulfuració biològica de baix cost i de processos d'adsorció fisicoquímica amb una pila de combustible d'òxid sòlid en una planta pilot industrial de 2.8 kWe instal·lada en una Estació Depuradora d'Aigües Residuals a Catalunya (Mataró). Els resultats experimentals han demostrat que les tecnologies de tractament de biogàs són capaces d'assolir els exigents nivells de qualitat de 0.5 ppmv S i 1 mg Si/Nm3 tant en el curt com en el llarg plaç. Per altra part, s'ha realitzat una estudi tècnic-econòmic comparatiu entre les piles de combustible (d'òxid sòlid i de carbonat fos) amb els motors de combustió interna i les microturbines per a diferents tamanys de planta i composicions del biogàs. D'aquesta manera, s'ha confirmat el paper important que poden jugar les piles de combustible en l'assoliment d'un tractament d'aigües residuals autosuficient; particularment en plantes de tamany petit i mitjà. Avui en dia, els projectes de valorització energètica de biogàs a través de piles de combustible encara s'han de justificar per raons ambientals ja que es requereixen millores tant en el rendiment tècnic com en els costos d'inversió. No obstant, aquesta tesi demostra que aquesta tecnologia de pròxima generació serà econòmicament viable en el curt termini i podrà competir amb les tecnologies convencionals. La investigació col·laborativa entre productors de biogàs, proveïdors de tecnologies de tractament i fabricants de piles de combustible serà imprescindible durant els propers anys per tal que la tecnologia pugui convertir-se en una realitat en el sector del tractament d'aigües residuals urbanes.

Aquesta tesi doctoral i tot el treball experimental s’ha realitzat dintre les línies de treball del grup de recerca, Laboratori d’Enginyeria Paperera i Materials Polímers (LEPAMAP) de l’Escola Politècnica Superior de la Universitat de Girona. Les fibres de reforça amb les que s’ha treballat provenen de la biomassa resultant de la poda de tarongers. Dita biomassa s’ha processat per extreure’n tres tipus de fibres, mecàniques, termomecàniques i químico-termomecàniques. Aquestes fibres s’han usat com a reforç d’una matriu de polipropilè, amb percentatges de fins a un 50% en pes, amb i sense agent compatibilitzador. / This doctoral thesis and all experimental work have been done within the lines of the research group, Laboratory of Paper Engineering and Polymeric Materials (LEPAMAP) of the Polytechnic School of the University of Girona. The reinforcing fibres used in this study come from the biomass from orange pruning. The biomass has been processed to remove three types of fibres, mechanical, thermomechanical and chemical-thermomechanical.

Els Estats del món s'enfronten nous reptes per aturar la pèrdua global de la biodiversitat marina; requerint així de la protecció de el 64% de l'oceà ubicat a les àrees fora de la jurisdicció nacional. Per assolir aquesta fita diversos convenis i acords regionals s'han negociat per comprometre els estats en l'establiment de xarxes representatives de AMPs. Durant aquesta investigació s'analitzarà tant el marc jurídic global que s'ha utilitzat per a la seva designació, principalment, la Convenció de les Nacions Unides sobre el Dret del Mar (UNCLOS), per ser el conveni marc en matèria de l'oceà que defineix els règims de la alta mar i la Zona; així com altres instruments jurídics internacionals relacionats. A més, alguns recents esforços realitzats des d'un enfocament regional com sectorial per a aconseguir la protecció de la biodiversitat marina en aigües internacionals. Els quals en termes generals resulten encara insuficients per aconseguir la meta plantejada, així com també s'aconsegueix evidenciar els buits en el marc jurídic i en la gestió de les àrees marines fora de la jurisdicció, que sens dubte limiten la creació de les AMPs i la seva protecció adequada i efectiva per a la biodiversitat marina més enllà de la jurisdicció nacional. A inicis del 2015 es registra un avanç històric, en haver-se aprovat l'obertura de negociacions d'un nou acord d'implementació en el marc de la UNCLOS, per a la conservació i ús sostenible de la biodiversitat marina més enllà de la jurisdicció nacional. Referent a això, s'informa sobre el desenvolupament de les discussions i es brinden algunes opcions que els Estats podrien prendre en consideració en les properes negociacions. No obstant això, davant la incertesa de la seva entra en vigència s'insta a continuar amb els esforços de protecció a través d'una millor implementació dels instruments jurídics internacionals existents i gestió de AMPs aplicant enfocaments de cooperació multisectorial i entre els Estats. / Los Estados del mundo enfrentan nuevos retos para detener la pérdida global de la biodiversidad marina; requiriendo así de la protección del 64% del océano ubicado en las áreas fuera de la jurisdicción nacional. Para alcanzar esta meta diversos convenios y acuerdos regionales se han negociado para comprometer a los Estados en el establecimiento de redes representativas de AMPs. Durante esta investigación se analizará tanto el marco jurídico global que se ha utilizado para su designación, principalmente, la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar (UNCLOS), por ser el convenio marco en materia del océano que define los regímenes de la alta mar y la Zona; así como otros instrumentos jurídicos internacionales relacionados. Además, algunos recientes esfuerzos realizados desde un enfoque regional como sectorial para alcanzar la protección de la biodiversidad marina en aguas internacionales. Los cuales en términos generales resultan aún insuficientes para alcanzar la meta planteada, así como también se logra evidenciar los vacíos en el marco jurídico y en la gestión de las áreas marinas fuera de la jurisdicción, que sin duda limitan la creación de las AMPs y su protección adecuada y efectiva para la biodiversidad marina más allá de la jurisdicción nacional. A inicios del 2015 se registra un avance histórico, al haberse aprobado la apertura de negociaciones de un nuevo acuerdo de implementación en el marco de la UNCLOS, para la conservación y uso sostenible de la biodiversidad marina más allá de la jurisdicción nacional. Al respecto, se informa sobre el desarrollo de las discusiones y se brindan algunas opciones que los Estados podrían tomar en consideración en las próximas negociaciones. No obstante, ante la incertidumbre de su entra en vigencia se insta a continuar con los esfuerzos de protección a través de una mejor implementación de los instrumentos jurídicos internacionales existentes y gestión de AMPs aplicando enfoques de cooperación multisectorial y entre los Estados. / States around the world face new challenges to stop the global loss of marine biodiversity; thus requiring the protection of 64% of the ocean located in areas beyond national jurisdiction. To achieve this goal several conventions and regional agreements have been negotiated to engage States in establishing representative networks of MPAs. It identifies and analyzes the overall legal framework that has been used for designation, primarily the United Nations Convention on the Law of the Sea (UNCLOS), as the framework agreement on the ocean that defines regimes high seas and the Area; and other international legal instruments. In addition, some recent efforts from a regional and sectoral approach to achieve the protection of marine biodiversity in international waters. During this investigation will be analyzed, the global legal framework that has been used for designation, primarily the United Nations Convention on the Law of the Sea (UNCLOS), as the framework agreement on defining the ocean regimes high seas and the Area; and other international legal instruments. In addition, some recent efforts from a regional and sectoral approach to achieve the protection of marine biodiversity in international waters. Which in general they were still insufficient to achieve the stated goal and also achieved highlight gaps in the legal framework and management of marine areas beyond the jurisdiction, which undoubtedly limit the creation of MPAs and their protection adequate and effective to marine biodiversity beyond national jurisdiction. In early 2015 a historic breakthrough, the opening of negotiations for a new implementation agreement have been approved in the framework of UNCLOS for the conservation and sustainable use of marine beyond national jurisdiction biodiversity is recorded. In early 2015 a historic breakthrough, the opening of negotiations for a new implementation agreement have been approved in the framework of UNCLOS for the conservation and sustainable use of marine beyond national jurisdiction biodiversity is recorded; sponsored by the United Nations. In this regard, this research provides the information available on the development of the discussions and sets out some options that States could consider in the forthcoming negotiations.

Municipal services, particularly waste collection and street cleaning have unique characteristics that make particularly difficult their management and often make that the scientific community and municipal officials have difficulties in developing new research or design, contract and monitor these services. It has been observed that there is a lack of consolidated information, especially contrasted information, with respect to almost all aspects of this area and that the existing no longer reflects the reality of this dynamic sector. So, a "body of knowledge" has been developed, that allows to establish guidelines to approach any scientific or applied study in the different aspects of this field and set a framework of what is "reasonable" , given prior characteristics of the territory to study and apply scientific criteria in decision making. First is a presented a recompilation of the legislation applicable to the sector of waste collection and street cleaning and analyze their impact and major stakeholders. Then there is a study of waste collection, which describes in first place the material available to perform this service. Secondly describes the methods for collecting, describing its operations and evaluating the pros and cons of each. Then there is the proposed methodology to analyze the alternatives and to choose the most appropriate method depending on the characteristics of the territory. Once selected collection method proceeds to service dimensioning and has been developed a method of quantifying resources in order to allow to know the needs of human and material needs to provide the service with maximum efficiency. Finally, this method is validated with real cases to verify its suitability. The next point is street cleaning, which describes in first place the material available to perform this service. Secondly describes cleaning methods describing the operation and possible applications. And then to begin the design and dimensioning of the service, describes the performances taken into account in the study for each cleaning methods. In order to select the appropriate cleaning method in each case, identify the factors that influence and what assumptions were taken into account to simplify the model. Once selected the methods proceeds to service dimensioning and has been developed a method of quantifying resources in order to allow to know the needs of human and material needs to provide the service with maximum efficiency. Finally, this method is validated with real cases to verify its suitability. Then there is the economic assessment of these services, in which has been designed and developed a method for assessing the costs that make up a service of waste collection and street cleaning in an orderly and systematic way in order to allow the economic valuation and ensure to get a reference value adjusted to cost. In the chapter of control and monitoring are analyzed and developed mechanisms to ensure that the service is provided with a level of reasonable diligence by the operators and applying mechanisms for continuous improvement in operational and financial management. Finally a chapter has been dedicated to establish the specifications and technical conditions for contracting the services of waste collection and street cleaning, with focus at strategic points to ensure a good outcome, both in content and evaluation of offers and a model of specifications has been created that contains these strategic points. / Els serveis municipals, i en particular la recollida de residus i la neteja viària, tenen unes característiques pròpies que en dificulten particularment la seva gestió i que fan que moltes vegades la comunitat científica i els responsables municipals tinguin dificultats a l'hora d'abordar noves línies d’investigació o de dissenyar, contractar i controlar aquests tipus de serveis. S'ha observat que hi ha una manca d'informació consolidada i, sobretot, contrastada, respecte a gairebé tots els aspectes d'aquest àmbit i que la poca existent ja no reflexa la realitat tant dinàmica d’aquest sector. Així doncs, s'ha creat un corpus de coneixement que permet establir unes línies directrius en el moment d'abordar qualsevol treball científic o aplicat en els diferents aspectes d'aquest àmbit i fixa un marc de referència del que es raonable, donades unes característiques prèvies del territori que es vulgui estudiar, i aplicar criteris científics en la presa de decisions. En primer lloc es fa una Recopilació legislativa aplicable al sector de la recollida de residus i neteja viària i s'analitzen les seves principals repercussions i agents implicats. A continuació s'estudia la Recollida de residus, on es descriu en primer lloc els mitjans materials existents per portar a terme aquest servei. En segon lloc es descriuen els mètodes de recollida, descrivint la seva operativa i valorant els pros i contres de cada un d'ells. Seguidament es planteja la metodologia que es proposa per tal d'analitzar les alternatives existents i poder escollir el mètode més adient segons les característiques del territori. Un cop seleccionat el mètode de recollida es procedeix al dimensionat del servei i es desenvolupa un mètode de disseny i quantificació de mitjans amb l'objectiu de permetre conèixer les necessitats de recursos humans i materials per prestar el servei amb la màxima eficiència. Finalment es valida aquest mètode amb casos reals per tal de verificar la seva idoneïtat. El següent punt tracta la Neteja Viària, on es descriu en primer lloc els mitjans materials existents per portar a terme aquest servei. En segon lloc es descriuen els mètodes neteja viària descrivint la seva operativa i possibles aplicacions. Seguidament i per començar el disseny i dimensionat del servei, es descriuen els rendiments que s’han tingut en compte en l’estudi per cadascun dels mètodes de neteja viària. Per tal de seleccionar la metodologia de neteja viària adient en cada cas, s'identifiquen els factors que les condicionen i quines premisses s'han tingut en compte en la simplificació del model. Un cop seleccionat el mètode de neteja es procedeix al dimensionat del servei i es desenvolupa un mètode de disseny i quantificació de mitjans amb l'objectiu de permetre conèixer les necessitats de recursos humans i materials per prestar el servei amb la màxima eficiència. Finalment es valida aquest mètode amb casos reals per tal de verificar la seva idoneïtat. Seguidament es planteja la Valoració econòmica d’aquests serveis, on s’ha dissenyat i desenvolupat un mètode de valoració dels costos que componen un servei de recollida de residus i neteja viària de manera ordenada i sistemàtica per tal de permetre'n la valoració econòmica i garantir que s’obté un valor de referència ajustat al cost. En el punt de Control i Seguiment s'analitzen i desenvolupen els mecanismes per tal de garantir que es presta el servei amb un nivell de diligència raonable per part dels operadors i que s'apliquen mecanismes de millora contínua en la seva gestió tant operativa com econòmica. Per últim es dedica un punt al Plec de Condicions Tècniques per la contractació dels serveis de recollida de residus i neteja viària, on s'analitzen els punts estratègics per garantir-ne un bon desenllaç, tant a nivell de contingut com de valoració de les ofertes i s'ha creat un model de Plec estandarditzat que conté aquests punts.

The present dissertation, which can be framed in the fields of behavioural and psychiatric genetics, was aimed to study how early environmental factors such as parental negativity and childhood adversity, directly or in interaction with genetic factors account for psychopathological variation (subclinical and clinical psychiatric symptoms) in general populatiol including childhood behavioural problems, adult psychotic, depressive and anxious symptoms and their neuroimaging correlates. Furthermore, from the different studies included in this dissertation, additional research questions were also explored. The studies included in the thesis were based in singletons and twins samples. We found evidence indicating that child behaviour problems, anxious and depressive symptoms and psychotic experiences (PEs) were present in our samples drawn from the general population which is in agreement with a dimensional approach to psychopathology. Furthermore, using neuroimaging techniques, we were able to find structural brain correlates of vulnerability for anxiety and depression in a MZ twin sample from the general population. Also, psychotic experiences were associated with brain activation to facial emotion in this MZ twin sample. In regard to the specific environmental factors studied (parental negativity and childhood maltreatment), experiences occurring early in life showed to be associated to adolescent behaviour problems and adult psychotic experiences highlighting the enduring effects of exposure to childhood adversity. These results highlight the relevance of early adversity in the understanding of psychopathological features. Finally, our findings provide evidence of different ways through genes, environment and their interplay can modulate the final expression of the phenotype. Thus, while there is no doubt regarding that genes and environmental factors can have a direct influence in the phenotype, there is a gene-environment interdependence that must be considered when studying the etiology of complex characters. / Esta tesis doctoral, que se puede enmarcar en las áreas de la genética de la conducta y psiquiatría genética, se centró en el estudio del papel que desarrollan los factores ambientales, tales como la negatividad parental y la adversidad infantil, de manera directa o en interacción con factores genéticos, en la expresión de características psicopatológicas subclínicas en población general. La variación psicopatológica subclínica estudiada incluyó problemas de conducta en la infancia y el desarrollo de experiencias psicóticas y síntomas ansiosos y depresivos en la etapa adulta. Además se exploraron posibles correlatos de neuroimagen de estos fenotipos subclínicos. En cuanto a los resultados, se hallaron evidencias que indicaban que los problemas de conducta infantil, los síntomas ansiosos y depresivos y las experiencias psicóticas se distribuyen de forma continua en la población general. Estos hallazgos están de acuerdo con el enfoque dimensional a la psicopatología. Por otra parte, mediante el uso de técnicas de neuroimagen, se encontraron correlatos cerebrales estructurales para la vulnerabilidad para el desarrollo de síntomas ansiosos y depresivos en una muestra de gemelos monozigóticos (MZ) de la población general. Además, las experiencias psicóticas se asociaron con la activación del cerebro en respuesta a la emoción facial en esta muestra de gemelos MZ. En referencia a los factores ambientales específicos estudiados (negatividad parental y maltrato en la infancia), las experiencias que acontecen durante los primeros años de vida se asociaron con el desarrollo de problemas de conducta adolescentes y el riesgo a desarrollar experiencias psicóticas en la etapa adulta. Estos hallazgos ponen de relevancia los efectos a largo de la exposición a la adversidad durante la infancia. Por último, nuestros resultados ponen de manifiesto la compleja interacción y diferentes tipos de efectos mediantes los cuales los factores genéticos y ambientales ejercen sus influencias en la variabilidad fenotípica. En este sentido, variación en algunas variantes genéticas como el gen del BDNF o el gen de la COMT proporcionaban mayor vulnerabilidad neurobiológica a algunos individuos que habían estado expuestos a maltrato infantil y/o consumo de cannabis, factores de riesgo ampliamente reconocidos en psicosis.

Nowadays, mesophilic anaerobic processes (under 35ºC) predominate but they show to be unable to accomplish the new specifications. Consequently, only the migration to higher temperature conditions, i.e. thermophilic operation, seems to be capable of producing stabilized sludge that meets the new restrictions related to the presence of harmful bacteria. In addition, the effect of anaerobic digestion on organic micropollutants has scarcely been studied. Moreover, the temperature impact on these compounds in anaerobic digestion of sewage sludge has also not been elucidated.The overall objective of this work is to study the fate of some organic micropollutants during raw sewage sludge (RSS) anaerobic digestion and the effect of thermophilic temperature conditions on treatment efficiency, when compared with mesophilic anaerobic. To this purpose, a mesophilic and thermophilic anaerobic digester were operated using Waste Activated Sludge (WAS) as inoculum and the effects of Hydraulic Retention Time (HRT) reduction and its influence on the fate of the selected organic micropollutants (namely, PAH, DEHP, AOX, PCB, NPE and LAS) were studied. Furthermore, the effect of a complementary treatment, namely the ultrasonic pretreatment, on the biodegradability of the organic feed and the behaviour of the subsequent anaerobic digestion was also examined, focussing on the micropollutants reduction.The main conclusions of every set experimental are presented:Start-up and HRT reduction· The use of WAS as inoculum for anaerobic digesters start-up represents a good option specially under thermophilic conditions.· Thermophilic anaerobic digestion is a good alternative to mesophilic digestion in order to improve specific biogas production.· The similar values of organic matter removal (VS) registered in both digesters.· 8 days was found to be the minimum HRT for the thermophilic digester, since VFA accumulation and pH decrease inhibited the process when working at a lower HRT. Organic micropollutants removal· Organic micropollutants removal efficiency was enhanced under thermophilic conditions.· The HRT influence was clearly observed for DEHP and PCB, independently of digestion temperature. However, it was temperature dependent for PAH, AOX, LAS and espcially for NPE.· NPE and DEHP are identified as the more recalcitrants contaminants.· The thermophilic conditions were not ensured the sludge safety conditions for agriculture use.· The accumulation of some compounds as NP and LCB was observed.· NP was stated as the intermediate compound of NPEO anaerobic degradation. Moreover, LCB were generated during HCB reductive dechlorination during anaerobic digestion.· Monitoring the metabolites of cited contaminants can be elucidated their biodegradation mechanisms and prevent any undesirable effects.Ultrasound-anaerobic digestion combined treatment· Organic matter removal, SBP and naphthalene removal were enhanced using the combined treatment in both digesters.· High organic matter removal, SBP and napthalene removal was registered in the thermo-digester.· Higher was enhancement of organic matter removal, SBP and naphthalene removal in the meso-digester than in the thermo-digester. · Pyrene removal was nearly the same with and without pretreatment.· It seems that the ultrasonic pretreatment affect more the mesophilic than the thermophilic digestion.· The results obtained in this combined treatment (ultrasound + anaerobic digestion) are promising and suggest the convenience of other investigations of other combined treatments to enhance the stabilized sludge quality.

La consolidació d'un model intensiu per a la ramaderia comporta la necessitat d'aplicar estratègies de gestió optimitzades. En relació a les dejeccions del bestiar, la gestió cal fonamentar-la en tres punts bàsics: la minimització en origen, la planificació de la fertilització del sòl i la implementació de tecnologies de tractament complementàries. Tot i que és possible adoptar diferents criteris com a limitant en el moment de planificar la gestió de fems i purins, el nitrogen acostuma a ser el més important. El propòsit d'aquesta tesi doctoral és aprofundir en l'estudi de tractaments que permetin afrontar un problema d'excedent de nitrogen derivat de la generació de purins. Concretament, s'emfatitza en la caracterització de processos biològics relacionats amb l'eliminació de nitrogen, utilitzant la modelització matemàtica com a eina bàsica de treball. Dues alternatives han estat considerades: i) el procés de nitrificació-desnitrificació (NDN) implementat en un reactor discontinu seqüencial (SBR), i ii) el procés SHARON (nitritació parcial en un quimiòstat aerobi) combinat amb el procés Anammox (oxidació anaeròbia de l'amoni), una alternativa de tractament en principi més sostenible que l'anterior actualment en incipient fase de desenvolupament.S'ha desenvolupat un model matemàtic per tal de simular el procés biològic de NDN, incloent a més, fenòmens de precipitació de sals i de transferència líquid-gas. Per fer-ho, s'ha considerat al pH com a variable d'estat, doncs la seva dinàmica afecta a l'equilibri químic, la disponibilitat de substrats per al creixement de la biomassa i els possibles fenòmens d'inhibició. Aquest plantejament ha habilitat l'establiment d'un model suficientment flexible per tal d'adaptar-se a un ampli rang de càrrega nitrogenada. La implementació informàtica s'ha dut a terme utilitzant el llenguatge de programació Fortran. El calibratge del model aplicat al tractament de fracció líquida de purins s'ha efectuat utilitzant tècniques respiromètriques. Una anàlisi de sensibilitat prèvia ha permès identificar aquells paràmetres i processos amb major influència en la resposta del model i, per tant, orientar el disseny experimental. Una vegada en disposició del model calibrat, s'ha realitzat un estudi d'optimització del cicle de tractament del SBR operat amb el propòsit d'eliminar nitrogen. Finalment, la bondat d'aquestes previsions ha estat validada experimentalment.Una versió simplificada del model inicial ha permès simular el procés SHARON. S'ha realitzat una primera estimació de paràmetres cinètics utilitzant dades experimentals històriques obtingudes en un bioreactor alimentat amb un substrat sintètic. En base a les previsions del model, s'ha discutit sobre l'efecte de determinats paràmetres en les característiques de l'efluent del tractament, concretament en la relació nitrit/amoni. Serà aquesta proporció entre ambdues formes nitrogenades la que determinarà l'aptitud de l'efluent SHARON per ser sotmès a un posterior procés Anammox.Com a conclusió general, cal considerar la modelització matemàtica com a una eina fonamental per tal de desenvolupar estratègies optimitzades de gestió de dejeccions ramaderes basades en l'eliminació de nitrogen. El procés convencional de nitrificació-desnitrificació implementat en sistemes discontinus tipus SBR representa una alternativa madura per tal de donar solució a situacions d'excedent de nitrogen vinculades a la gestió dels purins. Els requeriments energètics relacionats amb l'aeració són, però, el principal limitant en quant a una major implementació. Nous desenvolupaments biotecnològics en principi més eficients energèticament, com és el cas del procés SHARON-Anammox, podrien desplaçar en un futur proper el procés tradicional de NDN sempre i quan premisses com robustesa, flexibilitat o senzillesa siguin garantides. / La consolidación de un modelo intensivo para la ganadería comporta la necesidad de aplicar estrategias de gestión optimizadas. En relación a las deyecciones del ganado, la gestión debe fundamentarse en tres puntos básicos: la minimización en origen, la planificación de la fertilización del suelo y la implementación de tecnologías de tratamiento complementarias. Aunque es posible adoptar diferentes criterios como limitante en el momento de planificar la gestión de estiércoles y purines, el nitrógeno acostumbra a ser el más importante. El propósito de esta tesis doctoral es profundizar en el estudio de tratamientos que permitan afrontar un problema de excedente de nitrógeno derivado de la generación de purines. Concretamente, se enfatiza en la caracterización de procesos biológicos relacionados con la eliminación de nitrógeno, utilizando la modelización matemática como herramienta básica de trabajo. Dos alternativas han sido consideradas: i) el proceso de nitrificación-desnitrificación (NDN) implementado en un reactor discontinuo secuencial (SBR), y ii) el proceso SHARON (nitritación parcial en un quimiostato aerobio) combinado con el proceso Anammox (oxidación anaerobia del amonio), una alternativa de tratamiento en principio más sostenible que la anterior actualmente en incipiente fase de desarrollo.Se ha desarrollado un modelo matemático que ha permitido simular el proceso biológico de NDN, incluyendo además, fenómenos de precipitación de sales y de transferencia líquido-gas. Para hacerlo, se ha considerado al pH como variable de estado, pues su dinámica afecta al equilibrio químico, la disponibilidad de sustratos para el crecimiento de la biomasa y los posibles fenómenos de inhibición. Este planteamiento ha habilitado el establecimiento de un modelo suficientemente flexible como para adaptarse a un amplio rango de carga nitrogenada. La implementación informática se ha realizado utilizando el lenguaje de programación Fortran. La calibración del modelo aplicado al tratamiento de fracción líquida de purines se ha efectuado utilizando técnicas respirométricas. Un análisis de sensibilidad previo ha permitido identificar aquellos parámetros y procesos con mayor influencia en la respuesta del modelo y, por lo tanto, orientar el diseño experimental. Una vez en disposición del modelo calibrado, se ha realizado un estudio de optimización del ciclo de tratamiento del SBR operado con el propósito de eliminar nitrógeno. Finalmente, la bondad de estas previsiones ha sido validada experimentalmente.Una versión simplificada del modelo inicial ha permitido simular el proceso SHARON. Se ha realizado una primera estimación de parámetros cinéticos utilizando datos experimentales históricos obtenidos en un birreactor alimentado con sustrato sintético. En base a las previsiones del modelo, se discute sobre el efecto de determinados parámetros en las características del efluente del tratamiento, concretamente en la relación nitrito/amonio. Será esta proporción entre las dos formas nitrogenadas la que determinará la aptitud del efluente SHARON para ser sometido a un posterior proceso Anammox.Como conclusión general, debe considerarse la modelización matemática como una herramienta fundamental para desarrollar estrategias optimizadas de gestión de deyecciones ganaderas basadas en la eliminación de nitrógeno. El proceso convencional de nitrificación-desnitrificación implementado en sistemas discontinuos tipo SBR representa una alternativa madura para dar solución a situaciones de excedente de nitrógeno vinculadas a la gestión de los purines. Los requerimientos energéticos relacionados con la aireación son el principal limitante en cuanto a una mayor implementación de esta tecnología. Nuevos desarrollos biotecnológicos más eficientes energéticamente, como es el caso del proceso SHARON-Anammox, podrían desplazar en un futuro próximo el proceso tradicional de NDN siempre y cuando premisas como robusteza, flexibilidad o sencillez sean garantizadas. / The consolidation of an intensive model for livestock farming calls for the application of optimized management strategies. As far as livestock waste is concerned, management should be based on three main aspects: on-site minimization, land fertilization planning and the implementation of complementary treatment technologies. Although various criteria may be considered as limiting when planning manure and slurry management, nitrogen is usually considered the most important. The aim of the present dissertation was to study different treatment options for tackling the problem of nitrogen surplus derived from slurry generation. It was specifically emphasised the characterization of biological processes related to nitrogen removal, using modelling as basic working tool. Two main alternatives were considered: i) the nitrification-denitrification (NDN) process using a sequencing batch reactor (SBR), and ii) the SHARON process (partial nitritation in an aerobic chemostat) coupled with the Anammox process (anaerobic ammonium oxidation), a treatment alternative that is, at least in principle, more sustainable than the previous, but which is currently still at an incipient stage of development.A mathematical model was developed, which allowed to simulate the biological process of NDN also taking into consideration salt precipitation and liquid-gas transfer phenomena. pH was considered state variable due to its effects on chemical equilibrium reactions, substrates availability for biomass growth and potential inhibition phenomena. This approach enabled to establish a model that was sufficiently flexible for application to a wide range of nitrogen loading rates. Computations were made using the Fortran programming language. Respirometric techniques were used for model calibration when treating liquid fraction of pig slurry. Sensitivity analysis helped to identify the parameters and processes with greater influence on the response of the model and, consequently, on the orientation of subsequent experimental designs. Once the calibrated model was available, an optimization study of the SBR cycle was conducted. Finally, the goodness of the model was experimentally validated.A simplified version of the initial model was constructed in order to simulate the SHARON process. A preliminary estimation of kinetic parameters was performed using historical experimental data obtained from a bioreactor fed with a synthetic substrate. The effects of certain parameters on the characteristics of treated effluent were subsequently discussed based on predictions made by the model, particularly focussing on the nitrite/ammonium ratio. This proportion between the two forms of nitrogen will determine the suitability of the SHARON effluent for a subsequent Anammox process.As general conclusion, mathematical modelling should be considered as a key tool for developing optimized livestock waste management strategies based on nitrogen removal. Conventional nitrification-denitrification process implemented in discontinuous SBR type systems represents a mature alternative for solving situations of nitrogen surplus derived from slurry management. However, the energy requirements associated with the aeration are the main limitation to a wider implementation of this technology. New, and more energy efficient, biotechnological developments such as the SHARON-Anammox process could replace the traditional NDN process in the near future if considerations like robustness, flexibility and simplicity can be ensured. / StreszczenieWzmocnienie intensywnego modelu hodowli trzody chlewnej wymaga zastosowania optymalnych strategi zarządzania. Zarządzanie odpadami towarzyszącymi hodowli trzody chlewnej powinno być oparte na trzech głównych aspektach: minimalizacji w miejscu powstania, planowaniu nawożenia gleby i zastosowaniu komplementarnych rozwiązań technicznych. Mimo, iż przy planowaniu ograniczenia ilości obornika różne kryteria mogą być brane pod uwagę, to azot zwykle odgrywa główną rolę. Celem niniejszej rozprawy doktorskiej jest przestudiowanie rozwiązań, które pozwolą stawić czoło problemowi nadmiaru azotu powstałego przy produkcji obornika. Położono w niej nacisk na modelacje matematyczne, które zostały użyte do charakteryzacji biologicznego procesu usuwania azotu. Wzięto pod uwagę dwie alternatywy: i) nitryfikacja-denitryfikacja (NDN), proces wykorzystujący sekwencyjne reaktory porcjowe (SBR), oraz ii) proces SHARON (częściowa nitrytacja w chemostacie tlenowym) razem z początkowym procesem Anammox (beztlenowe utlenianie amonu), który jest zastosowaniem alternatywnym, w zasadzie bardziej zrównoważonym niż poprzednie, ale obecnie będącym w początkowej fazie rozwoju.Został rozwinięty matematyczny model, który umożliwił symulację biologicznego procesu NDN, włączając w to także wytrącanie się soli oraz fenomen przemiany płynu w gaz. Czynnik pH został określony jako stale zmienny z powodu jego wpływu na stan równowagi chemicznej reakcji, na dostępność substratów dla rozwoju biomasy oraz na potencjalny fenomen zachamowania. To podejście umożliwiło ustalenie modelu, który był wystarczająco elastyczny aby móc go zastosować do szerokiej rangi rozpiętości załadunku nitrogenu. Zastosowanie komputerowe zostało przeprowadzone przy użyciu języka programującego Fortran. Do uzyskania wzoru modelu, aplikowanego do traktowania frakcji płynnej odchodu wieprzowego, zostały użyte techniki respirometryczne. Analiza czułości pomogła w identyfikacji tych parametrów i procesów, z wyższym wpływem na odpowiedź modelu, i konsekwentnie na kierunek kolejnych eksperymentów. Kiedy już ustalono model wzorcowy zaczęto przeprowadzać optymalizację cyklu SBR, którego celem była oczywiście eliminacja nitrogenu. Na końcu, prawidłowość tych symulacji została potwierdzona eksperymentalnie.Na potrzeby symulacji procesu SHARON została stworzona uproszczona wersja początkowego modelu. Wstępna ocena parametrów kinetycznych została przedstawiona przy użyciu historycznych danych eksperymantalnych uzyskanych z bioreaktora z syntetycznym substratem. W oparciu na przewidywaniach modelu dyskutuje się na temat wpływu pewnych parametrów na właściwości oczyszczania scieków, konkretnie w relacji do współczynnika azotyn/amon. Ta proporcja pomiędzy dwoma formami nitrogenu zdeterminowała stosowność procesu SHARON dla kolejnego procesu Anammox.Podsumowując, matematyczny model powinien byc uważany jako kluczowy środek do optymalizacji strategii zarządzania odchodami opartymi na usuwaniu azotu. Konwencjonalne procesy NDN, oraz częściowo te które zostały zastosowane w systemie SBR reprezentują dojrzałą alternatywę rozwiązania kwesti nadmiaru azotu. Głównym ograniczeniem w szerszym zastosowaniu tej technologii są wymagania energetyczne zwiazane z napowietrzaniem. Nowe rozwiązania biotechnologiczne, które są bardziej energooszczędne, takie jak proces SHARON-Anammox mogą w bliskiej przyszlosci zastąpić tradycjonalny proces NDN zakladając, iż zostaną zapewnione takie koncepcje jak krzepkość, elastyczność oraz przejrzystość.