APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

The Master's Final Project focuses on presenting a vision of the problem of drought management in the Ter Llobregat system, a vulnerable water resource in Catalonia. The study aims to evaluate the losses due to the derives, the efficiency of the measures taken to reduce the number of water deficits and the possible consequences of climate change on the availability of water in the area. Using multi-criteria analysis, measures to minimise the impact of drought in certain regions are identified, with the help of sustainability, environmental protection, and economic efficiency priorities. Thus, research reveals that the Ter-Llobregat system is under pressure in relation to more extensive and very intense droughts caused by climate change. The application of desalinators with the use of seawater, the use of wastewater recovery water and short-term water rationing are effective but unsustainable for the long term due to the high demand for energy resources, the high costs and the environmental impact associated with these solutions. The study presents some of the areas in which existing policies have shortcomings and the potential improvements that can be made in water management tactics aimed at coping with the increase in both number and intensity of droughts. It has been proven that water management policy must be more flexible and adaptive to include more efficient preventive measures. This situation has led research to conclude that increased investment in technology and water infrastructure and government cooperation is crucial to ensuring water supply for the region in the future. The technologies and infrastructure that can be key to the future are the modernisation of distribution networks, the implementation of a more extensive use of regenerated waters and the optimization of the energy efficiency of desalinators. This study also adds to the formulation of a conceptual framework for drought management towards better water management under climate change.

The use of artificial wetlands for the treatment of domestic wastewater is growing due to their ability to eliminate contaminants and pathogens, reduce the heat island effect, promote biodiversity, and benefit local communities. These systems require little maintenance and can treat various types of wastewater. This thesis focuses on the integrated treatment of sludge and wastewater using French vertical flow wetlands, which do not require primary treatment, thus reducing costs. A wetland has been designed in Vilaplana, Tarragona, applying the BREEAM manual in a pioneering way to improve the environmental efficiency of the WWTP, promote resilience, enhance the well-being of residents, and encourage decarbonization. The operation of the chosen filter has been detailed, calculating the design parameters and considering hydrological aspects to ensure the system's functionality. The system includes three vertical filters in the first stage and two horizontal filters in the second stage, with surface areas of 1.2 m²/PE and 0.8 m²/PE respectively. The existing WWTP in Vilaplana, which will be replaced by this system, has been analyzed, considering the population, design flows, and pollutant loads. The location was chosen for its accessibility, proximity to streams, and absence of risks. The thesis applies BREEAM criteria in the management and sustainability of the project, evaluating risks to ensure effective mitigation. Land use has been optimized, contamination risks managed, and biodiversity protection implemented. Moreover, landscape impacts have been minimized, the environmental impact of materials analyzed, and efficient waste management and reuse promoted. Finally, the preliminary design has been evaluated according to BREEAM criteria, with plans drawn using AutoCAD.

Phosphorus is a finite resource, very valuable and necessary for the development of life on our planet. Uncontrolled discharges have been carried out for years and at this rate of extraction, it is considered that there will be serious environmental and supply problems worldwide in the short term. Taking into account that phosphorus is an essential element for our society as well as the fact that it is an important element in domestic and agricultural wastewaters, it is necessary to find new technologies, economically and technically feasible, to recover it and boosting a circular economy that would have a positive impact both economically and environmentally. The most used methods for the phosphorus removal and recovery consist of precipitation, crystallization and adsorption, the latter being the object of study of this project. This thesis aims to prospect the capacity of natural systems to recover and reuse phosphorus for agricultural use, conducting various kinetic and adsorption studies with different industrial subproducts to check its potential in a more complex environment. A bibliographic review of the state of the art has been carried out with experiments with different methodologies to evaluate the phosphorus adsorption capacity for each of the materials. In addition, the use of more advanced technologies to study accurately the adsorption kinetics of such materials in real cases, as well as potential alternative technologies to concentrate such phosphorus to improve the recovery efficiency have been proposed. The goal of this project is to be able to extrapolate these phosphorus adsorption systems to natural wastewater treatment systems, such as constructed wetlands.

Los tratamientos de aguas residuales mediante microalgas es un método eficiente y ecofriendly, que esta volviendo a generar interés. El principal inconveniente es el alto costo que tiene la recolección de la biomasa que genera. Estudios han demostrado que la sedimentación por gravedad a decanatdors lamelares son una de las mejores alternativas en términos coste-eficiencia. En el presente trabajo se realiza un estudio del comportamiento de un decantador lamelar mediante ensayos de trazadores y la modelizaciones de CFD.

El impacto ambiental es un problema que cada vez preocupa más en el mundo. La generación de residuos y la dificultad para eliminarlos crean una situación de riesgo la cual se está intentado resolver con estudios sobre el impacto ambiental en las obras o con la minimización de los desechos humanos. En este trabajo se pretende realizar un estudio para la ampliación de un humedal situado en Granollers puesto que se considera que podría aumentar su tamaño debido a la gran can7dad de aguas residuales que le llegan. Para realizar el estudio se estudiaran procesos matemá7cos que describen las reacciones Lsico-químicas que se realizan en el humedal con una base de estudio de aproximadamente 15 años. Para poder conocer la eficiencia de la ampliación del humedal se deberán comparar el caudal máximo que puede soportar el humedal con el que realmente recibe. Para el calculo del caudal que realmente recibe es necesario usar la ecuación de Kadlec and Knight (1996) de forma inversa. Como no se conocen los valores de las constantes ciné7cas de primer orden, se consideran dos formas diferentes para obtenerlas. La primera es conociendo los datos sobre las concentraciones de entrada y salida, temperatura y caudales de las bombas de dos contaminantes diferentes (el N amoniacal, que es el más preocupante, y los Coliformes Fecales) y usando la ecuación de Kadlec and Knight (1996) se ob7enen las constantes de forma inversa. Por otro lado, mediante la ecuación modificada de Arrhenius se ob7enen las constantes ciné7cas de forma empírica, aunque son menos realistas que las obtenidas de forma inversa. Una vez se conocen las constantes ciné7cas, se considera 1,5 hectárea más de área y se ob7ene el nuevo caudal después de la ampliación, que será el que usará para la comparación final. Por úl7mo, considerando que el humedal 7ene un comportamiento hidráulico se ob7ene el caudal máximo mediante la ecuación de Manning, obteniendo así un valor de 2253 m3/día, que es inferior al calculado para todos los meses y años estudiados. En conclusión, el humedal de Can Cabanyes después de la ampliación seguirá teniendo un caudal inferior al máximo pero será capaz de eliminar los contaminantes que le lleguen de la EDAR. 2

El trabajo se desarrollará en una planta piloto para el tratamiento de agua y la producción de biomasa algal situada en el campus Agropolis de Viladecans. El trabajo consistirá en un estudio detallado del sistema de separación de la biomasa por decantación o flotación. Se llevarán a cabo ensayos de sedimentación, pruebas con diferentes coagulantes y análisis de la calidad del agua para evaluar la eficiencia de separación de la biomasa.

Este trabajo forma parte de las actividades del proyecto europeo INCOVER, en concreto de las actividades de separación y concentración de biomasa de algas. El trabajo será realizado en la planta piloto que tiene el grupo GEMMA en el campus Agrópolis de Viladecans. El trabajo consistirá en poner en marcha un nuevo tanque de espesamiento de la biomasa para homogeneizar el caudal y mejorar els espesamiento.

Non-degradable plastics are a serious environmental problem. The use of living resources to produce biodegradable plastics could be a possible solution. Polyhydroxybutyrates (PHB), which are polymers with similar properties to polypropylene, and glycogen, which can be converted into bioethanol, are produced by cyanobacteria and other microorganisms. Cyanobacteria have the advantage of accumulating these substances using only CO2 and solar energy. Wastewater treatment could be used as a culture medium for cyanobacteria to reduce the bioplastics production costs. The main objectives of this work are to study the use of cyanobacteria as tertiary wastewater treatment, the effect of nutrient limitations and light hours on the accumulation of PHB and glycogen, and the best way to operate a reactor to select cyanobacteria against green algae. It has been possible to eliminate 64,8% of the nitrogen and 70,5% of the phosphorus coming from the secondary treatment and the digestate. Proving the ability of cyanobacteria to remove contaminants. A maximum glycogen concentration of 838 mg / L was obtained under nitrogen limitation and 12 h light conditions and a PHB of 104,2 mg / L under phosphorus limitation and 24 h light conditions. Therefore, it can be deduced that nitrogen limitation has more effect on glycogen accumulation, and phosphor on PHB. However, according to the defined economical Key performance indicator (KPI) the product benefits do not justify the lighting expenses. Finally, it can be said that the optimal cultivation conditions are limitation of phosphor and 12h light per day.

La metabolómica consiste en el estudio de los compuestos de bajo peso molecular (metabolitos) de un organismo vivo. Los metabolitos están involucrados en la mayoría de procesos biológicos y, por lo tanto, su cuantificación e identificación aportan información sobre el estado celular del organismo. El estudio de los perfiles metabólicos permite la comparación entre organismos sometidos a una perturbación determinada y organismos a los que no se aplica esta perturbación. De esta forma, se estudian sistemáticamente los cambios en los perfiles químicos (aparición o desaparición de compuestos) provocados por perturbaciones a las cuales se encuentra sometido el organismo como pueden ser, por ejemplo, efectos ambientales como la escasez de agua. En este proyecto se estudian los cambios a nivel fenotípico y lipidómico (metabolitos hidrofóbicos) provocados por la falta de agua y el aumento de la temperatura durante las etapas de crecimiento de un organismo vegetal modelo, concretamente el arroz (variedad Oryza sativa japonica). Con el fin de conseguir este objetivo se lleva a cabo todo el proceso de estudio metabolómico comenzando con el cultivo de las plantas en las condiciones ambientales estresantes y de control, el análisis cromatográfico y fenotípico de las muestras y, finalmente, el análisis quimiométrico e interpretación biológica de los resultados. El estudio fenotípico ha permitido establecer una tendencia orientativa sobre los efectos de la sequía en el crecimiento de las plantas. Respecto al estudio lipidómico, los lípidos más afectados por los factores ambientales estudiados pertenecen a los grupos de lípidos estructurales de membrana (glicerofosfolípidos) y de lípidos de almacenamiento (ácidos grasos). En conclusión, se puede afirmar que la sequía producida por una cantidad insuficiente de agua disponible y/o un aumento de la temperatura reduce el crecimiento de la planta ya que estos factores ambientales producen cambios a nivel físico y metabólico.

Drinking water disinfection is one of the major public health triumphs of the last century. However, it has the unintended consequence of forming disinfection by-products (DBPs). Iodine containing DBPs have been recently reported to be more toxic than bromine containing DBPs, which are also much more toxic than chlorine containing DBPs. Seawater impacted groundwaters may have elevated levels of bromide and iodide, and if used to produce drinking water, high concentrations of bromo and iodo-DBPs may form. In this context, the present study aimed at investigating the formation of two chemical classes of DBPS, i.e., haloacetic acids (HAAs) and haloacetamides (HAcAms) in seawater impacted groundwaters under chlorination and chloramination. In order to do this, lab-scale disinfection reactions at pH 7 and 8 were carried out with two different groundwater matrices containing various amounts of sea water (0%, 0.5%, 1% and 2%). The DBP mixtures generated were chemically characterized in order to assess the occurrence of HAAs and HAcAms. HAAs and HAcAms are low molecular weight compounds, very polar and not very volatile, and therefore, they are amenable to liquid chromatography-mass spectrometry detection (LC-MS), although they are commonly measured by means of gas chromatography techniques. In this work, the development of LC-MS/MS based analytical methodologies was attempted for the analysis of these compounds in the generated DBP mixtures. LC-MS/MS conditions were successfully optimized for the determination of these compounds. However, analyte extraction has to be further optimized, in particular for HAcAms, in oder to improve analyte recoveries (especially for the trihalogenated species that were not recovered with the applied analytical methodologies). Method sensitivities allowed the quantification of the monohalogenated and dihalogenated species in the ng/L range. Moreover, the stability of the analytes in the extracts and in the standard solutions should be further investigated, in order to ensure reliability of the results. All monohalogenated and dihalogenated DBPs were found in the investigated samples. The formation of iodo-DBPs was enhanced during chloramination scenarios. However, there is not a direct relation between iodo-DBP formation and increasing amounts of seawater in the source waters. On the contrary, the seawater content of the tested waters had an effect on the speciation of bromine containing and chlorine containing HAAs, by increasing brominated species at increasing seawater amounts.

Los filtros ultravioleta (UV-F) son sustancias utilizadas para proteger la piel de la exposición de la luz solar. El uso de éstos está aumentando progresivamente y con ellos las preocupaciones por su presencia en el medio ambiente. En la actualidad se sabe poco de la distribución de los UV-F en el medio marino y el potencial impacto que causan en los organismos acuáticos marinos. En el presente estudio se analizó la presencia y bioacumulación de UV-F en especies de corales y agua de mar de la República Dominicana. Los arrecifes de corales son comunidades de animales y vegetales altamente complejos y productivos, que proporcionan ofrecen un impacto positivo en la zona donde estos se localizan. Es necesario asegurarse de que sus buenas condiciones. Para determinar la presencia de UV-F y sus productos de transformación en corales marinos, se procedió al desarrollo de una metodología analítica que se ha basado en la cromatografía líquida de alta resolución y espectrometría de masa en tándem (LC- MS/MS). Las aguas de mar de los sitios muestreados fue analizada con un método on- Line-SPE-HPLC–ESI-(QqLIT) MS/MS. Los resultados indicaron que el 98% de los extractos de coral analizados del área de estudios estaban libres de UV-F y el restante 2% (sólo una muestra de coral) apenas contenida hidroxibenzofenona (4HB) a una concentración de 66,55 ng/g. Todas las aguas del mar analizados contenían benzofenona- 3 (BP-3) en concentraciones de 17,0 a 258 ng/L. ODPABA también se observó a una concentración más baja, pero al lado de una descarga submarina de aguas residuales (emisario).