Characterization and Control Strategies of an Integrated Chemical-Biological System for the Remediation of Toxic Pollutants in Wastewater: A case of study

In a previous work, a hybrid system consisting of an advanced oxidation process (AOP) named Photo-Fenton (Ph-F) and a fixed bed biological treatment operating as a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) was started-up and optimized to treat 200 mg·L-1 of 4-chlorophenol (4-CP) as a model compound. In this work, studies of reactor stability and control as well as microbial population determination by molecular biology techniques were carried out to further characterize and control the biological reactor. Results revealed that the integrated system was flexible and even able to overcome toxic shock loads. Oxygen uptake rate (OUR) in situ was shown to be a valid tool to control the SBBR operation, to detect toxic conditions to the biomass, and to assess the recovery of performance. A microbial characterization by 16S rDNA sequence analysis reveals that the biological population was varied, although about 30% of the bacteria belonged to the Wautersia genus.

Desarrollo y aplicación de estrategias de control avanzado en procesos biológicos de tratamiento de efluentes contaminados

En este proyecto se ha desarrollado estrategias de control avanzadas para plantas de depuración de aguas residuales urbanas que eliminan conjuntamente materia orgánica, nitrógeno y fósforo. Las estrategias se han basado en el estudio multivariable del comportamiento del sistema, que ha producido subsidios para la utilización de lazos de control feedforward, de control predictivo y de un control de costes que automáticamente enviaba las consignas más adecuadas para los controladores de proceso. Para el desarrollo de las estrategias, se ha creado un sistema virtual de simulación (simulador) de plantas de depuradoras, basado en datos de literatura. Para el caso de una planta real, se ha desarrollado un simulador de la planta de Manresa (Catalunya). Sin embargo, el sistema de Manresa se ha utilizado exclusivamente para auxiliar los ingenieros de la planta en la tomada de decisiones de cambio de configuración para que la eliminación de fósforo se dé por la ruta biológica y no por la ruta química. La implementación de los simuladores ha permitido hacer muchas pruebas que en una planta real demandarían mucho tiempo y consumirían muchos recursos energéticos y financieros. Las estrategias de control más elaboradas han podido ahorrar hasta 150.000,00 Euros por año en relación a la operación de la planta sin el control automático. Cuanto a los estudios del modelo de la planta real, se concluyó que la eliminación biológica de fósforo puede sustituir el actual proceso químico de eliminación de fósforo, bajando los costes operacionales (costes del agente precipitante).

Control biològic del Rhynchophorus ferrugineus a partir de diferents soques de nematodes entomopatògens i la seva problemàtica a Catalunya

En el present treball s’ha avaluat el potencial dels nemàtodes entomopatògens per a controlar la plaga de R. ferrugineus. Per fer-ho, s’ha determinat la susceptibilitat d’aquesta a 4 espècies diferents de nemàtodes: Steinernema carpocasae (soca B14, IDEBIO, BIOVERD), Steinernema feltiae (soca D114), Steinernema sp. (D122) i Heterorhabditis bacteriophora (soca DG46). D’altra banda, s’ha determinat la predació de Steinernema carpocapsae per part de l’àcar Centroupeda almerodai (Acari: Acaridae) per comprovar si aquest pot influir negativament en l’efectivitat de S. carpocapsae com agent de control biològic. S’ha vist que el morrut de les palmeres és molt susceptible als nemàtodes entomopatògens en especial una soca comercial (S. carpocapsae), la qual produeix mortalitats del 91,67%. Hi ha evidències de que l’àcar C. almerodai depreda les formes infectives de S. carpocapsae encara que no és suficient important com perquè es vegi compromès l’efectivitat com a bioinsecticida. L’ús de nemàtodes entomopatògens com a control biològic és una alternativa viable als mètodes químics de eficàcia similar però menys respectuosos amb el medi ambient.

Modelització i control d'un reactor de producció d'hidrogen per a l'alimentació de piles de combustible

Les piles de combustible permeten la transformació eficient de l’energia química de certs combustibles a energia elèctrica a través d’un procés electroquímic. De les diferents tecnologies de piles de combustible, les piles de combustible de tipus PEM són les més competitives i tenen una gran varietat d’aplicacions. No obstant, han de ser alimentades únicament per hidrogen. Per altra banda, l’etanol, un combustible interessant en el marc dels combustibles renovables, és una possible font d’hidrogen. Aquest treball estudia la reformació d’etanol per a l’obtenció d’hidrogen per a alimentar piles de combustible PEM. Només existeixen algunes publicacions que tractin l’obtenció d’hidrogen a partir d’etanol, i aquestes no inclouen l’estudi dinàmic del sistema. Els objectius del treball són el modelat i l’estudi dinàmic de reformadors d’etanol de baixa temperatura. Concretament, proposa un model dinàmic d’un reformador catalític d’etanol amb vapor basat en un catalitzador de cobalt. Aquesta reformació permet obtenir valors alts d’eficiència i valors òptims de monòxid de carboni que evitaran l’enverinament d’una la pila de combustible de tipus PEM. El model, no lineal, es basa en la cinètica obtinguda de diferents assaigs de laboratori. El reformador modelat opera en tres etapes: deshidrogenació d’etanol a acetaldehid i hidrogen, reformat amb vapor d’acetaldehid, i la reacció WGS (Water Gas Shift). El treball també estudia la sensibilitat i controlabilitat del sistema, caracteritzant així el sistema que caldrà controlar. L’anàlisi de controlabilitat es realitza sobre la resposta de dinàmica ràpida obtinguda del balanç de massa del reformador. El model no lineal és linealitzat amb la finalitat d’aplicar eines d’anàlisi com RGA, CN i MRI. El treball ofereix la informació necessària per a avaluar la possible implementació en un laboratori de piles de combustibles PEM alimentades per hidrogen provinent d’un reformador d’etanol.

Control of optical fields and single photon emitters by advanced nanoantenna structures

The control of optical fields on the nanometre scale is becoming an increasingly important tool in many fields, ranging from channelling light delivery in photovoltaics and light emitting diodes to increasing the sensitivity of chemical sensors to single molecule levels. The ability to design and manipulate light fields with specific frequency and space characteristics is explored in this project. We present an alternative realisation of Extraordinary Optical Transmission (EOT) that requires only a single aperture and a coupled waveguide. We show how this waveguide-resonant EOT improves the transmissivity of single apertures. An important technique in imaging is Near-Field Scanning Optical Microscopy (NSOM); we show how waveguide-resonant EOT and the novel probe design assist in improving the efficiency of NSOM probes by two orders of magnitude, and allow the imaging of single molecules with an optical resolution of as good as 50 nm. We show how optical antennas are fabricated into the apex of sharp tips and can be used in a near-field configuration.

Botulinum neurotoxin type A blocks the morphological changes induced by chemical stimulation on the presynaptic membrane of Torpedo synaptosomes.

The action of botulinum neurotoxin on acetylcholine release, and on the structural changes at the presynaptic membrane associated with the transmitter release,was studied by using a subcellular fraction of cholinergic nerve terminals (synaptosomes) isolated from the Torpedo electric organ. Acetylcholine and ATP release were continuously monitored by chemiluminescent methods.To catch the membrane morphological changes, the quick-freezing method was applied. Our results show that botulinum neurotoxin inhibits the release of acetylcholine from these isolated nerve terminals in a dose-dependent manner, whereas ATP release is not affected. The maximal inhibition (70%) is achieved at neurotoxin concentrations as low as 125 pM with an incubation time of 6 min. This effect is not linked to an alteration of the integrity of the synaptosomes since, after poisoning by botulinum neurotoxin type A, they show a nonmodified occluded lactate dehydrogenase activity. Moreover, membrane potential is not altered by the toxin with respect to the control, either in resting condition or after potassium depolarization. In addition to acetylcholine release inhibition, botulinum neurotoxin blocks the rearrangement of the presynaptic intramembrane particles induced by potassium stimulation. The action of botulinum neurotoxin suggests that the intramembrane particle rearrangement is related to the acetylcholine secretion induced by potassium stimulation in synaptosomes isolated from the electric organ of Torpedo marmorata.

Modelado, simulación y control digital de autogiros

Este proyecto consiste en diseñar el algoritmo de control de un autogiro no tripulado. Su aplicación principal es llevar a cabo tareas rutinarias o peligrosas para el piloto como, por ejemplo, extinción de incendios, evaluación de riesgo químico o vigilancia de lugares de acceso restringido. Se realiza un estudio del movimiento del vehículo para obtener su modelo dinámico. A partir de las ecuaciones que describen su movimiento, se realiza una simulación numérica del vehículo. Se incorpora el controlador diseñado y se evalúa su funcionamiento. Finalmente, se implementa el sistema en un microcontrolador.

Effects of DMPP on the growth and chemical composition of ryegrass (Lolium perenne L.) raised on calcareous soil

Se llevó a cabo un experimento de 406 días en macetas para evaluar el nuevo inhibidor de la nitrificación, 3,4-dimetilpirazol fosfato (DMPP), añadido a purines de cerdo. Se utilizaron macetas que contenían tierra franca calcárea que fueron sujetas a los siguientes tratamientos: sin purín, 73,7; 147,3 y 221 cm3 de purín por maceta, todas con o sin tratamiento de DMPP. A los 18 días las macetas fueron sembradas con Lolium perenne L. El mayor rendimiento (36,3 g maceta-1) se obtuvo para el tratamiento con la dosis superior de purín y DMPP, siendo un 7,4% superior al mismo tratamiento sin inhibidor y un 46,1% superior al tratamiento control. Las plantas tratadas con dosis alta y mediana, más el DMPP, absorbieron el 70% del total del N durante la primera fase del experimento (104 días) mientras que sin inhibidor absorbieron el 55,3 y el 62% respectivamente. Se observó una reducción significativa del 17% en el N lixiviado en los tratamientos sin cultivo al aplicar DMPP. El inhibidor aumentó significativamente la eficiencia agronómica del purín (g materia seca g-1 N aplicado).

Comparación de la eficacia de distintos productos químicos aplicados mediante tratamiento aéreo en el control del muérdago (Viscum album) sobre Pinus halepensis

El objetivo de este trabajo fue comparar la eficacia de diversos productos químicos en el control del muérdago (Viscum album var austriacum) sobre Pinus halepensis. La experiencia consistió en la aplicación mediante tratamiento aéreo de diversas concentraciones de etefon, ácido giberélico y glifosato. Las combinaciones de ácido giberélico y glifosato obtuvieron las mayores eficacias, especialmente la que aplicó 7,8 g/ha de ácido giberélico y 540 g/ha de glifosato.

Control of doped layers in p-i-n microcrystalline solar cells fully deposited with HWCVD

In this paper, the influence of the deposition conditions on the performance of p-i-n microcrystalline silicon solar cells completely deposited by hot-wire chemical vapor deposition is studied. With this aim, the role of the doping concentration, the substrate temperature of the p-type layer and of amorphous silicon buffer layers between the p/i and i/n microcrystalline layers is investigated. Best results are found when the p-type layer is deposited at a substrate temperature of 125 °C. The dependence seen of the cell performance on the thickness of the i layer evidenced that the efficiency of our devices is still limited by the recombination within this layer, which is probably due to the charge of donor centers most likely related to oxygen.

Botulinum neurotoxin type A blocks the morphological changes induced by chemical stimulation on the presynaptic membrane of Torpedo synaptosomes.

The action of botulinum neurotoxin on acetylcholine release, and on the structural changes at the presynaptic membrane associated with the transmitter release,was studied by using a subcellular fraction of cholinergic nerve terminals (synaptosomes) isolated from the Torpedo electric organ. Acetylcholine and ATP release were continuously monitored by chemiluminescent methods.To catch the membrane morphological changes, the quick-freezing method was applied. Our results show that botulinum neurotoxin inhibits the release of acetylcholine from these isolated nerve terminals in a dose-dependent manner, whereas ATP release is not affected. The maximal inhibition (70%) is achieved at neurotoxin concentrations as low as 125 pM with an incubation time of 6 min. This effect is not linked to an alteration of the integrity of the synaptosomes since, after poisoning by botulinum neurotoxin type A, they show a nonmodified occluded lactate dehydrogenase activity. Moreover, membrane potential is not altered by the toxin with respect to the control, either in resting condition or after potassium depolarization. In addition to acetylcholine release inhibition, botulinum neurotoxin blocks the rearrangement of the presynaptic intramembrane particles induced by potassium stimulation. The action of botulinum neurotoxin suggests that the intramembrane particle rearrangement is related to the acetylcholine secretion induced by potassium stimulation in synaptosomes isolated from the electric organ of Torpedo marmorata.

Productivity, Technical eficiency and internationalisation of the Spanish chemical sector

relationship between productivity and international position of Spanish chemical firms in the period 2005-2011. The goal is to determine whether companies that follow and international strategy, either with exports or by investment in foreign countries obtain greater productivity growth than these that do not operate in global market. For this purpose a panel data set with microdata has been created. A preliminary analysis of the evolution of productivity growth in the sector is carried out. The measurement of Total Factor Productivity is performed. With the estimated TFP we analyze the differentials in productivity growth, comparing the effects of export and investment behavior with non-international firms.