Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Sequentially aerated membrane biofilm reactors for autotrophic nitrogen removal: microbial community composition and dynamics

Membrane-aerated biofilm reactors performing autotrophic nitrogen removal can be successfully applied to treat concentrated nitrogen streams. However, their process performance is seriously hampered by the growth of nitrite oxidizing bacteria (NOB). In this work we document how sequential aeration can bring the rapid and long-term suppression of NOB and the onset of the activity of anaerobic ammonium oxidizing bacteria (AnAOB). Real-time quantitative polymerase chain reaction analyses confirmed that such shift in performance was mirrored by a change in population densities, with a very drastic reduction of the NOB Nitrospira and Nitrobacter and a 10-fold increase in AnAOB numbers. The study of biofilm sections with relevant 16S rRNA fluorescent probes revealed strongly stratified biofilm structures fostering aerobic ammonium oxidizing bacteria (AOB) in biofilm areas close to the membrane surface (rich in oxygen) and AnAOB in regions neighbouring the liquid phase. Both communities were separated by a transition region potentially populated by denitrifying heterotrophic bacteria. AOB and AnAOB bacterial groups were more abundant and diverse than NOB, and dominated by the r-strategists Nitrosomonas europaea and Ca. Brocadia anammoxidans, respectively. Taken together, the present work presents tools to better engineer, monitor and control the microbial communities that support robust, sustainable and efficient nitrogen removal

Reduction of oxidative cellular damage by overexpression of the thioredoxin TRX2 gene improves yield and quality of wine yeast dry active biomass

Background: Wine Saccharomyces cerevisiae strains, adapted to anaerobic must fermentations, suffer oxidative stress when they are grown under aerobic conditions for biomass propagation in the industrial process of active dry yeast production. Oxidative metabolism of sugars favors high biomass yields but also causes increased oxidation damage of cell components. The overexpression of the TRX2 gene, coding for a thioredoxin, enhances oxidative stress resistance in a wine yeast strain model. The thioredoxin and also the glutathione/glutaredoxin system constitute the most important defense against oxidation. Trx2p is also involved in the regulation of Yap1p-driven transcriptional response against some reactive oxygen species. Results: Laboratory scale simulations of the industrial active dry biomass production process demonstrate that TRX2 overexpression increases the wine yeast final biomass yield and also its fermentative capacity both after the batch and fed-batch phases. Microvinifications carried out with the modified strain show a fast start phenotype derived from its enhanced fermentative capacity and also increased content of beneficial aroma compounds. The modified strain displays an increased transcriptional response of Yap1p regulated genes and other oxidative stress related genes. Activities of antioxidant enzymes like Sod1p, Sod2p and catalase are also enhanced. Consequently, diminished oxidation of lipids and proteins is observed in the modified strain, which can explain the improved performance of the thioredoxin overexpressing strain. Conclusions: We report several beneficial effects of overexpressing the thioredoxin gene TRX2 in a wine yeast strain. We show that this strain presents an enhanced redox defense. Increased yield of biomass production process in TRX2 overexpressing strain can be of special interest for several industrial applications.

Reduction, Linearization and stability of relative equilibria for mechanical systems on riemannian manifolds

Consider a Riemannian manifold equipped with an infinitesimal isometry. For this setup, a unified treatment is provided, solely in the language of Riemannian geometry, of techniques in reduction, linearization, and stability of relative equilibria. In particular, for mechanical control systems, an explicit characterization is given for the manner in which reduction by an infinitesimal isometry, and linearization along a controlled trajectory "commute." As part of the development, relationships are derived between the Jacobi equation of geodesic variation and concepts from reduction theory, such as the curvature of the mechanical connection and the effective potential. As an application of our techniques, fiber and base stability of relative equilibria are studied. The paper also serves as a tutorial of Riemannian geometric methods applicable in the intersection of mechanics and control theory.

Reduction of periodic difference systems to linear or autonomous ones

We extend Floquet theory for reducing nonlinear periodic difference systems to autonomous ones (actually linear) by using normal form theory.

Microbial spoilage and quality of marinated dark, firm, dry meat

Estudi elaborat a partir d’una estada al Royal Veterinary and Agricultural University of Denmark entre els mesos de Març a Juny del 2006. S’ha investigat l’efecte dels envasats amb atmosferes modificades (MAP), així com la marinació amb vi tint, sobre l’evolució de la contaminació bacteriològica de carns fosques, dures i seques (DFD). Les carns DFD es troben a les canals d’animals que, abans del sacrifici, han estat exposades a activitats musculars prolongades o estrès. Les carns DFD impliquen importants pèrdues econòmiques degut a la contaminació bacteriològica i als problemes tecnològics relacionats amb la alta capacitat de retenció d’aigua. A més a més, és crític per la indústria investigar la diversitat de la contaminació bacteriana, identificar les espècies bacterianes i controlar-les. Però és difícil degut a la inhabilitat per detectar algunes bactèries en medis coneguts, les interaccions entre elles, la complexitat dels tipus de contaminació com són aigua, terra, femtes i l’ambient. La Polymerasa chain reaction- Denaturating Electrophoresis Gel (PCR-DGEE ) pot sobrepassar aquests problemes reflectint la diversitat microbial i les espècies bacterianes. Els resultants han indicat que la varietat bacteriana de la carn incrementava amb els dies d’envasat independentment del mètode d’envasat, però decreixia significativament amb el tractament de marinació amb vi tint. La DGEE ha mostrat diferències en les espècies trobades, indicant canvis en la contaminació bacteriana i les seves característiques en la carn DFD sota els diferents tractaments. Tot i que la marinació és una bona alternativa i solució a la comercialització de carn DFD , estudis de seqüenciació són necessaris per identificar les diferents tipus de bactèries.

MB-MDR: Model-Based Multifactor Dimensionality Reduction for detecting interactions in high-dimensional genomic data

L’anàlisi de l’efecte dels gens i els factors ambientals en el desenvolupament de malalties complexes és un gran repte estadístic i computacional. Entre les diverses metodologies de mineria de dades que s’han proposat per a l’anàlisi d’interaccions una de les més populars és el mètode Multifactor Dimensionality Reduction, MDR, (Ritchie i al. 2001). L’estratègia d’aquest mètode és reduir la dimensió multifactorial a u mitjançant l’agrupació dels diferents genotips en dos grups de risc: alt i baix. Tot i la seva utilitat demostrada, el mètode MDR té alguns inconvenients entre els quals l’agrupació excessiva de genotips pot fer que algunes interaccions importants no siguin detectades i que no permet ajustar per efectes principals ni per variables confusores. En aquest article il•lustrem les limitacions de l’estratègia MDR i d’altres aproximacions no paramètriques i demostrem la conveniència d’utilitzar metodologies parametriques per analitzar interaccions en estudis cas-control on es requereix l’ajust per variables confusores i per efectes principals. Proposem una nova metodologia, una versió paramètrica del mètode MDR, que anomenem Model-Based Multifactor Dimensionality Reduction (MB-MDR). La metodologia proposada té com a objectiu la identificació de genotips específics que estiguin associats a la malaltia i permet ajustar per efectes marginals i variables confusores. La nova metodologia s’il•lustra amb dades de l’Estudi Espanyol de Cancer de Bufeta.

Label Space Reduction in All-Optical Label Switchiing Networks

Report for the scientific sojourn at the Department of Information Technology (INTEC) at the Ghent University, Belgium, from january to june 2007. All-Optical Label Swapping (AOLS) forms a key technology towards the implementation of All-Optical Packet Switching nodes (AOPS) for the future optical Internet. The capital expenditures of the deployment of AOLS increases with the size of the label spaces (i.e. the number of used labels), since a special optical device is needed for each recognized label on every node. Label space sizes are affected by the wayin which demands are routed. For instance, while shortest-path routing leads to the usage of fewer labels but high link utilization, minimum interference routing leads to the opposite. This project studies and proposes All-Optical Label Stacking (AOLStack), which is an extension of the AOLS architecture. AOLStack aims at reducing label spaces while easing the compromise with link utilization. In this project, an Integer Lineal Program is proposed with the objective of analyzing the softening of the aforementioned trade-off due to AOLStack. Furthermore, a heuristic aiming at finding good solutions in polynomial-time is proposed as well. Simulation results show that AOLStack either a) reduces the label spaces with a low increase in the link utilization or, similarly, b) uses better the residual bandwidth to decrease the number of labels even more.

An extension of the Marsden-Ratiu reduction for Poisson manifolds

We propose a generalization of the reduction of Poisson manifolds by distributions introduced by Marsden and Ratiu. Our proposal overcomes some of the restrictions of the original procedure, and makes the reduced Poisson structure effectively dependent on the distribution. Different applications are discussed, as well as the algebraic interpretation of the procedure and its formulation in terms of Dirac structures.

Alternativas tecnológicas para la recuperación y valorización del nitrógeno presente en los residuos orgánicos

La conciencia de los problemas asociados a la gestión de los residuos orgánicos y el interés por las oportunidades de su recuperación y valorización han ido tomando importancia en los últimos años, tanto en el campo de las deyecciones ganaderas como en el sector de las aguas residuales. Consecuentemente, las combinaciones tecnológicas que permitan cerrar los ciclos de los nutrientes y la recuperación energética han adquirido mayor importancia en la investigación así como en las nuevas normativas sectoriales. En este contexto se sitúa el trabajo realizado durante el periodo becado (octubre 2010 - noviembre 2011). En una primera etapa de estudio bibliográfico se identificaron i) el aumento de la eficiencia en el uso del nitrógeno en la agricultura y en la ganadería, ii) la reutilización del nitrógeno en los mismos ecosistemas agrícolas y iii) el tratamiento de las deyecciones para redistribuir el nitrógeno a zonas con poca disponibilidad, como las tres direcciones principales hacia las cuales se está focalizando el interés del sector agrícola. Se puso en marcha una planta piloto de stripping y absorción para estudiar la posibilidad de recuperar y valorizar el amoniaco presente en los purines en forma de solución amoniacal para la industria de fertilizantes. Los resultados obtenidos evidenciaron el rol fundamental de las características iníciales del substrato en el rendimiento global del proceso. En particular, elevados contenidos en materia orgánica resultaron en bajas eficiencias y en elevadas contaminaciones del producto obtenido. Finalmente, considerando sus potenciales ventajas tanto en la gestión de los residuos ganaderos como de las aguas residuales y focalizándose en las perdidas de nitrógeno se estudió un sistema descentralizado de separación de orina instalado en un centro de investigación. Los resultados preliminares permitieron caracterizar los principales procesos que ocurren en el sistema e identificar las posibles líneas futuras de investigación.

Reduction in catheter-related bloodstream infections in critically ill patients through a multiple system intervention.

Els catéters venosos centrals són necessaris per al maneig del pacient crític però poden ser l´origen d´una bacteriemia. Aquest estudi prospectiu de cohort té com a objectiu determinar la utilitat de l´aplicació d´unes mesures bàsiques de prevenció per disminuir la incidència de bacteriemia associada a catéter. Els resultats de l´estudi confirmen que l´aplicació d´aquest sistema d´intervenció múltiple basat en l´evidencia redueix de forma significativa les bacteriemies associades a catéter a la nostra UCI.

Seeds of hope: Assessing the effect of development aid on the reduction of child mortality

The Millennium Declaration (2000) set as one of its targets a substantial reduction in child mortality. This paper studies whether the massive increase in development aid can account for part of the reduction in child mortality observed in developing countries since the year 2000. To do so, we analyze a panel of more than 130 developing countries over the 2000-2008 period. We use the time trend evolution of aid to identify an exogenous source of variation. Total aid has had no statistically significant effect on child mortality. However, a disaggregate analysis identifies certain sectors of aid that have had a significant impact. The effects have been larger in high mortality countries, including Sub-Saharan Africa. Projections based on our estimates strongly support the concern that most countries in that region will miss the Millennium Goals target on child mortality.

Reduction theorems for operators on the cones of monotone functions

For a quasilinear operator on the semiaxis a reduction theorem is proved on the cones of monotone functions in Lp - Lq setting for 0 < q < ∞, 1<= p < ∞. The case 0 < p < 1 is also studied for operators with additional properties. In particular, we obtain critera for three-weight inequalities for the Hardy-type operators with Oinarov' kernel on monotone functions in the case 0 < q < p <= 1.

Comparing methods for dimensionality reduction when data are density functions

Functional Data Analysis (FDA) deals with samples where a whole function is observedfor each individual. A particular case of FDA is when the observed functions are densityfunctions, that are also an example of infinite dimensional compositional data. In thiswork we compare several methods for dimensionality reduction for this particular typeof data: functional principal components analysis (PCA) with or without a previousdata transformation and multidimensional scaling (MDS) for diferent inter-densitiesdistances, one of them taking into account the compositional nature of density functions. The difeerent methods are applied to both artificial and real data (householdsincome distributions)