Control and optimization of an SBR for nitrogen removal: from model calibration to plant operation

En aquesta tesis s'ha desenvolupat un sistema de control capaç d'optimitzar el funcionament dels Reactors Discontinus Seqüencials dins el camp de l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals. El sistema de control permet ajustar en línia la durada de les etapes de reacció a partir de mesures directes o indirectes de sondes. En una primera etapa de la tesis s'ha estudiat la calibració de models matemàtics que permeten realitzar fàcilment provatures de diferents estratègies de control. A partir de l'anàlisis de dades històriques s'han plantejat diferents opcions per controlar l'SBR i les més convenients s'han provat mitjançant simulació. Després d'assegurar l'èxit de l'estratègia de control mitjançant simulacions s'ha implementat en una planta semi-industrial. Finalment es planteja l'estructura d'uns sistema supervisor encarregat de controlar el funcionament de l'SBR no només a nivell de fases sinó també a nivell cicle.

Distribution of diatom communities in agricultural and mining watersheds of Southwest Spain

Els sistemes aquàtics continental representen un dels ecosistemes més amenaçats a nivell mundial, com a conseqüència de l'ús intensiu quel'home en fa. La conca del Guadiana no està lliure d'aquestes pressions antròpiques. Les grans infraestructures hidràuliques i l'escorrentia provinent de l'agricultura són només exemples dels greus problemes que pateix la conca. Aquests problemes es fan especialment palesos en la zona alta de la conca, on l'escassetat d'aigua no fa més que agreujar el problema.Tot això ha generat la necessitat urgent d'avaluar l'estat de conservació d'aquests ecosistemes aquàtics continentals, poder determinar la mesura i la magnitud de les pertorbacions que els estan afectant i així proposar mesures de gestió destinades a restaurar-ne la integritat ecològica. El principal objectiu que presenta aquest és determinar els patrons de distribució de les comunitats de algals (amb una menció especial en el grup de les diatomees) i de les seves causes en la conca del Guadiana i associades, amb la finalitat d'establir i proposar eines que permetin avaluar l'estat de conservació de les masses d'aigua d'aquestes conques.

Ecological analysis of periphytic diatoms in Mediterranean coastal wetlands (Empordà wetlands, NE Spain)

S'han estudiat els efectes dels factors ambientals sobre el perífiton dels sistemes lenític fluctuants del aiguamolls de l'Empordà. L'estudi s'ha realitzat als tres nivells d'integració: nivell d'ecosistema considerant el rol del perífiton envers els altres productors primaris; a nivell de comunitat, estudiant la composició específica de les diatomees i a nivell de població estudiant la plasticitat fenotípica d'una espècie de diatomea (Nitzschia frustulum). A nivell d'ecosistema s'observa que els factors que afavoreixen el predomini dels diferents tipus de productors primaris (perífiton, fitoplàncton i macròfits) són la renovació i el grau d'eutròfia de l'aigua. A nivell de comunitat els factors determinants en la composició i distribució de les espècies de diatomees són els gradients confinament-inundació així com la productivitat del sistema. En funció d'aquest factors s'han establert 5 associacions de diatomees. A nivell de població es demostra que tant la salinitat, com la relació N : P a l'aigua com el moviment de l'aigua afecten la morfologia i ultraestructura de la valva de N. frustulum. De forma interessant s'observa que la salinitat, considerada com a factor individual, afecta N. frustulum a nivell poblacional provocant-li modificacions en la morfologia de la valva, per en canvi, no afecta a nivell de comunitat, ja que totes les espècies de diatomees presents en ambients de salinitat fluctuant són eurihalines.

Efectes de la invasió de la formiga argentina, Linepithema humile (Mayr), sobre el procés de dispersió de llavors de plantes mediterrànies

La formiga invasora Linepithema humile (Mayr), també coneguda com la formiga argentina, és una espècie present a la península Ibèrica. En aquesta tesi s'ha estudiat com afecta la presència d'aquesta espècie plaga a la comunitat de formigues autòctones y al procés de dispersió de llavors de plantes mediterrànies. L'estudi es va dur a terme en una àrea de sureda i brolla d'estepes i bruc boal situada al nord-est peninsular, prop de la línia de costa mediterrània. Un dels primers y més notables efectes de la invasió a les nostres àrees d'estudi és la dramàtica alteració de la comunitat de formigues, en forma de una reducció de la riquesa específica i de la homogeneïtat d'abundàncies. A més, a les zones envaïdes no hi queda cap espècie de formiga autòctona dispersant de llavors. A causa de la gran abundància d'obreres de la formiga argentina a les zones envaïdes, i del seu elevat ritme d'activitat, aquesta espècie efectua un intens rastreig del sòl, la qual cosa li permet localitzar els recursos en un temps menor que les formigues autòctones de les zones no envaïdes. No obstant, la obertura mandibular de la comunitat de formigues esdevé molt disminuïda a les zones envaïdes a causa de la desaparició de les espècies autòctones, la majoria d'elles de mida més grossa que la formiga argentina, la qual cosa podria limitar la capacitat de manipulació de l'entorn que té la comunitat de formigues a les zones envaïdes, i podria explicar la falta de reemplaçament d'alguns dels rols que duien a terme les espècies de formigues autòctones abans de la invasió. La formiga argentina es mostra atreta per les llavors de les nou espècies vegetals estudiades (dues euforbiàcies: Euphorbia biumbellata i E. characias; dues compostes: Cirsium vulgare i Galactites tomentosa; i cinc papilionàcies: Genista linifolia, G. monspessulana, G. triflora, Sarothamnus arboreus i Ulex parviflorus), arribant a transportar i fins i tot introduir al niu algunes llavors, però amb probabilitats inferiors a les realitzades per les formigues autòctones de les zones no envaïdes. No obstant, el seu comportament davant les nou espècies de llavors és variable, de manera que sembla que el seu efecte sobre la dispersió de llavors podria ser diferent per a cada espècie vegetal. L'alteració del procés de dispersió no sembla alterar l'èxit reproductiu d'una espècie concreta, Euphorbia characias, a les zones envaïdes; ni el seu reclutament, ni la distribució espacial, ni la supervivència de les plàntules són significativament diferents a les zones envaïdes que a les no envaïdes. La desaparició de les espècies de formigues granívores de les zones envaïdes pot afectar la dinàmica de les llavors de plantes no mirmecòcores. Així, les llavors de tres papilionàcies (Calicotome spinosa, Psoralea bituminosa i Spartium junceum) resulten amb un menor nivell de transports (i probablement menor depredació) a les zones envaïdes per la formiga argentina.

El gènere Kallymenia (Kallymeniaceae, Rhodophyta) a la Península Ibèrica i Illes Balears

L'objectiu d'aquest treball ha estat l'estudi del gènere Kallymenia a la Península Ibèrica i a les Illes Balears, el qual es troba representat per les espècies següents: K. reniformis (Turner) J. Agardh, K. feldmannii Codomier, K. lacerata Feldmann, K. requienii (J. Agardh) J. Agardh, K. patens (J. Agardh) P.G. Parkinson i K. spathulata (J. Agardh) P.G. Parkinson. En aquesta monografia es descriuen les principals característiques morfològiques i vegetatives i també els tetrasporangis de totes les espècies de la Península Ibèrica i de les Illes Balears. També es descriuen les estructures reproductores i els estadis de postfertilització de totes, excepte de K. patens i K. spathulata, espècies més rares que les altres i per a les quals no hem pogut aportar aquesta informació. Les dades s'acompanyen amb una iconografia original a base de dibuixos i fotografies i amb una clau de determinació pels tàxons estudiats. També es detalla la corologia de les diferents espècies, el seu hàbitat i la seva fenologia.

Estudi d'aspectes biològics de la formiga argentina (Linepithema humile, Mayr) encarat al control de la plaga en ecosistemes naturals

La present tesi intenta obtenir noves dades referents a la biologia i ecologia de la formiga argentina que poden arribar a ser cabdals per al disseny o millora de noves metodologies de control de l'expansió de la plaga en ecosistemes naturals. Així doncs, l'estudi de l'activitat de cerca d'aliment i del seu espectre dietari en ecosistemes naturals, juntament amb el de les fluctuacions estacionals de la densitat de reines en nius naturals, obre les portes a la millora de mètodes de control de la plaga mitjançant esquers tòxics d'efecte retardat i a l'aplicació de noves metodologies de control sense l'ús d'agents químics basats en l'eliminació massiva de reines. La tesi també aporta noves dades sobre la fisiologia reproductiva de l'espècie en relació a la temperatura, la qual cosa permet la integració de l'aspecte fisiològic en models de predicció del rang potencial d'establiment de la plaga en ecosistemes naturals, aspecte fins ara pràcticament oblidat en aquest tipus de models predictius.

Estudi taxonòmic i ecofisiològic dels membres de la família faucheaceae (Rhodymeniales, Rhodophyta) de la Península Ibèrica i de les Illes Balears

L'objectiu d'aquesta tesi doctoral ha estat estudiar a nivell taxonòmic i ecofisiològic les espècies de la família Faucheaceae (Rhodymeniales, Rhodophyta) presents a la península Ibèrica i a les illes Balears: Fauchea repens (C. Agardh) Montagne i Bory in Montagne, Gloiocladia furcata (C. Agardh) J. Agardh i Gloiocladia microspora (Bornet ex Rodríguez y Femenías) Sánchez i Rodríguez-Prieto, comb. nov. L'estudi taxonòmic es va realitzar a partir de mostres recol·lectades al llarg de la costa de la península Ibérica i de les illes Balears, amb la revisió dels exemplars conservats en els herbaris de diferents universitats espanyoles i dels exemplars tipus localitzats a l'herbari de C. Agardh i al de J.J. Rodríguez y Femenías. Així doncs, amb aquest treball es van completar les dades ja existents quant a la morfologia, l'estructura vegetativa i els tetrasporòfits de les tres espècies i es van aportar dades inèdites pel què fa a les estructures reproductores masculines de Fauchea repens, les estructures reproductores femenines i estadis de postfertilització de F. repens, G. furcata i G. microspora comb. nov. Paral·lelament es va detallar la corologia, l'hàbitat i la fenologia de les tres espècies. De l'estudi de F. repens i G. furcata, espècies tipus dels seus gèneres i, en el cas de la primera també de la família, es proposa una correcció de la descripció original de la família Faucheaceae I.M. Strachan, G.W. Saunders & Kraft, així com una nova combinació Gloiocladia microspora comb. nov. per l'espècie anomenada fins aquest estudi Fauchea microspora Bornet ex Rodríguez y Femenías. S'aporta també una iconografia original de dibuixos i fotografies, i una clau de determinació dels tàxons estudiats. Quant a l'estudi ecofisiològic, es van realitzar una sèrie d'experiments de laboratori per tal de determinar els requeriments de llum, temperatura i fotoperíode per el creixement i supervivència de les tres espècies. Així doncs, es van aportar dades inèdites pel què fa al cultiu in vitro de Fauchea repens, Gloiocladia furcata i Gloiocladia microspora comb. nov., que ens van permetre explicar la distribució batimètrica i geogràfica de les tres espècies.

L'efecte de la gestió forestal post-incendi sobre l'avifauna i la dispersió de llavors per ocells frugívors

The objective of this thesis is to analyze the effect of the transformation in the habitat that postfire salvage logging supposes on birds in Mediterranean pine forests, at different levels: species, community and ecosystem, focusing on the bird-mediated seed dispersal process. Salvage logging with commercial purposes is the main factor that determines the species composition after a fire, with the substitution of forest birds by open-habitat species, some of which hold an unfavourable conservation status in Europe. On the other hand, wood debris piles built by non-profitable burnt wood favour the presence of seed disperser frugivorous birds, and these structures show more seed dispersal than other microhabitats, and a higher abundance of bird-dispersed plants, so that it is recommendable to build them in managed burned forests.

L'emmagatzematge intraovàric d'esperma en Helicolenus dactylopterus (Pisces: Scorpaeniformes)

El penegal, Helicolenus dactylopterus dactylopterus (Pisces: Scorpaeniformes), és una espècie que habita profunditats d'entre els 200 i 1000 m i presenta una clara distribució batimètrica en funció de la seva talla. Presenta fecundació interna i a l'interior de l'ovari conté estructures d'emmagatzematge que permeten emmagatzemar l'esperma durant períodes de temps considerablement llargs. Les cèl·lules sexuals masculines es mantenen viables gràcies a diverses substàncies nutritives que obtenen de la bossa citoplasmàtica i de l'epiteli criptal que delimita les estructures d'emmagatzematge. Aquest epiteli és també responsable de la seva protecció. Un cop els ous han assolit la maduresa, els espermatozoides són alliberats al lumen ovàric i es dóna la fertilització. És una espècie zigòpara: allibera òvuls fecundats que han estat retinguts al tracte reproductiu femení durant un curt període de temps i, per tant, els embrions són alliberats en estadis molt primerencs de desenvolupament. Així, el penegal presenta una estratègia reproductiva evidentment eficaç.

Reintroduction of the Eurasian otter (Lutra lutra) in Muga and Fluvià basins (north-eastern Spain): viability, development, monitoring and trends of the new population

Aquesta tesi es basa en el programa de reintroducció de la llúdriga eurasiàtica (Lutra lutra) a les conques dels rius Muga i Fluvià (Catalunya) durant la segona meitat dels 1990s. Els objectius de la tesi foren demostrar la viabilitat de la reintroducció, demostrar l'èxit de la mateixa, estudiar aspectes ecològics i etològics de l'espècie, aprofitant l'oportunitat única de gaudir d'una població "de disseny" i determinar les probabilitats de supervivència de la població a llarg termini. La reintroducció de la llúdriga a les conques dels rius Muga i Fluvià va reeixir, doncs l'àrea geogràfica ocupada efectivament es va incrementar fins a un 64% d'estacions positives a l'hivern 2001-02. La troballa de tres exemplars adults nascuts a l'àrea de reintroducció és una altra prova que valida l'èxit del programa. La densitat d'exemplars calculada a través dels censos visuals ha resultat baixa (0.04-0.11 llúdrigues/km), però s'aproxima al que hom pot esperar en els primers estadis d'una població reintroduïda, encara poc nombrosa però distribuïda en una gran àrea. La mortalitat post-alliberament va ser del 22% un any després de l'alliberament, similar o inferior a la d'altres programes de reintroducció de llúdrigues reeixits. La mortalitat va ser deguda principalment a atropellaments (56%). El patró d'activitat de les llúdrigues reintroduïdes va esdevenir principalment nocturn i crepuscular, amb una escassa activitat diürna. Les seves àrees vitals van ser del mateix ordre (34,2 km) que les calculades en d'altres estudis realitzats a Europa. La longitud mitjana de riu recorreguda per una llúdriga durant 24 hores va ser de 4,2 km per les femelles i 7,6 km pels mascles. Durant el període de radioseguiment dues femelles van criar i els seus moviments van poder ser estudiats amb deteniment. La resposta de la nova població de llúdrigues a les fluctuacions estacionals en la disponibilitat d'aigua, habitual a les regions mediterrànies, va consistir en la concentració en una àrea menor durant el període de sequera estival, a causa de l'increment de trams secs, inhabitables per la llúdriga per la manca d'aliment, fet que va provocar expansions i contraccions periòdiques en l'àrea de distribució. La persistència a llarg termini de la població reintroduïda va ser estudiada mitjançant una Anàlisi de Viabilitat Poblacional (PVA). El resultat va ser un baix risc d'extinció de la població en els propers 100 anys i la majoria dels escenaris simulats (65%) van assolir el criteri d'un mínim de 90% de probabilitat de supervivència. Del model poblacional construït es dedueix que un punt clau per assegurar la viabilitat de la població reintroduïda és la reducció de la mortalitat accidental. A l'àrea d'estudi, els atropellaments causen més del 50% de la mortalitat i aquesta pot ser reduïda mitjançant la construcció de passos de fauna, el tancament lateral d'alguns trams de carretera perillosos i el control de la velocitat en algunes vies. El projecte de reintroducció ha posat a punt un protocol per a la captura, maneig i alliberament de llúdrigues salvatges, que pot contenir informació útil per a programes similars. També ha suposat una oportunitat única d'estudiar una població dissenyada artificialment i poder comparar diversos mètodes per estimar la distribució i la densitat de poblacions de llúdrigues. Per últim, la reintroducció portada a terme a les conques dels rius Muga i Fluvià ha aconseguit crear una nova població de llúdrigues, que persisteix en el temps, que es reprodueix regularment i que es dispersa progressivament, fins i tot a noves conques fluvials.

Signal processing of microstructure profiles: integrating turbulent spatial scales in aquatic ecological modeling

The main objective of this thesis was the integration of microstructure information in synoptic descriptors of turbulence, that reflects the mixing processes. Turbulent patches are intermittent in space and time, but they represent the dominant process for mixing. In this work, the properties of turbulent patches were considered the potential input for integrating the physical microscale measurements. The development of a method for integrating the properties of the turbulent patches required solving three main questions: a) how can we detect the turbulent patches from he microstructure measurements?; b) which are the most relevant properties of the turbulent patches?; and ) once an interval of time has been selected, what kind of synoptic parameters could better reflect the occurrence and properties of the turbulent patches? The answers to these questions were the final specific objectives of this thesis.

The use of pulse amplitude modulated fluorescence techniques for metal toxicity assessment in fluvial biofilms

Metal pollution in rivers is in great concern with human activities in the fluvial watershed. This thesis aims to investigate the potential use of chl-a fluorescence parameters as biomarkers of metal toxicity, and to find cause-effect relationships between metal exposures, other environmental factor (i.e. light), and functional and structural biofilm responses. This thesis demonstrates that the use of chl-a fluorescence parameters allows detect early effects on biofilms caused by zinc toxicity, both in the laboratory as in polluted rivers. In microcosm experiments, the use of chl-a fluorescence parameters allows evaluates structural changes on photosynthetic apparatus and in algal groups’ composition of biofilms long-term exposed to zinc. In order to evaluate the effects of chronic metal pollution in rivers, it is recommended the use of biofilm translocation experiments and the use of a multi-biomarker approach.

Zooplankton structure and dynamics in Mediterranean marshes (Empordà Wetlands): a size-based approach

Zooplankton community structure (composition, diversity, dynamics and trophic relationships) of Mediterranian marshes, has been analysed by means of a size based approach. In temporary basins the shape of the biomass-size spectra is related to the hydrological cycle. Linear shape spectra are more frequent in flooding situations when nutrient input causes population growth of small-sized organisms, more than compensating for the effect of competitive interactions. During confinement conditions the scarcity of food would decrease zooplankton growth and increase intra- and interspecific interactions between zooplankton organisms which favour the greatest sizes thus leading to the appearance of curved shape spectra. Temporary and permanent basins have similar taxonomic composition but the latter have higher species diversity, a more simplified temporal pattern and a size distribution dominated mainly by smaller sizes. In permanents basins zooplankton growth is not only conditioned by the availability of resources but by the variable predation of planktivorous fish, so that the temporal variability of the spectra may also be a result of temporal differences in fish predation. Size diversity seems to be a better indicator of the degree of this community structure than species diversity. The tendency of size diversity to increase during succession makes it useful to discriminate between different succession stages, fact that is not achieved by analysing only species diversity since it is low both under large and frequent or small and rare disturbances. Amino acid composition differences found among stages of copepod species indicate a gradual change in diet during the life cycle of these copepods, which provide evidence of food niche partitioning during ontogeny, whereas Daphnia species show a relatively constant amino acid composition. There is a relationship between the degree of trophic niche overlap among stages of the different species and nutrient concentration. Copepods, which have low trophic niche overlap among stages are dominant in food-limited environments, probably because trophic niche partitioning during development allow them to reduce intraspecific competition between adults, juveniles and nauplii. Daphnia species are only dominant in water bodies or periods with high productivity, probably due to the high trophic niche overlap between juveniles and adults. These findings suggest that, in addition to the effect of interspecific competition, predation and abiotic factors, the intraspecific competition might play also an important role in structuring zooplankton assemblages.

La Crisis ambiental como proceso. Un análisis reflexivo sobre su emergencia, desarrollo y profundización desde la perspectiva de la teoría crítica

La investigación se focaliza en el análisis de la crisis ambiental considerada como un fenómeno complejo de evolución incierta producto de un proceso socio histórico, cuyos orígenes se remontan a los albores del proyecto moderno y deben rastrearse en un cúmulo de circunstancias que expresan las contradicciones de un modelo socioeconómico identificado con el crecimiento sostenido de la producción y las magnitudes económicas. Partiendo de esta base, se propone abordar la relación entre saber sociológico y crisis ambiental, a partir de las contribuciones de la teoría crítica a la compresión de las causas profundas de la crisis ambiental y de sus elementos constitutivos. Para lo cual se propone profundizar en algunas categorías desarrolladas por la corriente social crítica, las cuales si bien no se refieren en forma directa a la problemática ambiental, se vislumbran como campos fértiles para comprender los procesos sociales generadores de la crisis ambiental así como las alternativas que han de adoptarse para su resolución, teniendo en cuenta los mecanismos que ejerce el sistema para neutralizar los cambios que implica la conformación de una racionalidad alternativa. Acorde con ello, la primera parte del trabajo se centra en el abordaje de la relación sociedad naturaleza en el marco de tres grandes procesos sociales identificados como cosmológico, teocéntrico y antropocéntrico, haciendo especial hincapié en la correlación que en cada una de las etapas consideradas se establece entre racionalidad dominante, producción de conocimiento y conceptualización de naturaleza. El segundo capítulo profundiza en los efectos de la racionalidad instrumental sobre la ruptura del proyecto moderno y su incidencia sobre la emergencia de la crisis ambiental, a partir de la posición adoptada por Heidegger y por los referentes de la Escuela de Frankfurt. Posteriormente el análisis se estructura en torno a las dimensiones críticas de la modernidad avanzada, considerada como contexto situacional de desarrollo y profundización de la crisis ambiental, teniendo en cuenta los aportes teóricos desarrollados por Zygmunt Bauman e Immanuel Wallerstein. Al finalizar se presentan las conclusiones generales de la tesis y las posibles líneas de investigación que se abren a partir del trabajo desarrollado.

Percepciones, valoraciones e intereses de distintos actores y organizaciones sociales de Mendoza (Gran Mendoza y Malargüe), Argentina, en torno a las temáticas ambientales

El proyecto aborda la problemática relacionada con las percepciones, valoraciones e intereses en torno a las temáticas ambientales de distintos actores y organizaciones sociales del Gran Mendoza y Malargüe. Se ha entrevistado a representantes de seis grupos de actores sociales. Se trabajó con muestras teóricas, se aplicó entrevistas semiestructuradas, se abordó la metodología de trabajo del análisis del discurso, con la identificación de los principales topoï. Los grupos han respondido sobre conceptos de ambiente, preocupación por él y sus problemáticas, propuestas de mejora, identificación de los responsables de la Educación Ambiental, influencia de la información en la vida laboral, participación en organizaciones de protección del medio ambiente y acceso a los programas de educación ambiental. Se analizaron distintos Programas de Educación Ambiental presentes en Internet, de manera de visualizar componentes comunes y no comunes que en general expresan las propuestas. Los resultados obtenidos manifiestan las distintas percepciones de los grupos sociales en torno al ambiente, el posicionamiento epistemológico, los modos y medios de acceso a la información.