Biological nutrient removal in SBR technology: from floccular to granular sludge

Biological nutrient removal has been studied and applied for decades in order to remove nitrogen and phosphorus from wastewater. However, more anthropogenic uses and the continued demand for water have forced the facilities to operate at their maximum capacity. Therefore, the goal of this thesis is to obtain more compact systems for nutrient removal from domestic wastewater. In this sense, optimization and long-term stabilization of high volume exchange ratios reactors, treating higher volumes of wastewater, have been investigated. With the same target, aerobic granular sludge was proposed as a reliable alternative to reduce space and increase loading rates in treatment plants. However, the low organic loading rate from low-strength influents (less than 1 Kg COD•m-3d-1) results in slower granular formation and a longer time to reach a steady state. Because of that, different methodologies and operational conditions were investigated in order to enhance granulation and nutrient removal from domestic wastewater.

Revaloració de la fracció cel·lular de la sang de porc procedent d'escorxadors industrials

La sang de porc és un subproducte comestible que es genera als escorxadors industrials durant el procés d'obtenció de la canal. Aquest subproducte es caracteritza per presentar una elevada càrrega contaminant i, degut a l'elevat volum que es genera, és necessari trobar estratègies que permetin la seva revaloració i aprofitament, a la vegada que disminuïm la contaminació ambiental i les despeses que es deriven del seu processament abans de l'abocament. La fracció cel·lular (FC) constitueix el 40 % de la sang de porc i conté principalment l'hemoglobina (Hb), que representa al voltant del 90 % del contingut en proteïna d'aquesta fracció (un 35 % aproximadament). L'elevat percentatge en proteïna i en ferro, i les seves bones propietats funcionals fan que l'aprofitament d'aquest subproducte com a primera matèria o ingredient de la indústria alimentària sigui una alternativa molt útil a l'hora de reduir les despeses de la indústria càrnia, sempre que es resolguin els problemes de l'enfosquiment i dels sabors estranys que pot conferir la FC quan s'addiciona a productes alimentaris. Una altra possible utilització de la FC és aprofitar les propietats colorants de l'Hb o del grup hemo, com a colorant d'origen natural en diversos productes alimentaris. Els objectius del present treball eren, en primer lloc, determinar les millors condicions d'aplicació del procés de conservació de la FC mitjançant la deshidratació per atomització i caracteritzar físico-químicament i microbiològica el concentrat d'Hb en pols. En segon lloc, avaluar l'eficàcia de diferents additius antioxidants i/o segrestants del ferro per prevenir l'enfosquiment que pateix la FC durant la deshidratació. En tercer lloc, aplicar tractaments d'altes pressions hidrostàtiques com a procés d'higienització i avaluar els efectes d'aquest tractament sobre la microbiota contaminant, el color i les propietats funcionals de la FC. Finalment, desenvolupar un procés d'obtenció d'hidrolitzats proteics descolorats a partir de l'Hb amb la finalitat d'utilitzar-los com a ingredients nutricionals i/o funcionals. La millor temperatura de deshidratació per atomització de la FC hemolitzada era 140ºC. La FC en pols presentava un contingut en humitat del 5,3 % i un percentatge de solubilitat proteica del 96 %. La deshidratació per atomització induïa canvis en l'estructura nativa de l'Hb i, per tant, un cert grau de desnaturalització que pot conduir a una disminució de les seves propietats funcionals. L'extracte sec de la FC en pols estava composat per un 94,6 % de proteïna, un 3 % de sals minerals i un 0,7 % de greix. Els valors CIE L*a*b* del color de la FC en pols eren força constants i reflectien el color vermell marró fosc d'aquesta, a causa de l'oxidació del ferro hèmic que es produeix durant la deshidratació. La càrrega contaminant de la FC fresca de la sang de porc era força elevada i el tractament d'hemòlisi amb ultrasons i la centrifugació posterior no produïen una reducció significativa de la microbiota contaminant, obtenint un producte amb uns recomptes microbiològics de l'ordre de 106 ufc·mL-1. La deshidratació per atomització produïa una disminució d'una unitat logarítmica dels recomptes totals de la FC hemolitzada. Tanmateix, el producte en pols encara reflectia l'elevada contaminació de la primera matèria, fet que condiciona negativament la seva utilització com a ingredient alimentari, a no ser que es millorin les condicions de recollida de la sang a l'escorxador o que aquesta o la FC es sotmeti a algun tractament d'higienització prèviament a la deshidratació. Les isotermes de sorció a 20ºC de la FC en pols tenien forma sigmoïdal i una histèresi estreta i llarga. L'equació GAB és un bon model matemàtic per ajustar les dades de sorció obtingudes experimentalment i determinar la isoterma d'adsorció de la FC deshidratada per atomització. El percentatge d'humitat de la FC deshidratada a 140ºC es corresponia a un valor d'aw a 20 ºC d'aproximadament el 0,16. Tenint en compte que estava per sota dels valors d'aw corresponents a la capa monomolecular, es pot garantir la conservació a temperatura ambient del producte, sempre que s'envasi en recipients tancats que no permetin l'entrada d'humitat de l'exterior. De l'estudi de la possible estabilització del color de la FC deshidratada per atomització mitjançant l'addició d'antioxidants i/o segrestants de ferro, es va observar que només l'àcid ascòrbic, la glucosa, l'àcid nicotínic i la nicotinamida, tenien efectes positius sobre el color del producte en pols. L'ascòrbic i la glucosa no milloraven la conservació del color de l'Hb però disminuïen l'enfosquiment que es produeix durant la deshidratació, amb la qual cosa es pot obtenir un producte en pols de color marró més clar. L'addició de dextrina o L-cisteïna no disminuïa l'enfosquiment ni evitava el canvi de color de l'Hb. L'àcid nicotínic i la nicotinamida protegien el color de l'Hb durant el procés de deshidratació i l'emmagatzematge de la FC en pols. Les millors condicions d'aplicació del tractament amb altes pressions hidrostàtiques (HHP) sobre la FC eren 400 MPa, a 20ºC, durant 15 minuts, perquè produïen una millora significativa de la qualitat microbiològica, no afectaven negativament al color, no comprometien gaire la solubilitat proteica l'Hb i, malgrat que produïen un augment de la viscositat, la FC romania fluida després del tractament. Aquest tractament permetia una reducció de la microbiota contaminant de la FC d'entre 2 i 3 unitats logarítmiques. L'aplicació de l'alta pressió i la posterior deshidratació per atomització permetien obtenir un producte en pols amb recomptes totals de l'ordre de 2,8 unitats logarítmiques. El color de la FC pressuritzada en pols era igual que el de la FC control deshidratada, perquè ambdues mostres presentaven la mateixa susceptibilitat a l'oxidació del grup hemo produïda per la deshidratació. L'alta pressió incrementava la susceptibilitat de l'Hb als efectes desnaturalitzants de la deshidratació, fonamentalment a pH 7 (PIE), ja que es va observar una disminució de la solubilitat proteica a pH neutre després dels 2 processos tecnològics. La FC en pols presentava una màxima capacitat escumant al PIE de l'Hb. L'aplicació del tractament HHP produïa una disminució de la capacitat escumant de la FC en pols, però no tenia efectes negatius sobre l'estabilitat de l'escuma formada. Tampoc es van observar efectes negatius del tractament HHP sobre l'activitat emulsionant de l'Hb. La màxima activitat emulsionant de l'Hb s'aconseguia amb una concentració de FC en pols de l'1,5 % a pH 7 i de l'1 % a pH 4,5. Les pastes obtingudes per escalfament de la FC presentaven característiques molt diferenciades depenent del pH. A pH neutre es formaven unes pastes dures i consistents, mentre que a pH àcid les pastes eren poc consistents, molt adhesives i més elàstiques que les anteriors. Aquestes tenien una capacitat de retenció d'aigua molt superior que les de pH 7, en les quals l'aigua quedava retinguda per capil·laritat. La textura i capacitat de retenció d'aigua de les pastes tampoc eren afectades pel tractament HHP. El tractament HHP incrementava l'activitat de la Tripsina sobre l'Hb quan el substrat i l'enzim es tractaven conjuntament i afavoria el procés d'obtenció d'hidrolitzats descolorats a partir de la FC, la qual cosa permetia assolir el mateix grau de descoloració amb una dosi d'enzim inferior. El tractament d'hidròlisi de la FC amb la utilització combinada de Tripsina seguida d'un tractament amb Pepsina permetia l'obtenció d'un hidrolitzat proteic d'Hb descolorat i hidrolitzava completament la globina, donant lloc a 2 pèptids de 10,8 i 7,4 KDa. Val a dir que també produïa un 60 80 % de nitrogen soluble en TCA, constituït fonamentalment per pèptids petits i aminoàcids lliures. Els hidrolitzats trípsics i pèpsics d'Hb, obtinguts a partir de FC no pressuritzada i deshidratats per atomització a 180ºC, eren de color blanc i tenien un contingut en humitat del 4,7 %, un 84,2 % de proteïna i 9,7 % de sals minerals. El procés d'hidròlisi permetia una reducció considerable de la contaminació de la FC, obtenint un producte en pols amb uns recomptes totals de l'ordre de 102-103 ufc·g-1. Pel que fa a la funcionalitat dels hidrolitzats d'Hb deshidratats per atomització, aquests presentaven una elevada solubilitat proteica a pH 5 i 7 i romanien solubles després d'un escalfament a 80ºC durant 30 min. Tanmateix, aquesta hidròlisi afectava molt negativament la capacitat de mantenir escumes estables i l'activitat emulsionant.

La investigació sobre l'èxit i el fracàs escolar des la la perspectiva dels factors de risc. Implicacions per a la recerca i la pràctica educatives

La situació problemàtica de la qual partim en aquesta tesi és la constatació de l'existència d'unes dinàmiques escolars negatives -expressades amb males notes reiterades- difícils de modificar, que determinats infants inicien i desenvolupen al llarg de la seva escolarització i que els condueix a una situació de fracàs escolar. Les males notes són el senyal que alerta pares i educadors de la presència de problemes escolars en els alumnes i constitueixen la causa explícita que motiva la cerca de solucions. Sovint es busquen solucions fora de l'escola, la qual cosa suggereix que, malgrat els esforços realitzats, l'escola i el sistema educatiu han tingut dificultats per a ajudar els infants a millorar globalment els seus resultats escolars. D'una banda, l'escola troba dificultats per a identificar el mes aviat possible quins infants seran mes susceptibles de desenvolupar unes dinàmiques escolars negatives que els puguin conduir a una situació de fracàs escolar. D'altra banda, també hi ha dificultats per trobar i aplicar estratègies preventives d'intervenció educativa a l'aula, que resultin adequades per a prevenir el desenvolupament de dinàmiques escolars negatives en alguns infants. Partint de la situació problemàtica descrita, la finalitat de la tesi es obtenir informació teòrica , empírica sobre algunes variables que puguin resultar rellevants per a articular, des de l'aula escolar, intervencions educatives destinades a prevenir el desenvolupament de les dinàmiques escolars negatives. Des de la perspectiva de la prevenció, la rellevància de les variables hauria d'establir-se en funció de la seva utilitat per a: A) Identificar des de l'aula escolar situacions de més perill -de més risc- de desenvolupar aquestes dinàmiques negatives i, consegüentment, arribar a la situació de fracàs escolar . Això implica, per tant, que les variables han de permetre la identificació abans que la situació de fracàs escolar es produeixi . B) Intervenir educativament des de l'escola; per tant, cal que siguin variables sobre les quals l'escola pugui incidir. La modificabilitat de les variables ha de permetre que es puguin emprendre accions educatives, des de la mateixa aula escolar. Variables que resultin suficientment importants de cara a disminuir el perill o evitar el desenvolupament de dinàmiques negatives. Es a dir, que la seva modificació contribueixi a evitar que els infants arribin a la situació de fracàs escolar. Per assolir aquesta finalitat es realitzen un segut de passes en funció de les quals s'ha estructurat la tesi en dues parts: Un marc teòric i un estudi de casos. EI Marc teòric té dos objectius: 1. Definir la situació problemàtica. En el capítol primer del marc teòric de la tesi, s'exposen les dimensions d'aquesta situació problemàtica. La revisió bibliogràfica entorn del tema del fracàs escolar ens ajuda a emmarcar la qüestió de les dinàmiques escolars en el fenomen complex del fracàs i l'èxit escolar, i del rendiment. Aquestes aportacions teòriques juntament amb les aportacions de la recerca educativa en relació a l'estabilitat del rendiment al llarg dels cursos són la base per a definir la situació problemàtica. 2. Delimitar, des d'un punt de vista teòric, algunes variables rellevants per a la prevenció del desenvolupament de dinàmiques escolars negatives, conduents a la situació de fracàs escolar. La primera passa per a dur a terme aquesta delimitació teòrica, que es presenta al segon capítol, ha estat revisar les aportacions de les investigacions sobre variables que incideixen en el rendiment escolar, les quals s'han analitzat en funció de la seva rellevància per a la prevenció. Aquesta revisió ha permès constatar un seguit de problemes de caire terminològic, metodològic i sobre la repercussió d'aquesta recerca en la practica educativa que afecten directament la utilitat de les aportacions d'aquestes investigacions de cara a identificar variables rellevants per a la prevenció. De l'anàlisi dels resultats d'aquestes recerques es desprèn que: a) Hi ha moltes variables associades al rendiment escolar, algunes difícilment modificables mitjançant la intervenció educativa escolar. b) EI fet que una variable estigui associada al rendiment no implica que sigui rellevant per a la prevenció c) S'obté poca informació sobre variables que contribueixin a disminuir la probabilitat de fracàs escolar. En base a aquests resultats es constata que cal buscar una perspectiva d'anàlisi de les variables mes adequades a l'enfocament preventiu, perspectiva que ha d'orientar-se a l'estudi del risc de fracàs escolar. La segona passa que es duu a terme per arribar a una delimitació teòrica de les variables rellevants es l'estudi del concepte de risc i d'altres conceptes relacionats: signe de risc, marcador de risc, factor de risc, factor protector, població en risc, infant en situació de risc, així com la revisió d'estudis i recerques que s'han plantejat en aquesta línia. Aquest treball ha permès: a) Clarificar aquests conceptes i aplicar-los en l'àmbit educatiu, en referència al problema del fracàs escolar, estructurant un marc teòric en funció del qual plantejar una anàlisi de les variables associades al rendiment escolar. b) Concretar un model per a l'anàlisi, des de l'aula escolar, de les variables que incideixen en el risc de fracàs escolar. Aquest model, que es situa en la perspectiva de l'aula escolar i que pren en consideració el paper actiu que els estudiants tenen respecte al seu aprenentatge, consta de tres components: unes variables, les seves relacions i la funció que exerceixen en relació al risc de fracàs escolar. La conclusió a la qual s'arriba es que, des d'un punt de vista teòric, una variable serà rellevant per a articular intervencions educatives preventives des de l'escola si constitueix o bé un factor de risc, o be un factor protector o compensador del risc. La delimitació empírica de variables rellevants per a la prevenció del fracàs escolar -que constitueix l'objectiu de la segona part de la tesi- es duu a terme mitjançant un estudi de casos que es deriva del plantejament teòric elaborat. L'objectiu d'aquest estudi es identificar variables que han pogut constituir factors protectors en joves que es troben en situació de risc per circumstàncies sociofamiliars. Se seleccionen tres noies i dos nois que, malgrat trobar-se en situació de risc, han assolit un cert nivell d'èxit escolar. Basant-nos en el model s'ha recollit informació sobre característiques actitudinals dels estudiants, del seu procés d'autoaprenentatge i de l'ambient d'aprenentatge. S'utilitza un disseny qualitatiu d'estudi de casos, utilitzant entrevistes amb profunditat per a recollir informació, la qual s'analitza mitjançant tècniques d'anàlisi de continguts. L'estudi de cada un dels cinc casos i la seva posterior comparació ha permès identificar algunes variables que poden haver constituït factors protectors del risc de fracàs escolar. Entre elles podem citar 1. La consciència de la pròpia situació complexa i desfavorable que han viscut o estan vivint. 2. Tenir un projecte vital a mig o llarg termini, en el qual els estudis són concebuts com a una via per assolir-lo. 3. Ser autoresponsables dels aprenentatges. 4. Haver identificat models a seguir en altres persones. Del treball realitzat tant des d'una perspectiva teòrica com empírica i les conclusions a les quals s'ha arribat se'n desprenen implicacions per a la practica educativa, per a la recerca i per a la formació professional dels educadors i educadores socials. Pel que fa a les implicacions per a la practica educativa, es proposa el model com a base per a la identificació de situacions de risc i per al disseny d'intervencions educatives amb l'objectiu de prevenir el fracàs escolar. En aquest sentit, i en funció dels resultats obtinguts a l'estudi de casos, es proposen unes línies d'intervenció preventiva en casos de risc similars als que han estat objecte d'estudi, línies que poden prendre en consideració tant els/les mestres com els educadors/es. Pel que fa a les implicacions per a la investigació educativa, es deriven quatre línies de recerca: investigació sobre factors de risc, investigació sobre factors protectors, investigació sobre el potencial preventiu d'intervencions educatives dissenyades en base a factors de risc i factors protectors, l'investigació sobre com potenciar des de diferents àmbits (escola i vida quotidiana) els fadors protectors. Quant a les implicacions per a la formació professional dels educadors/es socials, els resultats de l'estudi de casos com a possibles aspectes a treballar per part dels educadors/es impliquen un treball en el qual aquests professionals han d'haver rebut formació sobre: 1. La relació educativa com a recurs per a la intervenció educativa professional. 2. La necessitat d'un treball coordinat interdisciplinari com a estratègia de treball professional. 3. EI coneixement de programes coherents i estratègies d'intervenció sobre factors protectors. 4. L'elaboració de programes educatius, de manera que els educadors/es puguin adaptar les intervencions a les necessitats educatives dels subjectes. 5. La intervenció educativa en famílies.