Contribuição para o estudo do fenómeno do “bulking”

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia do Ambiente, Perfil Engenharia Sanitária

A combined LNA-oscillator-mixer for biomedical applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Projeto de uma ETAR para a freguesia de Canelas, Penafiel

O tratamento das águas residuais domésticas surge com o intuito de degradar os poluentes presentes, para que as águas residuais tratadas não prejudiquem o ambiente nem a saúde pública. O presente trabalho teve como objetivo a conceção e o dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) na freguesia de Canelas com a finalidade de substituir a já existente e permitir a ampliação da área da rede de saneamento da freguesia. Foram considerados dois tipos de ETAR’s, compacta e convencional, para tratar águas residuais domésticas de aproxidamente 2000 habitantes, com um caudal médio de 400 m3/dia e um caudal de ponta de 1136,7 m3/dia. Das duas opções optou-se pela convencional uma vez que acarreta um menor investimento, no valor de 187 232 €, e se considera também mais adequada às características do efluente a tratar. O tratamento escolhido inclui inicialmente uma gradagem, com uma grade constituída por sete barras com um espaçamento de 20 mm entre elas, seguida de um tamisador rotativo com uma abertura de malha de 3 mm. Depois do tamisador, optou-se por um sistema de desarenação/desengorduramento com um volume do tanque de 3,95 m3 e um fluxo de ar de 17,9 m3/h. Na fase seguinte considerou-se um tratamento biológico por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado num tanque de arejamento de volume igual a 245,8 m3 com um arejador submerso, seguindo-se um decantador secundário de volume 33,3 m3. Por último, escolheu-se um sistema de desinfeção por ultravioleta e, a montante do mesmo, um filtro rápido para eliminar pequenas partículas que o efluente ainda possa conter. Para a desinfeção foram consideradas duas secções com cinco módulos de duas lâmpadas cada, ou seja, vinte lâmpadas ultravioleta. Dos resíduos produzidos pelo tratamento da água residual, os gradados e as areias serão encaminhados para aterro, enquanto que as lamas serão enviadas para a ETAR das Termas de S.Vicente, para que sofram o tratamento adequado e sejam encaminhadas para o destinal final adequado (aplicação em solos agrícolas, compostagem ou em alternativa para aterro). No caso da ETAR covencional foi ainda avaliada a possível reutilização de um decantador da ETAR de Milhundos uma vez que esta se encontrava em fase de desativação. Desta avaliação, concluiu-se que não seria economicamente viável o seu reaproveitamento. Mestrado em Engenharia Química – Tecnologias de Proteção Ambiental Para além disso realizou-se também um levantamento dos principais problemas que ocorrem na maioria das ETAR’s e foram apresentadas as respetivas sugestões de resolução. A realização de um inquérito permititu concluir que os odores são o problema que mais causa incómodo à população.

Condições de Assistência ao Recém-Nascido na Sala de Partos. Inquérito Nacional (2009)

Introdução: Desde 1989 que em Portugal as taxas de mortalidade materna, perinatal e neonatal apresentam uma diminuição significativa, em parte devido à rede perinatal implementada. Auditorias às condições existentes nos diferentes níveis de cuidados constituem um instrumento fundamental para identificar desvios da normalidade definida e podem ser um contributo para a melhoria de cuidados. Objectivos: Conhecer as condições e práticas de assistência nas salas de parto nacionais e, quando se justificar, propôr medidas de melhoria dos cuidados neonatais. Material e métodos: Foi enviado, por via electrónica, um questionário a 35 centros hospitalares com maternidade. O inquérito incluía questões relacionadas com os recursos humanos, equipamento disponível, características das salas de partos, práticas usadas na estabilização/ reanimação do recém-nascido, número de partos e número de recém-nascidos transferidos após o nascimento por ano, bem como questões relacionadas com a articulação com as equipas de obstetrícia. Resultados: Responderam 30 (86%) centros, 16 de apoio perinatal diferenciado. Oito (27%) centros têm pediatra presente em todos os partos, os restantes centros têm pediatra disponível para as situações de maior risco. Entre o material não disponível em alguns centros salienta-se o equipamento de monitorização cardio-respiratória, dispositivo de apoio ventilatório com pressão controlada, misturador de oxigénio, ventilador, CPAP (continuous positive airway pressure), incubadora de transporte e material para toracocentese e paracentese. Os critérios usados para oxigenoterapia e uso de surfactante “profiláctico” não são os mesmos entre os diversos centros. Todos os centros referiram a necessidade transferir recém-nascidos após o nascimento, quer por falta de diferenciação de cuidados quer por falta de vagas para internamento. Os centros de apoio perinatal referiram pior colaboração por parte das equipas de obstetrícia. Conclusâo: Os cuidados prestados ao recém-nascido nas salas de partos nacionais podem e devem ser melhorados. É necessário adequar o equipamento e recursos humanos às necessidades de cada centro. É necessário actualizar protocolos de práticas como oxigenoterapia e uso de surfactante “profiláctico”, reduzir o transporte após o nascimento e melhorar a comunicação com as equipas de obstetrícia.

Projeto de uma ETAR de 3200 habitantes equivalentes

A atividade humana e industrial usa a água para as suas atividades do quotidiano. A água é um recurso natural escasso cuja qualidade deve ser protegida, defendida, gerida e tratada em conformidade com o seu uso. Nesse âmbito, a gestão das águas prossegue objetivos de proteção da saúde humana e de preservação, proteção e melhoria da qualidade do ambiente[1]. Desde o final do seculo XIX até aos dias de hoje, verificou-se uma forte evolução nos sistemas de tratamento de águas residuais. Esta evolução foi fundamental para dar resposta às maiores exigências de qualidade do efluente tratado. O sistema de lamas ativadas é um dos processos de tratamento biológico das águas residuais mais usados em todo o mundo. Este trabalho consiste no desenvolvimento do projeto de conceção e dimensionamento de uma Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) para servir um pequeno aglomerado de cerca de 3200 habitantes equivalentes (hab.eq.), tendo como objetivo o dimensionamento de todas as etapas de tratamento necessárias ao cumprimento da legislação em vigor para a descarga das águas residuais urbanas no meio recetor. O Decreto-lei nº 152/97[2], relativo ao tratamento de águas residuais urbanas, juntamente com o Decreto-lei nº 149/2004[3] que identifica as zonas sensíveis e de zonas menos sensíveis, permitem que as entidades licenciadoras definam o grau de tratamento que a instalação deve possuir tendo em consideração a classificação do meio onde o efluente tratado é descarregado. O Decreto-Lei n.º 135/2009[1] estabelece o regime de identificação, gestão, monitorização e classificação da qualidade das águas balneares, impondo a qualidade microbiológica da água residual tratada mediante o meio recetor, e portanto conseguindo-se assim definir o tratamento de desinfeção a adotar. Resumidamente, a conceção do tratamento focou as seguintes etapas: tratamento preliminar formado por uma unidade compacta de tamisação, desarenador e desengordurador, tratamento secundário por lamas ativadas em regime de arejamento prolongado constituído por dois reatores com cerca de 400 m3 de volume seguido de um decantador com um diâmetro de 9.5 m, tratamento terciário de desinfeção composto por uma microtamisação seguido de desinfeção UV, e a utilização das operações comuns de espessamento e desidratação das lamas produzidas em excesso pelo tratamento, constituída por com um espessador gravítico com 4.6 m de diâmetro, e um filtro banda para a desidratação.

Validação de técnicas de limpeza de equipamentos na industria farmacêutica

A indústria farmacêutica é uma indústria de grande dimensão e que exige a maior qualidade possível. No grupo AtralCipan, essa exigência não é esquecida e por isso se tem um enorme cuidado ao nível da limpeza dos equipamentos por forma a impedir contaminações cruzadas. Os Laboratórios Atral têm vindo ao longo dos anos a realizar validações de limpeza com o objetivo de mostrar e verificar que realmente as limpezas efetuadas aos equipamentos e respetivas salas são eficazes, não comprometendo nenhuma produção. A presente dissertação visa na validação de limpeza dos equipamentos do setor das formas sólidas orais cefalosporínas. O trabalho desenvolvido iniciou-se com a seleção dos produtos pior-caso do setor através de uma análise de risco. Posteriormente, analisou-se cada equipamento presente no setor (câmara de pesagem, tamisador, misturador bicónico, compactadora, máquina de comprimir e despoeirador, bacias de revestimento e máquina de blisterar) para identificação dos pontos críticos de limpeza dos mesmos. Com base nas áreas dos equipamentos e posologia dos produtos, calculou-se o limite analítico para cada produto pior-caso e validou-se o método analítico por HPLC para cada um. Os resultados destas duas validações foram favoráveis, revelando que a pesquisa de resíduos de substância ativa através de HPLC é um método adequado e que pode ser utilizado. O passo seguinte deste processo recai nas amostragens a efetuar a cada equipamento consoante os pontos críticos identificados. As amostragens efetuadas incidiram sobre a pesquisa de carbono orgânico total, determinação de atividade microbiológica e determinação de resíduos de substância ativa. No geral obtiveram-se bons resultados, verificando-se que todas as amostragens obtiveram resultados inferiores aos limites estipulados, existindo um desvio para o misturador bicónico ao nível da pesquisa de carbono orgânico total e dois desvios na determinação de atividade microbiana na compactadora e máquina de blisterar. O trabalho desenvolvido forneceu informações importantes à empresa, demostrando que o modo de limpeza dos seus equipamentos é apropriado, prevenindo futuras contaminações cruzadas entre os diversos medicamentos fabricados.

Biodiscos : tratamiento biológico de contaminantes en efluentes líquidos

El creciente aumento de la población mundial ha generado un incremento de la demanda de agua con la consecuente disminución de su disponibilidad, situación que se ve agravada por la contaminación de recurso hídrico. La generación de aguas residuales es un hecho inevitable de toda actividad humana y los problemas asociados a las mismas causan deterioros ambientales y atentan contra la salud humana, debido a la ausencia de tratamientos adecuados y a los elevados costos de construcción de los mismos. La Universidad Católica de Córdoba a través de uno de sus Equipos de Investigación asume el compromiso de implementar un sistema que recupere el agua proveniente de los líquidos residuales generados en el campus universitario. Así, se diseña, construye e instala un prototipo que funciona como una innovadora planta compacta de remediación de líquidos residuales utilizando un reactor Biodiscos. Los Biodiscos o Contactores Biológicos Rotativos (RBC), forman parte de una de las tecnologías apropiadas y efi cientes para el tratamiento biológico-secundario de los líquidos residuales con alto contenido de materia orgánica biodegradable. La planta piloto utiliza como tratamiento primario un separador de grasas y un sistema decantador; como tratamiento secundario un Biodiscos y como tratamiento terciario un clarifi cador y dosifi cador de cloro. Biodiscos es un sistema biológico, aeróbico de cultivo fi jo, constituido por un reactor formado por una serie de discos, montados sobre un eje que gira a escasas revoluciones en una cuba semicilíndrica por donde circula el líquido residual; los discos están sumergidos un 40% en el líquido a tratar y sirven de soporte para que los microorganismos se adhieran y formen un fi lm llamado biopelícula, responsable de la depuración del efl uente, es decir, del consumo de los residuos sólidos presentes en el líquido. El líquido que egresa de esta planta de tratamiento es agua limpia, apta para diferentes usos, en el caso del campus universitario de la UCC será utilizado para riego ornamental del predio

Optimización de sistemas de tratamiento de aguas residuales existentes en pequeñas urbanizaciones combinando tecnologías flexibles que permitan la reutilización del agua tratada.

En el Valle de Punilla, provincia de Córdoba, el aumento de la densidad demográfica, el desarrollo de la industria y el impulso de la actividad turística produjo un incremento en la demanda de agua potable y en la generación de aguas residuales. Un alto porcentaje de viviendas y pequeñas urbanizaciones no están conectadas a la red cloacal y utilizan sistemas in-situ para el tratamiento de sus efluentes líquidos como cámara séptica, y para su disposición final pozos absorbentes o sangrías. Debido a los bajos rendimientos documentados de este sistema de tratamiento, las aguas ineficazmente tratadas lixivian arrastrando sustancias tóxicas que contaminarán las napas freáticas. Además y fundamentalmente, imposibilita su posterior reutilización para el llenado de acuíferos superficiales, irrigación agrícola y ornamental, procesos industriales, y otros usos. A fin de disminuir el impacto ambiental se plantean innovadores prototipos modulares a escala real para ser anexados con los sistemas de saneamiento existentes, objetivo del presente trabajo. Como tratamiento secundario se diseñarán, construirán y pondrán en operación dos módulos biológicos, uno de naturaleza aeróbica -biodiscos- y otro de naturaleza anaeróbica -decantador de flujo ascendente- ambas tecnologías no tradicionales que pueden ser acopladas de manera individual o conjunta. Experiencias previas del equipo, muestran que la eficiencia del módulo aeróbico resulta superior al 86% calculada a partir de los parámetros sanitarios. Se pretende mejorar aún más, la eficacia de la etapa biológica razón por la cual, se ensamblará el módulo anaeróbico. Para lograr reutilizar las aguas tratadas se deberán someter a un proceso de cloración previa al vertido, lo cual no garantiza que su calidad sea la adecuada según la legislación vigente. Por tal motivo se investigará el uso alternativo de un ozonizador como tratamiento terciario, metodología seleccionada por su efectividad e inocuidad para la desinfección bacteriana e inactivación viral. El modelo de integración de tecnologías existentes con tecnologías biológicas no tradicionales es una opción ecológica y económicamente viable ya que mejora la eficiencia del tratamiento, permite su reutilización y resuelve en un futuro próximo una de las problemáticas ambientales que más preocupan a la sociedad y que más afectan a las comunidades vulnerables, la contaminación y la escasez del recurso hídrico.

Optimización de sistemas de tratamiento de aguas residuales existentes en pequeñas urbanizaciones combinando tecnologías flexibles que permitan la reutilización del agua tratada.

En el Valle de Punilla, provincia de Córdoba, el aumento de la densidad demográfica, el desarrollo de la industria y el impulso de la actividad turística produjo un incremento en la demanda de agua potable y en la generación de aguas residuales. Un alto porcentaje de viviendas y pequeñas urbanizaciones no están conectadas a la red cloacal y utilizan sistemas in-situ para el tratamiento de sus efluentes líquidos como cámara séptica, y para su disposición final pozos absorbentes o sangrías. Debido a los bajos rendimientos documentados de este sistema de tratamiento, las aguas ineficazmente tratadas lixivian arrastrando sustancias tóxicas que contaminarán las napas freáticas. Además y fundamentalmente, imposibilita su posterior reutilización para el llenado de acuíferos superficiales, irrigación agrícola y ornamental, procesos industriales, y otros usos. A fin de disminuir el impacto ambiental se plantean innovadores prototipos modulares a escala real para ser anexados con los sistemas de saneamiento existentes, objetivo del presente trabajo. Como tratamiento secundario se diseñarán, construirán y pondrán en operación dos módulos biológicos, uno de naturaleza aeróbica -biodiscos- y otro de naturaleza anaeróbica -decantador de flujo ascendente- ambas tecnologías no tradicionales que pueden ser acopladas de manera individual o conjunta. Experiencias previas del equipo, muestran que la eficiencia del módulo aeróbico resulta superior al 86% calculada a partir de los parámetros sanitarios. Se pretende mejorar aún más, la eficacia de la etapa biológica razón por la cual, se ensamblará el módulo anaeróbico. Para lograr reutilizar las aguas tratadas se deberán someter a un proceso de cloración previa al vertido, lo cual no garantiza que su calidad sea la adecuada según la legislación vigente. Por tal motivo se investigará el uso alternativo de un ozonizador como tratamiento terciario, metodología seleccionada por su efectividad e inocuidad para la desinfección bacteriana e inactivación viral. El modelo de integración de tecnologías existentes con tecnologías biológicas no tradicionales es una opción ecológica y económicamente viable ya que mejora la eficiencia del tratamiento, permite su reutilización y resuelve en un futuro próximo una de las problemáticas ambientales que más preocupan a la sociedad y que más afectan a las comunidades vulnerables, la contaminación y la escasez del recurso hídrico.

Crescimento e acúmulo de crômio em alface cultivada em dois latossolos tratados com CrCl3 e resíduos de curtume

Resíduos sólidos de curtume e CrCl3 foram aplicados em dois solos, Latossolo Roxo eutrófico (LRe) unidade Ribeirão Preto e Latossolo Vermelho-Amarelo (LVA) unidade Laranja Azeda, que se diferenciaram, dentre outros atributos, pelo teor de manganês facilmente redutível. Os resíduos utilizados foram lodo do efluente de caleiro com concentração 0,06 g kg-1 de crômio (LCL) e um lodo do decantador primário (LCR), contendo 17,4 g kg-1 de crômio, ambos na matéria seca, aplicados em doses correspondentes a 10, 20 e 30 Mg ha-1 e 19, 38 e 57 Mg ha-1 (base seca), respectivamente, de acordo com o teor de nitrogênio total de cada um. O CrCl3 foi aplicado nas doses de 330, 660 e 990 kg ha-1 de Cr, equivalentes às doses do metal aplicadas na forma de lodo (LCR). Realizou-se o experimento em vasos alocados em casa de vegetação (blocos ao acaso), que foram monitorados quanto à formação de Cr6+, aos 1, 6, 14, 28, 54 e 86 dias da instalação. Após o 56° dia de incubação, foi transplantada uma muda de alface (Lactuca sativa L.) para cada vaso, cultivada por um período de trinta dias. A oxidação do Cr3+ a Cr6+ foi verificada apenas para o LRe nos tratamentos que receberam doses crescentes de CrCl3. A formação de Cr6+ teve máximo entre 0,72 e 1,16% do Cr3+ aplicado, após um dia de incubação, decrescendo com o tempo, não sendo detectada a sua presença, para nenhuma das doses, após o 54° dia. A aplicação dos resíduos elevou a condutividade elétrica do extrato de saturação (2:1) de 1,40 a 5,07 Ds m-1 e a RAS de 3,05 a 14,12, afetando o desenvolvimento da alface e causando a morte das plantas nas doses mais altas, sendo tais efeitos mais pronunciados no LVA. A concentração de crômio na parte aérea das plantas aumentou, nem sempre de forma proporcional, com o aumento das doses aplicadas na forma de lodo ou sal, com efeito mais acentuado para o LVA do que para o LRe. A aplicação de resíduos de curtume no experimento, para ambos os solos, mostrou-se mais limitante pelo seu conteúdo de sais do que pela presença de crômio.

Alterações químicas do solo e crescimento do milho decorrentes da adição de lodos de curtume

O presente trabalho foi elaborado com o objetivo de avaliar as alterações químicas e o crescimento de plantas de milho em um Planossolo Hidromórfico após a aplicação de resíduos de curtume. Foram utilizados o lodo proveniente do decantador primário (lodo com cromo), nas doses correspondentes à aplicação de 250 e 500mgkg-1 de Cr (13,8 e 27,6Mgha-1, respectivamente), e o efluente do caleiro (lodo do caleiro), nas doses de 10,25 e 20,50Mgha-1. O experimento foi realizado em vasos mantidos em casa de vegetação durante 108dias. A aplicação máxima de lodo do caleiro elevou o pH de 4,9 para 5,8 e os teores de Ca do solo de 0,5 para 3,2cmol c dm-3, resultando em rendimentos de milho equivalentes aos obtidos com adubação mineral mais calagem. A adição de lodo com cromo mais calcário elevou o teor de Ntotal do solo de 0,6 para 0,7gkg-1, resultando em rendimentos também semelhantes aos obtidos com o tratamento NPK+calcário. Os teores de Cr no solo permaneceram abaixo do limite máximo permitido (500mgkg-1).

Rendimentos de culturas e alterações químicas do solo tratado com resíduos de curtume e crômio hexavalente

O presente trabalho foi elaborado com o objetivo de avaliar o rendimento das culturas do trigo, alface e rabanete e as alterações químicas de um Latossolo resultantes da adição de resíduos de curtume e de crômio hexavalente. Microparcelas, constituídas por recipientes com 60 L de solo e mantidas em casa de vegetação, receberam os seguintes tratamentos: testemunha; calcário + NPK; lodo do decantador primário + PK; resíduo de rebaixadeira de couro + calcário + NPK; aparas de couro + calcário + NPK; Cr6+ + calcário + NPK ; Cr6+ + calcário + esterco bovino; calcário + esterco bovino. O lodo continha 8,5 g kg-1 de Cr e foi aplicado em dose correspondente a 8,8 t ha-1. O resíduo de rebaixadeira possuía 17,1 g kg-1 Cr e as aparas de couro, 19,4 g kg-1 Cr. Esses resíduos foram aplicados nas doses correspondentes a 4,4 e 3,8 t ha-1. As doses de Cr6+ (K2Cr2O7) e esterco bovino foram de 100 mg kg-1 e 20 t ha-1, respectivamente. A aplicação de lodo elevou o pH do solo de 5,1 para 5,8; os teores de N, de 1,26 para 1,51 g kg-1, e os teores de Ca, de 4,1 para 5,9 cmol c dm-3, proporcionando rendimentos das três culturas equivalentes aos obtidos com a aplicação de calcário + NPK. Os teores de crômio no solo e nas partes vegetativas das culturas nos tratamentos com aplicação dos resíduos de curtume variaram, respectivamente, de 40,7 a 71,2 e de 0,08 a 2,71 mg kg-1, sendo considerados normais. A adição de resíduo de rebaixadeira de couro ou das aparas de couro não reduziu os rendimentos das culturas e não alterou os teores de Cr do solo e das plantas. A adição de Cr6+ provocou um efeito tóxico nas plantas, sendo responsável pela diminuição do rendimento da cultura do trigo em 91 % e da cultura da alface em 86 %, quando comparadas ao tratamento Calcário + NPK. Este efeito foi diminuído com a adição de agentes redutores como o esterco bovino.

Mineralização do nitrogênio em solos tratados com lodos de curtume

O objetivo deste trabalho foi avaliar, em laboratório, a mineralização líquida do N orgânico de dois lodos de curtume em solos. Um Latossolo Vermelho acriférrico e um Latossolo Vermelho-Amarelo distrófico receberam quatro doses de cada lodo (0, 595, 1.190 e 1.785 kg ha-1 de N): do efluente de caleiro (LCL), com concentração baixíssima de crômio e do decantador primário (LCR), com 17 g kg-1 de Cr. As misturas solos+lodos foram lixiviadas após incubação por períodos crescentes até 132 dias em colunas de percolação. Um modelo cinético de primeira ordem descreveu a mineralização líquida do N (R² = 0,967** a 0,998**). Aplicações de LCR, em comparação às de LCL, diminuíram a porcentagem acumulada do N mineralizado proveniente do lodo (médias de 4 e 35,5%), reduziram o valor da taxa constante de mineralização (médias de 0,0048 e 0,028 dia-1) e aumentaram substancialmente o tempo de meia-vida (T1/2) (variação de 100 a 267 e de 19 a 29 dias), o que indica inibição da mineralização do N, possivelmente em decorrência das elevadas concentrações de Cr daquele lodo. Uma análise detalhada das curvas de mineralização com a aplicação de LCR apontou a existência de três fases, que provavelmente representam adaptações sucessivas da microbiota a diferentes frações recalcitrantes do lodo.

A dynamic knowledge-based decision support system to handle solids separation problems in activated sludge systems: development and validation

El sistema de fangs activats és el tractament biològic més àmpliament utilitzat arreu del món per la depuració d'aigües residuals. El seu funcionament depèn de la correcta operació tant del reactor biològic com del decantador secundari. Quan la fase de sedimentació no es realitza correctament, la biomassa no decantada s'escapa amb l'efluent causant un impacte sobre el medi receptor. Els problemes de separació de sòlids, són actualment una de les principals causes d'ineficiència en l'operació dels sistemes de fangs activats arreu del món. Inclouen: bulking filamentós, bulking viscós, escumes biològiques, creixement dispers, flòcul pin-point i desnitrificació incontrolada. L'origen dels problemes de separació generalment es troba en un desequilibri entre les principals comunitats de microorganismes implicades en la sedimentació de la biomassa: els bacteris formadors de flòcul i els bacteris filamentosos. Degut a aquest origen microbiològic, la seva identificació i control no és una tasca fàcil pels caps de planta. Els Sistemes de Suport a la Presa de Decisions basats en el coneixement (KBDSS) són un grup d'eines informàtiques caracteritzades per la seva capacitat de representar coneixement heurístic i tractar grans quantitats de dades. L'objectiu de la present tesi és el desenvolupament i validació d'un KBDSS específicament dissenyat per donar suport als caps de planta en el control dels problemes de separació de sòlids d'orígen microbiològic en els sistemes de fangs activats. Per aconseguir aquest objectiu principal, el KBDSS ha de presentar les següents característiques: (1) la implementació del sistema ha de ser viable i realista per garantir el seu correcte funcionament; (2) el raonament del sistema ha de ser dinàmic i evolutiu per adaptar-se a les necessitats del domini al qual es vol aplicar i (3) el raonament del sistema ha de ser intel·ligent. En primer lloc, a fi de garantir la viabilitat del sistema, s'ha realitzat un estudi a petita escala (Catalunya) que ha permès determinar tant les variables més utilitzades per a la diagnosi i monitorització dels problemes i els mètodes de control més viables, com la detecció de les principals limitacions que el sistema hauria de resoldre. Els resultats d'anteriors aplicacions han demostrat que la principal limitació en el desenvolupament de KBDSSs és l'estructura de la base de coneixement (KB), on es representa tot el coneixement adquirit sobre el domini, juntament amb els processos de raonament a seguir. En el nostre cas, tenint en compte la dinàmica del domini, aquestes limitacions es podrien veure incrementades si aquest disseny no fos òptim. En aquest sentit, s'ha proposat el Domino Model com a eina per dissenyar conceptualment el sistema. Finalment, segons el darrer objectiu referent al seguiment d'un raonament intel·ligent, l'ús d'un Sistema Expert (basat en coneixement expert) i l'ús d'un Sistema de Raonament Basat en Casos (basat en l'experiència) han estat integrats com els principals sistemes intel·ligents encarregats de dur a terme el raonament del KBDSS. Als capítols 5 i 6 respectivament, es presenten el desenvolupament del Sistema Expert dinàmic (ES) i del Sistema de Raonament Basat en Casos temporal, anomenat Sistema de Raonament Basat en Episodis (EBRS). A continuació, al capítol 7, es presenten detalls de la implementació del sistema global (KBDSS) en l'entorn G2. Seguidament, al capítol 8, es mostren els resultats obtinguts durant els 11 mesos de validació del sistema, on aspectes com la precisió, capacitat i utilitat del sistema han estat validats tant experimentalment (prèviament a la implementació) com a partir de la seva implementació real a l'EDAR de Girona. Finalment, al capítol 9 s'enumeren les principals conclusions derivades de la present tesi.

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).