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).

Information sources selection methodology for recommender systems based on intrinsic characteristics and trust measure

El treball desenvolupat en aquesta tesi presenta un profund estudi i proveïx solucions innovadores en el camp dels sistemes recomanadors. Els mètodes que usen aquests sistemes per a realitzar les recomanacions, mètodes com el Filtrat Basat en Continguts (FBC), el Filtrat Col·laboratiu (FC) i el Filtrat Basat en Coneixement (FBC), requereixen informació dels usuaris per a predir les preferències per certs productes. Aquesta informació pot ser demogràfica (Gènere, edat, adreça, etc), o avaluacions donades sobre algun producte que van comprar en el passat o informació sobre els seus interessos. Existeixen dues formes d'obtenir aquesta informació: els usuaris ofereixen explícitament aquesta informació o el sistema pot adquirir la informació implícita disponible en les transaccions o historial de recerca dels usuaris. Per exemple, el sistema recomanador de pel·lícules MovieLens (http://movielens.umn.edu/login) demana als usuaris que avaluïn almenys 15 pel·lícules dintre d'una escala de * a * * * * * (horrible, ...., ha de ser vista). El sistema genera recomanacions sobre la base d'aquestes avaluacions. Quan els usuaris no estan registrat en el sistema i aquest no té informació d'ells, alguns sistemes realitzen les recomanacions tenint en compte l'historial de navegació. Amazon.com (http://www.amazon.com) realitza les recomanacions tenint en compte les recerques que un usuari a fet o recomana el producte més venut. No obstant això, aquests sistemes pateixen de certa falta d'informació. Aquest problema és generalment resolt amb l'adquisició d'informació addicional, se li pregunta als usuaris sobre els seus interessos o es cerca aquesta informació en fonts addicionals. La solució proposada en aquesta tesi és buscar aquesta informació en diverses fonts, específicament aquelles que contenen informació implícita sobre les preferències dels usuaris. Aquestes fonts poden ser estructurades com les bases de dades amb informació de compres o poden ser no estructurades com les pàgines web on els usuaris deixen la seva opinió sobre algun producte que van comprar o posseïxen. Nosaltres trobem tres problemes fonamentals per a aconseguir aquest objectiu: 1 . La identificació de fonts amb informació idònia per als sistemes recomanadors. 2 . La definició de criteris que permetin la comparança i selecció de les fonts més idònies. 3 . La recuperació d'informació de fonts no estructurades. En aquest sentit, en la tesi proposada s'ha desenvolupat: 1 . Una metodologia que permet la identificació i selecció de les fonts més idònies. Criteris basats en les característiques de les fonts i una mesura de confiança han estat utilitzats per a resoldre el problema de la identificació i selecció de les fonts. 2 . Un mecanisme per a recuperar la informació no estructurada dels usuaris disponible en la web. Tècniques de Text Mining i ontologies s'han utilitzat per a extreure informació i estructurar-la apropiadament perquè la utilitzin els recomanadors. Les contribucions del treball desenvolupat en aquesta tesi doctoral són: 1. Definició d'un conjunt de característiques per a classificar fonts rellevants per als sistemes recomanadors 2. Desenvolupament d'una mesura de rellevància de les fonts calculada sobre la base de les característiques definides 3. Aplicació d'una mesura de confiança per a obtenir les fonts més fiables. La confiança es definida des de la perspectiva de millora de la recomanació, una font fiable és aquella que permet millorar les recomanacions. 4. Desenvolupament d'un algorisme per a seleccionar, des d'un conjunt de fonts possibles, les més rellevants i fiable utilitzant les mitjanes esmentades en els punts previs. 5. Definició d'una ontologia per a estructurar la informació sobre les preferències dels usuaris que estan disponibles en Internet. 6. Creació d'un procés de mapatge que extreu automàticament informació de les preferències dels usuaris disponibles en la web i posa aquesta informació dintre de l'ontologia. Aquestes contribucions permeten aconseguir dos objectius importants: 1 . Millorament de les recomanacions usant fonts d'informació alternatives que sigui rellevants i fiables. 2 . Obtenir informació implícita dels usuaris disponible en Internet.

Shale Gas and the EU Internal Gas Market: Beyond the Hype and Hysteria. CEPS Working Document No. 369, September 2012

This paper analyses the interplay between shale gas and the EU internal gas market. Drawing on data presented in the 2012 International Energy Agency’s report on unconventional gas and additional scenario analyses performed by the Joint Research Centre, the paper is based on the assumption that shale gas will not fundamentally change the EU’s dependence on foreign gas supplies. It argues that attention should be shifted away from hyping shale gas to completing the internal gas market. Two main reasons are given for this. First, the internal gas market is needed to enable shale gas development in countries where there is political support for shale gas extraction. And second, a well-functioning internal gas market would, arguably, contribute much more to Europe’s security of supply than domestic shale gas exploitation. This has important implications for the shale gas industry. As it is hard to see how subsidies or exemptions from environmental legislation could be justified, shale gas development in Europe will only go ahead if it proves to be both economically and environmentally viable. It is thus up to the energy industry to demonstrate that this is the case.

Differences in phosphorus retention and release in soils amended with animal manures and sewage sludge

Excessive levels of P in agricultural soils pose a threat to local water quality. This study evaluated (i) time-dependent changes in soil P sorption (expressed as a phosphorus sorption index, PSI) and P availability (as resin P) during incubation (100 d) with poultry litter, cattle slurry, sewage sludge, or KH2PO4, added on a P-equivalent basis (100 mg P kg(-1)), and (ii) the subsequent kinetics of P release, measured by repeated extractions with a mixed cation-anion exchange resin. Soil exchangeable Ca and ammonium oxalate-extractable Fe and Al were also determined at 100 d of incubation. The small decrease in P sorption in the litter and sludge treatments (25%), compared with that in the slurry and KH2PO4 treatments (52%) between 20 and 100 d of incubation was attributed partly to the formation of new adsorption sites for P. Subsequent P release was described by a power equation: Resin P = a(extraction number)(b), where the constants a and b represent resin P obtained with a single extraction and the rate of P release per resin extraction, respectively. On average, the rate of P release decreased in the order: KH2PO4 and slurry > litter > sludge, and was inversely related to exchangeable Ca content of the incubated soils (R-2 = 0.57). The slower rates of P release in the litter and sludge treatments (P < 0.001) are attributed to the large values for exchangeable Ca (1050-2640 and 1070-2710 mg kg(-1), respectively) in these amended soils. Future research concerned with short-term declines in environmentally harmful levels of P in recently amended soils should consider the differential effects of the amendments on soil P dynamics.

What is wrong with the global support facility for small-scale mining?

The World Bank, United Nations and UK Department for International Development (DfID) have spearheaded a recent global drive to regularize artisanal and small-scale mining (ASM), and provide assistance to its predominantly impoverished participants. To date, millions of dollars have been pledged toward the design of industry-specific policies and regulations; implementation of mechanized equipment; extension; and the launch of alternative livelihood (AL) programmes aimed at diversifying local economies. Much of this funding, however, has failed to facilitate marked improvements, and in many cases, has exacerbated problems. This paper argues that a poor understanding of artisanal, mine-community dynamics and operators’ needs has, in a number of cases, led to the design and implementation of inappropriate industry support schemes and interventions. The discussion focuses upon experiences from sub-Saharan Africa, where ASM is in the most rudimentary of states.

Challenges with minimising mercury pollution in the small-scale gold mining sector: Experiences from the Guianas

This paper examines the barriers to mitigating mercury pollution at small-scale gold mines in the Guianas (Guyana, French Guiana and Suriname), and prescribes recommendations for overcoming these obstacles. Whilst considerable attention has been paid to analysing the environmental impacts of operations in the region, minimal research has been undertaken to identify appropriate policy and educational initiatives for addressing the mounting mercury problem. Findings from recent fieldwork and selected interviews with operators from Guyanese and Surinamese gold mining regions reveal that legislative incapacity, the region's varied industry policy stances, various technological problems, and low environmental awareness on the part of communities are impeding efforts to facilitate improved mercury management at small-scale gold mines in the Guianas. Marked improvements can be achieved, however, if legislation, particularly that pertaining to mercury, is harmonised in the region; educational seminars continue to be held in important mining districts; and additional outlets for disseminating environmental equipment and mercury-free technologies are provided.

Strained relations: a critical analysis of the mining conflict in Prestea, Ghana

This paper examines the dynamics of the ongoing conflict in Prestea, Ghana, where indigenous galamsey mining groups are operating illegally on a concession awarded to Bogoso Gold Limited (BGL), property of the Canadian-listed multinational Gold Star Resources. Despite being issued firm orders by the authorities to abandon their activities, galamsey leaders maintain that they are working areas of the concession that are of little interest to the company; they further counter that there are few alternative sources of local employment, which is why they are mining in the first place. Whilst the Ghanaian Government is in the process of setting aside plots to relocate illegal mining parties and is developing alternative livelihood projects, efforts are far from encouraging: in addition to a series of overlooked logistical problems, the areas earmarked for relocation have not yet been prospected to ascertain gold content, and the alternative income-earning activities identified are inappropriate. As has been the case throughout mineral-rich sub-Saharan Africa, the conflict in Prestea has come about largely because the national mining sector reform program, which prioritizes the expansion of predominantly foreign-controlled large-scale projects, has neglected the concerns of indigenous subsistence groups.

Combinatorial peptide ligand libraries and plant proteomics: a winning strategy at a price

The mechanism of action and properties of a solid-phase ligand library made of hexapeptides (combinatorial peptide ligand libraries or CPLL), for capturing the "hidden proteome", i.e. the low- and very low-abundance proteins constituting the vast majority of species in any proteome, as applied to plant tissues, are reviewed here. Plant tissues are notoriously recalcitrant to protein extraction and to proteome analysis. Firstly, rigid plant cell walls need to be mechanically disrupted to release the cell content and, in addition to their poor protein yield, plant tissues are rich in proteases and oxidative enzymes, contain phenolic compounds, starches, oils, pigments and secondary metabolites that massively contaminate protein extracts. In addition, complex matrices of polysaccharides, including large amount of anionic pectins, are present. All these species compete with the binding of proteins to the CPLL beads, impeding proper capture and identification / detection of low-abundance species. When properly pre-treated, plant tissue extracts are amenable to capture by the CPLL beads revealing thus many new species among them low-abundance proteins. Examples are given on the treatment of leaf proteins, of corn seed extracts and of exudate proteins (latex from Hevea brasiliensis). In all cases, the detection of unique gene products via CPLL capture is at least twice that of control, untreated sample.

Monatin and its stereoisomers: chemoenzymatic synthesis and taste properties

The sweet natural compound monatin 1 has two stereogenic centres and the (2S,4S) absolute configuration has been attributed to the natural isomer. We obtained all four stereoisomers as pure compounds by a six-step synthetic sequence. The stereogenic centre at C-4 was introduced stereoselectively by a regio- and enantiospecific enzymatic hydrolysis of the racemic ethyl dicarboxylate 4 using a protease from Aspergillus oryzae. The absolute configuration of the intermediate products was assigned by X-ray diffraction of chiral derivatives. The stereogenic centre at C-2 was introduced non-specifically, and the resulting diastereomeric mixtures were separated by RP-HPLC. The absolute configurations of the final products were established by comparing retention times on a chiral HPLC column with those of known samples. The four stereoisomers were submitted to tasting trials and three of them, particularly the (2R,4R) isomer, were found to be intensely sweet. A sample of natural monatin analysed under the same conditions is shown to contain all the four stereoisomers. The relative stereoisomeric content in the plant, as well as the possible isomerisation of the chiral centres during extraction and manipulation of monatin samples, are important points that need to be clarified by extensive analysis of the natural extracts. ((c) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2005).

Combinatorial peptide ligand libraries and plant proteomics: a winning strategy at a price

The mechanism of action and properties of a solid-phase ligand library made of hexapeptides (combinatorial peptide ligand libraries or CPLL, for capturing the "hidden proteome", i.e. the low- and very low-abundance proteins Constituting the vast majority of species in any proteome. as applied to plant tissues, are reviewed here. Plant tissues are notoriously recalcitrant to protein extraction and to proteome analysis, Firstly, rigid plant cell walls need to be mechanically disrupted to release the cell content and, in addition to their poor protein yield, plant tissues are rich in proteases and oxidative enzymes, contain phenolic Compounds, starches, oils, pigments and secondary metabolites that massively contaminate protein extracts. In addition, complex matrices of polysaccharides, including large amount of anionic pectins, are present. All these species compete with the binding of proteins to the CPLL beads, impeding proper capture and identification I detection of low-abundance species. When properly pre-treated, plant tissue extracts are amenable to capture by the CPLL beads revealing thus many new species among them low-abundance proteins. Examples are given on the treatment of leaf proteins, of corn seed extracts and of exudate proteins (latex from Hevea brasiliensis). In all cases, the detection of unique gene products via CPLL Capture is at least twice that of control, untreated sample. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Extraction behavior of nickel(II) using some of the BTBP-class ligands

Recently the BTBP-family of solvating ligands have been studied for their ability to separate trivalent actinides from lanthanides. Five of the BTBPs were evaluated for their ability to extract nickel(II) from aqueous nitrate media into cyclohexanone. It was shown by both solvent extraction and X-ray diffraction experiments that the BTBPs are capable of forming both 1: 1 and 1:2 complexes with nickel(II). When the BTBP concentration is low the nickel distribution ratio is governed by the formation of the nickel/BTBP complex while at higher BTBP concentrations the partitioning of the nickel complex between the two phases dictates the nickel distribution ratio.

6,6 '-bis (5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo[1,2,4]triazin-3-yl) [2,2 ']bipyridine, an effective extracting agent for the separation of americium(III) and curium(III) from the lanthanides

The extraction of americium(III), curium(III), and the lanthanides(III) from nitric acid by 6,6'- bis (5,5,8,8-tetramethyl-5,6,7,8-tetrahydro-benzo[1,2,4]triazin-3-yl)-[2,2'] bipyridine (CyMe4-BTBP) has been studied. Since the extraction kinetics were slow, N,N'-dimethyl-N,N'-dioctyl-2-(2-hexyloxy-ethyl)malonamide (DMDOHEMA) was added as a phase transfer reagent. With a mixture of 0.01 M CyMe4-BTBP + 0.25 M DMDOHEMA in n -octanol, extraction equilibrium was reached within 5 min of mixing. At a nitric acid concentration of 1 M, an americium(III) distribution ratio of approx. 10 was achieved. Americium(III)/lanthanide(III) separation factors between 50 (dysprosium) and 1500 (lanthanum) were obtained. Whereas americium(III) and curium(III) were extracted as disolvates, the stoichiometries of the lanthanide(III) complexes were not identified unambiguously, owing to the presence of DMDOHEMA. In the absence of DMDOHEMA, both americium(III) and europium(III) were extracted as disolvates. Back-extraction with 0.1 M nitric acid was thermodynamically possible but rather slow. Using a buffered glycolate solution of pH=4, an americium(III) distribution ratio of 0.01 was obtained within 5 min of mixing. There was no evidence of degradation of the extractant, for example, the extraction performance of CyMe4-BTBP during hydrolylsis with 1 M nitric acid did not change over a two month contact.

Studies on the parallel synthesis and evaluation of new heterocyclic extractants for the partitioning of minor actinides

Multiple parallel synthesis and evaluation have been combined in order to identify new nitrogen heterocycles for the partitioning of minor actinides(III) such as americium(III) from lanthanides such as europium(Ill). An array of triazine-containing molecules was made using multiple parallel syntheses from diketones and amide hydrazides. An excess of each of the resulting purified reagents was dissolved in 1,1,2,2-tetrachloroethane containing 2-bromodecanoic acid, and equilibrated with an aqueous solution containing the radiotracers Eu-152 and Am-241 in nitric acid ([Eu] + [Am] < 400 nanomol dm(-3)). Gamma counting of the organic and aqueous phases led to the identification of several new reagents for the selective extraction of americium(III). In particular, 6-(2-pyridyl)-2-(5,6-dialkyl-1,2,4-triazaphenyl)pyridines were found to be effective reagents for the separation of americium(III) from europium(III), (SFAm/Eu was ca. 30 in [HNO3] = 0.013 mol/L).

Comparison of dietary fat and fatty acid intake estimated by the duplicate diet collection technique and estimated dietary records

Introduction A high saturated fatty acid intake is a well recognized risk factor for coronary heart disease development. More recently a high intake of n-6 polyunsaturated fatty acids (PUFA) in combination with a low intake of the long chain n-3 PUFA, eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid has also been implicated as an important risk factor. Aim To compare total dietary fat and fatty acid intake measured by chemical analysis of duplicate diets with nutritional database analysis of estimated dietary records, collected over the same 3-day study period. Methods Total fat was analysed using soxhlet extraction and subsequently the individual fatty acid content of the diet was determined by gas chromatography. Estimated dietary records were analysed using a nutrient database which was supplemented with a selection of dishes commonly consumed by study participants. Results Bland & Altman statistical analysis demonstrated a lack of agreement between the two dietary assessment techniques for determining dietary fat and fatty acid intake. Conclusion The lack of agreement observed between dietary evaluation techniques may be attributed to inadequacies in either or both assessment techniques. This study highlights the difficulties that may be encountered when attempting to accurately evaluate dietary fat intake among the population.

A review of the spatial economics of non-timber forest product extraction: implications for policy

Patterns of forest cover and forest degradation determine the size and types of ecosystem services forests provide. Particularly in low-income countries, nontimber forest product (NTFP) extraction by rural people, which provides important resources and income to the rural poor, contributes to the level and pattern of forest degradation. Although recent policy, particularly in Africa, emphasizes forest degradation, relatively little research describes the spatial aspects of NTFP collection that lead to spatial degradation patterns. This paper reviews both the spatial empirical work on NTFP extraction and related forest degradation patterns, and spatial models of behavior of rural people who extract NTFPs from forest. Despite the impact of rural people's behavior on resulting quantities and patterns of forest resources, spatial–temporal models/patterns rarely inform park siting and sizing decisions, econometric assessments of park effectiveness, development projects to support conservation, or REDD protocols. Using the literature review as a lens, we discuss the models' implications for these policies with particular emphasis on effective conservation spending and leakage.