Non conventional biological treatment based on Trametes versicolor for the elimination of recalcitrant anticancer drugs in hospital wastewater

This work presents a study about the elimination of anticancer drugs, a group of pollutants considered recalcitrant during conventional activated sludge wastewater treatment, using a biological treatment based on the fungus Trametes versicolor. A 10-L fluidized bed bioreactor inoculated with this fungus was set up in order to evaluate the removal of 10 selected anticancer drugs in real hospital wastewater. Almost all the tested anticancer drugs were completely removed from the wastewater at the end of the batch experiment (8 d) with the exception of Ifosfamide and Tamoxifen. These two recalcitrant compounds, together with Cyclophosphamide, were selected for further studies to test their degradability by T. versicolor under optimal growth conditions. Cyclophosphamide and Ifosfamide were inalterable during batch experiments both at high and low concentration, whereas Tamoxifen exhibited a decrease in its concentration along the treatment. Two positional isomers of a hydroxylated form of Tamoxifen were identified during this experiment using a high resolution mass spectrometry based on ultra-high performance chromatography coupled to an Orbitrap detector (LTQ-Velos Orbitrap). Finally the identified transformation products of Tamoxifen were monitored in the bioreactor run with real hospital wastewater

Characterization and Control Strategies of an Integrated Chemical-Biological System for the Remediation of Toxic Pollutants in Wastewater: A case of study

In a previous work, a hybrid system consisting of an advanced oxidation process (AOP) named Photo-Fenton (Ph-F) and a fixed bed biological treatment operating as a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) was started-up and optimized to treat 200 mg·L-1 of 4-chlorophenol (4-CP) as a model compound. In this work, studies of reactor stability and control as well as microbial population determination by molecular biology techniques were carried out to further characterize and control the biological reactor. Results revealed that the integrated system was flexible and even able to overcome toxic shock loads. Oxygen uptake rate (OUR) in situ was shown to be a valid tool to control the SBBR operation, to detect toxic conditions to the biomass, and to assess the recovery of performance. A microbial characterization by 16S rDNA sequence analysis reveals that the biological population was varied, although about 30% of the bacteria belonged to the Wautersia genus.

La Depuradora del segle XXI

A partir de la reflexió sobre la situació actual i futura de les depuradores d’aigües, s’estudia l’obtenció d’un model conceptual de possible depuradora del segle XXI, entenent l’EDAR del segle XXI com a una instal•lació que gestioni de manera òptima les aigües residuals urbanes d’una població mitjana. (El cas pràctic es concreta en l’EDAR de Figueres)

Estudio y propuestas de tratamiento de PPCP’s en aguas residuales

La reutilización de las aguas residuales es una parte esencial del uso sostenible del agua. Sin embargo, las actuales plantas de tratamiento no están preparadas para tratar determinados compuestos como los llamados “contaminantes emergentes”. Los hábitos de consumo actuales estan generando una serie de residuos o microcontaminantes que hace tan solo unos años no existian. Entre esas nuevas sustancias aparecen los PPCP’s (Pharmaceuticals & Personal Care Products) que son un amplio grupo de compuestos químicos utilizados en veterinaria, prácticas agrícolas, salut humana y cosmetología. El mayor problema que presentan estas substancias en la actualidad es el parcial desconocimiento sobre sus efectos, la ausencia de reglamentaciones que determinen las concentraciones máximas admisibles en los cauces de vertido, la reducción en procesos de depuración convencionales, así como los tratamientos específicos aplicables a su eliminación. Los objetivos del presente proyecto són: estudiar las tipologías de PPCP’s y sus influencias para la salud humana y el medio ambiente, estudiar los diferentes sistemas de tratamiento de aguas existentes en plantas depuradoras y evaluar su eficiencia en la depuración de PPCP

Projecte d’instal·lacions sostenibles d’una masia rural aïllada

En aquest projecte es vol donar solució a la contaminació que es produeix a les llars ja sigui en forma de gasos d’efecte hivernacle o la contaminació d’aqüífers i rius per les aigües residuals d’aquestes. Els objectius a aconseguir són la disminució del consum d’energia de la llar, reduint així el consum de combustibles fòssils, amb la conseqüent disminució de gasos d’efecte hivernacle i l’estalvi econòmic que això suposa. I per altra banda la depuració de les aigües residuals, tot i que actualment totes les grans poblacions de Catalunya de més de 10.000 habitants ja disposen de EDARS i en pocs anys en tindran totes les de més de 2000 habitants. Però en aquest cas es tracta d’una població molt petita que no disposa de xarxa de clavegueram. En primer lloc s’ha plantejat un sistema de calefacció d’energia geotèrmica que ens permet aprofitar l’energia tèrmica que es va emmagatzemant a la terra degut a l’escalfor del sol i que ens permet extreure d’aquesta fins a ¾ parts de l’energia tèrmica necessària per el sistema de calefacció. En segon lloc es planteja un sistema de producció d’energia elèctrica per panells fotovoltaics que produeixi el consum elèctric anual familiar, tot i que no de forma directe, sinó venent l’energia a la xarxa elèctrica i comprant-la després de la xarxa. Per últim es projecta un sistema de depuració d’aigües per mitjà d’un aiguamoll artificial que permetrà a la casa, que no disposa de xarxa de clavegueram, retornar les aigües residuals en bones mediambientals a l’entorn rural que envolta l’edificació, sense perjudicar la fauna i els rius que l’envolten

Estudi de producció energètica amb microalgues : la reutilització de CO2 d’incineradora i d’aigües de depuradora

Disseny d’una planta de producció de microalgues com a complement de depuració d’aigües residuals actuant com a tractament terciari i basant-se en l’aprofitament dels nutrients sortints de la depuració d’aigües convencionals, donant un segon ús al CO2 per tal de fer créixer les microalgues i utilitzant la biomassa resultant com a combustible. La principal millora seria el reciclatge dels nutrients i la reutilització del CO2 en biomassa aprofitable

Implantació de la digestió anaeròbia a la EDAR de Castell-Platja d’Aro

Estudi de la viabilitat tècnica i econòmica de la implantació de la digestió anaeròbia a l’EDAR de Castell-Platja d’Aro per tal de portar a terme un sistema de cogeneració. S’ha estudiant el funcionament actual amb digestió aeròbia i s’ha valorat mitjançant balanços de matèria, energia i econòmics els avantatges i desavantatges de substituir la digestió aeròbia per anaeròbia

Prediction of the bulking phenomenon in wastewater treatment plants

The control and prediction of wastewater treatment plants poses an important goal: to avoid breaking the environmental balance by always keeping the system in stable operating conditions. It is known that qualitative information — coming from microscopic examinations and subjective remarks — has a deep influence on the activated sludge process. In particular, on the total amount of effluent suspended solids, one of the measures of overall plant performance. The search for an input–output model of this variable and the prediction of sudden increases (bulking episodes) is thus a central concern to ensure the fulfillment of current discharge limitations. Unfortunately, the strong interrelation between variables, their heterogeneity and the very high amount of missing information makes the use of traditional techniques difficult, or even impossible. Through the combined use of several methods — rough set theory and artificial neural networks, mainly — reasonable prediction models are found, which also serve to show the different importance of variables and provide insight into the process dynamics

Application of a support system to the design of wastewater treatment plants

This paper presents a case study that explores the advantages that can be derived from the use of a design support system during the design of wastewater treatment plants (WWTP). With this objective in mind a simplified but plausible WWTP design case study has been generated with KBDS, a computer-based support system that maintains a historical record of the design process. The study shows how, by employing such a historical record, it is possible to: (1) rank different design proposals responding to a design problem; (2) study the influence of changing the weight of the arguments used in the selection of the most adequate proposal; (3) take advantage of keywords to assist the designer in the search of specific items within the historical records; (4) evaluate automatically the compliance of alternative design proposals with respect to the design objectives; (5) verify the validity of previous decisions after the modification of the current constraints or specifications; (6) re-use the design records when upgrading an existing WWTP or when designing similar facilities; (7) generate documentation of the decision making process; and (8) associate a variety of documents as annotations to any component in the design history. The paper also shows one possible future role of design support systems as they outgrow their current reactive role as repositories of historical information and start to proactively support the generation of new knowledge during the design process

DAI-DEPUR: an integrated and distributed architecture for wastewater treatment plants supervision

The activated sludge process - the main biological technology usually applied to wastewater treatment plants (WWTP) - directly depends on live beings (microorganisms), and therefore on unforeseen changes produced by them. It could be possible to get a good plant operation if the supervisory control system is able to react to the changes and deviations in the system and can take the necessary actions to restore the system’s performance. These decisions are often based both on physical, chemical, microbiological principles (suitable to be modelled by conventional control algorithms) and on some knowledge (suitable to be modelled by knowledge-based systems). But one of the key problems in knowledge-based control systems design is the development of an architecture able to manage efficiently the different elements of the process (integrated architecture), to learn from previous cases (spec@c experimental knowledge) and to acquire the domain knowledge (general expert knowledge). These problems increase when the process belongs to an ill-structured domain and is composed of several complex operational units. Therefore, an integrated and distributed AI architecture seems to be a good choice. This paper proposes an integrated and distributed supervisory multi-level architecture for the supervision of WWTP, that overcomes some of the main troubles of classical control techniques and those of knowledge-based systems applied to real world systems

Identificació de paràmetres cinètics i estequiomètrics del procés de depuració de fangs actius mitjançant tècniques respiromètriques

El sistema de depuració de tipus Fangs Actius constitueix una de les tècniques més esteses arreu del món pel tractament biològic de les aigües residuals. Els softwares de modelització i simulació permeten adquirir coneixements de forma ràpida i senzilla sobre el funcionament dels processos de fangs actius, dur a terme la comparació entre diferents tecnologies de tractament i determinar les estratègies d'operació més rentables d'una EDAR minimitzant els costos. L'objectiu de la present tesi consisteix en la identificació dels principals paràmetres cinètics i coeficients estequiomètrics que caracteritzen el procés de fangs actius a partir de la mesura de la velocitat de consum d'oxigen de la biomassa. En aquest sentit s'ha dissenyat i desenvolupat un Respiròmetre Tancat Seqüencial (RTS), un Respiròmetre Tancat (RT) i un Programa d'Anàlisi de Respirometries (PAR) per la determinació dels paràmetres cinètics més representatius i característics dels sistemes de fangs actius en diferents casos.

Els Carbons activats del LEQUIA: noves perspectives en l'aprofitament dels fangs de depuradora

Els fangs que produeixen les depuradores estan esdevenint, pel seu volum, un problema que demana solucions. La via del compostatge no exhaureix la producció i en condiciona l'ús com a combustible o com a matèria primera per a l'obtenció de carbons activats. Els carbons activats tenen grans aplicacions en la indústria moderna. El LEQUIA de la UdG ha desenvolupat una nova metodologia per a l'obtenció d'aquest producte a partir dels fangs, que permet uns rendiments que els ha de fer atractius per a la seva industrialització. En el procés, a més, s'obté hidrogen i biodièsel en quantitats interessants

Impacte de l’aplicació de fangs de depuradora en un sòl agrícola

L'elevada quantitat d'aigües residuals generades per la societat actual i el posterior procés de depuració per tal d'eliminar els contaminants de l'aigua, provoca un gran volum de fangs que tradicionalment es duien en un abocador controlat o, pitjor encara, a les zones litorals on es dipositaven directament al mar. La reutilització dels fangs, obtinguts com a subproducte del tractament de les aigües residuals en les EDAR, com a adob biològic en camps agrícoles, és una de les opcions més utilitzades per a la seva gestió. Aquesta, pot ser una bona opció sempre i quan no suposi un risc per la salut, donat que el contingut al fang d'alguns contaminants pot ser elevat i l'acumulació excessiva per exemple d'elements potencialment tòxics (PTE) pot suposar un risc pels sòls i les plantes amb els problemes que això pot ocasionar. Encara que els fangs normalment presenten continguts en PTE inferiors als valors límit establerts per la normativa europea, la seva aplicació reiterada pot suposar un risc d'acumulació dels metalls en el sòl i, depenent de la seva mobilitat, també en les plantes. En aquest projecte, ens centrem en l'estudi de la mobilitat i biodisponibilitat dels metalls en els sòls on s'han cultivat cereals d'hivern, concretament ordi. Els fangs aportats en aquesta experiència són procedents de l'EDAR de Palamós, on reben un tractament de digestió anaeròbia. S'avalua tan el contingut pseudototal de PTE en el sòl, amb l'ajuda d'una digestió al microones, com el contingut de metall biodisponible. A continuació, es determinarà la concentració dels PTE en els extractes mitjançant l'ICP-AES o ICP-MS, depenent de la concentració d'aquests.El projecte es centra en l'avaluació del possible impacte de l'aplicació continuada de biosòlids en sòls agrícoles. Des d'un punt de vista operacional, l'estudi es portarà a terme en parcel•les experimentals situades a l'Estació Experimental Mas Badia, on es porten aplicant fangs de depuradora de manera reiterada durant 12 anys, amb l'objectiu de valorar l'interès agrícola i la incidència agronòmica de l’aplicació de fangs de depuradora en diferents cultius, a mig i a llarg termini

Adsorbents a partir de fangs biològics excedents de depuradora mitjançant l'aplicació de microones: estudi d'obtenció, caracterització i aplicació en fase líquida

El fang biològic es produeix en les plantes de tractament d'aigües residuals urbanes i industrials. El tractament i la gestió dels fangs és un dels problemes més importants en el camp del tractament de les aigües residuals. Aquesta situació es preveu que es veurà agreujada en el futur, per un increment del volum de fang produït associat a l'exigència de nivells més alts de depuració i per l'augment dels nombre d'estacions depuradores en funcionament. D'altre banda, les limitacions que presenten les opcions tradicionals de gestió dels fangs, fa necessari buscar solucions innovadores i efectives per a solucionar el problema que suposa la gestió d'aquests fangs biològics. Els fangs biològics són de naturalesa carbonosa i amb un alt contingut de matèria orgànica. Aquestes característiques, permeten la conversió del fang en un sòlid adsorbent de tipus carbonós. Aquesta conversió ofereix el doble benefici de reduir el volum de fang que ha de ser gestionat i alhora produir un adsorbent amb un cost inferior a la dels adsorbents convencionals (carbons actius comercials). Fins el moment, els tractaments alta temperatura han demostrat la seva efectivitat per du a terme el procés de transformació dels excedents de fang biològic en un sòlid adsorbent carbonós (carbó actiu). Com a alternativa a aquests processos a alta temperatura, es proposa un nou procés d'obtenció d'un sòlid adsorbent carbonós a partir dels excedents de fangs biològics, mitjançant un tractament a baixa temperatura, combinant el tractament per microones amb l'addició d'un reactiu químic (H2SO4). La present tesi analitza el tractament dels excedents de fangs biològics utilitzant un tractament mitjançant microones i l'addició d'àcid sulfúric (H2SO4), al mateix temps analitza la possibilitat d'utilitzar els sòlids adsorbents obtinguts per a millorar la qualitat de les aigües residuals. Paràmetres d'operació com poden ser la quantitat d'àcid sulfúric addicionada al fang, el nivell de potència del forn microones i el temps de tractament, es modificaran per tal de determinar la influència que poden tenir sobre la qualitat del sòlid adsorbent. Un cop determinada la qualitat dels diferent sòlids adsorbents s'avalua la seva capacitat per a l'eliminació de colorant i metalls en fase líquida. Els resultats obtinguts es comparen amb els obtinguts per un carbó actiu derivat de fangs i un carbó actiu comercial.

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.