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).

Procés de destintatge del paper per flotació. Avaluació de l'eficàcia de l'eliminació de tinta

La tesi doctoral presentada té com a objectius principals l'estudi de les etapes fonamentals de desintegració i flotació en un procés de destintatge de papers vell de qualitats elevades per a poder millorar l'eficàcia d'aquestes etapes clau. Conté una revisió teòrica completa i molt actualitzada del procés de desintegració i flotació tant a nivell macroscòpic com microscòpic. La metodologia de treball en el laboratori, la posada a punt dels aparells, així com les anàlisis efectuades per a valorar la resposta del procés (anàlisi de blancor, anàlisi d'imatge i anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual) estan descrites en el capítol de material i mètodes. La posada en marxa permet obtenir unes primeres conclusions respecte la necessitat de treballar amb una matèria primera homogènia i respecte la no significació de la temperatura de desintegració dins l'interval de treball permès al laboratori (20-50°C). L'anàlisi de les variables mecàniques de desintegració: consistència de desintegració (c), velocitat d'agitació en la desintegració (N) i temps de desintegració (t), permet de discernir que la consistència de desintegració és una variable fonamental. El valor de consistència igual al 10% marca el límit d'existència de les forces d'impacte mecànic en la suspensió fibrosa. A consistències superiors, les forces viscoses i d'acceleració dominen l'etapa de desintegració. Existeix una interacció entre la consistència i el temps de desintegració, optimitzant-se aquesta darrera variable en funció del valor de la consistència. La velocitat d'agitació és significativa només per a valors de consistència de desintegració inferiors al 10%. En aquests casos, incrementar el valor de N de 800 a 1400 rpm representa una disminució de 14 punts en el factor de destintabilitat. L'anàlisi de les variables químiques de desintegració: concentració de silicat sòdic (% Na2SiO3), peròxid d'hidrogen (% H2O2) i hidròxid sòdic (% Na2OH), proporciona resultats força significatius. El silicat sòdic presenta un efecte altament dispersant corroborat per les corbes de distribució dels diàmetres de partícula de tinta obtingudes mitjançant anàlisi d'imatges. L'hidròxid sòdic també presenta un efecte dispersant tot i que no és tant important com el del silicat sòdic. Aquests efectes dispersants són deguts principalment a l'increment de les repulsions electrostàtiques que aporten a la suspensió fibrosa aquests reactius químics fent disminuir l'eficàcia d'eliminació de l'etapa de flotació. El peròxid d'hidrogen utilitzat generalment com agent blanquejant, actua en aquests casos com a neutralitzador dels grups hidroxil provinents tant del silicat sòdic com de l'hidròxid sòdic, disminuint la repulsió electrostàtica dins la suspensió. Amb l'anàlisi de les variables hidrodinàmiques de flotació: consistència de flotació (c), velocitat d'agitació durant la flotació (N) i cabal d'aire aplicat (q), s'aconsegueix la seva optimització dins el rang de treball permès al laboratori. Valors elevats tant de la velocitat d'agitació com del cabal d'aire aplicat durant la flotació permeten eliminar majors quantitats de tinta. La consistència de flotació assoleix valors òptims depenent de les condicions de flux dins la cel·la de flotació. Les metodologies d'anàlisi emprades permeten obtenir diferents factors de destintabilitat. Entre aquests factors existeix una correlació important (determinada pels coeficients de correlació de Pearson) que permet assegurar la utilització de la blancor com a paràmetre fonamental en l'anàlisi del destintatge de papers vells, sempre i quan es complementi amb anàlisis d'imatge o bé amb anàlisi de la concentració efectiva de tinta residual. S'aconsegueixen expressions empíriques tipus exponencial que relacionen aquests factors de destintabilitat amb les variables experimentals. L' estudi de les cinètiques de flotació permet calcular les constants cinètiques (kBlancor, kERIC, kSupimp) en funció de les variables experimentals, obtenint un model empíric de flotació que relacionant-lo amb els paràmetres microscòpics que afecten realment l'eliminació de partícules de tinta, deriva en un model fonamental molt més difícil d'interpretar. Mitjançant l'estudi d'aquestes cinètiques separades per classes, també s'aconsegueix determinar que l'eficàcia d'eliminació de partícules de tinta és màxima si el seu diàmetre equivalent és superior a 50 μm. Les partícules amb diàmetres equivalents inferiors a 15 μm no són eliminades en les condicions de flotació analitzades. Es pot dir que és físicament impossible eliminar partícules de tinta de diàmetres molt diferents amb la mateixa eficiència i sota les mateixes condicions de treball. El rendiment del procés analitzat en funció de l'eliminació de sòlids per l'etapa de flotació no ha presentat relacions significatives amb cap de les variables experimentals analitzades. Únicament es pot concloure que addicionar quantitats elevades de silicat sòdic provoca una disminució tant de sòlids com de matèria inorgànica presents en les escumes de flotació.

Antecedentes de la lealtad en los entornos on line y off line: un análisis empírico aplicado al sector de la aviación civil

El objetivo de esta investigación es analizar la lealtad de los usuarios de líneas aéreas tanto en el entorno online como en el entorno offline. La revisión bibliográfica ha identificado tres antecedentes: la satisfacción, la confianza y el valor percibido. Se ha llevado a cabo un estudio empírico realizándose un total de 1710 entrevistas personales en el aeropuerto del Prat (Barcelona) a usuarios de dos compañías aéreas tradicionales, Iberia y British Airways, y a una compañía low cost, Easyjet. Se trata de las tres compañías que operan con vuelos directos Barcelona-Londres. En el análisis de los datos se han utilizado modelos de ecuaciones estructurales y en particular la técnica utilizada fue el análisis factorial confirmatorio. Los resultados revelan que tanto la satisfacción, como la confianza y el valor percibido explican las relaciones de lealtad entre los pasajeros y las compañías aéreas.

Chronic pesticide poisoning from persistent low-dose exposures in Ecuadorean floriculture workers: toward validating a low-cost test battery

Chronic pesticide poisoning is difficult to detect. We sought to develop a low-cost test battery for settings such as Ecuador’s floriculture industry. First we had to develop a case definition; as with all occupational diseases a case had to have both sufficient effective dose and associated health effects. For the former, using canonical discriminant analysis, we found that adding measures of protection and overall environmental stressors to occupational category and duration of exposure was useful. For the latter, factor analysis suggested three distinct manifestations of pesticide poisoning. We then determined sensitivity and specificity of various combinations of symptoms and simple neurotoxicity tests from the Pentox questionnaire, and found that doing so increased sensitivity and specificity compared to use of acethylcholinesterase alone – the current screening standard. While sensitivity and specificity varied with different case definitions, our results support the development of a low-cost test battery for screening in such settings.

Stability of a Seabird Population in the Presence of an Introduced Predator

We hypothesized that although large populations may appear able to withstand predation and disturbance, added stochasticity in population growth rate (λ) increases the risk of dramatic population declines. Approximately half of the Aleutian Islands' population of Least Auklets (Aethia pusilla) breed at one large colony at Kiska Island in the presence of introduced Norway rats (Rattus norvegicus) whose population erupts periodically. We evaluated two management plans, do nothing or eradicate rats, for this colony, and performed stochastic elasticity analysis to focus future research and management. Our results indicated that Least Auklets breeding at Kiska Island had the lowest absolute value of growth rate and more variable λ's (neither statistically significant) during 2001-2010, when compared with rat-free colonies at Buldir and Kasatochi islands. We found variability in the annual proportional change in population size among islands with Kiska Island having the fastest rate of decline, 78% over 20 years. Under the assumption that the eradication of rats would result in vital rates similar to those observed at rat-free Buldir and Kasatochi islands, we found the projected population decline decreased from 78% to 24% over 20 years. Overall, eradicating rats at Kiska Island is not likely to increase Least Auklet vital rates, but will decrease the amount of variation in λ, resulting in a significantly slower rate of population decline. We recommend the eradication of rats from Kiska Island to decrease the probability of dramatic population declines and ensure the future persistence of this important colony.

Airborne measurements of the spatial distribution of aerosol chemical composition across Europe and evolution of the organic fraction

The spatial distribution of aerosol chemical composition and the evolution of the Organic Aerosol (OA) fraction is investigated based upon airborne measurements of aerosol chemical composition in the planetary boundary layer across Europe. Sub-micron aerosol chemical composition was measured using a compact Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer (cToF-AMS). A range of sampling conditions were evaluated, including relatively clean background conditions, polluted conditions in North-Western Europe and the near-field to far-field outflow from such conditions. Ammonium nitrate and OA were found to be the dominant chemical components of the sub-micron aerosol burden, with mass fractions ranging from 20--50% each. Ammonium nitrate was found to dominate in North-Western Europe during episodes of high pollution, reflecting the enhanced NO_x and ammonia sources in this region. OA was ubiquitous across Europe and concentrations generally exceeded sulphate by 30--160%. A factor analysis of the OA burden was performed in order to probe the evolution across this large range of spatial and temporal scales. Two separate Oxygenated Organic Aerosol (OOA) components were identified; one representing an aged-OOA, termed Low Volatility-OOA and another representing fresher-OOA, termed Semi Volatile-OOA on the basis of their mass spectral similarity to previous studies. The factors derived from different flights were not chemically the same but rather reflect the range of OA composition sampled during a particular flight. Significant chemical processing of the OA was observed downwind of major sources in North-Western Europe, with the LV-OOA component becoming increasingly dominant as the distance from source and photochemical processing increased. The measurements suggest that the aging of OA can be viewed as a continuum, with a progression from a less oxidised, semi-volatile component to a highly oxidised, less-volatile component. Substantial amounts of pollution were observed far downwind of continental Europe, with OA and ammonium nitrate being the major constituents of the sub-micron aerosol burden. Such anthropogenically perturbed air masses can significantly perturb regional climate far downwind of major source regions.

The Structure and implications of children's attitudes to school

The paper reports a study of children's attitudes to school based on a questionnaire survey of 845 pupils in their first year of secondary school in England, together with interviews with a sample of the children. A clearly structured set of attitudes emerged from a factor analysis which showed a distinction between instrumental and affective aspects of attitudes but also dimensions within these, including a sense of teacher commitment and school as a difficult environment. Virtually all children had a strong sense of the importance of doing well at school. However, a substantial minority were not sure that they would stay on after 16. There were few differences between boys and girls or between children from different socio-economic backgrounds but children planning to leave at 16 enjoyed school less and were less sure that it had anything to offer them. There was an almost universal commitment to the value of education but, for a minority, an ambivalence about the experience and relevance of schooling for them.

The impact of ICT on the work patterns of managers and their organisations

Purpose – The main aim of this paper is to present the results of a study examining managers' attitudes towards the deployment and use of information and communications technology (ICT) in their organisations. The study comes at a time when ICT is being recognised as a major enabler of innovation and new business models, which have the potential to have major impact on western economies and jobs. Design/methodology/approach – A questionnaire was specially designed to collect data relating to three research questions. The questionnaire also included a number of open-ended questions. A total of 181 managers from a wide range of industries across a number of countries participated in the electronic survey. The quantitative responses to the survey were analysed using SPSS. Exploratory factor analysis using Varimax rotation was used and ANOVA to compare responses by different groups. Findings – The survey showed that many of the respondents appeared equipped to work “any place, any time”. However, it also highlighted the challenges managers face in working in a connected operation. Also, the data suggested that many managers were less than confident about their companies' policies and practices in relation to information management. Originality/value – A next step from this exploratory research could be the development of a model exploring the impact of ICT on management and organisational performance in terms of personal characteristics of the manager, the role performed, the context and the ICT provision. Also, further research could focus on examining in more detail differences between management levels.

Critical success factors for competitiveness of contractors: A China study

Gaining or maintaining a “contractor's” competitive advantage is not easy as it is determined by a large number of factors. Identification of critical success factors (CSFs) allows one to reduce the vast number of factors to some manageable few but vital ones. Based on the CSFs, contractors' limited resources such as money and manpower can be allocated and aligned appropriately for yielding a maximum outcome of overall competitiveness. This paper describes the CSFs identified from a survey study carried out in Mainland China. The ranking analysis of the survey results shows that 35 factors are rated as critical for determining the competitiveness of a contractor. Factor analysis reveals that the 35 CSFs identified can be grouped into eight clusters, namely, project management skills, organization structure, resources, competitive strategy, relationships, bidding, marketing, and technology. The CSFs in this study provide a vehicle for guiding a contractor in managing its resources in order to improve competitive advantage. The study also provides insights into the management of competitiveness for contractors that are operating in the particular context of the Chinese construction industry.

Teacher self-perceptions of effectiveness: a study in a district of Kenya

Background and purpose: The paper reports a study of the perceptions of teachers in secondary schools in the Gucha district of Kenya of their own effectiveness, the structure of their self-perceptions, variations in self-perceived effectiveness and the relationship between self-perceptions of effectiveness and the examination performance of their students. Design and methods: Data were based on questionnaires completed by 109 English and mathematics teachers from a random sample of 30 schools in the Gucha district of Kenya. Pupil examination results were also collected from the schools. Results: Three dimensions of self-perceived effectiveness emerged from a factor analysis. These were: pedagogic process, personal and affective aspects of teaching and effectiveness with regard to pupil performance. Teachers tended to rate themselves relatively highly with regard to the first two, process-oriented, dimensions but less highly on the third, outcome-oriented, dimension. Self-ratings for pupil outcomes correlated with pupil examination performance at school level. Conclusions: The results show that these teachers can have a sense of themselves as competent classroom performers and educational professionals without necessarily having a strong sense of efficacy with regard to pupil outcomes.

The roles of persistence and perseveration in psychopathology

Two constructs were hypothesized to be of importance in psychological disorders: persistence (the ability to keep going to reach a goal, even when the task is difficult or drawn out) and perseveration (the tendency to continue a behavior, even when it ceases to be effective or rewarding). These are contrasted with perfectionism (having high standards for oneself or others). A measure was developed to address these constructs (the Persistence, Perseveration and Perfectionism Questionnaire; PPPQ). The PPPQ was administered to 325 nonclinical participants, alongside a measure of psychological disturbance. Factor analysis resulted in a 22-item version of the measure, consisting of subscales with good psychometric properties corresponding to the 3 theoretical constructs. Persistence was associated with lower levels of psychopathology, whereas perseveration was associated with higher levels of psychopathology. Perfectionism was weakly associated with psychopathology. Further work is needed to develop these constructs with clinical groups, but the findings support the hypothesis that persistence is an adaptive construct whereas perseveration is maladaptive.

Huntington's disease patients have selective problems with insight

The objective of this study was to determine insight in patients with Huntington's disease (HD) by contrasting patients' ability to rate their own behavior with their ability to rate a person other than themselves. HD patients and carers completed the Dysexecutive Questionnaire (DEX), rating themselves and each other at two time points. The temporal stability of these ratings was initially examined using these two time points since there is no published test-retest reliability of the DEX with this Population to date. This was followed by a comparison of patients' self-ratings and carer's independent ratings of patients by performing correlations with patients' disease variables, and in exploratory factor analysis was conducted on both sets of ratings. The DEX showed good test-retest reliability, with patients consistently and persistently underestimating the degree of their dysexecutive behavior, but not that of their carers. Patients' self-ratings and caters' ratings of patients both showed that dysexecutive behavior in HD can be fractionated into three underlying components (Cognition, Self-regulation, Insight), and the relative ranking of these factors was similar for both data sets. HD patients consistently underestimated the extent of only their own dysexecutive behaviors relative to carers' ratings by 26%, but were similar in ascribing ranks to the components of dysexecutive behavior. (c) 2005 Movement Disorder Society.

Robustness and applicability of Markov chain Monte Carlo algorithms for eigenvalue problems

In this paper we analyse applicability and robustness of Markov chain Monte Carlo algorithms for eigenvalue problems. We restrict our consideration to real symmetric matrices. Almost Optimal Monte Carlo (MAO) algorithms for solving eigenvalue problems are formulated. Results for the structure of both - systematic and probability error are presented. It is shown that the values of both errors can be controlled independently by different algorithmic parameters. The results present how the systematic error depends on the matrix spectrum. The analysis of the probability error is presented. It shows that the close (in some sense) the matrix under consideration is to the stochastic matrix the smaller is this error. Sufficient conditions for constructing robust and interpolation Monte Carlo algorithms are obtained. For stochastic matrices an interpolation Monte Carlo algorithm is constructed. A number of numerical tests for large symmetric dense matrices are performed in order to study experimentally the dependence of the systematic error from the structure of matrix spectrum. We also study how the probability error depends on the balancing of the matrix. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

The risk-taking and self-harm inventory for adolescents: Development and psychometric evaluation

In this study, we report on the development and psychometric evaluation of the Risk-Taking (RT) and Self-Harm (SH) Inventory for Adolescents (RTSHIA), a self-report measure designed to assess adolescent RT and SH in community and clinical settings. 651 young people from secondary schools in England ranging in age from 11.6 years to 18.7 years and 71 young people referred to mental health services for SH behavior in London between the ages of 11.9 years and 17.5 years completed the RTSHIA along with standardized measures of adolescent psychopathology. Two factors emerged from the principal axis factoring, and RT and SH were further validated by a confirmatory factor analysis as related, but different, constructs, rather than elements of a single continuum. Inter-item and test–retest reliabilities were high for both components (Cronbach's α = .85, rtt = .90; Cronbach's α .93, rtt = .87), and considerable evidence emerged in support of the measure's convergent, concurrent, and divergent validity. The findings are discussed with regard to potential usefulness of the RTSHIA for research and clinical purposes with adolescents.

Deciphering the complexity of sainfoin (Onobrychis viciifolia) proanthocyanidins by MALDI-TOF mass spectrometry with a judicious choice of isotope patterns and matrixes

Use of superdihydroxybenzoic acid as the matrix enabled the analysis of highly complex mixtures of proanthocyanidins from sainfoin (Onobrychis viciifolia) by MALDI-TOF mass spectrometry. Proanthocyanidins contained predominantly B-type homopolymers and heteropolymers up to 12- mers (3400 Da). Use of another matrix, 2,6-dihydroxyacetophenone, revealed the presence of A-type glycosylated dimers. In addition, we report here how a comparison of the isotopic adduct patterns, which resulted from Li and Na salts as MALDI matrix additives, could be used to confirm the presence of A-type linkages in complex proanthocyanidin mixtures. Preliminary evidence suggested the presence of A-type dimers in glycosylated prodelphinidins and in tetrameric procyanidins and prodelphinidins.