Tesis doctorals (IMA)

Paisaje, bien común y servicios ecosistémicos culturales. Nuevos parámetros de planificación territorial en la interfase de tierras secas (Mendoza - Argentina)

Tue, 28 Jan 2025 00:00:00 GMT

Paisaje, bien común y servicios ecosistémicos culturales. Nuevos parámetros de planificación territorial en la interfase de tierras secas (Mendoza - Argentina) Tonda, Maria Marta ENG- Dryland landscapes around the world face significant challenges due to their inherent fragility and the increasing pressure they face from multiple dimensions. Research suggests that developing territorial management approaches that consider both the tangible and intangible aspects of the environment could be beneficial in addressing these complexities. This doctoral thesis explores the integration of the contemporary notion of landscape, cultural ecosystem services, and the concept of landscape as a common good, with the aim of proposing new parameters for territorial planning that respond to the particularities of these territories. The study focuses on the piedmont of the Metropolitan Area of Mendoza, Argentina, a region representative of drylands, often underestimated, that also acts as an interface between the irrigated urban oasis and the non-irrigated drylands, which gives it particular interest. This uniqueness provides a valuable context to investigate how these new parameters can be applied in an environment marked by the tension between landscape appreciation and urban development demands. The research begins with an exploratory review of the historical and cultural evolution of the landscape concept, with special emphasis on how intangible values—such as cultural, historical, aesthetic, spiritual elements, among many others—have been fundamental in shaping the contemporary landscape. This approach is framed in the understanding of the landscape not only as a physical space but as a dynamic entity and a social construct, whose management is essential for people's well-being. The European Landscape Convention is presented as a key reference, offering a flexible framework that promotes the inclusion of these intangible values in territorial planning. The study focuses on the piedmont of the Metropolitan Area of Mendoza, an interface between the urban oasis and the drylands. Through a mixed-methods approach combining qualitative and quantitative approaches, the spatialization of the landscape’s intangible values is carried out using tools such as participatory mapping and citizen science. These methods allow local actors to identify and assess the landscape elements (both tangible and intangible) that they consider essential for their quality of life and well-being, facilitating their integration into territorial planning; CAT- Els paisatges de les terres seques arreu del món es troben davant de desafiaments significatius degut a la seva fragilitat inherent i a la creixent pressió que afronten des de múltiples dimensions. La recerca suggereix que podria ser beneficiós desenvolupar enfocaments de gestió territorial que considerin tant els aspectes tangibles com els intangibles de l’entorn per abordar aquestes complexitats. En aquesta tesi doctoral, s'explora la integració de la noció contemporània de paisatge, els serveis ecosistèmics culturals i el concepte de paisatge com a bé comú, amb l’objectiu de proposar nous paràmetres per a la planificació territorial que responguin a les particularitats d’aquests territoris. L’estudi se centra en el Piedemonte de l’Àrea Metropolitana de Mendoza, Argentina, una regió representativa de les terres seques, sovint subestimades, que també actua com a interfície entre l’oasi urbà (regat) i el secà (no regat), cosa que li confereix un interès particular. Aquesta singularitat ofereix un context valuós per investigar com aquests nous paràmetres poden aplicar-se en un entorn marcat per la tensió entre la valoració del paisatge i les demandes de desenvolupament urbà. La recerca parteix d’una revisió exploratòria de l’evolució històrica i cultural del concepte de paisatge, amb especial èmfasi en com els valors intangibles —com ara els elements culturals, històrics, estètics, espirituals, entre molts altres— han estat fonamentals en la configuració del paisatge contemporani. Aquest enfocament s'emmarca en la comprensió del paisatge no només com un espai físic, sinó com un ésser dinàmic i una construcció social, la gestió de la qual és essencial per al benestar de les persones. El Conveni Europeu del Paisatge es presenta com un referent clau, en oferir un marc flexible que promou la inclusió d’aquests valors intangibles en la planificació territorial. L’estudi se centra en el Piedemonte de l’Àrea Metropolitana de Mendoza, una interfície entre l’oasi urbà i les terres seques. A través d’una metodologia mixta que combina enfocaments qualitatius i quantitatius, es duu a terme l’espacialització dels valors intangibles del paisatge, utilitzant eines com el mapatge participatiu i la ciència ciutadana. Aquests mètodes permeten als actors locals identificar i valorar els elements (tangibles i intangibles) del paisatge que consideren fonamentals per a la seva qualitat de vida i benestar, facilitant la seva integració en la planificació territorial

Infraestructura verde y planeamiento: método basado en las contribuciones de la naturaleza a las personas. El caso de Cuenca-Ecuador

Tue, 17 Dec 2024 00:00:00 GMT

Infraestructura verde y planeamiento: método basado en las contribuciones de la naturaleza a las personas. El caso de Cuenca-Ecuador Albarracin, Giovany Although a globally recognized phenomenon, the growth of urban agglomerations presents particularities according to the local context. In Cuenca – Ecuador, expansive urban growth, especially during the twentieth century, has generated social and environmental conflicts, putting at risk the capacity of ecosystems to contribute to the benefit of people. Territory fragmentation due to urbanization is one of the main causes of biodiversity loss, significantly affecting ecosystems and, ultimately, the health and stability of the planet. This work proposes a project device, Green Infrastructure (GI), considered to be a strategic planning instrument that seeks to achieve a mutual benefit between nature conservation and urban development. Among the main functions of the GI are to protect biodiversity, and also, to preserve and improve Nature's Contributions to People (NCP). NCPs, expanding the concept of Ecosystem Services (ES), are defined as positive and negative contributions of living nature to people's quality of life, promoting a holistic understanding of the relationship between people and nature. Despite the lack of a single accepted methodology to evaluate the contributions of nature, this research brings together recognized methodologies and proposes a contextualized methodology for the Andean environment, relates the ecological and spatial units of the territory whose ontology is based on a certain degree of homogeneity with the NCPs, through an evaluation matrix. The validation of this matrix through the combination of local and expert knowledge allows a broader understanding of natural systems, improving the soundness of environmental decisions for sustainable and resilient planning of the territory. The results of the assessment, represented in geographic information systems (QGIS), not only clearly show the NCPs on the spatial units of the territory, but also allow the GI to be structured around an area of high ecological value (core zone), surrounded by ecosystems (buffer zone) responsible for maintaining and protecting the health of the core zone, and articulated with each other by ecological corridors. This makes it possible to establish strategies aimed at nature conservation by consolidating a priority area of high ecological value, protection zones, and restoration zones essential for the survival of populations, habitats, and associated ecosystems. In conclusion, the Green Infrastructure strategy seeks to define better relationships between urban growth and environmental values, providing a long-term management model for a network of green and blue spaces that support natural functions and human benefits; El creixement de les aglomeracions urbanes, tot i ser un fenomen globalment reconegut, presenta particularitats segons el context local. A Cuenca – Equador, el creixement urbà expansiu, especialment durant el segle XX, ha generat conflictes socials i ambientals, posant en risc la capacitat dels ecosistemes per proporcionar contribucions en benefici de les persones. La fragmentació del territori degut a la urbanització és una de les principals causes de la pèrdua de biodiversitat, que afecta significativament els ecosistemes i, en última instància, a la salut i a l'estabilitat del planeta. Aquest treball proposa un dispositiu projectual, la Infraestructura Verda (IV), considerada un instrument estratègic de planificació que busca assolir un benefici mutu entre la conservació de la natura i el desenvolupament urbà. Entre les funcions principals de la IV destaquen la protecció de la biodiversitat i la conservació i millora de les Contribucions de la Natura a les Persones (CNP). Les CNP, ampliant el concepte de Serveis Ecosistèmics (SE), es defineixen com a contribucions positives i negatives de la natura viva a la qualitat de vida de les persones, promovent una comprensió holística de la relació entre les persones i la natura. Tot i la manca d’una metodologia única acceptada per avaluar les contribucions de la natura, aquesta recerca reuneix diverses metodologies reconegudes i en proposa una contextualitzada per al medi andí, que relaciona les unitats ecològiques i espacials del territori, la ontologia del qual es basa en un cert grau d'homogeneïtat, amb les CNP mitjançant una matriu d'avaluació. La validació d’aquesta matriu, a través de la combinació del coneixement local i expert, permet una comprensió més àmplia dels sistemes naturals, millorant la solidesa de les decisions ambientals per a una planificació sostenible i resilient del territori. Els resultats de l'avaluació, representats en sistemes d'informació geogràfica (QGIS), no només mostren amb claredat les CNP sobre les unitats espacials del territori, sinó que també permeten vertebrar la IV al voltant d'una zona de gran valor ecològic (zona core), envoltada d'ecosistemes (zona buffer) encarregats de mantenir i protegir la salut de la zona core, i articulats entre si per corredors ecològics. Això permet establir estratègies orientades a la conservació de la natura mitjançant la consolidació d'una zona prioritària de gran valor ecològic, zones de protecció i zones de restauració fonamentals per a la supervivència de les poblacions, els hàbitats i els ecosistemes associats. En conclusió, l'estratègia d'Infraestructura Verda busca definir millors relacions entre el creixement urbà i els valors ambientals, proporcionant un model de gestió a llarg termini per a una xarxa d'espais verds i blaus que donen suport a funcions naturals i beneficis humans

Impact of bio-reduced graphene oxide on the anaerobic transformation of emerging pollutants

Wed, 11 Dec 2024 00:00:00 GMT

Impact of bio-reduced graphene oxide on the anaerobic transformation of emerging pollutants Casabella-Font, Oriol ENG- Human society has developed around a central pillar that enhances our well-being, increases life expectancy, and improves health. However, while medicines have been instrumental in solving many health issues, they also pose an environmental problem. Simply by living, we generate waste substances that must be expelled from our bodies, and the drugs we consume are no exception. Eventually, these drugs are released into the environment. To mitigate this, we have constructed a network of wastewater treatment plants designed to manage the waste we produce daily. These plants encourage bacterial growth by providing large amounts of oxygen for them to "breathe”. However, these facilities were primarily designed to remove organic matter and some nutrients, not to address the challenges posed by so-called emerging contaminants. Emerging contaminants are pollutants that, until recently, were difficult to detect, but advances in detection methods have revealed their significant environmental impact. The research conducted for this thesis investigated the addition of a nanomaterial derived from graphene (graphene oxide) to enhance the growth of microorganisms that do not use oxygen for respiration. The advantage of using these microorganisms is that they can convert organic matter in wastewater into methane, thus allowing energy recovery from wastewater. However, these microorganisms are slow to act. Graphene oxide serves as a support structure for these microorganisms, allowing them to grow more effectively and exchange energy (electrons) through its matrix. The conclusion of this doctoral research reveals an ambivalent effect from adding graphene oxide. During the adaptation phase, microorganisms were able to degrade even the most persistent drugs in wastewater more efficiently, but methane production decreased. Nevertheless, once microorganisms had adapted to the new material, drug elimination was no longer enhanced, but methane production increased significantly. This finding is crucial because it opens the door to exploring new conditions that might favor the removal of pharmaceutical contaminants from wastewater; CAT- Els humans hem desenvolupat una societat al voltant d'un pilar central que afavoreix el nostre benestar i augmentar la nostra esperança de vida, la sanitat. No obstant això, l'ús de medicaments és, a la vegada que la solució a moltes malalties, un problema mediambiental. Pel sol fet d'existir els éssers vius generem substàncies de rebuig que hem d'expulsar del nostre organisme, i per tant els fàrmacs que consumim eventualment són expulsats. Per protegir el medi ambient dels residus que generem hem construït una xarxa d'estacions depuradores pel tractament de l'aigua residual que generem diàriament, concebudes per fer créixer bacteris aportant grans quantitats d'oxigen perquè puguin “respirar”. Tanmateix, aquestes instal·lacions van ser concebudes per eliminar matèria orgànica, i algunes nutrients, però no per poder fer front a la problemàtica dels anomenats contaminants emergents. Aquests, són contaminants que fa uns anys no es tenien en compte per ser difícils de detectar, però que en els darrers anys s'ha pogut quantificar el seu impacte negatiu al medi ambient. La recerca que s'ha dut a terme en el marc d'aquesta tesi ha estudiat l'addició d'un nanomaterial derivat del grafè (òxid de grafè), per potenciar el creixement de microorganismes que no respiren amb oxigen. L'avantatge d'utilitzar aquests microorganismes és que transformen la matèria orgànica de l'aigua residual en metà, i per tant podem recuperar energia de les aigües residuals, però són microorganismes lents. Per la seva banda, l'òxid de grafè serveix de xarxa de suport perquè els microorganismes hi creixin a sobre, i intercanviïn energia (electrons) a través de la seva estructura. Com a conclusió d'aquesta tesi doctoral, afegir òxid de grafè té un efecte ambivalent. Durant el procés d'adaptació al nou material els microorganismes són capaços de degradar millor els fàrmacs presents a l'aigua residual, fins i tot els més persistents, però la producció de metà es veu reduïda. Per altra banda, un cop adaptats l'eliminació de fàrmacs no es veu beneficiada, però augmenta significativament la producció de metà. Nogensmenys important, aquesta observació obre la porta a explorar noves condicions per afavorir l'eliminació de fàrmacs en aigües residuals

Towards energy neutral WWTPs: piloting mainstream partial nitritation AGS and anammox

Thu, 24 Oct 2024 00:00:00 GMT

Towards energy neutral WWTPs: piloting mainstream partial nitritation AGS and anammox Carbó Monmany, Oriol ENG- Wastewater treatment plants (WWTPs) play a crucial role in safeguarding public health by treating wastewater before discharge into the environment. However, conventional facilities consume substantial amounts of energy to power the treatment processes. According to estimates, wastewater treatment accounts for about 3% of the total electricity consumption worldwide, with significant associated greenhouse gas emissions and operational costs. To address these challenges, WWTPs are adopting energy-efficient technologies and using renewable energy sources such as the biogas produced by the anaerobic digestion (AD) of the sludge. However, WWTPs are still energy-demanding facilities and new process configurations are being studied to achieve more operational self-sufficiency and sustainability. In this context, this thesis addresses a new configuration in the mainstream line of the WWTP aiming to maximize the energy recovery with biogas while minimizing the energy consumption of the process. Such configuration is based on a first high-rate activated sludge (HRAS) reactor followed by a two-stage autotrophic nitrogen (N) removal. In the HRAS reactor, organic matter is redirected to the sludge line to maximize the biogas production trough AD, while, in the proposed two-stage autotrophic N removal, a first partial nitritation (PN)-aerobic granular sludge (AGS, PN-AGS) reactor is followed by anaerobic ammonium oxidation (anammox). Compared with conventional biological N removal, the oxygen requirement can be lowered by 63% and the organic carbon consumption for denitrification by up to 100%. A lab-scale AGS reactor was used, while a pilot plant of the hole proposed configuration was designed, constructed and operated in La Garriga WWTP to test the technology. Only real wastewater was used. The objectives of the thesis were, first, to develop a robust and replicable operational strategy to achieve aerobic granulation by treating HRAS effluent. Second, to adapt the AGS process to achieve PN, producing a suitable effluent with NO2- and NH4+ to feed the final anammox process. Thereafter, to study the performance of the final anammox process when the AGS is stably operated aiming to PN, and, finally, to quantify the energy consumption and recovery of the new treatment configuration vs. the conventional La Garriga WWTP, assessing the energetic viability of the new technology. In the AGS reactor, a selective wasting from the top of the settled sludge bed was found to be a successful strategy to effectively trigger the formation and establishment of aerobic granules in the system. However, full granulation was not seen as crucial to the proper performance of the AGS reactor. The maintenance of a low solids volumetric index (SVI < 100 mL/g) with a mixture of granules and flocs was helpful enough for an improved operation with high organic matter removal and nitratation repression. Stable PN was achieved under mainstream conditions by treating real HRAS effluent. Nitrite oxidizing bacteria (NOB) activity was successfully repressed by the free nitrous acid (FNA) produced in the reactor. In the anammox reactor, an effluent with a suitable quality (i.e., total nitrogen, TN, < 8 mg/L) could be achieved in the reactor by controlling the previous PN conversion at NO2-/NH4+ ratios lower (0.80 g N/g N) than the theoretical 1.32 g N/g N, which implies a lower oxygen requirement. Finally, according to the energy balance, estimated energy savings (kWh/m3) of 44 % could be reached by applying the HRAS + PN-AGS + anammox configuration; CAT- Les estacions depuradores d’aigües residuals (EDARs) tenen un rol crucial en protegir la salut pública tractant l’aigua residual abans d’abocar-la al medi ambient. Tanmateix, les plantes de tractament convencionals consumeixen substancials quantitats d’energia per abastar el procés. D’acord amb estimacions, el tractament de l’aigua residual representa un 3% del total del consum elèctric global, amb gasos d’efecte hivernacle i costos de tractament associats. Per afrontar aquests reptes, les EDARs estan adoptant tecnologies més eficients i utilitzant fonts d’energia renovables, com el biogàs produït en la digestió anaeròbia (AD) dels fangs. Tot i així, les EDARs encara tenen un consum net important d’electricitat i s’estan estudiant nous processos per aconseguir més eficiència i sostenibilitat en el tractament. Aquesta tesi aborda una nova configuració a la línia d’aigua d’una EDAR amb l’objectiu de maximitzar la recuperació d’energia amb biogàs i minimitzar el consum energètic del tractament. Aquesta configuració es basa en un primer reactor de fangs actius d’alta càrrega (HRAS) seguit d’una eliminació autòtrofa del nitrogen (N) en dues etapes. Al reactor HRAS, la matèria orgànica de l’aigua d'entrada es redirigeix a la línia de fangs per a maximitzar la producció de biogàs amb AD. A l’eliminació autòtrofa del N proposada, primer s’implementa un reactor de biomassa aeròbia granular (AGS) adaptat a la nitritació parcial (PN, PN-AGS) i seguidament un reactor anammox. En comparació amb l’eliminació biològica del N convencional, el requeriment d’oxigen pot reduir-se fins a un 63% i el consum de matèria orgànica per la desnitrificació fins a un 100%. S’ha utilitzat un reactor AGS de laboratori i s'ha dissenyat, construït i operat una planta pilot a l’EDAR de la Garriga per a provar la tota nova configuració proposada. Únicament s’ha fet servir aigua residual real de l’EDAR. Els objectius de la tesi eren, primer, desenvolupar una estratègia robusta i replicable per aconseguir AGS tractant la sortida d’un HRAS. Segon, adaptar el procés AGS per aconseguir PN, produint un efluent amb NO2- i NH4+ per alimentar el final anammox. Seguidament, estudiar el comportament del final procés anammox quan l’AGS està adaptat a la PN de forma estable i, finalment, quantificar el consum energètic i el potencial de recuperació d’energia de la nova configuració vs. l’EDAR de La Garriga, abordant la viabilitat energètica de la nova tecnologia. Al reactor AGS, una purga selectiva de dalt del llit de fangs decantats va demostrar ser una estratègia exitosa per sostenir la formació de grànuls aerobis al sistema. Tanmateix, una completa granulació de la biomassa no va ser crucial per al correcte funcionament del reactor. Mantenir una bona decantabilitat (SVI, < 100 mL/g) amb una barreja de grànuls i flocs va demostrar ser suficient per eliminar la matèria orgànica i reprimir la formació de NO3-. Es va aconseguir una PN estable a la línia d’aigua tractant l’efluent d’un HRAS. Es va reprimir l’activitat dels bacteris nitrit-oxidants (NOB) gràcies a la producció d’àcid nitrós lliure (FNA) al reactor. Al reactor anammox, es va aconseguir un efluent amb una qualitat adequada (i.e., TN < 8 mg/L) controlant la conversió de la prèvia PN a ratios NO2-/NH4+ inferiors (0.8 g N/g N) del teòric 1.32 g N/g N, implicant un requeriment d’oxigen inferior. Finalment, d’acord amb el balanç energètic, es podria assolir un 44% d’estalvi energètic (kWh/m3) aplicant la nova configuració basada en HRAS + PN-AGS + anammox