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This study evaluates a hybrid system combining zeolites as a sorption stage and a hollow fiber membrane contactor (HFMC) for ammonia (NH3) recovery from treated urban wastewater. Ion exchange with zeolites was selected as an advanced pretreatment and concentration step before the HFMC. The system was tested with wastewater treatment plant (WWTP) effluent (mainstream, 50 mg N-NH4/L) and anaerobic digestion centrates (sidestream, 600–800 mg N-NH4/L) from another WWTP. Natural zeolite, primarily clinoptilolite, demonstrated effective desorption of retained ammonium using a 2% NaOH solution in a closed-loop configuration, resulting in an ammonia-rich brine that enabled over 95% NH3 recovery using polypropylene HFMCs. A 1 m3/h demonstration plant processed both urban wastewaters, which were pretreated by ultrafiltration, removing over 90% of suspended solids and 60–65% of COD. The 2% NaOH regeneration brines (2.4–5.6 g N-NH4/L) were treated in a closed-loop HFMC pilot system, producing 10–15% N streams with potential use as liquid fertilizers. The resulting ammonium nitrate was free of heavy metals and organic micropollutants, making it suitable for use as liquid fertilizer. This comprehensive N management solution for urban wastewater applications can contribute to local economies while achieving reduced N discharge and circularity goals. LIFE ENRICH | Ref. LIFE16 ENV/ES/000375 Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2020-114401RB-C21 Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CTM2017-85346-R Generalitat de Cataluña | Ref. 2017-SGR-312 Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. RYC2021-030966-I

Dibutyl phthalate (DBP) is one of the listed phthalic acid esters (PAEs) known as the priority toxicants which exhibit carcinogenic and teratogenic properties and is responsible for endocrine disruption. Therefore, its removal has become a matter to tackle with. In this work, the feasibility of DBP degradation by esterase and lipase enzymes obtained from various microorganisms and the immobilization of the most effective in a clayey material were investigated. Esterase from Bacillus subtilis exhibited the highest degradation efficiency reaching a complete degradation. Its immobilization onto halloysite nanotubes (HNTs) by adsorption method was studied by response surface methodology using a central composite design face-centered. The four selected factors that affect the HNT-enzyme composite generation were: pH, adsorption time, enzyme/HNT (E/H) ratio, and adsorption temperature, and the optimal conditions were determined (pH 7, time 360 min, E/H ratio 0.2, temperature 30ºC). Consequently, the activity did not significantly decrease by immobilization, and the adsorption efficiency and relative activity were determined to be 73.15% and 82.7%, respectively. Besides, the immobilization enhanced thermal and storage stability. As for enzyme reusability, after 7 continuous cycles, the composite maintained almost 75% of its initial activity. Both the free enzyme (1 mg/mL) and the composite degraded 100 mg/L DBP with 100% efficiency and several byproducts were detected. Moreover, the composite could be reused for 7 cycles keeping a remarkable catalytic activity. Overall, this study indicated that the HNT-enzyme composite may be used as an effective candidate for remediation of the environmental media contaminated with DBP and other PAEs. Agencia Estatal de Investigación | Ref. PCI2022-132941 Xunta de Galicia | Ref. ED431C 2021-43 Universidade de Vigo/CISUG

Water is an essential natural resource, and its contamination is an important issue at present. This study aimed to increase the techniques that can be used to clean and reuse industrial wastewater by studying the feasibility of an aqueous two-phase system to eliminate phenolic compounds from aqueous systems. The system was prepared using two hydrophilic ionic liquids based on dicyanamide anion, 1-ethyl-3-methylimidazlium dicyanamide [EMim] [DCA], and 1-butyl-3-methylimidazolium dicyanamide [BMim][DCA], and one inorganic salt, K3PO4, at three different concentrations (20, 30, and 40%). The process was tested for the removal of phenol, o-cresol, 2-chlorophenol, and a mixture of them (PCM) at initial concentrations from 0.003 to 15 g·L−1 in water. The extraction efficiencies for all the studied systems were calculated. The influence of the structure of the cation, the concentration of salt, and the initial concentration of the extracted compounds in the extraction yields were recorded. In general, the obtained results were high for all the studied systems, with extraction efficiencies of more than 90% representing the highest removal of the 2-chlorophenol compound using [EMim] [DCA] at the highest concentration of salt. Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología | Ref. CTM2013-46093-P

The large production of wine and almonds leads to the generation of sub-products, such as winery wastewater (WW) and almond skin. WW is characterized by its high content of recalcitrant organic matter (biodegradability index < 0.30). Therefore, the aim of this work was to (1) apply the coagulation–flocculation–decantation (CFD) process with an organic coagulant based on almond skin extract (ASE), (2) treat the organic recalcitrant matter through sulfate radical advanced oxidation processes (SR-AOPs) and (3) evaluate the efficiency of combined CFD with UV-A, UV-C and ultrasound (US) reactors. The CFD process was applied with variation in the ASE concentration vs. pH, with results showing a chemical oxygen demand (COD) removal of 61.2% (0.5 g/L ASE, pH = 3.0). After CFD, the germination index (GI) of cucumber and corn seeds was ≥80%; thus, the sludge can be recycled as fertilizer. The SR-AOP initial conditions were achieved by the application of a Box–Behnken response surface methodology, which described the relationship between three independent variables (peroxymonosulfate (PMS) concentration, cobalt (Co2+) concentration and UV-A radiation intensity). Afterwards, the SR-AOPs were optimized by varying the pH, temperature, catalyst type and reagent addition manner. With the application of CFD as a pre-treatment followed by SR-AOP under optimal conditions (pH = 6.0, [PMS] = 5.88 mM, [Co2+] = 5 mM, T = 343 K, reaction time 240 min), the COD removal increased to 85.9, 82.6 and 80.2%, respectively, for UV-A, UV-C and US reactors. All treated wastewater met the Portuguese legislation for discharge in a municipal sewage network (COD ≤ 1000 mg O2/L). As a final remark, the combination of CFD with SR-AOPs is a sustainable, safe and clean strategy for WW treatment and subproduct valorization. Fundação para a Ciência e a Tecnologia | Ref. UIDB/00616/2020 Fundação para a Ciência e a Tecnologia | Ref. UI/BD/150847/2020 CCRN - Comissão de Coordenação da Região Norte | Ref. NORTE-01- 0145-FEDER-000041

The degradation of a model agro-industrial wastewater phenolic compound (caffeic acid, CA) by a UV-A-Fenton system was investigated in this work. Experiments were carried out in order to compare batch and continuous mode. Initially, batch experiments showed that UV-A-Fenton at pH 3.0 (pH of CA solution) achieved a higher generation of HO•, leading to high CA degradation (>99.5%). The influence of different operational conditions, such as H2O2 and Fe2+ concentrations, were evaluated. The results fit a pseudo first-order (PFO) kinetic model, and a high kinetic rate of CA removal was observed, with a [CA] = 5.5 × 10−4 mol/L, [H2O2] = 2.2 × 10−3 mol/L and [Fe2+] = 1.1 × 10−4 mol/L (kCA = 0.694 min−1), with an electric energy per order (EEO) of 7.23 kWh m−3 order−1. Under the same operational conditions, experiments in continuous mode were performed under different flow rates. The results showed that CA achieved a steady state with higher space-times (θ = 0.04) in comparison to dissolved organic carbon (DOC) removal (θ = 0–0.020). The results showed that by increasing the flow rate (F) from 1 to 4 mL min−1, the CA and DOC removal rate increased significantly (kCA = 0.468 min−1; kDOC = 0.00896 min−1). It is concluded that continuous modes are advantageous systems that can be adapted to wastewater treatment plants for the treatment of real agro-industrial wastewaters. Fundação para a Ciência e Tecnologia | Ref. UI/BD/150847/2020 Fundação para a Ciência e Tecnologia | Ref. UIDB/00616/2020 Comissão de Coordenação da Região Norte | Ref. NORTE-01- 0145-FEDER-000041

Wastewater from tanneries may ruin agricultural fields by polluting them with trace metals. The synthesis of nanoparticles (NPs) from algal sources and their application could help in decreasing hazardous materials, for environmental safety. The potential of zinc oxide nanoparticles made from Oedogonium sp. was evaluated for removal of heavy metals from leather industrial wastewater. Synthesized algal nanoparticles (0 (control), 0.1, 0.5, and 1 mg) were applied to treat wastewater by using different concentrations of leather industrial effluents (0%, 5%, 10%, 15%, and 100%) for 15, 30, and 45 d. The wastewater collected was dark brown to black in color with very high pH (8.21), EC (23.08 μs/cm), and TDS, (11.54 mg/L), while the chloride content was 6750 mg/L. The values of biological oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD) ranged between 420 mg/L and 1123 mg/L in the current study. Prior to the application of nanoparticles, Cr (310.1), Cd (210.5), and Pb (75.5 mg/L) contents were higher in the leather effluents. The removal efficiency of TDS, chlorides, Cr, Cd, and Pb was improved by 46.5%, 43.5%, 54%, 57.6%, and 59.3%, respectively, following treatment with 1 mg of nanoparticles after 45 d. Our results suggested that the green synthesis of ZnO nanoparticles is a useful and ecofriendly biotechnological tool for treating tannery effluents, before they are discharged into water bodies, thus making the soil environment clean. Princess Nourah bint Abdulrahman University, Riyadh, Saudi Arabia | Ref. PNURSP2022R75

Los terrenos en los que se ha desarrollado esta primera fase del proyecto, pertenecientes a la Comunidad de Montes de la Parroquia de Pereiras, se sitúan en Chan da Cruz, Parroquia de Cela, término municipal de Mos, en el límite con el Ayuntamiento de Vigo. Al igual que los terrenos colindantes, se trata de una zona de bosque. La integración del edificio en la parcela, asumiendo el desnivel de esta, la recuperación en el paisaje de árboles frondosos del lugar, brezos y toxos, y un sistema de tratamiento y acumulación de las aguas pluviales hacen que esta edificación y su urbanización sean autónomas y sostenibles.

El continuo crecimiento de la población mundial y la industrialización ha determinado un aumento de la contaminación de las aguas mediante, entre otros muchos contaminantes, metales pesados y productos farmacéuticos [1]. La presencia de metales pesados, elementos con pesos atómicos entre 63.5 y 200.6, y gravedad específica mayor a 5.0, en efluentes industriales y aguas residuales, es un grave problema ambiental ya que no son biodegradables en condiciones naturales, tienen un tendencia a acumularse en los organismos vivos, causando una variedad de enfermedades y trastornos, y tienen un efecto inhibidor sobre la biodegradación de contaminantes orgánicos que también pueden estar presentes en las aguas residuales [2-4]. En las últimas décadas se han detectado cada vez más en los ecosistemas diversos agentes químicos y biológicos cuya potencial toxicidad para la salud y el medio ambiente es motivo de creciente preocupación, los denominados contaminantes emergentes. El término contaminante emergente se refiere a nuevos contaminantes identificados el medio ambiente o a nuevas efectos de compuestos que ya están presentes en el ambiente. Incluyen una amplia variedad de compuestos, entre los que los productos farmacéuticos son probablemente los contaminantes emergentes más estudiados, tanto por su relevancia ambiental como por sus efectos. Incluyen un grupo diverso de productos químicos junto con sus metabolitos y productos de transformación, que se incorporan al medio ambiente durante sus procesos de fabricación industrial y a través de sus aplicaciones clínicas y domésticas [5-7]. La eliminación de este tipo de compuestos de las disoluciones acuosas está siendo objeto de continua investigación, habiéndose descrito el empleo de técnicas como adsorción [8,9], bioadsorción [10,11], biorremediación [12,13], intercambio iónico [14.15] y procesos de membrana [16,17]. La tecnología de membranas es cada vez más utilizada por su respeto al medio ambiente, economía y facilidad de uso. Se trata de una tecnología líder para aplicaciones en el tratamiento de aguas ya que el proceso se lleva a cabo de forma continua en condiciones suaves con un consumo de energía relativamente bajo y sin necesidad de aditivos. Por ello en este Trabajo Fin de Máster se va a analizar la aplicación de los procesos de membrana dirigidos por la presión en la eliminación de los metales pesados mercurio y plomo y los contaminantes emergentes diclofenaco e ibuprofeno Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Universidad Politécnica de Cartagena

Financiado para publicación en acceso aberto: Universidade de Vigo/CISUG Layered double hydroxides (LDHs) containing Mg:Al (molar ratio 3:1) were synthesized by coprecipitation from nitrate salts under alkaline conditions. Their further characterisation by different techniques allowed the determination of their structural, nanotextural and chemical properties. XRD measurements confirmed the high crystallisation with the presence of two metal cations (Mg2+ and Al3+). The use of these materials as eco-friendly adsorbents was analysed to remove diclofenac from wastewater. Under optimal conditions (0.4 g L 1, 30 ppm initial pollutant concentration, pH 8.5), around 65% diclofenac removal was achieved after 60 min of treatment. The pseudo-second kinetic order model and Freundlich isotherm accurately described the experimental data, suggesting chemisorption process on the heterogeneous LDH surface. After diclofenac adsorption, XRD analysis revealed an increase in interlayer spacing followed by contraction of adjacent layers, so that anion exchange between layer was considered to be the main mechanism for diclofenac adsorption. Thermodynamic studies indicate diclofenac adsorption occurs spontaneously, endothermically, and also, with increasing randomness at the solid/solution surface. Batch test revealed limitations in terms of long-term stability of the material. Therefore, a post-synthesis strategy, calcination, was required to increase the degree of resistance. For this purpose, the effect of calcination temperature was examined in the range 200–300 C. Although, the kinetic rate constant decreased slightly after calcination, the improvement of its structural properties allowed to operate under continuous system. Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2020- 113667 GB-I00 Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PDC2021-121394-I00 Xunta de Galicia | Ref. ED431C 2021-43 Xunta de Galicia | Ref. ED481B 2018/096

Measuring how the pollution load evolves in real time along sewer networks is key for proper management of water resources and protecting the environment. The technique of molecular spectroscopy for water characterization has increasingly widespread use, as it is a non-invasive technique that leads to the correlation of the physical-chemical conditions of wastewater with spectroscopic surrogates by a series of mathematical estimation models. In the present research work, different symbolic regression models obtained with evolutive genetic algorithms are evaluated for the estimation of chemical oxygen demand (COD); five-day biochemical oxygen demand (BOD5); total suspended solids (TSS); total phosphorus (TP); and total nitrogen (TN), from the spectral response of samples measured between 380 and 700 nm and without the use of chemicals or pre-treatment. Around 650 wastewater samples were used in the campaign, from 43 different wastewater treatment plants (WWTP) in which both, raw/influent and treated/effluent, were examined through 18 models composed of Classical Genetic Algorithm (CGA), the Age-Layered Population Structure (ALPS), and Offspring Selection (OS) by mean of HeuristicLab software, to make a comparison among them and to determine which models and wavelengths are most suitable for the correlation. Models are proposed considering both raw and treated samples together (15) and only with tertiary treated wastewater reclaimed for agriculture irrigation effluent (3). The Pearson correlation coefficients were in the range of 67–91% for the test data in the case of the combined models. The results conform the first steps for a real-time monitoring of WWTP. The author Daniel Carreres Prieto wishes to thank the financial support received from the Seneca Foundation of the Región de Murcia (Spain) through the program devoted to training novel researchers in areas of specific interest for the industry and with a high capacity to transfer the results of the research generated, entitled: “Subprograma Regional de Contratos de Formación de Personal Investigador en Universidades y OPIs” (Mod. B, Ref. 20320/FPI/17). The present research has been funded by the project MONITOCOES: New intelligent monitoring system for microorganisms and emerging contaminants in sewage networks. Reference: RTC2019-007115-5 by the Ministry of Science and Innovation - State Research Agency, within the RETOS COLABORACIÓN 2019 call, which supports cooperative projects between companies and research organizations, whose objective is to promote technological development, innovation and quality research. The authors wish to thank the help and availability received from the company Munuera Laboratories during the field campaign.

Liquid–liquid membrane contactors (LLMCs) were studied as a sustainable technology for ammonia recovery from wastewater. Ammonia can be valorized by LLMCs as a potential nutrient and produce liquid fertilizers. Thus, this work aims for the study of different experimental LLMC conditions to produce ammonium salts by an acid stripping stream. The experiments were conducted using two 3MTMLiqui-CellTM LLMC in a series, located in the vertical position and using HNO3 as the acid stripping solution. The flow rates for the feed and stripping sides were fixed during the tests, and two steps were conducted based on previous works. However, different experimental conditions were evaluated to determine its effect on the overall performance: (i) replacing the feed or stripping solution between the steps, (ii) the initial ammonia concentration of the feed solution, (iii) feed volume and (iv) feed temperature. The results demonstrated that better achievements were obtained replacing the acid stripping solution between steps, whereas the feed temperature did not substantially affect the overall performance. Additionally, a high initial ammonia concentration provided more ammonia recovery, although the concentration factor achieved was higher for the low initial ammonia concentration. Finally, a high feed volume afforded better results for the fertilizer side, whereas more NH3 recovery was achieved using less feed volume. Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2020-114401RB-C21 Generalitat de Catalunya | Ref. 2017-SGR312 Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2019-103873RJ-I00 European Commission | Ref. H2020-MSCA-RISE-2018-823971

Proyecto científico de la Red Madrileña REMTAVARES

Ionic liquids (ILs) are an alternative to conventional organic solvents and they have great potential to improve and develop new processes in Green Chemistry. This paradigmatic characteristic has contributed to the fact that ILs have overcome the laboratory scale and they are postulated as candidates for their production and use on a large scale. Thus, the first family of ILs based on imidazolium cation is already applied at the industrial level, and consequently it has been registered in the REACH regulation of chemical substances. One of the differentiating aspects of these compounds is their high thermochemical stability, which in turn can pose a high environmental risk due to their persistence and toxicity after their release into aquatic and edaphic ecosystems. Based on these considerations, the search for effective remediation methods according to the family to be treated is a priority research line within the framework of the current Community Water Directive (2000/60/EC) and, in particular, ILs have been classified as “pollutants on the horizon”. Therefore, it is necessary to advance in the development of technically and economically viable technologies that allow to degrade these liquid salts in an adequate time, with the minimum environmental and social impact. However, the lack of in-depth studies on this subject makes it necessary to present this Thesis focused on the treatment of these pollutants on the horizon. To begin with, the degradation capacity of hydroxyl or sulfate radicals will be evaluated, followed by the optimization of the chosen process. The complex nature of these pollutants makes their complete remediation by conventional technologies difficult and costly. That is why in recent years, as an alternative to reduce the overall costs of the process and to improve the overall effectiveness of the treatment, the use of electrochemical biological sequential treatments is being proposed. Thus, those ILs that are not biodegradable by conventional biological processes could be biodegraded after a short electrochemical treatment, which would be sufficient to reduce the toxicity of the source contaminants. In this context, one of the objectives of this research will be the design of hybrid strategies that combine electrochemical and biological systems for the degradation of ILs in water. However, ionic liquids are not found alone in the aqueous medium, other contaminants such as pharmaceutical compounds may appear. Therefore, its degradation will also be evaluated in this Thesis. Further, in this Thesis it is planned to develop a new tool to optimize in situ the reaction that occurs in the electrochemical process that is being carried out. In this way, differential pulse voltammetry is applied to obtain a better understanding of the reactions and processes that take place in the reaction medium, to develop a more efficient treatment for the degradation of these pollutants. This will allow solving the presence of new pollutants on the horizon of anthropogenic origin, so the benefits of this Thesis reach not only the chemical industry, but society in general, by reducing the environmental impact that could be the growing application of these solvents. Los líquidos iónicos (LIs) son una alternativa a los disolventes orgánicos convencionales y presentan un gran potencial para mejorar y desarrollar nuevos procesos en Química Verde. Esta característica paradigmática ha contribuido a que los LIs hayan superado la escala laboratorio y se postulen como candidatos para su producción y uso a gran escala. Así, la primera familia de LIs basada en el catión imidazolio ya se aplica a nivel industrial, y en consecuencia ha sido registrada en el reglamento REACH de sustancias químicas. Uno de los aspectos diferenciadores de estos compuestos hace referencia a su elevada estabilidad termoquímica, que a su vez puede suponer un gran riesgo medioambiental por su persistencia y toxicidad tras su vertido en ecosistemas acuáticos y edáficos. A tenor de estas consideraciones, la búsqueda de métodos de remediación eficaces en función de la familia a tratar es una línea de investigación prioritaria en el marco de la actual directiva comunitaria del agua (2000/60/EC) y, en concreto, los LIs ya han sido catalogados como “contaminantes en el horizonte”. Por lo tanto, es necesario avanzar en el desarrollo de tecnologías viables técnica y económicamente que permitan degradar estas sales líquidas en un tiempo adecuado, con el mínimo impacto ambiental y social. Sin embargo, la escasez de estudios en profundidad sobre esta temática hace necesario plantear la presente Tesis centrada en el tratamiento de estos contaminantes en el horizonte. Para empezar, se evaluará la capacidad de degradación de los radicales hidroxilo y los radicales sulfato, seguido de la optimización del proceso escogido. La compleja naturaleza de estos compuestos hace difícil y costosa su completa remediación por tecnologías convencionales. Es por ello que en los últimos años, como alternativa para reducir los costes globales del proceso y mejorar la eficacia del tratamiento, se está proponiendo el empleo de tratamientos secuenciales electroquímicos-biológicos. De ese modo, aquellos LIs que no son biodegradables por procesos biológicos convencionales, podrían ser biodegradados tras un corto tratamiento electroquímico, suficiente para reducir la toxicidad de los contaminantes de origen. En este contexto, uno de los objetivos de la investigación será el diseño de estrategias híbridas que aúnen sistemas electroquímicos y biológicos para la degradación de LIs en medios acuosos. No obstante, los líquidos iónicos no se encuentran solos en el medio acuoso, pudiendo aparecer otros contaminantes como los compuestos farmacéuticos. Por ello, en la presente Tesis también se evaluará su degradación. A mayores, en esta Tesis se planea desarrollar una nueva herramienta para optimizar in situ la reacción que ocurre en el proceso electroquímico que se está llevando a cabo. De esta forma, se aplica la voltamperometría de pulso diferencial para obtener un mejor conocimiento de las reacciones y procesos que ocurren en el medio de reacción, para desarrollar un tratamiento más eficiente para la degradación de estos contaminantes. Así, se permitirá dar solución a la presencia de nuevos contaminantes en el horizonte de origen antropogénico, por lo que los beneficios de esta Tesis alcanzan no sólo a la industria química, sino a la sociedad en general, por la reducción del impacto medioambiental que podría suponer la creciente aplicación de estos disolventes. Os líquidos iónicos (LIs) son unha alternativa ós disolventes orgánicos convencionais e presentan un gran potencial para mellorar e desenrolar novos procesos en Química Verde. Esta característica paradigmática contribuíu a que os LIs superasen a escala laboratorio e se postulen como candidatos para a súa produción e uso a gran escala. Así, a primeira familia de LIs baseada no catión imidazolio xa se aplica a nivel industrial, en consecuencia foi rexistrada na regulación REACH de sustancias químicas. Un dos aspectos distintivos destes compostos fai referencia a súa elevada estabilidade termoquímica, que á súa vez pode supoñer un gran risco medioambiental pola súa persistencia e toxicidade trala súa vertedura en ecosistemas acuáticos e do solo. Con base nestas consideracións, a procura de métodos de remoción eficaces en función da familia a tratar é unha liña de investigación prioritaria no marco da actual directiva comunitaria da auga (2000/60/EC) e, en concreto, os LIs xa foron catalogados como “contaminantes no horizonte”. Polo tanto, é necesario avanzar no desenrolo de tecnoloxías viables técnica e economicamente que permitan degradar estas sales líquidas nun tempo adecuado, co mínimo impacto ambiental e social. Sen embargo, a escaseza de estudos en profundidade sobre esta temática fai necesario propor a presente Tese centrada no tratamento destes contaminantes no horizonte. Para comezar, avaliarase a capacidade de degradación dos radicais hidroxilo e os radicais sulfato, seguido da optimización do proceso elixido. A complexa natureza destes compostos fai difícil e custosa a súa completa remoción por tecnoloxías convencionais. É por iso que nos últimos anos, como alternativa para reducir os custes globais do proceso e mellorar a eficacia do tratamento, estase propondo o emprego de tratamentos secuenciais electroquímicos biolóxicos. Dese modo, aqueles LIs que non son biodegradables por procesos biolóxicos convencionais, poderían ser biodegradados tras un corto tratamento electroquímico, suficiente para reducir a toxicidade dos contaminantes de orixe. Neste contexto, un dos obxectivos da investigación será o deseño de estratexias híbridas que combinen sistemas electroquímicos e biolóxicos para a degradación de LIs en medios acuosos. Non obstante, os líquidos iónicos non se atopan solos no medio acuoso, podendo aparecer outros contaminantes como os compostos farmacéuticos. Por elo, na presente Tese tamén se avaliará a súa degradación. A maiores, nesta Tese planéase desenvolver unha nova ferramenta para optimizar in situ a reacción que ocorre no proceso electroquímico que se está levando a cabo. Deste xeito, aplícase a voltamperometría de pulso diferencial para obter un mellor coñecemento das reaccións e procesos que ocorren no medio de reacción, para desenrolar un tratamento mais eficiente para a degradación destes contaminantes. Así, permitirase dar solución á presenza de novos contaminantes no horizonte de orixe antropoxénico, polo que os beneficios desta Tese alcanzan non só á industria química, senón á sociedade en xeral, pola redución do impacto medioambiental que podería supor a crecente aplicación destes disolventes. Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CTM2014-52471-R Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CTM2017- 87326-R Xunta de Galicia | Ref. ED431C 2017/47 Xunta de Galicia | Ref. ED481A-2017/284

[SPA] El tratamiento de aguas residuales es un proceso que se utiliza para eliminar los contaminantes presentes en ellas con el fin de convertirlas en un efluente que pueda ser devuelto al ciclo del agua. Si las aguas residuales no se tratan adecuadamente, el medio ambiente y la salud humana pueden verse afectados negativamente. Además, la regeneración de las aguas es una práctica muy extendida y habitual en España que tiene como principal objetivo utilizar un recurso alternativo en áreas de escasez y déficit hídrico. Las escasas precipitaciones que tienen lugar en la Región de Murcia desencadenan en una notable sequía que hace necesario la reutilización de aguas como medida de aprovechamiento de este recurso deficitario. Esta tesis evalúa distintos tipos de tratamiento y, en su caso, de regeneración de aguas de diversa procedencia: aguas residuales procedentes de la industria del curtido de pieles, aguas ácidas de mina, y purines de cerdo, para lo cual se aplican distintas técnicas y/o tratamientos físicos, químicos y/o biológicos de bajo coste y medioambientalmente sostenibles en función del tipo de agua, carga contaminante que presente y la calidad final que se quiera conseguir. Entre las aguas industriales, en la zona de estudio destacan las aguas industriales procedentes de curtidoras de piel, las cuales se caracterizan por sus elevadas concentraciones de cromo, siendo la gestión de este agua el principal problema en cuanto al manejo de los residuos de estas industrias. Para el tratamiento de este tipo de agua, tradicionalmente se han usado estaciones depuradoras adaptadas a sus características. No obstante, se ha observado la dificultad de alcanzar los niveles deseados de determinados constituyentes y propiedades, por lo que es necesario desarrollar tratamientos adicionales que permitan alcanzar dichos niveles. En este sentido, los humedales artificiales han sido utilizados de manera exitosa en el tratamiento de aguas de curtidos, consiguiendo notables descensos en los contenidos de los principales contaminantes, entre los que se encuentra el Cr. Sin embargo, debido a la heterogeneidad en las características de este tipo de aguas, la optimización en el diseño y manejo de dichos humedales debe de hacerse en cada caso, lo cual será objeto de estudio en la presente tesis doctoral. Además, este trabajo de investigación tiene como objetivo llevar a cabo un tratamiento terciario mediante filtros de biocarbón para reducir al máximo el contenido en Cr. Para ello se ha evaluado la eficiencia de depuración de las aguas residuales industriales una vez han pasado tanto por una Estación Depuradora Aguas Residuales Industriales (EDARI) como por un humedal artificial. Por su parte, los drenajes ácidos de minas (DAM) tienen como característica principal su extrema acidez y una concentración muy elevada de metales pesados solubles, siendo usualmente producidos por procesos mineros. No obstante, con posterioridad a la actividad minera, y debido a una deficiente restauración de las zonas mineras, se producen estos drenajes ácidos por la acción de agua de lluvia en contacto con los residuos generados durante la actividad minera. Los drenajes ácidos de mina, además de un bajo pH, contienen una gran cantidad de sólidos en suspensión con un alto contenido en sulfato y metales (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Pb, Hg, Cd y Ni), del orden de varios cientos de miligramos por litro. La aplicación de materiales alcalinos para contrarrestar la acidez y, a la vez, permitir la precipitación de los metales pesados disueltos es el principal tratamiento de estas aguas, el cual será optimizado en la presente tesis doctoral. Para el tratamiento de purines de cerdo se plantea una de las técnicas descritas en los documentos de referencia del sector porcino a nivel europeo y nacional mediante el uso de las Mejores Técnicas Disponibles (MTDs) que consiste en la depuración con el uso de humedales artificiales. La producción del sector porcino continúa creciendo exponencialmente a nivel mundial debido a la demanda cárnica necesaria para satisfacer el requerimiento alimenticio de la población que, a la vez, se va incrementando. Frente a esta cuestión se hace imprescindible considerar los efectos medioambientales producidos por la intensificación del sector porcino que conlleva suplir dicha demanda. De modo que se hace preciso la implementación de tecnologías nuevas y ambientalmente sostenibles capaces de eliminar o minimizar los impactos negativos que la valorización agronómica de la fracción líquida del purín pudiera provocar. [ENG] Wastewater treatment is a process employed to remove contaminants from wastewater and convert it into an effluent that can be returned to the water cycle. If wastewater is not treated properly, the environment and human health can be negatively affected. In addition, regeneration of water is a widespread and common practice in Spain in order to use an alternative resource in areas of scarcity and water deficit. The low rainfall that occurs in the Region of Murcia triggers a notable drought that makes it necessary to reuse water as a measure to take advantage of this deficit resource. This thesis aims to treat and, where appropriate, regenerate different types of water from different sources: wastewater from the tanning industry, acid mine drainage, and pig slurry, applying different techniques and/or low-cost and environmentally sustainable physical, chemical and/or biological treatments depending on the type of water, its contaminant load and its desired quality. Among the industrial waters, in the study area, the industrial waters from leather tanners stand out, which are characterized by their high levels of chromium, the management of this water being the main problem in terms of tanning waste handling. For the treatment of this type of water, treatment plants adapted to its characteristics have traditionally been used. However, it has been noticed the difficulty to reach the desired levels of certain constituents and properties, so it is necessary to develop additional treatments that allow these levels to be reached. For that matter, constructed wetlands have been used successfully in the treatment of tanning water, achieving notable decreases in the main potential contaminants, including Cr. However, due to the heterogeneity in the characteristics of this type of water, optimization in the design and management of these wetlands must be done in each case, which will be studied in this doctoral thesis. In addition, this research work aims to carry out a tertiary treatment using biochar filters to reduce the Cr content as much as possible. For this, the purification efficiency of industrial wastewater has been evaluated after passing through an Industrial Wastewater Treatment Plant and a constructed wetland. Acid mine drainage is characterized by its extreme acidity and a very high level of soluble heavy metals, usually being produced by mining processes. However, after the mining activity, and due to a poor restoration of the mining areas, these acid drainages are produced by the action of rainwater in contact with the waste generated during the mining activity. Acid mine drainage contains a large amount of suspended solids with a high content of sulfate and metals (Fe, Al, Mn, Zn, Cu, Pb, Hg, Cd and Ni), that can be several hundred milligrams per liter, in addition to a low pH. The application of alkaline materials to reduce acidity and, at the same time, allow the precipitation of dissolved heavy metals is the main treatment of these waters, which will be optimized in this doctoral thesis. For the treatment of pig slurry, one of the techniques described in the reference documents of the pig sector at European and national level is proposed through the use of BATs, which consists of purification with the use of constructed wetlands. The production of the pig sector continues to grow exponentially worldwide due to the meat demand necessary to satisfy the food requirement of the population, which, at the same time, is increasing. Faced with this issue, it is essential to consider the environmental effects produced by the intensification of the pig sector that involves supplying said demand. Therefore, the implementation of new and environmentally sustainable technologies capable of eliminating or minimizing the negative impacts that the agronomic valorization of the liquid fraction of slurry could cause is necessary. Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de doctorado en Tecnología y Modelización en Ingeniería Civil, Minera y Ambiental

A la hora de analizar y caracterizar un sistema bioelectroquímico a través de las propiedades eléctricas de sus elementos constitutivos, cobra especial relevancia la espectroscopía de la impedancia compleja (i.e. EIS). La mayoría de estos análisis se llevan a cabo usando unos potenciostatos equipados con un módulo de análisis para este fin, lo cual implica hablar de instrumentos caros e inmóviles (lo que puede llevar a una distorsión de las mediciones a causa del cableado), y que en cierto modo poseen unas características mejores de las necesarias para hacer una rápida caracterización de experimentos. Además, teniendo en cuenta que la mayoría de experimentos llevan asociada una fase de escalado antes de su implementación cobra mayor peso el poder disponer de un analizador móvil y que aunque sea poco preciso pueda darnos una rápida estimación del estado de nuestro experimento. El lector advertirá que el trabajo comienza planteando la necesidad de nuevas fuentes renovables de energía y con ello pasará a descubrir los sistemas bioelectroquímicos, para más adelante aprender a discernir los tipos de mediciones utilizadas en la caracterización de los mismos y los parámetros más relevantes a la hora de evaluar la viabilidad de un instrumento de medida.La segunda mitad, permitirá al lector dominar el uso de una placa electrónica comercial destinada al análisis a través de la espectrometría de la impedancia compleja y las posibilidades de esta técnica para el estudio de las características capacitivas y resistivas de los electrodos de este tipo de celdas electroquímicas. Finalmente, se expondrán los resultados derivados de la experimentación a la par que se propondrán futuras líneas de trabajo para el interés de futuros alumnos.

Heterogeneous photo-electro-Fenton process is an attractive technology for the removal of recalcitrant pollutants. To better exploit the presence of an irradiation source, a bifunctional catalyst with TiO2 nanoparticles embedded into an iron–chitosan matrix was developed. The catalytic activity of the catalyst was improved by the optimization of the loaded TiO2content. The prepared composite catalysts based on TiO2, Fe3O4 and chitosan were called TiO2/Fe3O4-CS beads. The best catalyst with an optimal ratio TiO2/Fe = 2 exhibited a high efficiency inthe degradation and mineralization of chlordimeform (CDM) insecticide. Under the optimum conditions (concentration of catalyst equal to 1 g L−1 and applied current intensity equal to 70 mA), a real effluent doped with 30 mg L−1 of CDM was efficiently treated, leading to 80.8 ± 1.9% TOC reduction after 6 h of treatment, with total removal of CDM after only 1 h.The generated carboxylic acids and minerals wereidentified and quantified. Furthermore, the stability and reusability of the developed catalyst was examined, and an insignificant reduction in catalytic activity was noticed forfour consecutive cycles of the photo-electro-Fenton process. Analyses using SEM, XRD and VSM showed a good stability of the physicochemical properties of the catalyst after use. Xunta de Galicia | Ref. ED481B 2019/091 Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2020-113667GB-I00 464 Universidad de Kairouan, Túnez | Ref. UR16ES02

Financiado para publicación en acceso aberto: Universidade de Vigo/CISUG The removal of ionisable drugs (fluoxetine, sulfamethizole and antipyrine) from aqueous solution was performed by conventional adsorption using carbonaceous aerogel pellets as adsorbents. Although >96 % elimination was achieved for sulfamethizole and antipyrine after 1440 min, only 2.5 % fluoxetine was removed. In a multicomponent system, the presence of these three drugs in the solution leads to a fivefold depletion of the adsorbed total mass. Thus, the authors proposed to influence the traditional adsorption process by an electric field to improve the low affinity of fluoxetine to the aerogel. Specifically, the electrosorptive removal of fluoxetine was investigated by applying different voltages between 0.8 and 1.3 V, with the maximum adsorption achieved at 1.2 V. The application of an electric field increases the affinity of the contaminants to aerogel pellets. After demonstrating the applicability of the electrosorption in the removal of fluoxetine, the effect of the water matrix on the process was analysed. For this purpose, the removal of these ionisable drugs was evaluated using real wastewater, specifically, raw wastewater and wastewater after primary and tertiary treatment from a municipal wastewater treatment plant. As expected, pollutant removal was somewhat lower due to the complexity of the water matrix. Total percent removal of all pollutants was achieved using only the effluent treated water as the matrix due to minimal competitive adsorption. Finally, the Microtox® test confirmed the excellent ability of this approach to remove these pharmaceuticals, resulting in luminescence inhibition that decreased by 60–80 % depending on the water matrix compared to the polluted influent. Agencia Estatal de Investigación | Ref. PDC2021-121394-I00 Agencia Estatal de Investigación | Ref. PID2020-113667 GB-I00 Xunta de Galicia | Ref. ED431C 2021-43 Xunta de Galicia | Ref. ED481B 2018/096

El objetivo es el de diseñar una planta de tratamiento definiendo cada una de sus partes para que el efluente cumpla con los parámetros fisicoquímicos mínimos establecidos en RD 1620/2007, Calidad 2.1: Riego de cultivos con sistema de aplicación del agua que permita el contacto directo del agua regenerada con las partes comestibles para alimentación humana en fresco. Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas Universidad Politécnica de Cartagena

En la presente tesis se investigaron dos nuevas estrategias de operación para minimizar el contenido de N2 y O2 en el biometano. La primera estrategia operacional consistió en la desgasificación del caldo de cultivo antes de alimentarlo a la columna de lavado de biogás interconectada al HRAP. Para ello se instaló una membrana de contacto líquido-gas de fibra hueca de polidimetilsiloxano (PDMS), la cual se operó a diferentes presiones de vacío. Se obtuvieron eficiencias de eliminación de oxígeno disuelto del caldo de cultivo ≥60 % operando a una presión de vacío entre 100 – 300 mbar, confirmándose la capacidad de la tecnología de membranas acoplada a la limpieza fotosintética del biogás para reducir el contenido de O2 del biometano. La segunda estrategia operacional reveló una mejora en la eliminación de CO2 y H2S al aumentar la presión de operación en la columna de lavado de biogás. Sin embargo, fue necesaria una sobrepresión mínima de 2 atm para limitar la desorción de N2 y O2. Los resultados de ambas estrategias operativas alcanzaron un biometano de alta calidad (CH4 > 87 %, CO2 0.9 – 9 %, N2 0.7 – 9 %, y O2 0 – 2 %) .La segunda parte de la investigación de esta tesis se centró en evaluar el rendimiento de la purificación fotosintética de biogás junto con la producción de biomasa algal en un FBR tubular interconectado a una columna externa de lavado de biogás. Durante 395 días se evaluó y optimizó la influencia de la alcalinidad y de la limitación de nitrógeno (N) en el caldo de cultivo en la calidad del biometano generado y en la composición de la biomasa obtenida. Una alta alcalinidad (~1700 mg L– 1) en el caldo de cultivo aseguró una composición de biometano que cumplía con las regulaciones internacionales para su inyección en redes de gas natural o su uso como combustible vehicular. Por otra parte, no se observó un efecto perjudicial sobre la calidad del biometano cuando se implementaron los ciclos de limitación de N. Además, la limitación de N promovió un aumento en la cantidad de carbohidratos almacenada en la biomasa algal, alcanzando valores hasta 2 veces superiores a los obtenidos en condiciones nutricionales normales. Estos resultados respaldan la posibilidad de utilizar la biomasa algal producida como materia prima para la producción de bioetanol., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Doctorado en Ingeniería Química y Ambiental

El presente estudio pretende estudiar la problemática que ocasionan la presencia de los contaminantes emergentes en la depuradoras de aguas residuales urbanas. Como objetivos más concretos, se establecen los siguientes: Analizar la presencia y evolución de los contaminantes en depuradoras de aguas residuales urbanas Estudiar las principales técnicas analíticas que se utilizan para su cuantificación Determinar las principales tecnologías empleadas para su eliminación Conocer los métodos empleados para evaluar la eficacia de los métodos de eliminación Establecer una serie de recomendaciones generales sobre la temática estudiada Resumen de la Oferta: Se pretende realizar un estudio sobre contaminantes emergentes en depuradoras de aguas residuales urbanas, para analizar la problemática que éstos ocasionan en los sistemas secundarios (tratamiento biológico), así como la dificultad de eliminarlos con los sistemas de oxidación empleados para reducir la concentración de microorganismos patógenos. Se profundizará en las diferentes técnicas que se recomiendan utilizar para su cuantificación, así como en las diferentes tecnologías y/o combinación de éstas para su eliminación. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Universidad Politécnica de Cartagena

Producción Científica, Biological municipal wastewater treatments lead to high sludge generation and long retention times, and the possibilities for recovery of the energy content of the input waste stream are very limited due to the low operating temperature. As an alternative, we propose a sequence of exclusively physicochemical, non-biological stages that avoid sludge production, while producing high-grade energy outflows favoring recovery, all in shorter times. Ultrafiltration and evaporation units provide a front-end concentration block, while a supercritical water oxidation reactor serves as the main treatment unit. A new approach for energy recovery from the effluent of the reactor is proposed, based on its injection in a gas turbine, which presents advantages over simpler direct utilization methods from operational and efficiency points of view. A process layout and a numerical simulation to assess this proposal have been developed. Results show that the model process, characterized with proven operating parameters, found a range of feasible solutions to the treatment problem with similar energy costs, at a fast speed, without sludge production, while co-generating the municipality’s average electricity consumption., Ministerio de Ciencia e Innovación - (Grant RTI2018- 097456-B-100)

Nowadays, the contamination of wastewater by organic persistent pollutants is a reality. These pollutants are difficult to remove from wastewater with conventional techniques; hence, it is necessary to go on the hunt for new, innovative and environmentally sustainable ones. In this context, advanced oxidation processes have attracted great attention and have developed rapidly in recent years as promising technologies. The cornerstone of advanced oxidation processes is the selection of heterogeneous catalysts. In this sense, the possibility of using metal–organic frameworks as catalysts has been opened up given their countless physical–chemical characteristics, which can overcome several disadvantages of traditional catalysts. Thus, this review provides a brief review of recent progress in the research and practical application of metal–organic frameworks to advanced oxidation processes, with a special emphasis on the potential of Fe-based metal–organic frameworks to reduce the pollutants present in wastewater or to render them harmless. To do that, the work starts with a brief overview of the different types and pathways of synthesis. Moreover, the mechanisms of the generation of radicals, as well as their action on the organic pollutants and stability, are analysed. Finally, the challenges of this technology to open up new avenues of wastewater treatment in the future are sketched out. MInisterio de Ciencia e Innovación | Ref. PID2020-113667GBI00 Xunta de Galicia | Ref. ED431C 2021-43 Universidade de Vigo y Ministerio de Ciencia e Innovación | Ref. PRE2021-098540

The rapid growth of the human population and the global economy has led to an increase in pollutants in the environment. The proper management of waste is crucial to minimize the degradation of the environment and promote the transition towards a sustainable society. As a consequence, the environmental dimension has acquired greater importance in the design of processes, investment decision making and productive management. This proposal focuses on the pollution linked to wastewater in water treatment plants, on the continuous improvement to be implemented in WWTPs, as well as the extraction of those waste that present an option for revaluation through the use of ionic liquids. Among the molecules that are most interesting are currently emerging: emerging pollutants, personal hygiene products or drugs, as well as the recovery of compounds that can generate added value from waste from an urban treatment plant, as is the case of the volatile fatty acids. El rápido crecimiento de la población humana y la economía mundial ha originado un aumento de contaminantes en el medio ambiente. La gestión adecuada de los residuos es crucial para reducir al máximo la degradación del medio ambiente y fomentar la transición hacia una sociedad sostenible. Como consecuencia de ello, la dimensión ambiental ha adquirido mayor importancia en el diseño de procesos, en la toma de decisiones de inversión y en la gestión productiva. La presente propuesta se centra en la contaminación ligada a aguas residuales en plantas de tratamiento de aguas, en la mejora continua a implementar en las EDARs, así como, la extracción de aquellos residuos que presenten opción a revalorización mediante la utilización de líquidos iónicos. Entre las moléculas que más interés están despertando actualmente se podrían destacar: contaminantes emergentes, productos de higiene personal o fármacos, así como la recuperación de compuestos que puedan generar un valor añadido a partir de residuos de una planta depuradora urbana, como es el caso de los ácidos grasos volátiles. O rápido crecemento da poboación humana e a economía global levaron a un aumento dos contaminantes no medio. A xestión adecuada dos residuos é fundamental para minimizar a degradación do medio e promover a transición cara a unha sociedade sostible. Como consecuencia, a dimensión ambiental adquiriu maior importancia no deseño de procesos, toma de decisións de investimento e xestión produtiva. A presente proposta céntrase na contaminación ligada ás augas residuais nas plantas de tratamento de auga, na mellora continua que se vai implementar nas EDAR, así como na extracción destes residuos que presentan unha opción de revalorización mediante o uso de líquidos iónicos. Entre as moléculas máis interesantes están xurdindo actualmente: contaminantes emerxentes, produtos de hixiene persoal ou medicamentos, así como a recuperación de compostos que poden xerar un valor engadido a partir de residuos dunha planta de tratamento urbano, como é o caso de os ácidos graxos volátiles. Xunta de Galicia | Ref. RTI 2018- 094702-B-100 Xunta de Galicia | Ref. ED481B-2016/140-0 Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades (España)

[EN] Waste management is a crucial issue facing modern society. The generation of sewage sludge is increasing annually due to the urbanization and improvement of sanitation systems of cities. The construction sector has emerged as a solution for the elimination of waste due to the enormous volume of materials that this sector can absorb. This paper evaluates the pozzolanic activity of sewage sludge ash (USSA) obtained following an uncontrolled-combustion process, a simple and economic procedure. Compressive strength of Portland cement/USSA mortars with 5%¿25% by weight USSA were evaluated. Calcium hydroxide/USSA and Portland cement/USSA pastes were chemically and physically characterized through thermogravimetric/differential-thermogravimetric (TG/DTG), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The increase in the replacement of Portland cement by USSA is associated with an increase in the compressive strength of mortars. These values for USSA containing mortars cured for 90 days were in the range of 49.6¿55.4 MPa, higher than the one reached by the reference mortar. According to the microstructural analysis, the increment on the compressive strength can be attributed to the formation of hydrated products (C¿S¿H, C¿A¿S¿H, and C¿A¿H) by the pozzolanic reaction of USSA., This research was financed in part by the Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior-Brasil (Capes)Finance Code 001, and Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq) (Processo Nos. 309015/2015-4 and 478057/2013-0). Thanks go to the Scanning Electron Microscopy Service of FEIS/UNESP, Servico Municipal Autonomo de Agua e Esgoto (SEMAE) from the Sao Jose do Rio Preto city (Sao Paulo, Brazil).

Several pesticides and pharmaceuticals (PP) have been detected in the effluent of a full-scale Portuguese Wastewater Treatment Plant (WWTP). Their presence contributed to the environmental burdens associated with the existing treatment of the Municipal Wastewater (MWW) in the impact categories of Human Carcinogenicity, Non-Carcinogenicity, and Freshwater toxicities on average by 85%, 60%, and 90%, respectively (ReciPe2016 and USEtox methods). The environmental and economic assessment of the installation of an Anodic Oxidation (AO) unit for PPs’ removal was performed through Life Cycle and Economic Analysis, considering two types of anodes, the Boron-Doped Diamond (BDD) and the Mixed Metal Oxides (MMO). The operation of the AO unit increased the environmental burdens of the system by 95% on average (USEtox), but these impacts can be partially compensated by the avoided the production of non-renewable energy in the Portuguese electricity mix by biogas cogeneration at the WWTP. If the construction of the AO unit and the manufacturing of the electrodes are considered, the Human and Freshwater Toxicities are often higher than the environmental benefits derived from the PPs’ removal. On the economic side, the MMO configuration is clearly more advantageous, whereas BDD is environmentally more favorable. The issue of the presence of PP in MWW effluents has to be addressed as an integrated solution both improving upstream PP’s management and adopting PP’s removal technologies strongly supported by renewable energies. Further insights are needed for the assessment of fate and of the environmental effects of PP in the sludge. Fundação para a Ciência e a Tecnologia | Ref. UIDB / 50006/2020 European Commission | Ref. WaterJPI / 0007/2016

The presence of pharmaceutical products in the water cycle may cause harmful effects such as morphological, metabolic and sex alterations in aquatic organisms and the selection/development of organisms resistant to antimicrobial agents. The compounds’ stability and persistent character hinder their elimination by conventional physico-chemical and biological treatments and thus, the development of new water purification technologies has drawn great attention from academic and industrial researchers. Recently, the electro-Fenton process has been demonstrated to be a viable alternative for the removal of these hazardous, recalcitrant compounds. This process occurs under the action of a suitable catalyst, with the majority of current scientific research focused on heterogeneous systems. A significant area of research centres working on the development of an appropriate catalyst able to overcome the operating limitations associated with the homogeneous process is concerned with the short service life and difficulty in the separation/recovery of the catalyst from polluted water. This review highlights a present trend in the use of different materials as electro-Fenton catalysts for pharmaceutical compound removal from aquatic environments. The main challenges facing these technologies revolve around the enhancement of performance, stability for long-term use, life-cycle analysis considerations and cost-effectiveness. Although treatment efficiency has improved significantly, ongoing research efforts need to deliver economic viability at a larger scale due to the high operating costs, primarily related to energy consumption. Xunta de Galicia | Ref. ED481B-2018/096 Ministerio de Economía y Competitividad | Ref. CTM2017-87326-R

La propuesta de implantación de la sede corporativa de Médicos Sin Fronteras Barcelona transforma un edificio existente, situado en el 22@, mediante la creación de espacios funcionales, biofílicos y diseñados para las personas.

Microalgae culture is currently receiving considerable attention for its potential in wastewater treatment and production of algal biomass from which high-value bioproducts and bioenergy can be obtained, as well as the consequent carbon dioxide sequestration via photosynthesis process. However, biomass harvesting is one of the bottlenecks in microalgae culture and microalgae-based wastewater treatment systems. Energy intensive technologies are required to separate the solid-liquid phase due the low density of microalgae. Low-cost processes, such as sedimentation, are not efficient enough due to the low settling velocities of the microalgae. Sedimentation coupled to coagulation and flocculation has been widely studied on lab-scale in order to increase the microalgae settling velocity. However, few studies have addressed the scaling up of these experimental results in order to industrializing the process. The thesis has been divided into two main parts. A first study addressed the physical and theoretical principles of sedimentation used for the operation and optimization of biomass harvesting from a microalgae culture for wastewater treatment at demonstration scale in the framework of the INCOVER research project "Innovative Eco-technologies for Resource Recovery from Wastewater" (GA 689242) (https://incover-project.eu/), which aimed to validate innovative technologies at demonstration scale to convert wastewater into an alternative energy source and value-added products. A second study focused on the operation and optimization of the downstream thickening process of biomasspreviously harvested in the same facilities. Finally, the second part consist of a study and optimization of the behavior of mixed liquor in its transit through a high rate algae pond for wastewater treatment using Computational Fluid Dynamics modeling for its implementation in the city of Aligarh. This study has been carried out under the H2020 PAVITR project (http://www.pavitr.net; GA 821410), which aims at validation of sustainable natural and advanced technologies for water and wastewater treatment, monitoring and safe reuse of water in India. In the first study of the first part, the physical and theoretical principles of sedimentation were addressed to be used for the operation and optimization of harvesting biomass in lamella settler (700 L) from a microalgae culture for wastewater treatment on a three semi-closed tubular photobioreactor (11.7 m3 each) at demonstrative scale. During 6 months the inflow (6900 m3·day-1), coagulant dosage (1-12 mg·L-1) and purges of the biomass (60-240 L·day-1) were adjusted in order to achieve a proper separation of the solid-liquid phase. Results in this section evidenced the efficiency of the Lamella in the solid-liquid separation task obtaining an outlet turbidity below of 5 NTU after the optimization period. In the second part, two thickeners were operated and optimized in order to achieve a proper concentration (20 g·L-1) of previous harvested biomass for subsequent anaerobic digestion process at the same installations. The scrapers and purges were optimized in four periods during two months. Results showed an eventually concentrations of 26.5 g·L-1 in last period due a minimized use of scrapers in order to avoid the particles resuspension allowing a proper compression settling. In the second part, demonstrative-scale HRAP system was designed to be implemented in Aligarh (India) with a treatment capacity of 50 m3·day-1. The objective of the study was to assist, verify and optimize the conventional dimensioning of the High Rate Algae Ponds (HRAP) by means of biokinetic modelling and hydrodynamic analysis using Computational Fluid Dynamics (CFD). According to the biokinetic model simulations, 4 days was the optimal hydraulic retention time to enhance nutrient removal. A 3D model of the HRAP was built to analyze the hydrodynamic behavior of 36 different carousel designs. The different combinations of baffle numbers on the reversals, center wall widths and tear-shape sizes were simulated. The presence of low velocity zones as well as the useful area vs. the total occupied area were quantify. Two baffles and tear-shapes with a diameter equal to ¼ of the channel width was the most efficient configuration. In addition, a techno-economic assessment of the system determined an investment cost of € 483 per population equivalent (PE) and an operational cost of € 0.19 per m3 of treated wastewater. El cultiu de microalgues està rebent actualment una atenció considerable pel seu potencial en el tractament d'aigües residuals i la producció de biomassa d'algues de la qual es poden obtenir bioproductes d'alt valor i bioenergia, així com el segrest consegüent de diòxid de carboni mitjançant el procés de fotosíntesi. Tot i això, la recol·lecció de biomassa és un dels colls d'ampolla del cultiu de microalgues i dels sistemes de tractament d'aigües residuals basats en elles. La separació de la fase sòlida-líquida requereix tecnologies d'alt consum energètic a causa de la baixa densitat de les microalgues. Els processos de baix cost, com la sedimentació, no són prou eficaços a causa de la baixa velocitat de sedimentació de les microalgues. La sedimentació combinada amb la coagulació i la floculació s'ha estudiat àmpliament a escala de laboratori per augmentar la velocitat de sedimentació de la biomassa algal. Tot i això, pocs estudis han abordat l'augment d'escala d'aquests resultats experimentals per industrialitzar el procés. La tesi ha estat dividida en dues parts. La primera està formada per dos estudis i és el tema principal d'aquesta tesi. Un primer estudi va abordar els principis físics i teòrics de la sedimentació que s'utilitzen pel funcionament i optimització de la recol·lecció de biomassa d'un cultiu de microalgues pel tractament d'aigües residuals a escala demostrativa en el marc del projecte de recerca INCOVER "Innovative Eco-technologies for Resource Recovery from Wastewater" (GA 689242) (https://incover-project.eu/), l'objectiu del qual era validar tecnologies innovadores a escala demostrativa per convertir les aigües residuals en una font d’energia alternativa i en productes de valor afegit. Un segon estudi es va centrar en el funcionament i optimització del procés d'espessiment posterior de la biomassa prèviament collida a les mateixes instal·lacions mitjançant dos espessidors treballant en línia. Finalment, la segona part va consistir en l'estudi i l'optimització del comportament del licor barrejat en el trànsit per un estany d'algues d'alta taxa pel tractament d'aigües residuals mitjançant la modelització de la Dinàmica de Fluids Computacional per a la seva implantació a la ciutat d’Aligarh. Aquest estudi s'ha realitzat en el marc del projecte H2020 PAVITR (http://www.pavitr.net; GA 821410), l'objectiu del qual és la validació de tecnologies naturals i avançades sostenibles pel tractament de l'aigua i de les aigües residuals, control i la reutilització segura de l’aigua a l’Índia. Al primer estudi de la primera part, es van abordar els principis físics i teòrics de la sedimentació per utilitzar-los en el funcionament i l'optimització de la collita de biomassa en sedimentador de làmines (700 L) d'un cultiu de microalgues pel tractament d'aigües residuals en un fotobioreactor tubular semitancat de tres (11,7 m3 cadascun) a escala demostrativa. Durant 6 mesos es va ajustar el flux d'entrada (6900 m3-dia-1), la dosi de coagulant (1-12 mg·L-1) i les purgues de la biomassa (60-240 L·dia-1) per aconseguir una adequada separació de la fase sòlid-líquida. Els resultats d'aquest apartat van evidenciar l'eficàcia de les lamel·les en la tasca de separació sòlid-líquid obtenint una terbolesa de sortida inferior a 5 NTU després del període d'optimització. En el segon estudi, es van operar i optimitzar dos espessidors per aconseguir una concentració adequada (20 g·L-1) de la biomassa recol·lectada prèviament pel posterior procés de digestió anaeròbia a les mateixes instal·lacions. Els espessidors i les purgues es van optimitzar en quatre períodes durant dos mesos. Els resultats van mostrar una concentració final de 26,5 g·L-1 a l'últim període a causa d'un ús minimitzat dels rascadors per evitar la resuspensió de les partícules permetent una adequada sedimentació per compressió. A la segona part, es va dissenyar una Llacuna d'Alta Càrrega a escala demostrativa per ser implementada a Aligarh (Índia) amb una capacitat de tractament de 50 m3・dia-1. L'objectiu de l'estudi era assistir, verificar i optimitzar el dimensionament convencional de les llacunes d'alta càrrega mitjançant la modelització biocinètica i l'anàlisi hidrodinàmica mitjançant dinàmica de fluids computacional (CFD). Segons les simulacions del model biocinètic, el temps de retenció hidràulica òptim per millorar l'eliminació de nutrients va ser de 4 dies. Es va construir un model 3D de la llacuna per analitzar el comportament hidrodinàmic de 36 dissenys en forma de carrusel amb diferents configuracions. Es van simular les diferents combinacions de nombres de deflectors en les inversions, amples de paret central i mides de forma de llàgrima als extrems del mur central. Es va quantificar la presència de zones de baixa velocitat, així com l'àrea útil davant de l'àrea total ocupada. La configuració més eficient va ser la composta per dos deflectors i formes de llàgrima amb un diàmetre igual a . de l'amplada del canal. A més, una avaluació tecno-econòmica del sistema va determinar un cost d'inversió de 732 euros per població equivalent (PE) i un cost operatiu de 0,19 euros per m3 d'aigua residual tractada. El cultivo de microalgas está recibiendo actualmente una atención considerable por su potencial en el tratamiento de aguas residuales y la producción de biomasa de algas de la que se pueden obtener bioproductos de alto valor y bioenergía, así como el consiguiente secuestro de dióxido de carbono mediante el proceso de fotosíntesis. Sin embargo, la recolección de biomasa es uno de los cuellos de botella del cultivo de microalgas y de los sistemas de tratamiento de aguas residuales basados en ellas. La separación de la fase sólida-líquida requiere tecnologías de alto consumo energético debido a la baja densidad de las microalgas. Los procesos de bajo coste, como la sedimentación, no son lo suficientemente eficaces debido a la baja velocidad de sedimentación de las microalgas. La sedimentación combinada con la coagulación y la floculación se ha estudiado ampliamente a escala de laboratorio para aumentar la velocidad de sedimentación de la biomasa algal. Sin embargo, pocos estudios han abordado el aumento de escala de estos resultados experimentales con el fin de industrializar el proceso. La tesis se ha dividido en dos partes principales. La primera está conforma por dos estudios y es el tema principal de esta tesis. Un primer estudio abordó los principios físicos y teóricos de la sedimentación que se utilizan para el funcionamiento y la optimización de la recolección de biomasa de un cultivo de microalgas para el tratamiento de aguas residuales a escala demostrativa en el marco del proyecto de investigación INCOVER "Innovative Eco-technologies for Resource Recovery from Wastewater" (GA 689242) (https://incover-project.eu/), cuyo objetivo era validar tecnologías innovadoras a escala demostrativa para convertir las aguas residuales en una fuente de energía alternativa y en productos de valor añadido. Un segundo estudio se centró en el funcionamiento y optimización del proceso de espesamiento posterior de la biomasa previamente cosechada en las mismas instalaciones mediante dos espesadores trabajando en línea. Por último, la segunda parte consistió en el estudio y optimización del comportamiento del licor mezclado en su tránsito por un estanque de algas de alta tasa para el tratamiento de aguas residuales mediante la modelización de la Dinámica de Fluidos Computacional para su implantación en la ciudad de Aligarh. Este estudio se ha realizado en el marco del proyecto H2020 PAVITR (http://www.pavitr.net; GA 821410), cuyo objetivo es la validación de tecnologías naturales y avanzadas sostenibles para el tratamiento del agua y de las aguas residuales, el control y la reutilización segura del agua en la India. En el primer estudio de la primera parte, se abordaron los principios físicos y teóricos de la sedimentación para utilizarlos en el funcionamiento y la optimización de la cosecha de biomasa en sedimentador de láminas (700 L) de un cultivo de microalgas para el tratamiento de aguas residuales en un fotobiorreactor tubular semicerrado de tres (11,7 m3 cada uno) a escala demostrativa. Durante 6 meses se ajustó el flujo de entrada (6900 m3·día-1), la dosis de coagulante (1-12 mg·L-1) y las purgas de la biomasa (60-240 L·día-1) para conseguir una adecuada separación de la fase sólido-líquida. Los resultados de este apartado evidenciaron la eficacia de las lamelas en la tarea de separación sólidolíquido obteniendo una turbidez de salida inferior a 5 NTU tras el periodo de optimización. En el segundo estudio, se operaron y optimizaron dos espesadores para conseguir una concentración adecuada (20 g·L-1) de la biomasa recolectada previamente para el posterior proceso de digestión anaerobia en las mismas instalaciones. Los espesadores y las purgas se optimizaron en cuatro periodos durante dos meses. Los resultados mostraron una concentración final de 26,5 g·L-1 en el último periodo debido a un uso minimizado de los rascadores para evitar la resuspensión de las partículas permitiendo una adecuada sedimentación por compresión. En la segunda parte, se diseñó una Laguna de Alta Carga a escala demostrativa para ser implementada en Aligarh (India) con una capacidad de tratamiento de 50 m3·día-1. El objetivo del estudio era asistir, verificar y optimizar el dimensionamiento convencional de las Lagunas de Alta Carga mediante la modelización biocinética y el análisis hidrodinámico mediante Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Según las simulaciones del modelo biocinético, el tiempo de retención hidráulica óptimo para mejorar la eliminación de nutrientes fue de 4 días. Se construyó un modelo 3D de la laguna para analizar el comportamiento hidrodinámico de 36 diseños en forma de carrusel con diferentes configuraciones. Se simularon las diferentes combinaciones de números de deflectores en las inversiones, anchos de pared central y tamaños de forma de lágrima en os extremos del muro central. Se cuantificó la presencia de zonas de baja velocidad, así como el área útil frente al área total ocupada. La configuración más eficiente resultó ser la compuesta por dos deflectores y formas de lágrima con un diámetro igual a ¼ de la anchura del canal. Además, una evaluación técnico-económica del sistema determinó un coste de inversión de 732 euros por población equivalente (PE) y un coste operativo de 0,19 euros por m3 de agua residual tratada. Enginyeria ambiental

Producción Científica, The objective of this trial was to assess the application of UVA-LED technology as an alternative source of irradiation for photo-Fenton processes, aiming to reduce treatment costs and provide a feasible treatment for landfill leachate. An optimized combination of coagulation with ferric chloride followed by photo-Fenton treatment of landfill leachate was optimized. Three different radiation sources were tested, namely, two conventional high-pressure mercury-vapor immersion lamps (100 W and 450 W) and a custom-designed 8 W 365 nm UVA-LED lamp. The proposed treatment combination resulted in very efficient degradation of landfill leachate (COD removal = 90%). The coagulation pre-treatment removed about 70% of the COD and provided the necessary amount of iron for the subsequent photo-Fenton treatment, and it further favored this process by acidifying the solution to an optimum initial pH of 2.8. The 90% removal of color improved the penetration of radiation into the medium and by extension improved treatment efficiency. The faster the Fenton reactions were, as determined by the stoichiometric optimum set-up reaction condition of [H2O2]0/COD0 = 2.125, the better were the treatment results in terms of COD removal and biodegradability enhancement because the chances to scavenge oxidant agents were limited. The 100 W lamp was the least efficient one in terms of final effluent quality and operational cost figures. UVA-LED technology, assessed as the application of an 8 W 365 nm lamp, provided competitive results in terms of COD removal, biodegradability enhancement, and operational costs (35–55%) when compared to the performance of the 450 W conventional lamp., Ministerio de Economía, Industria y Competitividad - (project CTM2016- 77948-R), Comunidad Autónoma de Madrid - (project S2018/EMT-4459)