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Piggery wastewater generation has become an environmental problem which must be solved by managing the residue through appropriate treatment. One promising technology is the use of photobioreactors where microalgae and bacteria act symbiotically to remove nutrients, which allows to reduce costs in wastewater treatment and in microalgae production by using the wastewater as culture media. In this treatment process, a valuable biomass is generated that can be used to produce several components and bioproducts. However, most of the algal components such as proteins and carbohydrates are found within a cell wall that should be disrupted to extract them by trying to cause low degradation of the solubilized components and considering the presence of pollutants. So, this thesis focusses on the valorization of the algal biomass grown on piggery wastewater by different technologies. Likewise, the economic and environmental viability of some proposed valorization processes was studied., La generación de aguas residuales de purines se ha convertido en un problema medioambiental que debe resolverse gestionando estos residuos mediante un tratamiento adecuado. Una tecnología prometedora es el uso de fotobiorreactores donde microalgas y bacterias actúan simbióticamente para eliminar los nutrientes, lo que permite reducir costes en el tratamiento de las aguas residuales y en la producción de biomasa algal al utilizar las aguas residuales como medio de cultivo. En este tratamiento se genera una biomasa valorizable que puede utilizarse para producir diversos componentes y bioproductos. Sin embargo, la mayoría de los componentes de las algas, como proteínas y carbohidratos, se encuentran dentro de una pared celular que debe romperse para poder extraerlos, con una baja degradación de los componentes solubilizados y teniendo en cuenta la presencia de contaminantes. Así, esta tesis se centra en la valorización de la biomasa algal cultivada en aguas residuales de purines mediante diferentes tecnologías. Así mismo, se ha estudiado la viabilidad económica y ambiental de algunos procesos de valorización propuestos., Escuela de Doctorado, Doctorado en Ingeniería Química y Ambiental

La biomasa de fangos generada en las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) es un importante material renovable. A pesar del interés en la utilización de esta biomasa para mejorar la viabilidad económica de las EDAR a través del proceso de digestión anaerobia, son muy escasas las investigaciones dedicas a la valorización fraccionada de sus principales componentes, las proteínas y carbohidratos. En este estudio se evalúo el efecto del empleo de ultrasonidos (US) seguido de hidrólisis alcalina (US-ALK), térmica (US-HT), termo-alcalina (US-HT+ALK) y biológica, enzimática (US-EH) y autohidrólisis (US-AH) en términos de rendimiento de solubilización (SY) y recuperación (RY) de proteínas y carbohidratos. Se realizaron, además, experimentos bajo hidrólisis individual sin pretratamiento en las mismas condiciones (ALK, HT, HT+ALK, EH, AH) para comprobar el efecto del pretratamiento. Los resultados revelaron que el US como método de pretratamiento, en general, permitió incrementar la solubilización y recuperación de estos dos componentes respecto a la hidrólisis individual. La combinación secuencial de ultrasonidos e hidrólisis termoalcalina (US-HT+ALK) a 121ºC permitió altos rendimientos de solubilización (≈92.3%) con pérdidas mínimas (≈17.6%) para ambos componentes. A 50ºC (US-ALK), la solubilización de proteínas aumentó un 28.2%, respecto a la hidrólisis individual (ALK), mientras que los carbohidratos aumentaron un 41% con pérdidas significativas (≈32.7). Se recuperaron péptidos de 70-250 kDa con posibles usos en surfactantes y bio-fertilizantes. Por otro lado, el uso de autohidrólisis como método alternativo a las costosas enzimas comerciales proporcionó rendimientos de solubilización de proteínas de 45% con bajos factores de pérdidas (≈3%). La combinación secuencial de US y autohidrólisis (US-AH) consiguió solubilizar el 68% de las proteínas, pero con elevadas pérdidas (37.9%), y reducidos tamaños de los péptidos recuperados (inferiores a 50 kDa)., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Técnicas Avanzadas en Química. Análisis y Control de Calidad Químicos

Los problemas ambientales son muy graves debido a que afectan al planeta en el que vivimos. Los fangos aerobios son residuos generados durante el tratamiento biológico de las aguas residuales, formados por microorganismos que acumulan los nutrientes en forma de proteínas y carbohidratos, así mismo. Los fangos tienen, por tanto, un importante potencial de valorización, ya que sus componentes pueden extraerse y ser utilizados en diversas industrias, como parte de las estrategias de economía circular (EC). Esta investigación pretende realizar una valorización fraccional de los fangos aerobios, recuperando las proteínas como péptidos y los carbohidratos como monosacáridos. Se estudia el uso de diferentes alternativas de hidrólisis, entre ellas, las hidrólisis químicas (alcalina con NaOH y ácida con HCl, hidrotérmica (121ºC), combinadas (termoalcalina y termoácida) y bioquímicas (autohidrólisis y enzimática, bajo diferentes condiciones de operación. Se compararon los distintos métodos de hidrólisis, en términos de rendimientos de solubilización (SY) y rendimientos de recuperación (RY) de los componentes mayoritarios de esta biomasa, las proteínas y los carbohidratos. Obteniéndose el máximo RY para la hidrólisis combinada termoalcalina (NaOH 1M, 121ºC, 60 min) y el máximo SY para la hidrólisis ácida (HCl 1M, 121ºC, 60 min). Además, se analizó la composición de aminoácidos y el tamaño de los péptidos recuperados de la biomasa. Siendo la hidrólisis combinada termoácida la mejor técnica para la obtención de aminoácidos libres, mientras que la hidrólisis combinada termoálcali, lo es para la obtención de péptidos de péptidos de gran tamaño., Environmental problems are very serious because they affect the planet we live on. Aerobic sludge is waste generated during the biological treatment of wastewater, formed by microorganisms that accumulate nutrients in the form of proteins and carbohydrates, as well. Sludge therefore has an important potential for recovery, since its components can be extracted and used in various industries, as part of circular economy (CE) strategies. This research aims to carry out a fractional valorization of aerobic sludge, recovering proteins as peptides and carbohydrates as monosaccharides. The use of different hydrolysis alternatives is studied, including chemical hydrolysis (alkaline with NaOH and acid with HCl, hydrothermal (121ºC), combined (thermoalkaline and thermoacid) and biochemical (autohydrolysis and enzymatic, under different operating conditions. compared the different hydrolysis methods, in terms of solubilization yields (SY) and recovery yields (RY) of the major components of this biomass, proteins and carbohydrates. Obtaining the maximum RY for the combined thermoalkaline hydrolysis (1M NaOH, 121ºC, 60 min) and the maximum SY for the acid hydrolysis (1M HCl, 121ºC, 60 min). Furthermore, the amino acid composition and size of the peptides recovered from the biomass were analyzed. Thermoacid combined hydrolysis is the best technique for obtaining free amino acids, while thermoalkali combined hydrolysis is the best technique for obtaining large peptides., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Técnicas Avanzadas en Química. Análisis y Control de Calidad Químicos

En este trabajo se ha planteado el diseño de una planta demostración para la optimización del proceso de obtención y purificación de ectoína producida por bacterias metanótrofas alimentadas con residuos, partiendo de resultados experimentales obtenidos en el laboratorio y referencias bibliográficas. El diseño se ha realizado para una producción de 20 kg ectoína/año. El proceso consta de dos etapas principales. En la primera de ellas se extrae la ectoína de las bacterias mediante un bio-milking con agua, mientras que en la segunda se procede a purificar la ectoína extraída. La purificación consta de una centrifugación inicial para separar la biomasa de la disolución de ectoína, seguido de una electrodiálisis para eliminar las sales, presentes en elevada concentración en el medio de cultivo. A continuación, se acidifica la disolución desalinizada para ionizar la ectoína y se pasa por una columna de intercambio iónico donde queda retenida. La ectoína adsorbida se eluye con una disolución de NaOH 1,3 M, se neutraliza con H2SO4, y se concentra por evaporación hasta un 95% en masa. Se añaden 10 kg metanol/kg ectoína para precipitar los sulfatos, y el líquido filtrado se lleva a un cristalizador evaporativo. El metanol residual se seca para obtener el producto final: ectoína purificada al 95%. El proyecto incluye trabajo experimental, un diseño preliminar de la planta demostración y el diseño de algunos de los equipos, como la columna de intercambio iónico. Se ha realizado además un estudio de la viabilidad económica, incluyendo los diferentes escenarios ante la variación del precio de venta., In this work, the design of a demonstration plant for the optimisation of the process of obtaining and purifying ectoine produced by methanotrophic bacteria fed with waste has been proposed, based on experimental results obtained in the laboratory and bibliographic references. The design has been carried out for a production of 20 kg ectoine/year. The process consists of two main steps. In the first step, the ectoine is extracted from the bacteria by bio-milking with water, while in the second step, the extracted ectoine is purified. Purification consists of an initial centrifugation to separate the biomass from the ectoine solution, followed by electrodialysis to remove the salts, which are present in high concentration in the culture medium. The desalted solution is then acidified to ionise the ectoine and passed through an ion exchange column where it is retained. The adsorbed ectoine is eluted with a 1,3 M NaOH solution, neutralised with H2SO4, and concentrated by evaporation to 95 % by mass. 10 kg methanol/kg ectoine is added to precipitate the sulphates, and the filtered liquid is taken to an evaporative crystalliser. The residual methanol is dried to obtain the final product: 95% purified ectoine. The project includes experimental work, a preliminary design of the demonstration plant and the design of some of the equipment, such as the ion exchange column. An economic feasibility study has also been carried out, including different scenarios for the variation of the selling price., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Grado en Ingeniería Química

Este trabajo realiza el diseño de un proceso para recuperar péptidos de biomasa algal crecida en fotobiorreactores de tratamiento de purines de cerdo. Se realizó una optimización de la extracción con ultrasonidos, obteniendo los mayores rendimientos de extracción de péptidos y monosacáridos a 1h y 50% de amplitud (51% y 62.3% respectivamente), consiguiendo así una valorización integrada de la biomasa algal. Posteriormente, se estudió la separación de los péptidos de mayor tamaño del resto de hidrolizado mediante un sistema de ultrafiltración alcanzando una baja retención del 15.3% con una membrana de 50 kDa y una presión transmembrana de 2-3 bar (los péptidos obtenidos fueron de pequeño tamaño). Con estos resultados experimentales se realizó un diseño preliminar de una planta de tratamiento de 472.12 kg/d biomasa algal crecida en purines de cerdo, alcanzando un precio mínimo de venta de 3.54 €/L y una producción de hidrolizado con péptidos de 0.78 m3/d., This work performs the design of a process to recover peptides from algal biomass grown in pig slurry treatment photobioreactors. An optimisation of the extraction with ultrasound was carried out, obtaining the highest extraction yields of peptides and monosaccharides at 1h and 50% amplitude (51% and 62.3% respectively), thus achieving an integrated valorisation of the algal biomass. Subsequently, the separation of the larger peptides from the rest of the hydrolysate was studied using an ultrafiltration system, achieving a low retention of 15.3% with a 50 kDa membrane and a transmembrane pressure of 2-3 bar (the peptides obtained were of small size). With these experimental results, a preliminary design of a treatment plant for 472.12 kg/d algal biomass grown on pig slurry was made, reaching a minimum selling price of 3.54 €/L and a production of hydrolysate with peptides of 0.78 m3/d., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Grado en Ingeniería Química

La gestión y posible valorización de los fangos generados en las plantas de tratamiento de aguas residuales es un reto importante para nuestra sociedad, desde el punto de vista ambiental, pero también económico. La composición de estos fangos, en los que se acumulan los nutrientes eliminados de las aguas residuales, hacen de ellos una materia prima con un potencial interés muy importante, aplicando el concepto de economía circular. Los fangos presentan una elevada concentración de proteínas, que pueden ser empleadas como proteína industrial, biofertilizantes, bioestimulantes o como alimentación animal. Con el objetivo de recuperar la fracción proteica de estos fangos de depuradora, este trabajo compara diferentes métodos de hidrólisis para la recuperación de péptidos., The management and possible valorization of sludge generated in wastewater treatment plants is an important challenge for our society, from an environmental point of view, but also from an economic point of view. The composition of these sludges, in which the nutrients removed from the wastewater accumulate, make them a raw material with a very important potential interest, applying the concept of circular economy. The sludge has a high concentration of proteins, which can be used as industrial protein, biofertilizers, biostimulants or animal feed. With the aim of recovering the protein fraction of these sewage sludges, this work compares different hydrolysis methods for the recovery of peptides., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Técnicas Avanzadas en Química. Análisis y Control de Calidad Químicos

A lo largo de este trabajo se estudió la composición bioquímica de biomasa microalgal compuesta principalmente por la especie Scenedesmus almeriensis crecida en un fotobiorreactor de capa fina, alimentado por purín de cerdo diluido al 10% con agua. Esta biomasa fue cedida por la Universidad de Almería (UAL). El estudio se divide en dos ensayos en los que se utiliza este mismo tipo de biomasa, pero en los que la alimentación está dopada con compuestos diferentes: en el primer ensayo el purín se dopó con tres fármacos veterinarios comúnmente usados en granjas (sulfadiazina, tetraciclina y ciprofloxacino) y en el segundo con tres metales pesados (cobre, zinc y arsénico). Así mismo, se estudió la influencia de estos compuestos en los rendimientos de extracción de los principales macrocomponentes de la biomasa algal (proteínas y carbohidratos). La finalidad de estudiar la composición bioquímica de las muestras es conocer la efectividad de diferentes métodos de extracción a partir del cálculo de los rendimientos de solubilización y recuperación de cada componente en función del método empleado y la influencia de los fármacos y los metales pesados. Los experimentos realizados se dividen en tres grandes grupos: 1) los que utilizan ultrasonidos, tanto por separado (UAE) como su empleo conjunto con enzimas (UAEE), 2) los basados en hidrólisis enzimática (con enzimas ProtamexTM y CelluclastTM) y 3) hidrólisis químicas en medio ácido (HCl) y básico (NaOH) a dos temperaturas (60 y 120ºC). Se utilizaron diferentes técnicas para la determinación de los macrocomponentes: un método gravimétrico basado en una extracción con solventes orgánicos para los lípidos, un análisis de nitrógeno orgánico total mediante el método Kjeldahl para las proteínas y una hidrólisis ácida de los carbohidratos y posterior cuantificación de los monosacáridos generados mediante HPLC. Además, se analizó por ICP-OES la composición de metales de las muestras del segundo ensayo. Los resultados de solubilizacio, Throughout this work, the biochemical composition of microalgal biomass composed mainly of the species Scenedesmus almeriensis grown in a thin-layer photobioreactor, fed by pig slurry diluted 10% with water, was studied. This biomass was provided by the University of Almeria (UAL). The study is divided into two trials using the same type of biomass, but in which the feed is doped with different compounds: in the first trial the slurry was doped with three veterinary drugs commonly used on farms (sulfadiazine, tetracycline and ciprofloxacin) and in the second with three heavy metals (copper, zinc and arsenic). The influence of these compounds on the extraction yields of the main macrocomponents of the algal biomass (proteins and carbohydrates) was also studied. The purpose of studying the biochemical composition of the samples is to know the effectiveness of different extraction methods by calculating the solubilization and recovery yields of each component depending on the method used and the influence of drugs and heavy metals. The experiments carried out are divided into three main groups: 1) those using ultrasound, both separately (UAE) and in conjunction with enzymes (UAEE), 2) those based on enzymatic hydrolysis (with ProtamexTM and CelluclastTM enzymes) and 3) chemical hydrolysis in acid (HCl) and basic (NaOH) media at two temperatures (60 and 120ºC). Different techniques were used for the determination of macrocomponents: a gravimetric method based on an extraction with organic solvents for lipids, an analysis of total organic nitrogen by the Kjeldahl method for proteins and an acid hydrolysis of carbohydrates and subsequent quantification of the monosaccharides generated by HPLC. In addition, the metal composition of the samples from the second test was analyzed by ICP-OES. The results of protein solubilizations obtained with the first assay with veterinary drugs reveal the formation of protein-drug interactions that only chemical extraction methods at 120°C, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Técnicas Avanzadas en Química. Análisis y Control de Calidad Químicos

Sin resumen, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Ingeniería Ambiental

En el presente trabajo se ha realizado un análisis del ciclo de vida (ACV) de la valorización como biofertilizante de la biomasa obtenida tras realizar un tratamiento mediante microalgas a los purines obtenidos de diferentes explotaciones porcinas. En él se han contabilizado todas las emisiones, procesos y materiales utilizados desde el momento en que el purín es deyectado por el cerdo hasta que la biomasa es aplicada al suelo. Para la realización de este ACV se ha utilizado el software SimaPro 8 y el método de evaluación de impacto IMPACT 2002+. La característica de este método es que divide el impacto ambiental en 4 categorías principales de daño y en 15 categorías de impacto. Los resultados que se han obtenido se han analizado en las 15 categorías, para así poder determinar cómo se veía afectado cada uno. Finalmente, se han comparado los resultados con dos casos de estudio en los que también se realizaba un análisis del ciclo de vida para un tratamiento con microalgas y, además, se han realizado 3 análisis de sensibilidad en los que se ha estudiado la influencia de la electricidad, del almacenamiento del purín y del tiempo de retención hidráulico., In this work, a life cycle analysis (LCA) of the valorisation as a biofertiliser of the biomass obtained after treatment with microalgae of the slurry obtained from different pig farms has been carried out. All emissions, processes and materials used from the moment the slurry is dejected by the pig until the biomass is applied to the soil have been accounted for. The LCA was carried out using SimaPro 8 software and the IMPACT 2002+ impact assessment method. The characteristic of this method is that it divides the environmental impact into 4 main damage categories and 15 impact categories. The results obtained were analysed in the 15 categories in order to determine how each one was affected. Finally, the results were compared with two case studies in which a life cycle analysis was also carried out for a microalgae treatment and, in addition, 3 sensitivity analyses were carried out in which the influence of electricity, slurry storage and hydraulic retention time were studied, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Ingeniería Ambiental

The microalgae biomass grown in wastewater becomes an interesting renewable raw material able to metabolize the nutrients of waste streams and transform them into high added products such as proteins and carbohydrates. Despite the actual interest in the use of this biomass to improve de viability of conventional wastewater treatment processes, the research carried out on the fractional valorization of these macrocompounds is still very scarce. In the present work, a comparison of several conventional methodologies is developed (chemical hydrolysis, enzymatic hydrolysis and pretreatments coupled with enzymatic hydrolysis) against novel methodologies of enzymatic hydrolysis assisted by ultrasound and microwaves for the solubilization and recovery of macrocompounds, such as proteins and carbohydrates, from a consortium of Scenedesmus almeriensis-bacteria cultivated in a thin-film photobioreactor fed with manure wastewater. The acid hydrolysis with HCl 2M at 120ºC enhanced the carbohydrates solubility (86,6%) with high fermentable monosaccharide recoveries (60.7%). The alkaline hydrolysis with NaOH 2M at 120ºC achieved almost complete solubilization of the biomass components with high solubilization (88.3%) and recovery yields (61.5%) of proteins with peptide size less than 11 kDa, but with high carbohydrates losses. The enzymatic hydrolysis with proteases gave raise to moderate carbohydrates recoveries (14.9%) and peptides (17.6%), while the addition of cellulases to the enzymatic cocktail achieved an improvement in the yields of proteins, although, in both cases, the sizes of the recovered peptides were found in the range of 20-135 kDa. The secuencial application of pretreatments (bead mills or ultrasound) coupled with enzymatic hydrolysis with proteases improved the solubilization of carbohydrates (35%) and proteins (28.2%) of the biomass but, the recovery yields obtained were within the range obtained only with enzymatic hydrolysis with proteases in a single stage (, La biomasa de microalgas cultivada en aguas residuales resulta ser un interesante material renovable capaz de metabolizar los nutrientes de los residuos y transformarlos en productos con valor añadido como son las proteínas y los carbohidratos. A pesar del reciente interés en el empleo de esta biomasa para mejorar la viabilidad de los procesos convencionales del tratamiento de aguas residuales, la investigación desarrollada sobre la valorización fraccionada de sus macrocomponentes es aún muy escasa. En el presente trabajo se desarrolla una comparación de diferentes metodologías convencionales (hidrólisis química, enzimática y pretratamientos acoplados a hidrólisis enzimática) frente a nuevas metodologías de hidrólisis enzimática asistida por ultrasonidos y microondas en la solubilización y recuperación de macrocomponentes, proteínas y carbohidratos, a partir de un consorcio de Scenedesmus almeriensis-bacterias cultivado en un fotobiorreactor de capa fina alimentado con aguas residuales de purines de cerdo. La hidrólisis ácida con HCl 2M a 120ºC potenció la solubilización de carbohidratos (86.6%) con altas recuperaciones de monosacáridos fermentables (60.7%). La hidrólisis alcalina con NaOH 2M a 120ºC consiguió una solubilización casi completa de los componentes de la biomasa con una alta solubilización (88.3%) y recuperación (61.5%) de proteínas con tamaños de péptidos inferiores a 11 kDa, pero con elevadas pérdidas de carbohidratos. La hidrólisis enzimática con proteasas dio lugar a recuperaciones moderadas de carbohidratos (14.9%) y péptidos (17.6%) mientras que la adición de celulasas al cóctel enzimático consiguió una mejora en los rendimientos de proteínas aunque los tamaños de los péptidos recuperados se encontraron en el rango de 20 – 135 kDa. La aplicación secuencial de pretratamientos (molienda o ultrasonidos) acoplados a la hidrólisis enzimática con proteasas dio lugar a un incremento en la solubilización de carbohidratos (35%) y proteínas (28.2%) de la bi, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Técnicas Avanzadas en Química. Análisis y Control de Calidad Químicos

En los últimos años, los sistemas de tratamiento de aguas residuales basados en microorganismos fotosintéticos han sido ampliamente estudiados por su capacidad para eliminar simultáneamente materia orgánica y nutrientes con un bajo coste energético. Además, ofrecen la posibilidad de revalorizar la biomasa cultivada para obtener productos de valor añadido. Las principales ventajas de la biomasa de microalgas cultivadas en fotobiorreactores son la elevada capacidad de reproducción, la capacidad de crecimiento en ambientes adversos, como en aguas saladas, aguas residuales, hielo, etc., el bajo requerimiento nutricional y la tolerancia a un elevado rango de pH, temperatura y contaminantes. Como desventajas del cultivo de microalgas cabe destacar los elevados costes de cultivo empleando medios sintéticos y el consumo de agua. El cultivo de microalgas en aguas residuales permite resolver estos problemas. En los fotobiorreactores de tratamiento de aguas residuales crecen simbióticamente microalgas y bacterias que además depuran las aguas residuales con muy bajo coste económico y sin usar productos químicos, maximizando la recuperación de nutrientes y con un bajo coste energético. La biomasa generada puede ser empleada en distintas aplicaciones como en la industria de los fertilizantes, alimentación animal, o producción de bioenergía, entre otras. Sin embargo, la presencia de contaminantes orgánicos y antibióticos en las aguas residuales puede afectar a este tipo de fotobiorreactores, alterando la microbiota de los mismos y afectando al tratamiento de las aguas residuales, a los efluentes obtenidos y a la biomasa crecida en estos sistemas. En este trabajo se estudia, experimentalmente, empleando ocho fotobiorreactores la influencia de tres antibióticos (tetraciclina, sulfadiazina y ciprofloxacina) en las comunidades de microorganismos presentes en estos. Para ello se controlan varios parámetros experimentales durante tres etapas, una etapa inicial donde se deja que los foto, In recent years, wastewater treatment systems based on photosynthetic microorganisms have been widely studied for their ability to simultaneously remove organic matter and nutrients with a low energy cost. In addition, they offer the possibility of revaluing the cultivated biomass to obtain value-added products. The main advantages of the biomass of microalgae cultivated in photobioreactors are the high reproduction capacity, the growth capacity in adverse environments, such as in salt water, wastewater, ice, etc., the low nutritional requirement and the tolerance to a high range. pH, temperature and contaminants. Disadvantages of microalgae cultivation include the high costs of cultivation using synthetic media and the consumption of water. The cultivation of microalgae in wastewater can solve these problems. Microalgae and bacteria grow symbiotically in wastewater treatment photobioreactors, which also purify wastewater at a very low cost and without using chemicals, maximizing the recovery of nutrients and with a low energy cost. The biomass generated can be used in different applications such as in the fertilizer industry, animal feed, or bioenergy production, among others. However, the presence of organic pollutants and antibiotics in wastewater can affect this type of photobioreactor, altering their microbiota and affecting the treatment of wastewater, the effluents obtained and the biomass grown in these systems. In this work, the influence of three antibiotics (tetracycline, sulfadiazine and ciprofloxacin) on the communities of microorganisms present in them is studied experimentally, using eight photobioreactors. For this, several experimental parameters are controlled during three stages, an initial stage where the photobioreactors are allowed to function correctly, followed by a second stage in which the feeding of the photobioreactors is doped with the study antibiotics, and a third stage in the that the feed is stopped doping and the recoverability of t, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Técnicas Avanzadas en Química. Análisis y Control de Calidad Químicos

Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) produces syngas through the gasification of carbonaceous fuels. Removing CO2 for storage from the hydrogen gas is a key step in the process for the IGCC power plant for both the power generation and mitigation of greenhouse gas emissions. RectisolTM is a commercial process which is applied to syngas physical absorption using methanol as solvent and packed contactor technology. This study investigates the intensification potential of using dense layer hollow fiber membrane contactors (HFMC) instead of packed contactors (PC), which have additional design constraints due to flooding. Moreover, it has been considered pressure drop restrictions in the HFMC design. The research is based on previous simulation work with Aspen HYSYS taken out under different operating conditions of inlet temperature, inlet pressure and inlet CO2 concentration. It was obtained an intensification potential such that the volume of the contactor could be reduced as minimum 100 times if PC are substituted by HFM. In addition, a parametric study revealed that for HFMC contactor, the volume is not notably affected by methanol inlet temperature, whereas for PC is reduced at higher liquid inlet temperatures. Moreover, it is decreased at higher inlet pressures and at higher concentrations of CO2 in the gas inlet., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Ingeniería Química

El hidrotratamiento de dos fracciones medias de petróleo (Diesel y Coker Gasoil) se analizó mediante simulación utilizando un modelo de reactor flujo pistón y diferentes enfoques cinéticos. El estudio se centró en las reacciones de hidrodesulfuración (HDS) e hidrodesnitrogenación (HDN). Las materias primas se procesaron en un rango de temperaturas de 335 a 365ºC, la presión de operación varió entre 3.5 y 5.1 MPa y el LHSV se ajusto entre 0.7 y 3.5 h-1. Se evaluó la precisión de los distintos enfoques, así como el significado cualitativo de los parámetros cinéticos. Se encontró que uno de los modelos estudiados predijo el 66% de los experimentos en el rango de incertidumbre con un coeficiente de correlación de Pearson de r = 0.941, mientras que el segundo modelo solo alcanzó el 48% de los experimentos en el rango deseado, con un coeficiente de correlación de Pearson de r = 0.789., Hydrotreating processes play a vital role in petroleum refineries to meet the increasing demand of fuels and oil fractions and to guarantee the long-term viability of the refining business. Different kinetic approaches have been proposed in the past to model this process, each one with specific advantages in simplicity or accuracy. The hydrotreating of medium oil cuts was analysed via simulation using a heterogeneous plug-flow reactor model and different kinetic approaches. The study was focused on the hydrodesulfurization (HDS) and hydrodenitrogenation (HDN) reactions. The dataset comprised two medium oil fractions: diesel fraction (DF) and coker gasoil (CGO). The feeds were processed in a range of temperatures from 335 to 365ºC, the operation pressure varied from 3.5 MPa to 5.1 MPa and the LHSV was set from 0.7 to 3.5 h-1. The accuracy of the different approaches is assessed as well as the qualitative meaning of the kinetic parameters. It was found that with one of the studied models 66% of the experiments were predicted in the given range of experimental uncertainty, with a Pearson correlation coefficient of the linear regression of the parity plot of r = 0.941, while in the second model only the 47% of the experiments were predicted in the desired range, with a Pearson correlation coefficient of the parity plot of r = 0.789. Keywords, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Ingeniería Química

En este trabajo se estudia el empleo de microalgas para la biorremediación de la contaminación de metales pesados (MP) presentes en aguas. En particular, se demuestra la efectividad de cuatro especies de microalgas verdes (Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella vulgaris, Scenedesmus almeriensis y Chlorophyceae sp.) en procesos de depuración de los elementos As, B, Cu, Mn y Zn. El estudio toma como base la composición en metales pesados del río Loa, en la región de Antofagasta, debido a la importante problemática que conlleva esta contaminación, en una zona con muy importante escasez de agua., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Doctorado en Ingeniería Química y Ambiental

Enzymes are widely used as biocatalysts for different reactions. When operating with free-form enzymes they are in a liquid state so it will be difficult to separate them from the reaction product if complex methods are not used. If the enzyme is not fully recovered, the product will be contaminated. Besides, by using the enzyme in this way, it cannot be reused in other reactions and the stability time of the enzyme for the operation is low. These problems could be solved by immobilizing the enzymes since they are more stables when fixed to a carrier and since they are in a solid form they are better handled, easier to separate from the product and can be reused. Despite the advantages that the immobilization can have, when fixing the enzymes to a carrier they can lose activity. That is why is necessary to choose the support correctly and the immobilization method for the fixation to be effective. In the laboratory aminoacylases are produced from Streptomyces ambofaciens; however, it is necessary to immobilize them because as it is been said, in their free form they are very unstable. The objectives of the present work is to be able to compare the immobilizations of these enzymes, the aminoacylases, in different supports, silicon or carbonated. In addition, optimal conditions have to be found to carry out the immobilization step, both in terms of temperature and pH, the buffer used and the support in which the immobilization is carried out, Las enzimas son muy utilizadas como biocatalizadores en diferentes reacciones. Cuando se opera con enzimas en su forma libre están en estado líquido por lo que son difíciles de manejar y su estabilidad dura poco tiempo. Estos problemas se solucionan inmovilizando las enzimas en un soporte., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Grado en Ingeniería Química

En los últimos años, la búsqueda de nuevas materias primas renovables ha aumentado exponencialmente debido al gran consumo de materiales y los limitados recursos fósiles. Al mismo tiempo, un importante esfuerzo de investigación se centra en la gestión de las grandes cantidades de desechos generadas por las actividades humanas. Combinando ambos objetivos de investigación, la recuperación y la valorización de los componentes procedentes de desechos parecen ser la única solución sostenible. Las aguas residuales, que contienen gran cantidad de materia orgánica y nutrientes, son uno de los mayores residuos generados en nuestra sociedad. Se están estudiando procesos biotecnológicos con consorcios de microalgas y bacterias para el tratamiento de aguas residuales con el objetivo de mejorar los rendimientos de recuperación de los nutrientes (C, N, P, S ...), así como con el fin de obtener agua limpia para otras aplicaciones. Por lo tanto, esta tesis tiene como objetivo abordar la valorización de la biomasa de microalgas-bacterias cultivadas en fotobiorreactores de tratamiento de aguas residuales. Este trabajo se centra en la valorización de la fracción de carbohidratos de esta biomasa para producir biogás y monosacáridos fermentables, pero considerando el efecto de este proceso en otras fracciones valiosas de la biomasa, como proteínas y lípidos, y la generación de otros subproductos. El estudio de la recuperación de carbohidratos se aborda como una primera etapa de un proceso secuencial para la valorización integral de la biomasa, aplicando un concepto de biorrefinería., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Doctorado en Ingeniería Química y Ambiental

The development of efficient and inexpensive methodologies for the treatment of all types of wastewater (manure, municipal wastewaters, etc.) is an increasing need. One of the most promising methods is the usage of photobioreactors. Biomass produced, composed by microalgae and bacteria, use the nutrients present in all types of wastewater to generate carbohydrates, proteins and lipids. These products can be further processed and revalorized. The use of the different fractions of the biomass, applying the concept of biorefinery, improves the economic and environmental viability of the global process. Certain aspects of the valorization of the carbohydrate fraction of algae and bacteria biomass grown in pig slurry treatment plants in the form of fermentable sugars were studied in this work. Algal biomass samples, obtained from pig manure treatment in a pilot plant, were subjected to several physical and chemical treatments, followed by an enzymatic hydrolysis step. Sugar release entails co-solubilization of other fractions of biomass (proteins and lipids) and generation of degradation byproducts, which can reduce the efficiency and inhibit further processes. The aim of the study is to identify the most efficient method to maximize sugars production while simultaneously minimizing their degradation. The effect of treatments on the generation of degradation byproducts has been investigated. To deepen the understanding of the processes of nutrient degradation and differentiate degradation due to pretreatment and due to biological action, some treatments (acid hydrolysis, alkaline hydrolysis and bead mill grinding) were applied to pure sources of carbohydrates (cellulose), gelatin (proteins) and lipids (vegetable oil). The concentrations of inhibitors obtained were studied by using multivariate statistical analysis (principal component analysis and hierarchical cluster analysis), demonstrating the effect of the different physical, chemical and enzymatic treatments in the, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Técnicas Avanzadas en Química. Análisis y Control de Calidad Químicos

Castilla y León es una región donde un 94% del territorio está destinado a la actividad agrícola, ganadera y forestal, permitiendo esta circunstancia poder caracterizar la biomasa disponible. Del análisis de ésta se desprenden resultados en los que se demuestra que, la biomasa agrícola y ganadera de la región, es muy heterogénea, debido a que su origen es muy diverso. Por ello resulta imprescindible disponer de una caracterización de este tipo de residuos, a partir de la cual se puedan definir estrategias y proyectos regionales ligados a sectores como la bioenergía, la alimentación animal o a la producción de fertilizantes. Se plantea como objetivo fundamental del trabajo estimar la producción de la biomasa agrícola y ganadera en Castilla y León y analizar territorialmente los resultados, representando finalmente en mapas la densidad de la biomasa valorizable total según el origen de los residuos (agrícolas o ganaderos)., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Ingeniería Ambiental

Este trabajo estudia el efecto de ácido acético y ácido cítrico en el crecimiento de la bacteria Cupriavidus necator y en su capacidad de producción de PHB a partir de sustratos azucarados. El crecimiento y acumulación de PHB aumentó con la concentración de glucosa, alcanzándose un máximo de 566 mg/l para una concentración de 20 g/l de glucosa a 24 h. El ácido acético resultó tóxico para el crecimiento en concentración mayores de 0,5 g/l, pero se alcanzaron acumulaciones de 3245 mg/L para 15 g/l de glucosa y 0,25 g/l de acético. El ácido cítrico resulta tóxico en concentraciones mayores de 2,5 g/l, con un máximo de PHB de 6357 mg/l para 15 g/l de glucosa y 1 g/l de cítrico. Cupriavidus necator consumió glucosa, ácido acético y ácido cítrico de hidrolizados de biomasa microalgal crecida en purines y pretratada con molienda y HCl, pero no acumuló PHB., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Grado en Ingeniería Química

Aunque las tecnologías físicas/químicas todavía se utilizan para tratar las aguas residuales, sus altos costos operativos y los impactos ambientales han fomentado el desarrollo de procesos biológicos. Con el fin de proponer nuevas soluciones de tratamiento sostenibles ambientalmente y de bajo costo, esta tesis se centró en determinar el potencial y las limitaciones de los procesos fotosintéticos antes de su ampliación futura. Los resultados obtenidos en esta tesis representan una herramienta valiosa para comprender mejor la dinámica y la estructura de las poblaciones microbianas durante el tratamiento fotosintético de aguas residuales. Estos hallazgos apoyarán la optimización de los procesos de biodegradación fotosintética para mejorar la recuperación de carbono y nutrientes de los efluentes agroindustriales a través de la maximización de la productividad de biomasa. La biomasa generada durante el tratamiento de estas aguas residuales podría utilizarse como materia prima en la producción industrial de bioproductos comerciales, como biocombustibles y biofertilizantes., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Doctorado en Ingeniería Química y Ambiental

Algal-bacteria process is a low-cost and environmentally friendly alternative process for wastewater treatment. Currently, Algae biomass as biofuels and high value-added compounds have attention to be produced with wastewater treatments. The macromolecular composition of this biomass grown in wastewater treatment photobioreactors is a key information in order to select alternatives of valorization. The presence of bacteria and the wastewater components such as high concentration of carbon, nitrogen and heavy metals or the environmental conditions influence remarkably the algal biomass compositions. In this study, we set up a photobioreactors system and studied the evolution of algae-biomass, and the efficiency of wastewater treatment. We aimed to clarify the fluctuations of biomass based on green algae Scenedesmus spp. grown in non-sterilized piggery wastewater (PWW) and in synthetic water. Results from small 3L laboratory scale indoor photobioreactors were compared with 360L outdoor pilot plant thin layer (TL) photobioreactors and closed tubular (TB) reactor located in Almeria using also Scenedesmus species. Four laboratory experiments, 3L small open photobioreactors (15.8 cm depth, 15.5 cm internal diameter) were designed and performed with high repeatability. They were placed inside a water bath under artificial lights, 1053±32 μmol m-2 sec-1, 12h light: 12h dark. Scenedesmus sp. was used as inoculum and two reactors were fed with Modified Bristol medium (MBM) and other two with PWW. Feeding rate was set 500 mL d-1 (Hydraulic retention time; HRT 6 day), and pH 8 was maintained in the photobioreactors by supplying CO2. The removal rate of COD and TN were 83.6 % and 74.5%, respectively, in reactors treating PWW. The dissolved oxygen (DO) concentration in PWW resulted 0 mg L-1 while DO 14.8-17.1 mg L-1 were determined in MBM condition. This process did not require oxygen supply to remove pollutants by bacteria. It is thought that low-cost operation was possible due, Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Máster en Ingeniería Ambiental

El objetivo del proyecto es crear un objeto impreso en 3D mediante FDM (Modelado por Deposición Fundida) con una parte suave y una parte dura combinando sus propiedades y el diseño del objeto. Diseñar un filamento de material blando con buena compatibilidad con un termoplástico, poli (ácido láctico) (PLA) usando diferentes (co)polímeros comerciales para el proceso de extrusión e impresión y por último elegir un método para evaluar la adhesión del filamento diseñado con el filamento de PLA. En este informe se estudia la extrusión y la posibilidad de impresión de diferentes TPE (elastómeros termoplásticos). Primero, se incluye un fondo bibliográfico que presenta el estudio. En segundo lugar, se recopila una lista de los materiales y métodos utilizados para este estudio. Y finalmente, se presentan los resultados obtenidos en este estudio, así como las perspectivas de conclusión., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Grado en Ingeniería Química

Un mismo diseño de experimentos de Taguchi L27 permitió estudiar las etapas de pretratamiento y de hidrólisis enzimática de diferentes biomasas microalgales (procedente de plantas de tratamiento de purines, de aguas residuales y pura) en términos de liberación y recuperación de azúcares; pero también de liberación de proteínas y lípidos. Los pretratamientos estudiados fueron ácido y básico diluido. El máximo rendimiento de azúcar recuperado fue 91.20% para el alga pura aplicando HCl 2 M a 121°C durante 10 minutos y una concentración de alga de 75 g/L, con una concentración de enzima de 10 FPU durante 3h. El pretratamiento ácido favoreció la liberación y recuperación de azúcares, mientras que el básico incrementó la liberación de proteínas y lípidos. El factor más significativo, independientemente del tipo de alga empleada, resultó la temperatura de pretratamiento, seguido de la concentración del agente químico, con los mejores resultados a 121ºC y concentración 2 M., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Grado en Ingeniería Química

En este trabajo se analiza el efecto esterilizante sobre las poblaciones de bacterias presentes en la biomasa microalgal crecida en fotobiorreactores de tratamiento de aguas residuales. Así, se ha estudiado la presencia de bacterias vivas en biomasa sin pretratar, biomasa pretratada aplicando distintas alternativas y biomasa sometida a hidrólisis enzimática. Los pretratamientos evaluados han sido físicos, químicos y combinados: térmico, ácido, básico, alcalino-peróxido, molino de bolas, explosión de vapor y ultrasonidos; seguidos en todos los casos por hidrólisis enzimáticas. Para ello, se ha extraído el ADN de todas las muestras y se ha evaluado la supervivencia de bacterias. Esta evaluación se ha realizado de forma cualitativa mediante una electroforesis en un gel de agarosa y, cuando ha sido posible, de forma cuantitativa, mediante una qPCR (reacción en cadena de la polimerasa cuantifica) utilizando PMA (Propidio Monoazida). Los pretratamientos con un mayor efecto esterilizante resultaron térmico, ácido, básico, y molino de bolas. La hidrólisis enzimática degrada el ADN de las bacterias., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Grado en Ingeniería Química

El diseño y estudio de dos importantes procesos catalíticos usando CO2 han sido realizados: su acoplamiento reductivo con etileno y su metanación. Por un lado, para el primer proceso se han desarrollado cálculos DFT usando Gaussian 16 para definir el mecanismo de reacción constituido por el acoplamiento oxidativo y la β-eliminación. Se han diseñado dos mecanismos acoplando un etileno y dos etilenos a cada ligando usado en este proyecto, obteniéndose un resultado más favorable a partir del mecanismo planteado con el primero. Por otro lado, el estudio de metanación de CO2 indica que la influencia de la presión y la temperatura es significativa sobre que la de parámetros como la conversión de los reactivos y la producción de metano. Las condiciones ideales para el proceso son: una temperatura de 550 K y altas presiones. La relación molar de los reactantes debe ser estimada a través de un balance de energía., Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente, Laboratory of Chemical Technology (LCT), Grado en Ingeniería Química