[ca] Davant la creixent demanda d'aigua per a diferents usos, les aigües residuals han cobrat impuls com a font alternativa i fiable d'aigua, canviant el paradigma de la gestió de les aigües residuals, que ha passat de ser tractament i eliminació a ser reutilització, reciclatge i recuperació de recursos. En aquest sentit, les plantes de tractament d'aigües residuals (EDAR) s'estan transformant en estacions de recuperació de recursos de l'aigua (ERRA). L'objectiu principal de les ERRA no és només aconseguir una bona qualitat de l'efluent, sinó també recuperar recursos, aigua i energia de forma sostenible. A més, en els últims anys ha augmentat la preocupació per la sostenibilitat de les actuals EDAR, amb especial atenció a la petjada de carboni a causa de l'impacte de les emissions de gasos d'efecte hivernacle (GEH) en el canvi climàtic. Per això, moltes empreses d'aigua han pres consciència de les possibles emissions de GEH i hi ha una creixent necessitat de reduir aquestes emissions i d'identificar els factors que controlen les emissions de GEH de les EDAR. L'N2O es produeix i s'emet durant l'eliminació biològica de nitrogen (EBN) a les EDAR. A causa del seu alt potencial d'escalfament global, la petjada de C de les EDAR és molt sensible a les emissions de N2O. La modelització matemàtica dels processos de EBN ha guanyat una major atenció amb vista a una millor comprensió de la producció, acumulació i emissió de N2O. L'objectiu d'aquesta tesi és avançar en el desenvolupament, coneixement i aplicació de noves estratègies operatives i de control per a mitigar les emissions de N2O durant el tractament de les aigües residuals. A la primera part, es va utilitzar el model cinètic ASM2d-N2O, que té en compte la producció de N2O a les EDAR amb eliminació de C/N/P, per estudiar les emissions associades d'una EDAR a escala real amb dues línies independents. El model ASM2d-N2O es va calibrar amb dades experimentals obtinguts en condicions dinàmiques. Es va obtenir un bon ajust del model durant el calibratge dinàmic, donant una bona descripció dels nutrients i les emissions de N2O. A la segona part de la tesi, es va monitoritzar i avaluar el rendiment i les emissions de N2O i CH4 durant el funcionament a llarg termini d'una nova configuració d'ERRA, la mainstream SCEPPHAR. Els factors d'emissió de N2O i CH4 a llarg termini calculats estaven en el rang baix de la literatura. Es van aplicar diferents estratègies d'aireació per estudiar l'impacte en les emissions de N2O en el reactor de nitrificació. L'aireació intermitent va ser l'estratègia d'aireació que més va mitigar les emissions de N2O en el reactor de nitrificació. Finalment, es va implementar un model per a tota la planta que descriu l'eliminació de la demanda química d'oxigen (DQO) i els compostos de C, N i P, actualitzat per tenir en compte les emissions de GEH, dins el Model de Simulació de Benchmarking número 2 (BSM2). El model proposat incloïa les principals vies de producció biològica de N2O i descrivia mecànicament les emissions de CO2 en els reactors de fangs activats, així com la producció de biogas del digestor anaeròbic. Es van proposar noves estratègies de control per obtenir un alt rendiment de la planta, així com la recuperació de nutrients i la mitigació de les emissions de GEH en el context de tota la planta. Les estratègies de control aplicades van conduir a un rendiment global més sostenible i eficient de la planta en termes de millor qualitat de l'efluent, reducció dels costos operatius i menors emissions de GEH.

[es] Ante la creciente demanda de agua para diferentes usos, las aguas residuales han cobrado impulso como fuente alternativa y fiable de agua, cambiando el paradigma de la gestión de las aguas residuales, que ha pasado de ser un tratamiento y una eliminación a ser una reutilización, un reciclaje y una recuperación de recursos. En este sentido, las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) se están transformando en estaciones de recuperación de recursos del agua (ERRA). El objetivo principal de las ERRA no es sólo conseguir una buena calidad del efluente, sino también recuperar recursos, agua y energía de forma sostenible. Además, en los últimos años ha aumentado la preocupación por la sostenibilidad de las actuales EDAR, con especial atención a la huella de carbono debido al impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en el cambio climático. Por ello, muchas empresas de agua han tomado conciencia de las posibles emisiones de GEI y existe una creciente necesidad de reducir estas emisiones y de identificar los factores que controlan las emisiones de GEI de las EDAR. El N2O se produce y se emite durante la eliminación biológica de nitrógeno (EBN) en las EDAR. Debido a su alto potencial de calentamiento global, la huella de C de las EDAR es muy sensible a las emisiones de N2O. La modelización matemática de los procesos de EBN ha ganado una mayor atención con vistas a una mejor comprensión de la producción, acumulación y emisión de N2O. El objetivo de esta tesis es avanzar en el desarrollo, conocimiento y aplicación de nuevas estrategias operativas y de control para mitigar las emisiones de N2O durante el tratamiento de las aguas residuales. En la primera parte, se utilizó el modelo cinético ASM2d-N2O, que tiene en cuenta la producción de N2O en las EDAR con eliminación de C/N/P, para estudiar las emisiones asociadas de una EDAR a escala real con dos líneas independientes. El modelo ASM2d-N2O se calibró con datos experimentales obtenidos en condiciones dinámicas. Se obtuvo un buen ajuste del modelo durante la calibración dinámica, dando una buena descripción de los nutrientes y las emisiones de N2O. En la segunda parte de la tesis, se monitorizó y evaluó el rendimiento y las emisiones de N2O y CH4 durante el funcionamiento a largo plazo de una nueva configuración de ERRA, la mainstream SCEPPHAR. Los factores de emisión de N2O y CH4 a largo plazo calculados estaban en el rango bajo de la literatura. Se aplicaron diferentes estrategias de aireación para estudiar el impacto en las emisiones de N2O en el reactor de nitrificación. La aireación intermitente fue la estrategia de aireación que más mitigó las emisiones de N2O en el reactor de nitrificación. Por último, se implementó un modelo para toda la planta que describe la eliminación de la demanda química de oxígeno (DQO) y los compuestos de C, N y P, actualizado para tener en cuenta las emisiones de GEI, dentro del Modelo de Simulación de Benchmarking n° 2 (BSM2). El enfoque propuesto incluía las principales vías de producción biológica de N2O y describía mecánicamente las emisiones de CO2 en los reactores de lodos activados, así como la producción de biogás del digestor anaeróbico. Se propusieron estrategias de control novedosas para obtener un alto rendimiento de la planta, así como la recuperación de nutrientes y la mitigación de las emisiones de GEI en el contexto de toda la planta. Las estrategias de control aplicadas condujeron a un rendimiento global más sostenible y eficiente de la planta en términos de mejor calidad del efluente, reducción de los costes operativos y menores emisiones de GEI.