[ca] Els sistemes d'infiltració són sistemes de tractament d'aigua on aquesta percola verticalment a través d'un medi porós mentre que una sèrie de processos biogeoquímics tenen lloc. Els biofilms són els principals responsables dels processos biogeoquímics que es donen en el medi porós degut a la seva habilitat per colonitzar sediments així com pel seu rol en la transformació de matèria orgànica i nutrients en sistemes aquàtics i ambients subsuperficials. Al mateix temps un creixement excessiu dels biofilms (bioclogging) en sistemes d'infiltració de sorres poden reduir significativament la capacitat d'infiltració d'aquestes sistemes limitant per tant els processos que s'hi donen. Un dels paràmetres influents en el funcionament d'aquests sistemes és la distribució granulomètrica del sediment ja que aquest determina els paràmetres hidrològics en sediments subsuperficials influenciant el creixement del biofilm així com les taxes dels processos d'eliminació de nutrients i matèria orgànica en fondària. Al mateix temps, la mida del sediment també pot influir en l'ocurrència i extensió del bioclogging. El principal objectiu d'aquesta tesis doctoral és estudiar la influència que tenen diferents distribucions granulomètriques sobre els processos biogeoquímics i sobre el bioclogging en fondària en sistemes d'infiltració de sorres utilitzats com a potencials tractaments terciaris per l'eliminació de matèria orgànica i nutrients en l'aigua. Per assolir aquest objectiu s'han dut a terme dos experiments d'infiltració: (a) un experiment de laboratori amb columnes reblertes de sediment creant 5 distribucions granulomètriques diferents i utilitzades com a sistemes d'infiltració (Capítol I) i (b) un experiment a l'aire lliure amb dipòsits omplerts de sediment creant 2 distribucions granulomètriques diferents (Capítol II i Capítol III). Els resultats d'aquesta tesi mostren com la distribució granulomètrica influencia l'establiment i creixement dels biofilms, les taxes dels processos biogeoquímics així com també el bioclogging en superfície i en fondària. D'acord amb això, sediments grollers (coarse system) permeten majors biomasses en fondària però no mostren eliminació de fòsfor, tot i que degut a majors càrregues d'entrada les taxes dels processos que s'hi donen són majors. La configuració granulomètrica de sediment groller a la capa superior i sediment fi a la capa inferior (coarse-fine system) promou l'acumulació de biomassa a la interfase dels dos sediments fet que resulta amb un hot-spot d'activitat microbiana. A més, promou l'acumulació de nutrients tot i estar formada per sediment groller, possiblement degut al fet que les velocitats del flux en aquest sistema són menors que les d'un sistema groller i per tant el temps de contacte entre l'aigua i el sediment augmenta promovent aquesta assimilació i adsorció de nutrients. L'establiment de biomassa en sediments fins (fine system) resulta en major bioclogging degut a menor porositat inicial en comparació amb sistemes amb sorra grollera a la superfície. Aquesta menor porositat resulta en menor espai disponible per colonitzar, i degut això el biofilm de la capa superior del sistema monocapa fi (fine system) podria assolir l'estat de maduresa abans que el sistema groller-fi (coarse-fine system), això juntament amb els menors fluxos en el sistema fi, afavoreix el despreniment del biofilm superficial i el transport d'aquest en fondària. L'acumulació d'EPS en fondària (degut a producció de bacteris vius o a transport des de capes superiors) és el principal causant de les variacions de la K en fondària (potencial de causar deep-clogging a la llarga). S'ha vist que sediments mixtes de sorres fines i grolleres (mixture system) i sistemes fi-groller (fine-coarse system) resulten en un funcionament similar a la del sediments fins assolint biomasses similars entre ells i taxes inferiors a la resta de configuracions granulomètriques estudiades

[en] Infiltration systems are water treatment technologies where water vertically percolates through porous media while several biogeochemical processes occur. Biofilms are the main responsible for those biogeochemical processes due to their ability to colonize sediments as well as due to their role in transformation of organic matter and nutrients in aquatic ecosystems and subsurface environments. However, an excessive biofilm growth in sand filtration systems can significantly reduce their infiltration capacity (bio-clogging), thus constraining the processes that occur therein. Sediment grain size distribution influences the performance of these systems since it determines hydrological characteristics in subsurface sediments influencing biofilm growth as well as the process rates of biogeochemical processes in depth. Furthermore, sediment grain size can also influence the occurrence and depth-extension of bio-clogging. The main objective of this doctoral thesis is to study the influence of grain size distributions on biogeochemical processes and on bio-clogging in depth in sand infiltration systems used as potential tertiary treatments for the removal of organic matter and nutrients in water. To achieve this objective, two infiltration experiments have been carried out: (a) a laboratory-scale columns experiment using 5 sediment grain size distributions used as potential infiltration systems (Chapter I) and (b) an outdoor infiltration experiment in sediment tanks using two sediment grain size distributions (Chapter II and Chapter III). The results of this thesis show how sediment grain size distribution influences biofilm establishment and growth, biogeochemical rates as well as occurrence of bio-clogging in surface sediments and in depth. Accordingly, coarse sediments (coarse system) allow higher biomass in depth but they do not have the ability to remove dissolved phosphorous; however, due to high input loads they showed higher process rates. Grain size distribution of coarse sediment in the upper layer and fine sediment in the bottom layer (coarse-fine system) promotes the accumulation of biomass at the interface of the two sediment layers which results in a hot-spot of microbial activity. In addition, it promotes nutrient accumulation in sediments (dissolved phosphorous removal) possibly due to the fact that its flow velocities are smaller than those of a coarse system and therefore the contact time between the water and sediment increases by promoting the assimilation and adsorption of nutrients in the porous medium. Biomass establishment in fine sediments (fine system) results in greater bio-clogging due to lower initial porosity compared to systems with coarse sediment on the surface. This lower porosity results in less space available to colonize, and due to this, biofilm in the top layer of the monolayer fine system could reach the maturity state earlier than the bilayer coarse-fine system. That, together with the lower flows in the fine system, favours the detachment of biofilm in the top layer and its transport in depth. EPS accumulation in depth (due to live bacteria release or due to transport from upper sediment layers) is the main factor causing K variations in depth (potential to cause deep-clogging). Results also showed that mixed sediments of fine and coarse sands (mixture system) and the fine-coarse system achieve similar performance than fine system reaching similar biomasses between them and lower process rates than the other grain size distributions studied