Ingeniería para el tratamiento de aguas

Los contenidos de esta materia se han configurado partiendo de una base común de conocimiento de los procesos convencionales de tratamiento de aguas, presentes en gran número de titulaciones tanto de Ciencias Experimentales (Grado/Licenciado en CC. Ambientales, Química, etc.) como de Ingenierías (Grado/Ingeniero Químico, Civil, etc.). Así, se establece un primer bloque de temas con aspectos generales tales como caracterización de aguas (urbanas e industriales), origen, procesos convencionales de tratamiento y cuestiones legislativas incluyendo aspectos de seguridad y salud.
Posteriormente, el bloque segundo supone cuerpo central de la materia, comprendiendo 5 temas en donde se van estudiando los aspectos más importantes de los reactores biológicos más innovadores utilizados en plantas de tratamiento de aguas urbanas e industriales utilizando como criterios de estudio el mecanismo de retención de la biomasa (suspensión, biopelícula o membranas), las condiciones redox aplicadas (anaerobios, anóxicos y aerobios) o el objetivo perseguido (eliminación de materia orgánica, nutrientes), haciéndose especial hincapié en el concepto de sistemas híbridos.
Finalmente, el último bloque presenta de manera más cualitativa las nuevas ideas que se están desarrollando en el campo del tratamiento de aguas residuales agrupadas en dos puntos: uno relativo a la reducción de impactos y otro hacia las estrategias de revalorización que están cambiando completamente la idea clásica de las plantas de tratamiento de aguas residuales.
El enfoque de la materia será eminentemente práctico, incidiendo en las clases de teoría y problemas en los tipos de unidades más frecuentes utilizadas en función del criterio perseguido, así como de un juicio crítico de ventajas e inconvenientes asociados a cada tecnología.
El programa de la materia contempla la posibilidad de realizar de una visita técnica a instalaciones industriales que servirían para complementar la formación recibida en el aula.

Los contenidos que se desarrollan en el curso se articulan en torno a los indicados en el descriptor de la materia recogido en el plan de estudios de Máster en Ingeniería Ambiental:
• Aguas residuales: tipologías, caracterización y objetivos del tratamiento
• Operaciones unitarias en los procesos de potabilización y tratamiento de aguas residuales
• Reactores biológicos
• Tecnologías innovadoras de tratamiento
• Aspectos éticos, de seguridad y salud

El programa de la materia está dividido en 3 bloques de teoría con 9 temas básicos, que se detallan a continuación:

Programa

Bloque I: Aspectos generales en el tratamiento de aguas (8 h)
Tema 1. Caracterización de aguas residuales (4)
Contaminación de aguas receptoras. Tipificación de las aguas residuales. Caudal y carga contaminante. Fuentes contaminantes: origen doméstico, industrial y agropecuario. Características de las aguas residuales urbanas. Agua residual de origen industrial. Agua pluvial.
Tema 2. Procesos convencionales de depuración y potabilización (2)
EDAR: Línea de aguas y de fangos. ETAP: Línea de aguas y de fangos. Principales operaciones unitarias. Bombeo. Desbaste. Homogeneización de caudales. Desarenado y desengrasado. Sedimentación. Flotación. Procesos físico-químicos. Reactores biológicos. Procesos convencionales basados en reactores de lodos activos.
Tema 3. Objetivos actuales y nuevos desafíos. Aspectos éticos, seguridad y salud (2)
Reglamentos y objetivos de la depuración de las aguas residuales. Clasificación de los tratamientos: físicos, químicos y biológicos. Nuevos desafíos. Aspectos de seguridad y salud en las plantas de tratamiento de aguas.

Bloque II: Procesos innovadores de tratamiento biológico (22 h)
Tema 4. Introducción a los biorreactores (4 h)
Introducción. Microorganismos y cinética microbiana. Biorreactores y clasificación de tecnologías (biomasa en suspensión y en biopelícula). Balances y modelización de sistemas de crecimiento en suspensión. Oxidación aerobia. Oxidación biológica del nitrógeno. Desnitrificación. Oxidación anaerobia de amonio. Eliminación de fósforo.
Tema 5. Procesos basados en bioreactores con biomasa en suspensión (8 h)
Evolución del proceso de lodos activos: selección de tipos y consideraciones de diseño. Procesos para la eliminación de DBO y nitrificación. Procesos para la eliminación biológica de nitrógeno.
Tema 6. Reactores biológicos de biomasa fija, reactores de membrana y sistemas híbridos (2 h)
Tipos de procesos con biopelícula (lecho fijo y lecho móvil). Procesos sumergidos y no sumergidos. Sistemas híbridos. Uso de membranas en el tratamiento de aguas, tipos y características. Fundamentos de los procesos de membranas. Ensuciamiento y colmatación de membranas. Diseño y operación de procesos de membrana.
Tema 7. Tecnologías de tratamiento anaerobio (8 h)
Bases de los procesos anaerobios. Factores a considerar en el diseño y operación de equipos. Principales tecnologías: AC, UASB, EGSB, AF, IC. Estrategia operativa de los digestores anaerobios. Aplicaciones.


Bloque III: Nuevas perspectivas (2 h)
Tema 8. Desarrollo de tecnologías innovadoras y principales realizaciones industriales (1 h)
Concepción de tecnologías innovadoras. Patentes y nuevos diseños. Análisis de las principales tecnologías existentes en el mercado y principales realizaciones industriales.
Tema 9. Estrategias de reducción y valorización en el tratamiento de aguas residuales urbanas (1 h)
Consideraciones generales. Reducción de espacio: i) tecnologías de lodo granular; ii) aplicación de membranas; iii) tratamiento primario ampliado. Reducción de emisiones de microcontaminantes, emisiones gaseosas y olores. Reutilización de aguas. Recuperación de nutrientes, valorización de lodos y producción de energía.

Libros básicos
• Guang-Lo Ha C., Van Loosdrecht, M., Ekama, G. Brdjanovic, D. Biological Wastewater Treatment: Principles, modelling and design. 2nd Edition. IWA Publishing. London, UK (2020). Disponible como libro electrónico en B-USC: https://iacobus.usc.gal/permalink/34CISUG_USC/tmlevo/alma99101338386130…
• Metcalf & Eddy Inc. Wastewater Engineering. Treatment and reuse (5ª Ed.) New York: Editorial Mc-Graw Hill Higher Education, 2014. ISBN: 978-1-259-01079-8.
Sinatura ETSE: A213 13 H

Libros complementarios
• Henze, M., van Loodsdrecht. M.C.M., Ekama, G.A. Brdjanovic, D. Biological Wastewater Treatment: Principles, modelling and design. London: IWA Publishing, 2008.
ISBN: 978-1-843-39188-3
Sinatura ETSE: 213 17
• Udo Wiesmann, In Su Choi, Eva-Maria Dombrowski. Fundamentals of Biological Wastewater Treatment. Winheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2007. ISBN: 978-3-527-31219-1.
Disponible on-line• Judd S. The MBR book (2ª Ed.). Amsterdam: Elsevier, 2011. ISBN 978-1-843-39518-8.
Sinatura ETSE: 213 32 A
• Poch, M. y J. M. Lema (Eds) Tecnologías y estrategias para el rediseño de EDAR.
USC: Santiago de Compostela, 2008. ISBN 978-84-691-7741-9.
Sinatura ETSE: 213 45 1
• Speece, R.E. Anaerobic biotechnology for industrial wastewaters.
Nashville: Archae Press, 1996. ISBN 0-9650226-0-9.
Sinatura ETSE: 213 9
• Van Haandel, A.C. and Lettinga, G. Anaerobic sewage treatment.
Chichester: John Wiley & Sons, 1994. ISBN 0-471-95121-8.
Sinatura ETSE: 213 22

En esta materia el alumno adquirirá o practicará una serie de competencias genéricas, deseables en cualquier titulación universitaria, y específicas, propias de la ingeniería en general o específicos de la Ingeniería Ambiental en particular.
De acuerdo con el cuadro de competencias que se diseñó para la titulación, se trabajarán las siguientes:

Competencias Básicas
CB 6. Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
CB 7. Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
CB 8. Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
CB 9. Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
CB 10. Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias Generales
CG 1. Identificar y enunciar problemas ambientales.
CG 3. Ser capaces de asumir la responsabilidad de su propio desarrollo profesional y de su especialización en uno o más campos de estudio.
CG 4. Aplicar conocimientos de matemáticas, física, química, biología y otras ciencias naturales, obtenidos mediante estudio, experiencia, y práctica, con razonamiento crítico para establecer soluciones viables económicamente a problemas técnicos.

Competencias Transversales
CT 1. Desarrollar capacidades asociadas al trabajo en equipo: cooperación, liderazgo, saber escuchar.
CT 3. Adaptarse a los cambios, siendo capaz de aplicar tecnologías nuevas y avanzadas y otros progresos relevantes, con iniciativa y espíritu emprendedor.
CT 4. Demostrar razonamiento crítico y autocrítico, capacidad analítica y de síntesis.
CT 5. Elaborar, escribir y defender públicamente informes y proyectos de carácter científico y técnico.
CT 6. Apreciar el valor de la calidad y la mejora continua, actuando con rigor, responsabilidad y ética profesional en el marco de compromiso con el desarrollo sostenible.

Competencias Específicas
CE 1. Saber evaluar y seleccionar la teoría científica adecuada y la metodología precisa del campo de estudio de la Ingeniería Ambiental para formular juicios a partir de información incompleta o limitada incluyendo, cuando sea preciso y pertinente, una reflexión sobre la responsabilidad social o ética ligada a la solución que se proponga en cada caso.
CE 2. Conocer en profundidad las tecnologías, herramientas y técnicas en el campo de la ingeniería ambiental para poder comparar y seleccionar alternativas técnicas y tecnologías emergentes
CE 3. Desarrollar la autonomía suficiente para participar en proyectos de investigación y colaboraciones científicas o tecnológicas dentro del ámbito temático de la Ingeniería Ambiental, en contextos interdisciplinares y, en su caso, con una alta componente de transferencia del conocimiento.
CE 4. Diseñar productos, procesos, sistemas y servicios de la industria de procesos, así como la optimización de otros ya desarrollados, tomando como base tecnológica las diversas áreas de la Ingeniería Ambiental.
CE 8. Abordar un problema real de Ingeniería Ambiental bajo una perspectiva científico-técnica, reconociendo la importancia de la búsqueda y gestión de la información existente y de la legislación aplicable.

Se usará el Aula Virtual de la USC a través de la aplicación Moodle, como herramienta de comunicación con los alumnos ofreciéndoles información de la programación docente a lo largo del curso en el aula y materiales complementarios para el estudio de la materia (apuntes del profesor así como artículos científico-técnicos), fomentando el estudio autónomo del estudiante y el manejo de fuentes bibliográficas en inglés.

Al inicio del curso se facilitará a los alumnos el siguiente material en el campus virtual de la asignatura:
• GUÍA DOCENTE: la guía docente aprobada para la materia (galego, castelán, inglés).
• PLANIFICACIÓN DIARIA: una guía donde se indicará la planificación detallada de actividades día a día.
• PRESENTACIONES: las presentaciones-guía usadas por el profesor en las clases expositivas (formato pdf).
• PROBLEMAS: fichero pdf con la relación de problemas así como sus resoluciones (en algunos casos)
• MATERIAL COMPLEMENTARIO: para cada tema como legislación relevante, artículos científicos, enlaces a páginas web con contenido de interés (productos, empresas, etc.)

Docencia

• Clases expositivas e interactivas: Las clases se realizarán combinando tanto la clase magistral (exposición y discusión de temas) como en forma de seminarios (realización de ejercicios) donde el profesor tratará de hacer hincapié en los aspectos más destacados del estado del arte, y donde se verificará la asimilación de contenidos por parte de los alumnos. Es por ello muy importante que el alumno vaya trabajando el material de que dispone para promover la interacción profesor-alumno.
• Trabajo en equipo: está planificado la realización de un trabajo en equipo por parte de los alumnos, que presentarán oralmente en la última sesión de tutorías de la materia.
• Visita a una instalación industrial: Se contempla la visita a una Estación Depuradora de Aguas Residuales como complemento necesario a los temas indicados siempre que sea posible. Se pretende implicar a los alumnos en la citada visita mediante la realización de una evaluación a través de un cuestionario.
• Tutoría Grupal: Se realizará una tutoría grupal centrada en la modelización de reactores biológicos mediante la hoja de cálculo Excel.

Docencia telemática

• Tutorías individualizadas: se realizarán a demanda del alumno presenciales o eventualmente mediante la plataforma MS Teams.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación lo recogido en la Normativa de evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones.

En esta materia la ponderación de la EC es de un 50%, correspondiendo el 50% restante a una prueba final.

La calificación del alumno es una media ponderada entre el rendimiento del mismo en las partes en las que se evalúa el mismo: examen, rendimiento en el aula (participación, trabajo cooperativo) y visita técnica.

Actividades que comprende la Evaluación Continua

La Evaluación Continua comprende el seguimiento de las siguientes actividades:
• Cuestionarios de seguimiento: 3 Cuestionarios cortos (15 min) a realizar de forma individual.
• El trabajo en equipo consistirá en la exposición breve (en torno a 3-4’ máximo por persona) en torno a la presentación de una tecnología innovadora. Se valorará especialmente la información cuantitativa.
• La tutoría grupal será evaluada por medio de un pequeño ejercicio de modelización a resolver en Excel. A realizar en equipos.
• La visita técnica será evaluada por medio de un cuestionario que será entregado a los alumnos el día de la visita, que tendrán que cumplimentar durante la misma y entregar al finalizar a visita. A realizar de forma individual.
• Con “comportamiento proactivo” se pretende valorar la actitud diaria de cada alumno, en especial: a) muestra de que sigue al día la materia y las discusiones que se hacen en el aula; b) comentarios pertinentes sobre lo tratado; c) motivación y actitud positiva en clase, entre otras. A realizar de forma individual.

Examen final (presencial)
• El examen constará de dos partes bien diferenciadas: preguntas de teoría y problemas numéricos a resolver para el que se podrán usar calculadora y formulario. Es preciso que se obtenga en ambas partes un mínimo de 3 sobre 10.

La consideración de “no presentado” se tendrá si no se asiste a ninguna actividad evaluadora (examen, trabajo en equipo o visita técnica). Si no se asiste sólo a alguna de ellas la calificación en la primera oportunidad será de “suspenso”.

A los que tengan que acudir a la segunda oportunidad se les conservarán las calificaciones obtenidas en el trabajo en equipo, visita técnica y comportamiento proactivo en aula. En caso de no haber participado en alguna actividad concreta tendrán preguntas adicionales:
- Si no participaron en el trabajo en equipo se les incluirán preguntas sobre tecnologías innovadoras.
- De no haber participado en la visita técnica se les incluirán preguntas sobre la misma.



Distribución de la calificación
Evaluación Continua 5 puntos
- Cuestionarios 3
- Trabajo en equipo 1,5
- Proactividad 0,5
Examen final 5 puntos
- Teoría (mín. 30%) 3
- Problemas (mín. 30%) 2
TOTAL 10 puntos


EVALUACIÓN DE COMPETENCIAS

Las competencias a desarrollar son:
• Básicas: CB6, CB7, CB8, CB9, CB10
• Generales: CG1,CG3,CG4
• Transversales: CT1, CT3, CT4, CT5, CT6
• Específicas: CE1, CE2, CE3, CE4, CE8

Y se prevé su evaluación de la siguiente manera:
• Clases expositivas: CG1, CB6, CB7, CB8, CB10,
• Clases interactivas: CB7, CB8, CB10, CE1, CE4, CE8, CT3, CT4, CT6
• Comportamiento proactivo: CG1, CB9, CE1
• Tutoría grupal y trabajo en grupo: CG4, CB8, CB9, CE2, CE3, CE8, CT1, CT5
• Visita técnica: CG3
• Cuestionarios y exámenes: CB6, CB9, CB10,

La materia tiene una carga de trabajo equivalente a 4,5 ECTS que se reparten de la forma que se muestra en la tabla. Las horas presenciales indican el número de horas de clases de la materia, a través de las diversas actividades que se realizan, el factor indica la estimación de horas que tiene que dedicar el estudiante por hora de actividad, siendo las horas de trabajo autónomo un cómputo del producto del factor por las actividades y total la carga de trabajo que supone cada actividad.

Distribución de las actividades formativas en horas totales y créditos ECTS

Actividad Horas totales
Clases magistrales 14
Seminarios 18
Tutorías grupo 4
Examen 2
Trabajo autónomo 74,5
Total 112,5 (4,5 ECTS)

ACTIVIDADES FORMATIVAS
Clases expositivas
• Clases presenciales
• Clases telemáticas
• Participación de ponentes externos de empresa
• Participación de ponentes/investigadores de prestigio
Clases interactivas
• Seminarios y clases prácticas (resolución de problemas, discusión de casos)
• Prácticas de campo o visitas a instalaciones industriales
Clases de tutoría
• Tutorías programadas grupales
• Tutorías individuales
Trabajo autónomo del alumno
• Estudio y trabajo personal del alumno
• Preparación de la presentación para la defensa pública de trabajos
Examen
• Realización examen

METODOLOGÍAS DOCENTES
• MD1-Clases magistrales participativas
• MD5-Visitas técnicas a empresas e instituciones
• MD6-Utilización de pizarras clásicas y digitales
• MD7-Aprendizaje basado en la resolución de problemas, casos prácticos y proyectos (ABP)
• MD8-Tutorías individualizadas y colectivas
• MD10-Uso de materiales audiovisuales (presentaciones, videos, etc.)
• MD11-Aprendizaje cooperativo: (i) realización de trabajos en grupo, (ii) desarrollo de materiales docentes entre los alumnos, (iii) gamestorming
• MD13-Uso de docencia telemática
• MD14-Presentaciones orales de temas previamente preparados, incluyendo el debate con los compañeros y los profesores
• MD15-Utilización de software especializado, bases de datos y recursos web. Soporte docente on-line (Campus Virtual)

Tener los conocimientos básicos referidos a la contaminación de aguas y procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales. En caso de necesitar reforzarlos, el profesor puede proveer de materiales para dicho fin.
Es importante que los alumnos estudien previamente aquellos textos, documentos o artículos que se vayan señalando en la guía docente. Es imprescindible tener un dominio medio del idioma inglés.
Se recomienda el uso del campus virtual como eje vertebrador de todas las actividades a realizar en la materia.
Recomendaciones para la docencia telemática:
• De acuerdo con las normas de la evaluación telemática, es preciso disponer de micrófono y cámara para la realización de exámenes telemáticos, además de que estos dispositivos mejoran grandemente la interacción con el profesor.
• Mejorar las competencias informacionales y digitales con los recursos disponibles en la USC.

El idioma vehicular de la materia será el castellano en consonancia con la decisión estratégica del Máster que definió como fundamental la captación de alumnado procedente de otras comunidades autónomas o países.