Procesos innovadores en potabilización e tratamento de augas residuais

Tal como se subliña na memoria do título este mestrado está dirixido principalmente a profesionais do ámbito da xestión da auga e a titulados/as da rama de enxeñería e de ciencias que queiran desenvolverse laboralmente neste campo.

Os contidos desta materia configuráronse partindo dunha base común de coñecemento dos procesos convencionais de tratamento de augas, presentes en gran número de titulacións tanto de Ciencias Experimentais (Grao/Licenciado en CC. Ambientais, Química etc.)/ etc.) como de Enxeñerías (Grao/Enxeñeiro Químico, Civil etc.). Así, establécese un primeiro bloque centrado na caracterización de augas en función da súa orixe, mentres que o segundo bloque está orientado ao acondicionamento de auga de proceso para industrias e os procesos de potabilización de augas.

Posteriormente, o bloque terceiro supón o corpo central da materia, comprendendo 5 temas onde se van estudando os aspectos máis importantes dos reactores biolóxicos máis innovadores utilizados en plantas de tratamento de augas urbanas e industriais utilizando como criterios de estudo o mecanismo de retención da biomasa (suspensión, biopelícula ou membranas), as condicións redox aplicadas (anaerobios, anóxicos e aerobios) ou o obxectivo perseguido (eliminación de materia orgánica, nutrientes), facéndose especial fincapé no concepto de sistemas híbridos.

Finalmente, o último bloque presenta de maneira máis cualitativa as novas ideas que se están desenvolvendo no campo do tratamento de augas residuais agrupadas en dous puntos: un relativo á redución de impactos e outro cara ás estratexias de revalorización que están a cambiar completamente a idea clásica das plantas de tratamento de augas residuais. Este bloque comprende tamén un tema centrado en aspectos éticos e de seguridade e saúde.

O enfoque da materia será eminentemente práctico, incidindo nas clases de teoría e problemas nos tipos de unidades máis frecuentes utilizadas en función do criterio perseguido, así como dun xuízo crítico de vantaxes e inconvenientes asociados a cada tecnoloxía.

Os contidos que se desenvolven no curso articúlanse ao redor dos indicados no descritor da materia, recollido no plan de estudos de Máster Universitario en Xestión Sostible da auga:

• Fundamentos dos procesos convencionais aplicados a potabilización e tratamento de augas residuais e retos actuais.
• Tecnoloxías innovadoras en ETAP e EDAR: Procesos innovadores.
• Estratexias de potabilización, tratamento e recuperación de recursos en base a tecnoloxías innovadoras.
O programa da materia está dividido en 4 bloques de teoría con 10 temas básicos, que se detallan a continuación:

Programa

Bloque I: Caracterización de augas (4 h)
Tema 1. Caracterización de augas
Orixe e tipos de augas. Caracterización de augas: parámetros físicos, químicos y biolóxicos. Importancia do recurso: pegada hídrica e ODS.


Bloque II: Acondicionamento de augas de proceso e potabilización de augas (12 h)

Tema 2. Potabilización de augas (8 h)
Potabilización de augas, lexislación. Captación de augas. Liña de augas e de lamas en ETAP. Principais operacións unitarias: Desbaste e bombeo, coagulación-floculación, oxidación química, sedimentación, filtración e desinfección. Procesos innovadores en potabilización augas. Xestión de lamas de ETAP.

Tema 3. Acondicionamento de augas de proceso para a industria (4 h)
Augas de proceso na industria alimentaria. Tratamento de augas para torres de arrefriamento.


Bloque III: Tratamento de augas residuais (26 h)

Tema 4. Caracterización e tratamento de augas residuais (4 h)
Tipificación das augas residuais: Caudal e carga contaminante. Fontes contaminantes: orixe doméstica, industrial e agropecuario. Características das augas residuais urbanas. Auga residual de orixe industrial. EDAR: Liña de augas, operacións de pretratratamiento, tratamento primario, secundario, terciario. Liña de lodos. Lexislación en tratamento de augas residuais.

Tema 5. Fundamentos de los procesos de tratamento biolóxico (6 h)
Introdución. Microorganismos e cinética microbiana. Biorreactores e clasificación de tecnoloxías. Balances e modelización de sistemas de crecemento en suspensión. Sistemas con biomasa fixa. Oxidación aerobia. Oxidación biolóxica do nitróxeno. Desnitrificación. Oxidación anaerobia de amonio. Eliminación biolóxica de fósforo.

Tema 6. Procesos biolóxicos aerobios (8 h)
Evolución do proceso de lodos activos: i) selección de tipos e consideracións de deseño para os procesos de lodos activos. Procesos para a eliminación de DBO e nitrificación: i) consideracións xerais de deseño; ii) reactores secuenciais SBR; iii) vantaxes e limitacións de procesos de eliminación de nitróxeno. Procesos para a eliminación biolóxica de nitróxeno: i) fundamentos e tipos de procesos; ii) procesos preanóxicos e postanóxicos; iii) procesos cíclicos; iv) configuracións alternativas.

Tema 7. Reactores biolóxicos de membranas (2 h)
Uso de membranas no tratamento de augas, tipos e características. Fundamentos dos procesos de membranas: Forza impulsora, polarización e fluxo crítico. Ensuciamento e entupido de membranas. Biorreactores aerobios e anaerobios de membrana. Deseño e operación de procesos de membrana.

Tema 8. Tecnoloxías de tratamento anaerobio (6 h)
Bases dos procesos anaerobios. Factores a considerar no deseño e operación de equipos. Principais tecnoloxías: AC, UASB, EGSB, AF, IC. Estratexia operativa dos dixestores anaerobios. Aplicacións.


Bloque IV: Novas perspectivas e procesos innovadores (10 h)

Tema 9. Tendencias innovadoras para el tratamento de augas (8 h)
Concepción de tecnoloxías innovadoras. Patentes e novos deseños. Novas tendencias no tratamento de augas residuais: i) recuperación de recursos, fósforo; ii) microcontaminantes.

Tema 10. Aspectos éticos, seguridade e saúde (2)
Dilemas éticos en enxeñería ambiental. Aspectos de seguridade e saúde nas plantas de tratamento de augas.

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
• The American Water Works Association (AWWA), and The American Society of Civil Engineers (ASCE). 2012. Water Treatment Plant Design. 5th ed. New York: McGraw-Hill. Disponible en la web de la biblioteca USC, dentro de “base de datos”, “Access Engineering”: https://www-accessengineeringlibrary-com.ezbusc.usc.gal/content/book/97…

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
• 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
• Suez Degremont. Water handbook. Digital Version. Disponible como libro electrónico en la Web de la compañía Suez: https://www.suezwaterhandbook.com/
• Tomei M.C. and Garrido J.M. Anaerobic treatment of domestic wastewater, present status and potentialies. IWA Publishing, 2024. ISBN 9781789063479. Libro electrónico disponible en: Doi: 10.2166/9781789063479
• 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 en formato electrónico, biblioteca USC
• Van Haandel, A.C. and Lettinga, G. Anaerobic sewage treatment. Chichester: John Wiley & Sons, 1994. ISBN 0-471-95121-8.
Sinatura ETSE: 213 22
• Water, Nalco. 2018. Nalco Water Handbook. 4th ed. New York: McGraw-Hill Education. Disponible en la web de la biblioteca USC, dentro de “base de datos”, “Access Engineering”:
https://www-accessengineeringlibrary-com.ezbusc.usc.gal/content/book/97…

Nesta materia o alumno adquirirá ou practicará unha serie de competencias, habilidades e coñecementos descritos na memoria do plan de estudios:

Coñecementos:
CON4 Enumerar os sistemas de tratamento de auga, tanto para o abastecemento a poboacións ou industrias, como para a depuración e posterior restitución aos medios naturais e reutilización da auga rexenerada. Identificar e describir os retos emerxentes no tratamento da auga.
Habilidades:
HAB3 Seleccionar e operar sistemas de tratamento innovadores adaptados a distintas realidades, contornas xeográficas e requirimentos de calidade, incluíndo os retos emerxentes e a aplicación de tratamentos verdes ou baseados na natureza. Experimentar con sistemas piloto de tratamento de auga.
Competencias:
COM3 Xulgar o rendemento e a idoneidade de diversas propostas de tratamento de auga. Comparar distintas alternativas. Integrar criterio experto na planificación de sistemas de tratamento de auga, considerando os retos emerxentes e as solucións verdes.

Usarase a aula Virtual da USC a través da aplicación Moodle, como ferramenta de comunicación cos alumnos ofrecéndolles información da programación docente ao longo do curso na aula e materiais complementarios para o estudo da materia (apuntamentos do profesor así como artigos científico-técnicos), fomentando o estudo autónomo do estudante e o manexo de fontes bibliográficas en inglés.

Ao comezo do curso facilitarase aos alumnos o seguinte material no campus virtual da materia:
• GUÍA DOCENTE: a guía docente aprobada para a materia (galego, castelán, inglés).
• PLANIFICACIÓN DIARIA: unha guía onde se indicará a planificación detallada de actividades día a día.
• PRESENTACIÓNS: as presentacións-guía usadas polo profesor nas clases expositivas (formato pdf).
• PROBLEMAS: ficheiro pdf coa relación de problemas así como as súas resolucións (nalgúns casos)
• MATERIAL COMPLEMENTARIO: para cada tema como lexislación relevante, artigos científicos, ligazóns a páxinas web con contido de interese (produtos, empresas etc.)/ etc.)

Docencia
• Clases expositivas e interactivas: As clases realizaranse combinando tanto a clase maxistral (exposición e discusión de temas) como en forma de seminarios (realización de exercicios) onde o profesor tratará de facer fincapé nos aspectos máis destacados da estado da arte, e onde se verificará a asimilación de contidos por parte dos alumnos. É por iso moi importante que o alumno vaia traballando o material de que dispón para promover a interacción profesor-alumno. Utilizarase folla de cálculo (Excel) como ferramenta informática básica para as sesións de aula de informática.

• Traballo en equipo: está planificado a realización dun traballo en equipo por parte dos alumnos, que presentarán oralmente na última sesión de titorías da materia.
• Titoría Grupal: Realizarase unha titoría grupal centrada na modelización de reactores biolóxicos mediante a folla de cálculo Excel.
Docencia telemática
• Titorías individualizadas: realizaranse a demanda do alumno presenciais ou eventualmente mediante a plataforma MS Teams.

Actividades formativas (segundo memoria do título)
Clases expositivas
• Clases presenciais
• Clases telemáticas
• Participación de relatores externos de empresa
• Participación de relatores/investigadores de prestixio
Clases interactivas
• Seminarios e clases prácticas (resolución de problemas, discusión de casos)
Clases de titoría
• Titorías programadas grupais
• Titorías individuais
Traballo autónomo do alumno
• Estudo e traballo persoal do alumno
• Preparación da presentación para a defensa pública de traballos
Exame
• Realización exame

Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación o recolleito na Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións. Nesta materia a ponderación da avaliación contínua é dun 50%, correspondendo o 50% restante a unha proba final. A cualificación do alumno é unha media ponderada entre o rendemento deste nas partes nas que se avalía o mesmo: exame, rendemento na aula (participación, traballo cooperativo) e visita técnica.
Actividades que comprende a Avaliación Continua

A Avaliación Continua comprende o seguimento das seguintes actividades:
• Cuestionarios de seguimento: 3 Cuestionarios curtos (15 min) a realizar de forma individual. Modalidade presencial.
• O traballo en equipo consistirá na exposición breve (ao redor de 3-4’ máximo por persoa) que incluirá as seguintes modalidades: a) estudo de ampliación dun tema da materia; b) presentación dunha tecnoloxía innovadora; c) estudo de casos. Valorarase especialmente a información cuantitativa. Modalidade presencial.
• A titoría grupal será avaliada por medio dun pequeno exercicio de modelización a resolver en Excel. A realizar en equipos. Modalidade telemática.
• Con “comportamento proactivo” preténdese valorar a actitude diaria de cada alumno, en especial: a) mostra de que segue ao día a materia e as discusións que se fan na aula; b) comentarios pertinentes sobre o tratado; c) motivación e actitude positiva en clase, entre outras. A realizar de forma individual. Modalidade presencial ou telemática.
Exame final (presencial)
• O exame constará de dous partes ben diferenciadas: preguntas de teoría e problemas numéricos a resolver para o que se poderán usar calculadora e formulario. É preciso que se obteña en ambas as partes un mínimo de 3 sobre 10. O alumnado que se conecte durante a realización do exame dende o campus de Vigo ou Coruña, terá que facelo a través da aplicación Teams e durante toda a proba manterá o micrófono e a cámara abertos.

A consideración de “non presentado” terase se non se asiste a ningunha actividade avaliadora (exame, traballo en equipo ou visita técnica). Se non se asiste a algunha delas a cualificación na primeira oportunidade será de “suspenso”.

Aos que teñan que acudir á segunda oportunidade conservaránselles as cualificacións obtidas no traballo en equipo e comportamento proactivo na aula. En caso de non participar nalgunha actividade concreta terán preguntas adicionais:
-Se non participaron no traballo en equipo incluiránselles preguntas sobre tecnoloxías innovadoras.

Distribución da cualificación

Avaliación Continua 5 puntos
- Cuestionarios 3
- Traballo en equipo 1,25
- Titoría Grupal 0,5
- Proactividade 0,25

Exame final 5 puntos
- Teoría (mín. 30%) 3
- Problemas (mín. 30%) 2

TOTAL 10 puntos


Avaliación de competencias, habilidades e coñecementos
Las competencias, habilidades e coñecementos a desenvolver son:
• Coñecementos: CON4
• Habilidades: HAB3
• Competencias: COM3
E prevese a súa avaliación da seguinte maneira:
• Clases expositivas: CON4, HAB3, COM3
• Clases interactivas: CON4, HAB3, COM3
• Comportamento proactivo: CON4, HAB3, COM3
• Titoría grupal e traballo en grupo: CON4, HAB3, COM3
• Cuestionarios e exames: CON4, HAB3, COM3

A materia ten unha carga de traballo equivalente a 6 ECTS que se reparten da forma que se mostra na táboa. As horas presenciais indican o número de horas de clases da materia, a través das diversas actividades que se realizan, o factor indica a estimación de horas que ten que dedicar o estudante por hora de actividade, sendo as horas de traballo autónomo un cómputo do produto do factor polas actividades e total a carga de traballo que supón cada actividade.

Distribución das actividades formativas en horas totais e créditos ECTS

Actividade Horas totais
Clases expositivas (maxistrais) 22
Interactivas de seminario 22
Interactivas de aula de informática 9
Titorías grupo 2
Exame 2
Traballo autónomo 93
Total 150 (6 ECTS)

É importante que os alumnos estuden previamente aqueles textos, documentos ou artigos que se vaian sinalando na guía docente. É imprescindible ter un dominio medio do idioma inglés, así como recomendable ter coñecementos básicos do manexo dunha folla de cálculo
Recoméndase o uso do campus virtual como eixo vertebrador de todas as actividades a realizar na materia.
Recomendacións para a docencia telemática:
• É preciso dispoñer dun computador con micrófono e cámara para a realización das actividades telemáticas que se programen ao longo do curso. Recoméndase a adquisición de equipos coa contorna MS Windows, xa que outras plataformas non soportan algúns dos programas informáticos dispoñibles na USC.
• Mellorar as competencias informacionáis e dixitais cos recursos dispoñibles nas tres Universidades.

O idioma vehicular da materia será o castelán ou o galego en función da procedencia do alumnado.