Nitrous oxide emissions from secondary activated sludge in nitrifying conditions of urban wastewater treatment plants: Effect of oxygenation level

Tallec, Gaëlle; Garnier, Josette; Billen, Gilles; Gousailles, M.

doi:10.1016/j.watres.2006.05.037

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“…Nitrifier denitrification was the key biological pathway of N 2 O production in an intermittently aerated sequencing batch biofilm reactor for PN treating synthetic ammonium-rich wastewater (Kong et al, 2013b) while NH 2 OH oxidation pathway was the main source of N 2 O in a sequencing batch reactor (SBR) for PN (PN-SBR) (Law et al, 2011;Yang et al, 2009). To determine 5 which pathway is responsible for N 2 O production in a wastewater treatment process is still challenging, because a variety of operational parameters (concentrations and loading rates of nitrogenous compounds, dissolved oxygen (DO) and organic carbon, pH, a ratio of organic carbon and nitrogenous compounds (COD/N) and temperature) influence N 2 O production in a PN process (Tallec et al, 2006;Kampschreur et al, 2009b;Desloover et al, 2012;Wunderlin et al, 2012;Law et al, 2011). Furthermore, their temporal changes also affect N 2 O production.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Source identification of nitrous oxide on autotrophic partial nitrification in a granular sludge reactor

et al. 2013

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Emission of nitrous oxide (N 2 O) during biological wastewater treatment is of growing concern since N 2 O is a major stratospheric ozone-depleting substance and an important greenhouse gas. The emission of N 2 O from a lab-scale granular sequencing batch reactor (SBR) for partial nitrification (PN) treating synthetic wastewater without organic carbon was therefore determined in this study, because PN process is known to produce more N 2 O than conventional nitrification processes. The average N 2 O emission rate from the SBR was 0.32 ± 0.17 mg-N L -1 h -1 , corresponding to the average emission of N 2 O of 0.8 ± 0.4% of the incoming nitrogen load (1.5 ± 0.8% of the converted NH 4 + ). Analysis of dynamic concentration profiles during one cycle of the SBR operation demonstrated that N 2 O concentration in off-gas was the highest just after starting aeration whereas N 2 O concentration in effluent was gradually increased in the initial 40 min of the aeration period and was decreased thereafter. Isotopomer analysis was conducted to identify the main N 2 O production pathway in the reactor during one cycle. The hydroxylamine (NH 2 OH) oxidation pathway accounted for 65% of the total N 2 O production in the initial phase during one cycle, whereas contribution of the NO 2 -reduction pathway to N 2 O production was comparable with that of the NH 2 OH oxidation pathway in the latter phase. In addition, 3 spatial distributions of bacteria and their activities in single microbial granules taken from the reactor were determined with microsensors and by in situ hybridization. Partial nitrification occurred mainly in the oxic surface layer of the granules and ammonia-oxidizing bacteria were abundant in this layer. N 2 O production was also found mainly in the oxic surface layer. Based on these results, although N 2 O was produced mainly via NH 2 OH oxidation pathway in the autotrophic partial nitrification reactor, N 2 O production mechanisms were complex and could involve multiple N 2 O production pathways.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Source identification of nitrous oxide on autotrophic partial nitrification in a granular sludge reactor

et al. 2013

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“…11,12,20 Menores emissões de N 2 O são esperadas em sistemas de tratamento de esgotos que operam com idades do lodo altas e concentrações de OD superiores a 2 mg L -1 , condições que favorecem o processo de nitrificação completo (i.e., NH 4 + à NO 2 -à NO 3 -). 28,29 Da mesma forma, aqueles que operam com sistema anóxico a montante do tratamento aeróbio (OD ≤ 0,5 mg L -1 ), recirculação interna de nitratos e tempo de detenção hidráulica de 0,5 a 2,5 h, condições favoráveis ao processo de desnitrificação completo (i. e., NO 3 -à NO 2 -à NO à N 2 O à N 2 ). 23 4 + no efluente (r = 0,95; n = 6; P < 0,01) e positiva e estatisticamente significativa (r = 0,91; n = 6; P < 0,01) com o somatório das concentrações de NO 2 -e NO 3 -no efluente.…”

Section: Eficiência Da Ete E Fatores De Emissão De N 2 Ounclassified

Emissões de óxido nitroso do tanque de aeração de uma estação de tratamento de esgotos com sistema de lodos ativados convencional

Ribeiro¹,

Mello²,

Alvim³

et al. 2013

Quím. Nova

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Recebido em 26/10/12; aceito em 24/3/13; publicado na web em 14/5/13 NITROUS OXIDE EMISSIONS FROM THE AERATION TANK OF A WASTEWATER TREATMENT PLANT WITH CONVENTIONAL ACTIVATED SLUDGE PROCESS. Nitrous oxide (N 2 O) emissions were measured monthly from January to June 2010 in the aeration tank of a wastewater treatment plant (WWTP) in Southeast Brazil. Emissions were lower in summer than winter and were positively related with influent ammonium (NH 4 + ) concentration. The average N 2 O emission was 1.11 kg N day -1 corresponding to 0.02% of the influent total nitrogen load. The average emission factor calculated for the population served was 2.5 lower than that proposed by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) for inventories of N 2 O emissions from WWTPs with controlled nitrification and denitrification processes.Keywords: nitrous oxide; wastewater treatment plant; activated sludge. INTRODUÇÃOO óxido nitroso (N 2 O) possui grande importância ambiental em função do papel que desempenha na química e física da atmosfera. Na troposfera, é um dos principais gases do efeito estufa e possui potencial de aquecimento 300 e 15 vezes superior ao do dióxido de carbono (CO 2 ) e metano (CH 4 ), respectivamente. 1 O principal sumidouro do N 2 O é na estratosfera, onde uma parcela equivalente a 5% dele é convertida a óxido nítrico (NO) através das reações com átomos de oxigênio excitado. 2 O NO é um dos principais gases responsáveis pelo consumo do ozônio (O 3 ) estratosférico, 3 e o N 2 O se tornará a principal substância emitida por atividades humanas que mais danos causará a camada de O 3 ao longo do século XXI. 4 Nos últimos 30 anos, as concentrações de N 2 O na atmosfera superficial vêm crescendo linearmente na ordem de 0,25% ao ano. 5 Em 2006, cerca de 45% do total global de N 2 O emitido para a atmosfera foi originado de fontes antrópicas, sendo a agricultura responsável por aproximadamente 2/3 do total dessas emissões. 6 Atualmente sua concentração atmosférica é aproximadamente 325 ppb, 7 o que representa um aumento de 20% se comparado ao período pré-industrial. 5,8 Outra fonte antrópica deste gás são os processos de tratamento de esgotos, cuja contribuição é quantitativamente considerada de menor relevância. 9,10 Entretanto, pouco se sabe sobre a real contribuição dessas emissões em virtude da grande variabilidade observada nos fatores de emissão, balizados na carga de nitrogênio total (NT) afluente, disponíveis na literatura oriundos de estudos realizados tanto em escala real (0-25%) 11,12 quanto laboratorial (0-95%). 12 Para 10 Basicamente, a produção de N 2 O em sistemas de tratamento de esgotos está associada aos processos microbiológicos de nitrificação e desnitrificação que ocorrem em ambientes naturais. 11,14 No entanto, os mecanismos que conduzem à formação do N 2 O são ainda amplamente discutidos na literatura e oriundos de estudos realizados em sua maioria em escala laboratorial. 12,[15][16][17] No caso de ETEs com sistemas de lodos ativados, apesar de, em escala real, ainda não haver um comp...

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“…Nos travaux expérimentaux (TALLEC, 2005;TALLEC et al, 2006) ont montré que, d'une manière générale, les émissions de N 2 O sur cultures fixées en traitement tertiaire se situaient dans la gamme haute de celles issues des traitements secondaires en boues activées. Nous avons, en outre, montré que les émissions de N 2 O, provenant d'un traitement secondaire en boues activées, étaient directement influencées par l'oxygénation, lors de la nitrification ou de la dénitrification (TALLEC, 2005).…”

Section: Les éMissions De N 2 O Provenant Des Traitements Tertiaires unclassified

“…Lors de la nitrification, les émissions de N 2 O les plus importantes sont observées lorsque l'oxygénation se situe autour de 1 mg O 2 /L (CÉBRON et al, 2005;TALLEC, 2005;TALLEC et al, 2006;ZHENG et al, 1994). Le pic d'émission, dû au processus de nitrification-dénitrifiante, est réalisé par les bactéries autotrophes, où l'oxydation du NH 4 + en NO 2 -est suivie par une réduction du NO 2 -en N 2 O et N 2 (BOCK et al, 1995;ITOKAWA et al, 2001;JIANG et BAKKEN, 1999;KUAI et VERSTRAETE, 1998).…”

Section: Les éMissions De N 2 O Provenant Des Traitements Tertiaires unclassified

“…Des bactéries nitrifiantes et dénitrifiantes sont cultivées, en culture libre (boues activées) ou culture fixée, et permettent l'oxydation de l'ammonium en nitrate (la nitrification) et la réduction du nitrate en diazote gazeux (inerte) émis dans l'atmosphère (la dénitrification). Toutefois, il est désormais admis que de l'oxyde nitreux (N 2 O) pourrait être produit de manière significative et émis dans l'atmosphère durant le traitement biologique de l'azote en station d'épuration (STEP) via la nitrification et la dénitrification, que ce soit en boues activées (HANAKI et al, 1990;HANAKI et al, 1992;TALLEC, 2005;TALLEC et al, 2006;ZHENG et al, 1994) ou en cultures fixées (KIM et al, 2004;TALLEC, 2005). En effet, l'oxyde nitreux est produit par les bactéries impliquées dans les processus de nitrification (GOREAU et al, 1980;POTH et FOCHT, 1985) et de dénitrification (KNOWLES, 1982) (Figure 1).…”

Section: Introductionunclassified

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Émissions d’oxyde nitreux lors du traitement de l’azote des eaux usées de l’agglomération parisienne : état actuel et prévisions

Tallec¹,

Rousselot²,

Garnier³

et al. 2007

rseau

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RésuméLa Seine, un des fleuves les plus anthropisés d’Europe, reçoit les rejets des eaux usées de près de quinze millions d’habitants, soit le quart de la population française, dont dix millions sont concentrés dans l’agglomération parisienne. Suite à la directive européenne 91/271, l’assainissement des eaux usées de l’agglomération parisienne est actuellement remodelé et amélioré. Les flux d’azote, rejetés auparavant en Seine, seront progressivement traités via des procédés basés sur des cultures libres (boues activées) ou fixées (biofiltres immergés) permettant la nitrification et la dénitrification de la pollution azotée.Néanmoins, il est désormais admis que de l’oxyde nitreux (N2O), un gaz à effet de serre destructeur de la couche d’ozone, pourrait être émis dans l’atmosphère de façon significative durant le traitement biologique de l’azote en station d’épuration (STEP). Ces émissions ont été quantifiées en fonction des charges en azote traitées et des procédés utilisés, en conditions expérimentales. En se basant sur ces résultats, nous avons évalué les émissions de N2O sur l’ensemble des stations d’épuration de l’agglomération parisienne, dans les conditions actuelles des traitements pratiqués, mais également estimé les émissions futures, suite aux principaux changements prévus aux horizons 2006-2008 et 2012-2015.Les estimations conduisent à des émissions actuelles de N2O de l’ordre de 60‑120 kg N‑N2O/j, qui augmenteront à l’issue de la première étape des travaux (2006-2008) à 320‑480 kg N‑N2O/j, pour atteindre 370‑750 kg N‑N2O/j en 2012‑2015. Les niveaux les plus bas de ces émissions pourraient être atteints si le traitement de l’azote se fait avec une oxygénation supérieure à 2 mgO2/L en nitrification et en dénitrification, avec des conditions d’anoxie totales et un ajout de méthanol permettant 100 % de la réduction de la charge en nitrate.Compte tenu de nos résultats pour les stations d’épuration (60‑120 kg N‑N2O/j) et ceux obtenus pour la Seine à l’aval du rejet des effluents non traités pour l’azote (90‑200 kg N‑N2O/j), les émissions actuelles de N2O sont estimées à 150‑320 kg N‑N2O/j, et celles du futur augmenteraient d’un facteur d’à peine 2 quand le traitement de l’azote sera complet en stations d’épuration; cette augmentation est relativement faible si l’on tient compte de la gamme de nos estimations. De plus, à l’échelle du bassin de la Seine, les émissions d’oxyde nitreux liées au traitement de l’azote dans les stations d’épuration de l’agglomération parisienne (actuel et futur) continueront de représenter une faible proportion, de 1 à 10 % par rapport aux émissions provenant des sols agricoles du bassin amont (4100‑8200 kg N‑N2O/j).

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Nitrous oxide emissions from secondary activated sludge in nitrifying conditions of urban wastewater treatment plants: Effect of oxygenation level

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Source identification of nitrous oxide on autotrophic partial nitrification in a granular sludge reactor

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Emissões de óxido nitroso do tanque de aeração de uma estação de tratamento de esgotos com sistema de lodos ativados convencional

Émissions d’oxyde nitreux lors du traitement de l’azote des eaux usées de l’agglomération parisienne : état actuel et prévisions

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