Respirometric estimation of the oxygen affinity constants for biological ammonium and nitrite oxidation

Abstract

The nitrification process (ie biological ammonium oxidation to nitrate) is a two-step process with nitrite as an intermediate product. As it is an aerobic process, its kinetics is highly dependent on the dissolved oxygen (DO) concentration in the medium. However, the influence of this limitation on the nitritation (first step) is shown to be less important than in the nitratation (second step). This dependence on DO concentration is generally described using a Monod-type kinetics with K O as the oxygen affinity constant. In this work, a procedure for the calculation of both affinity constants is presented. This procedure is based on monitoring the DO drop in the reactor when external aeration is stopped and the biomass is consuming without substrate (ammonium or nitrite) limitations. This methodology includes the contemplation of the oxygen transfer from the atmosphere, the response time of the DO probe and the inhibition of the nitratation step with sodium azide when estimating K OA (nitritation oxygen affinity constant). The results obtained are K OA = 0.74 ± 0.02 mg O 2 dm −3 and K ON = 1.75 ± 0.01 mg O 2 dm −3 . Moreover the influence of the aforementioned considerations on the estimated K O values is also discussed.

In-situ restoring nitrogen removal for the combined partial nitritation-anammox process deteriorated by nitrate build-up

“…In addition, the CPNA process with the biofilm system is also an exception since the biofilm can sustain microorganisms with very different growth kinetics [18], thus it is difficult to selectively wash out the NOB from the CPNA process. Another approach for dealing with the problem of NOB was to reduce the oxygen supply which favored the growth of ammonium oxidizing bacteria (AOB) [19], but results showed that there was no significant selective advantage for AOB in the CPNA process when the dissolved oxygen (DO) concentrations decreased to as low as 0.2 mg L −1 [13]. Though intermittent aeration could restore the partial nitritation based on the concept that the NOB needed a longer lag phase after transition from anoxic to aerobic phases to fully ramp up their metabolism under aerobic conditions [20], however, it still took long period (6 months) to successfully suppress the NOB growth [13].…”

Modelación matemática del proceso de nitrificación en dos etapas. Desarrollo de metodologías de calibración del modelo para un reactor SHARON y un proceso de fangos activados

“…Existen estudios que determinan que las bacterias amonioxidantes tienen una menor afinidad por el oxígeno que las bacterias nitritoxidantes (Hellinga et al, 1998;Pérez, 2004) y otros, que por el contrario, proponen una constante de afinidad mayor para las nitritoxidantes (Wiesmann, 1994;Pirsing, 1996;Guisasola et al, 2005;Ciudad et al, 2006). Pero hay que tener también en cuenta que elevadas concentraciones de oxígeno pueden llegar a tener un efecto inhibidor.…”

“…Anthonisen et al 1976-Wett et al 2003Henze et al 1999Jones et al 2007-Wett et al 2003Jones et al 2007-Grunditz et al, 2001Grunditz et al, 2001-Jones et al 2007Magrí 2007-Salem et al 2006 μ Hellinga et al 1998-Wett et al 2003Manser 2005-Volcke et al 2006Hellinga et al 1999-Volcke et al 2006Guisasola et al 2005-Wett et al 2003Henze et al 1999Anthonisen et al 1976-Wett et al 2003Jones et al 2007-Grunditz et al, 2001Grunditz et al, 2001-Jones et al 2007Kampschreur et al 2008-Wett et al 2003 Tabla 31. Parámetros a determinar en el modelo desarrollado.…”

“…Esta constante se semisaturación es menor que el valor determinado para las bacterias nitritoxidantes, lo que indica que las bacterias nitritoxidantes son más sensibles a las bajas concentración de oxígeno que las amonioxidantes, conclusión obtenida en la mayoría de los estudios revisados (Okabe et al, 1999;Schramm et al, 2000;Guisasola et al, 2005;Ciudad et al, 2006;Mertoglu et al, 2006). Sin embargo, en la bibliografía consultada, también se han encontrado estudios en los que se determinó una constante de afinidad menor para las bacterias nitritoxidantes que para las amonioxidantes (Hellinga et al, 1998;Pérez et al, 2004).…”

“…La OUR medida en los ensayos se corresponde con la suma de la OUR debida a la oxidación del amonio y la OUR asociada al consumo del nitrito por parte de las nitritoxidantes. Como se puede ver en la Figura 87 inferior, en el experimento en que se adicionó 15 mg/l de amonio se puede observar dos etapas diferentes que se corresponde con las dos etapas del proceso de nitrificación (Guisasola et al, 2005 (Wiesmann, 1994;EPA, 1993;Henze et al, 2000), y a partir de esta se ha obtenido un valor medio de Y NH = 0.167 g DQO/g NH 4 . Este valor se encuentra dentro del rango de valores establecido a partir de la bibliografía (0.11-0.27 g DQO/g NH 4 ).…”