Wastewater treatment plant effluent inputs influence the temporal variability of nutrient uptake in an intermittent stream

Abstract

Wastewater treatment plant (WWTP) effluents alter water chemistry and in-stream nutrient uptake rates of receiving freshwaters, thus changing the magnitude and fate of the nutrients exported. In Mediterranean regions, the dilution capacity of receiving streams can vary strongly over time due to the seasonal occurrence of floods and droughts, causing temporal variability of nutrient uptake. We assessed the temporal patterns and the controlling factors of net nutrient uptake in an intermittent Mediterranean stream receiving WWTP effluent inputs. We compiled the longitudinal concentration profiles of ambient dissolved inorganic nitrogen (DIN) and soluble reactive phosphorus (SRP) along a 800 m reach on 47 sampling dates between 2001 and 2017, encompassing a wide range of hydrological conditions. We estimated net nutrient uptake in the receiving stream. In 72% of the dates, high rates of net ammonium uptake co-occurred with net releases of either nitrate or nitrite. This pattern suggests that the receiving stream has a high nitrification capacity. Conversely, 75% of the dates did not show any longitudinal pattern in SRP concentration, suggesting that uptake and release processes for this element were either counterbalanced or both occurred at very low rates. Finally, net ammonium uptake was low when the stream had a low dilution capacity (< 40%) and ammonium concentration was high. Overall, we demonstrate that consideration of the receiving stream’s dilution capacity is imperative to the management of freshwaters to guarantee an adequate dilution of WWTP effluent inputs and avoid saturation of in-stream nutrient uptake capacity under low flow conditions in urban landscapes.

Longitudinal stream synoptic monitoring tracks chemicals along watershed continuums: a typology of trends

“…Similarly, Mg, Ca, DIC, and pH increased with distance downstream along an urban stream in Baltimore, Maryland, United States of America due to increasing watershed impervious surface cover and human-accelerated weathering ( Kaushal et al, 2017 ). (2) Decreasing: There can also be chemical dilution along stream flowpaths and decreasing trends in chemical concentrations, particularly downstream of wastewater treatment plants ( Haggard et al, 2005 ; Castelar et al, 2022 ). (3) Chemostatic: There can be chemostatic, steady state, and stable longitudinal DOC concentrations along the mainstem of a stream in Idaho, United States of America, even though in DOC concentrations in headwater tributaries were more variable.…”

Transporte e retenção de fósforo e nitrogênio em cursos de água receptores de efluentes: o caso da Estação de Tratamento de Esgoto Monjolinho em São Carlos (SP)

“…Ambos os resultados sugerem a possibilidade de o processo de desnitrificação ter sido relevante para a ciclagem do nutriente no trecho analisado, uma vez que a disponibilidade de carbono orgânico lábil e a ausência de OD são condicionantes da ocorrência do processo (DODDS; WHILES, 2010). A desnitrificação não é comumente reportada como predominante no ciclo do nitrogênio em corpos receptores de efluentes tratados (MARTÍ et al, 2004;STANLEY;STORM, 2005;FIGUEROA-NIEVES et al, 2016;BERNAL et al, 2020;CASTELAR et al, 2022) (2006) apresentaram intervalos interquartis para as velocidades de retenção de SRP, NO3-N e NH4-N de, respectivamente, 0,90 a 6,00 mm min -1 , 0,50 a 4,30 mm min -1 e 2,20 a 10,40 mm min -1 . Na presente pesquisa, os intervalos interquartis foram de 0,84 a 2,42 mm min -1 , 1,34 a 2,10 mm min -1 e 1,15 a 1,56 mm min O presente estudo apresentou mais episódios de retenção líquida de SRP (75% das coletas) em relação ao de Finkler ( 2022) (20% das coletas) e concentrações do nutriente no ponto MJ1 estatisticamente superiores às da pesquisa anterior (Figura 26E).…”

“…Corpos hídricos que recebem aporte elevado de SRP por um longo período de tempo podem ter sua capacidade retentiva reduzida ou até mesmo saturada (POLLOCK; MEYER, 2001;FIGUEROA-NIEVES et al, 2016;CASTELAR et al, 2022). Pollock e Meyer (2001) TUNDISI et al, 2008;CAMPAGNA, 2010).…”

“…encontraram relação positiva entre as Sw-net SRP e as concentrações do nutriente no riacho Big (EUA), evidência da saturação da capacidade retentiva de SRP no corpo hídrico, que recebe efluentes tratados com elevadas concentrações de nutrientes desde 1987 Castelar et al (2022). indicaram que, no corpo receptor de efluentes tratados La Tordera (Espanha), com elevadas concentrações de SRP na coluna d'água, 75% das campanhas de campo não registraram retenção ou liberação líquidas de SRP, indicativo da saturação da demanda biótica pelo nutriente.As concentrações de NH4-N no MJ1 não foram estatisticamente diferentes entre o presente estudo e o de Finkler(2022).…”

“…A montante do lançamento dos efluentes tratados, a bacia do rio Monjolinho é predominantemente urbana, de modo que as características da água do rio já se mostraram bastante alteradas antes mesmo do lançamento da ETE, em contraste à relativamente melhor situação de seus tributários Água Fria e Santa Maria do Monjolinho.Os parâmetros hidrológicos podem influenciar a retenção de nutrientes tanto em corpos hídricos não impactados por seu aporte crônico(PETERSON et al, 2001; CUNHA et al, 2018; FINKLER et al, 2018), como nos que apresentam elevadas concentrações de fósforo e nitrogênio (GÜCKER;. Nestes sistemas fluviais impactados pelo elevado aporte de nutrientes, os parâmetros hidrológicos podem influenciar a retenção de maneira distinta da esperada Castelar et al (2022).…”