Nitrous oxide emissions from wastewater treatment processes

Abstract

Nitrous oxide (N 2 O) emissions from wastewater treatment plants vary substantially between plants, ranging from negligible to substantial (a few per cent of the total nitrogen load), probably because of different designs and operational conditions. In general, plants that achieve high levels of nitrogen removal emit less N 2 O, indicating that no compromise is required between high water quality and lower N 2 O emissions. N 2 O emissions primarily occur in aerated zones/compartments/periods owing to active stripping, and ammonia-oxidizing bacteria, rather than heterotrophic denitrifiers, are the main contributors. However, the detailed mechanisms remain to be fully elucidated, despite strong evidence suggesting that both nitrifier denitrification and the chemical breakdown of intermediates of hydroxylamine oxidation are probably involved. With increased understanding of the fundamental reactions responsible for N 2 O production in wastewater treatment systems and the conditions that stimulate their occurrence, reduction of N 2 O emissions from wastewater treatment systems through improved plant design and operation will be achieved in the near future.

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

“…), determinado por diferença entre o NT e NID, que posteriormente é degradado a NH 4 + pelas atividades de microorganismos. 11 As concentrações de NO 2 -e NO 3 -foram negligenciáveis (juntos < 0,3% do NT), correspondendo em média (desvio padrão) a 0,006 mg L -1 (0,002 mg L -1 ) e 0,10 mg L -1 (0,12 mg L -1 ), respectivamente.…”

“…11,12 A emissão de N 2 O na ETE estudada variou de 0,01% a 0,04% da carga de NT afluente. Essa faixa de emissão encontra-se no limite inferior dos FEs compilados no trabalho de revisão realizado por Law et al, 11 que reúne dados de 11 estudos desenvolvidos em escala real (0-25%) com diferentes processos de tratamento de esgotos, e também inferior ao valor proposto pelo IPCC 9 (0,035%), assumindo uma carga de NT no esgoto bruto de 16 g N pessoa -1 dia -1 para países desenvolvidos. 27 Os FEs médios de N 2 O obtidos no presente estudo, balizados na vazão de esgoto bruto, população atendida e carga de NT afluente encontrados, foram todos inferiores àqueles verificados em outros estudos realizados no Brasil (Tabela 1).…”

“…Tal resultado pode ser explicado pelas diferentes condições empregadas nos processos de tratamento de esgotos de lodos ativados em cada ETE, 27 onde a influência de alguns parâmetros operacionais, tais como concentração de NT afluente, concentração de OD, idade do lodo e o grau de aeração são os principais fatores de controle das emissões de N 2 O. 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 ).…”

“…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 inventários de emissão de N 2 O, o Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) propõe o uso do fator de emissão (FE) 3,2 g N 2 O pessoa -1 ano -1 para Estações de Tratamento de Esgotos (ETEs) com processos de nitrificação e desnitrificação controlados, 9 baseado no estudo realizado por Czepiel et al 13 …”

“…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 completo entendimento dos mecanismos que levam à emissão de N 2 O, Czepiel et al 13 O presente estudo teve como proposta a continuação de investigações que vêm sendo desenvolvidas no Brasil por nosso grupo de pesquisa em diferentes ETEs de lodos ativados.…”