Nitrous oxide production in high-loading biological nitrogen removal process under low cod/n ratio condition

Itokawa, H.; Hanaki, Keisuke; Matsuo, Tetsuji

doi:10.1016/s0043-1354(00)00309-2

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“…Although the PN-SBR operated without an external organic carbon supply, it has been hypothesized that heterotrophic bacteria scavenge organic matter derived from biomass decay and substrate metabolism of nitrifying bacteria (Okabe et al, 2005). In addition, under the limited availability of biodegradable carbon, N 2 O can be produced due to the incomplete denitrification process and/or endogenous denitrification (Chung and Chung, 2000;Itokawa et al, 2001). As a result, the microsensor measurements revealed that the N 2 O production mechanisms in the PN granules involve multiple N 2 O production pathways, because there were steep vertical gradients of physicochemical parameters in the PN granules.…”

Section: Spatial Distributions Of Bacteria and Their Activities In Simentioning

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: Spatial Distributions Of Bacteria and Their Activities In Simentioning

confidence: 99%

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

et al. 2013

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“…It is known that a large quantity of nitrous oxide (N 2 O) can be emitted during the process of biological denitrification if organic carbon is limited or during nitrification when oxygen is limited (Itokawa et al 2001;Kampschreur et al 2006). Recent studies showed that natural and artificial wetlands could be important emission sources of N 2 O (Wang et al 2006b;Søvik et al 2006).…”

Section: Potential Relationship To Nitrous Oxide (N 2 O) Emissionsmentioning

confidence: 99%

Potential roles of anaerobic ammonium and methane oxidation in the nitrogen cycle of wetland ecosystems

Zhu

Jetten

Kuschk

et al. 2010

Appl Microbiol Biotechnol

171

108

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Anaerobic ammonium oxidation (anammox) and anaerobic methane oxidation (ANME coupled to denitrification) with nitrite as electron acceptor are two of the most recent discoveries in the microbial nitrogen cycle. Currently the anammox process has been relatively well investigated in a number of natural and man-made ecosystems, while ANME coupled to denitrification has only been observed in a limited number of freshwater ecosystems. The ubiquitous presence of anammox bacteria in marine ecosystems has changed our knowledge of the global nitrogen cycle. Up to 50% of N 2 production in marine sediments and oxygendepleted zones may be attributed to anammox bacteria. However, there are only few indications of anammox in natural and constructed freshwater wetlands. In this paper, the potential role of anammox and denitrifying methanotrophic bacteria in natural and artificial wetlands is discussed in relation to global warming. The focus of the review is to explore and analyze if suitable environmental conditions exist for anammox and denitrifying methanotrophic bacteria in nitrogen-rich freshwater wetlands.

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“…Le pourcentage de N 2 O émis par rapport aux flux d'azote traités est présenté ici avec une certaine variabilité (Tableau 5), prenant en compte les principaux facteurs pouvant influencer directement les émissions d'oxyde nitreux lors du traitement, tels que l'oxygène et le carbone organique (HANAKI et al, 1990;ITOKAWA et al, 2001;PATHAK, 1999).…”

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

“…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). Les bactéries ammonium-oxydantes sont capables de réaliser une nitrification dénitrifiante lorsque l'oxygène est limitant, le nitrite remplaçant l'oxygène comme accepteur d'électron final (SHRESTHA et al, 2002;TALLEC, 2005).…”

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

“…Alors que la nitrification et la dénitrification des eaux usées, y compris les émissions d'oxyde nitreux, se produisaient essentiellement dans la Seine, ces processus sont de plus en plus pris en charge, de manière accélérée et contrôlée, au niveau des stations d'épuration. Un des inconvénients majeurs serait une augmentation globale des émissions de N 2 O par le déplacement des sites d'émission, du milieu naturel vers les STEPs ITOKAWA et al, 2001 (Figure 2). L'agriculture et l'élevage représentent les deux principales sources de pollution du bassin amont, tant au niveau des émissions de N 2 O dans l'atmosphère que des apports en nitrates au niveau du fleuve.…”

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 production in high-loading biological nitrogen removal process under low cod/n ratio condition

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

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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

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