Nitrous oxide production pathways during biological nitrogen removal in wastewater treatment

Chun Ma

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

Abstract

Lattergas (N2O) er en uønsket gas som bliver dannet under biologisk fjernelse af kvælstof i spildevand. Det er en kraftig drivhusgas med potentiale for stratosfærisk ozon-nedbrydning. N2O-emission fra biologisk kvælstoffjernelse fra spildevandsrensning kan bidrage væsentligt til det ækvivalente kuldioxid (CO2) footprint. Størstedelen af N2O-produktionen stammer fra ammonium oxiderende bakterier (AOB) og denitrificerende bakterier via nitrifier nitrifikation (NN), nitrifier denitrifikation (ND) og heterotrof denitrifikation (HD) pathways. Der har været mange bestræbelser på at karakterisere produktionen af N2O i spildevandsrensnings-anlæg, alligevel er den grundlæggende viden omkring de forskellige pathways og kontrollen af N2O-produktion begrænset. En af de store udfordringer er vanskeligheder med at skelne de forskellige pathways i de komplekse mikrobielle samfund. I denne afhandling, er batch-inkubations studier, Labskala undersøgelser og fuldskala overvågning af dynamikken i N2O-produktion kombineret, og 15N/18O stabil isotop-mærkning er brugt til at give en bedre forståelse for N2O-produktions mekanismer.

I Kapitel 2 blev N2O-produktions pathways fra nitritation-nammox undersøgt i korte inkubationermed 15N stabil isotop-mærkning. Effekten af opløst ilt (DO), ammonium (NH4+) og nitrit (NO2-) på N2O-produktion blev også undersøgt. Når NO2 --koncentrationen var lav og ved en koncentration af DO på 0,2 mg L-1 var NN den dominerende pathway for produktion af N2O. Samtidig tilstedeværelse af høj NO2 - og lav DO vil inducere ND.

N2O-dynamikken i en Labskala nitritation reaktor blev undersøgt ved hjælp af online overvågning af opløst N2O kombineret med 15N stabil isotop-mærkning. Hensigten var at afdække N2Oproduktionsmekanismerne (beskrevet i Kapitel 3). ND var ansvarlig for størstedelen af N2Oproduktionen.

Kapitel 4 fokuserer på fuldskala anlæg. En ny 15N/18O dobbelt mærkningsmetode blev etableret for at studere dynamikken i N2O-produktion pathways i et fuldskala aktiveret slam anlæg. Resultaterne viste, at den oxiske fase var den største N2O-kilde med 5-10 gange større akkumulering end i den anoxiske fase.

Studierne viste, at 15N/18O stabil isotop-mærkning er en robust metode til skelne mellem de forskellige
N2O-produktions pathways i anlæg der benytter biologisk fjernelse af kvælstof. Endvidere kan
metoden bidrage til udvikling af operationelle strategier der minimerer N2O-emission. Alle tre pathways (NN, ND, og HD) var aktive i kvælstof fjernelses-processer, hvor de hver reagerede forskelligt på ændringer i de operationelle forhold. NN kan være en betydelig kilde til N2O i nitritationanammox og aktiveret slam-anlæg og kan bidrage med op til ~ 100% af den samlede N2O-produktion. ND er dog den største kilde til N2O i nitritation, primært på grund af høje NO2--koncentrationer samtidig med lave koncentrationer af DO. HD var en mindre kilde til N2O under iltede forhold i alle testede kvælstof fjernelses-processer, mens N2O-produktionen blev forstærket når DO var fraværende eller når biologisk nedbrydeligt organisk kulstof (COD) var til stede. Det relative bidrag fra NN og ND til den samlede N2O-produktion blev hovedsageligt afgjort af DO-niveauet og NO2- koncentrationen.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Thamdrup, Bo, Vejleder
  • Jensen, Marlene Mark, Vejleder, Ekstern person
  • Smets, Barth F., Vejleder, Ekstern person
Udgiver
StatusUdgivet - dec. 2016

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Nitrous oxide production pathways during biological nitrogen removal in wastewater treatment'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater