ẢNH HƯỢNG CỦA SỰ BIẾN ĐỘNG pH NGẮN HẠN ĐẾN PHÁT THẢI KHÍ N2O Ở BỂ BÙN HOẠT TÍNH THEO MẺ THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA BÁN PHẦN | Kính | TNU Journal of Science and Technology

ẢNH HƯỢNG CỦA SỰ BIẾN ĐỘNG pH NGẮN HẠN ĐẾN PHÁT THẢI KHÍ N2O Ở BỂ BÙN HOẠT TÍNH THEO MẺ THỰC HIỆN QUÁ TRÌNH NITRATE HÓA BÁN PHẦN

Thông tin bài báo

Ngày nhận bài: 13/09/24                Ngày hoàn thiện: 03/12/24                Ngày đăng: 03/12/24

Các tác giả

1. Cô Thị Kính Email to author, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
2. Nguyễn Thành Nho, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
3. Lê Quang Huy, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
4. Trà Văn Tung, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành
5. Lê Thái Hoàng, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành

Tóm tắt


Nghiên cứu này nhằm đánh giá ảnh hưởng của sự dao động pH ngắn hạn lên lượng phát thải khí nitơ oxit (N₂O) trong một bể bùn hoạt tính theo dạng mẻ thực hiện quá trình nitrat hóa bán phần. Mặc dù điều kiện vận hành thay đổi, hệ thống vẫn đạt hiệu suất nitrit hóa cao, với hiệu suất tối ưu ở pH 7.0. Hệ số phát thải khí N₂O cao nhất được ghi nhận ở pH 7.6 (0,46%), tiếp theo là pH 7.0 (0,38%), trong khi đó hệ số phát thải thấp hơn được ghi nhận ở pH 8.2 và pH 6.4. Kết quả phân tích trình tự gen 16S rRNA cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong cấu trúc hệ vi sinh vật trong bùn hoạt tính, với Nitrosomonas chiếm tỉ lệ cao khi bể bùn hoạt tính đạt tình trạng mức nitrite hóa ổn định, trong khi đó không phát hiên nhóm vi khuẩn nitrate hóa. Trong chu kỳ mỗi mẻ phản ứng, lượng phát thải N₂O chủ yếu xảy ra trong giai đoạn đầu, đạt mức phát thải N2O cao sau 5 đến 15 phút, có thể do quá trình oxy hóa amonia diễn ra nhanh chóng. Những phát hiện này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát pH để giảm thiểu phát thải N₂O trong các hệ thống xử lý nước thải.


Từ khóa


Phát thải N2O; Biến động pH; Nitrate hóa bán phần; Bể bùn hoạt tính theo mẻ; Vi khuẩn oxi hóa amonia

Toàn văn:

PDF (English)

Tài liệu tham khảo


lang=X-NONE style='font-size:9.5pt;font-family:"Times New Roman","serif";

mso-fareast-font-family:"MS Mincho";color:black;mso-themecolor:text1;

mso-font-kerning:1.0pt;mso-ansi-language:X-NONE;mso-fareast-language:X-NONE'>

style='mso-element:field-begin'>

style='mso-spacerun:yes'> ADDIN EN.REFLIST

field-separator'>[1] Y.-H. Ahn, "Sustainable nitrogen elimination biotechnologies: A review," Process Biochemistry, vol. 41, no. 8, pp. 1709-1721, 2006.

[2] P. Ciais et al., "Carbon and other biogeochemical cycles," Climate Change 2013: The Physical Science Basis, Intergovernmental Panel on Climate Change, 2013, pp. 465-570.

[3] IPCC, "Summary for Policy-makers,"in Climate Change 2007: Mitigation. Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the IPCC, B. Metz, O.R. Davidson, P.R. Bosch, R. Dave, and L.A. Meyer eds. Cambridge University Press, 2007, pp. 1-106.

[4] Y. Law, B.-J. Ni, P. Lant, and Z. Yuan, "N2O production rate of an enriched ammonia-oxidising bacteria culture exponentially correlates to its ammonia oxidation rate," Water Research, vol. 46, no. 10, pp. 3409-3419, 2012.

[5] M. R. J. Daelman et al., "Methane and nitrous oxide emission from municipal wastwater treatment- results from a long term study," Water Sci Technol., vol. 67, no. 10, pp. 2350-2359, 2013.

[6] P. Y. Takeda, C. T. Paula, A. d. V. Borges, A. E. Shibata, L. C. Grangeiro, and M. H. R. Z. Damianovic, "A critical review of the mainstream anammox-based processes in warm climate regions: Potential, performance, and control strategies," Journal of Environmental Chemical Engineering, vol. 12, no. 5, 2024, Art. no. 113691.

[7] S. Lackner, E. M. Gilbert, S. E. Vlaeminck, A. Joss, H. Horn, and M. C. M. V. Loosdrecht, "Full-scale partial nitritation/anammox experiences – An application survey," Water Research, vol. 55, pp. 292-303, 2014.

[8] J.G. Kuenen, "Anammox bacteria: from discovery to application," Nature Reviews Microbiology, vol. 6, no. 4, pp. 320-326, 2008, doi: 10.1038/nrmicro1857.

[9] M. Strous et al., "Deciphering the evolution and metabolism of an anammox bacterium from a community genome," Nature, vol. 440, no. 7085, pp. 790-794, 2006, doi: 10.1038/nature04647.

[10] M. S. Jetten, L. Niftrik, M. Strous, B. Kartal, J. T. Keltjens, and H. J. O. D. Camp, "Biochemistry and molecular biology of anammox bacteria," Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol., vol. 44, no. 2-3, pp. 65-84, June 2009.

[11] M. S. M. Jetten, M. Wagner, J. Fuerst, M.V. Loosdrecht, G. Kuenen, and M. Strous, "Microbiology and application of the anaerobic ammonium oxidation (‘anammox’) process," Current Opinion in Biotechnology, vol. 12, no. 3, pp. 283-288, 2001.

[12] W. R. Abma, C. E. Schultz, J. W. Mulder, et al., "Full-scale granular sludge Anammox process," Water Science and Technology, vol. 55, no. 8-9, pp. 27-33, 2007.

[13] J. G. Kuenen, B. Kartal, and M. C. M. V. Loosdrecht, "Application of anammox for N-removal can turn sewage treatment plant into biofuel factory," Biofuels, vol. 2, no. 3, pp. 237-241, 2011.

[14] Y. Law, P. Lant, and Z. Yuan, "The effect of pH on N2O production under aerobic conditions in a partial nitritation system," Water Research, vol. 45, no. 18, pp. 5934-5944, 2011.

[15] T. M. Massara, S. Malamis, A. Guisasola, J. A. Baeza, C. Noutsopoulos, and E. Katsou, "A review on nitrous oxide (N2O) emissions during biological nutrient removal from municipal wastewater and sludge reject water," Science of The Total Environment, vol. 596-597, pp. 106-123, 2017.

[16] G. Ni et al., "Nitrification in acidic and alkaline environments," Essays Biochem, vol. 67, no. 4, pp. 753-768, 2023.

[17] R. M. L. D. Rathnayake, M. Oshiki, S. Ishii, T. Segawa, H. Satoh, and S. Okabe, "Effects of dissolved oxygen and pH on nitrous oxide production rates in autotrophic partial nitrification granules," Bioresource Technology, vol. 197, pp. 15-22, 2015.

[18] S. V. Hulle, E. Volcke, J. Teruel, B. Donckels, M. Loosdrecht, and P. Vanrolleghem, "Influence of temperature and pH on the kinetics of the SHARON nitration process," Journal of Chemical Technology and Biotechnology, vol. 82, pp. 471-480, 2007.

[19] C. T. Kinh et al., "Free nitrous acid and pH determine the predominant ammonia-oxidizing bacteria and amount of N2O in a partial nitrifying reactor," Appl. Microbiol. Biotechnol., vol. 101, no. 4, pp. 1673-1683, 2017.

[20] L. Kemmou and E. Amanatidou, "Factors Affecting Nitrous Oxide Emissions from Activated Sludge Wastewater Treatment Plants—A Review," Resources, vol. 12, no. 10, 2023, Art. no. 114.

[21] A. Soler-Jofra, J. Pérez, and M. C. M. V. Loosdrecht, "Hydroxylamine and the nitrogen cycle: A review," Water Research, vol. 190, 2021, Art. no. 116723.

[22] M. Ali et al., "Source identification of nitrous oxide emission pathways from a single-stage nitritation-anammox granular reactor," Water Research, vol. 102, pp. 147-157, 2016.

[23] F. Schreiber, P. Wunderlin, K. M. Udert, and G. F. Wells, "Nitric oxide and nitrous oxide turnover in natural and engineered microbial communities: biological pathways, chemical reactions, and novel technologies," Front Microbiol., vol. 3, 2012, Art. no. 372.

[24] W. B. Bae, Y. Park, K. Chandran, J. Shin, S. B. Kang, J. Wang, and Y. M. Kim, "Temporal triggers of N2O emissions during cyclical and seasonal variations of a full-scale sequencing batch reactor treating municipal wastewater," Science of The Total Environment, vol. 797, 2021, Art. no. 149093.

[25] S. K. Cavanaugh, B. Nguyen Quoc, E. Jacobson, R. Bucher, P. Sukapanpotharam, and M.-K. H. Winkler, "Impact of nitrite and oxygen on nitrous oxide emissions from a granular sludge sequencing batch reactor," Chemosphere, vol. 308, 2022, Art. no. 136378.

[26] Y. Lv, K. Ju, L. Wang, X. Chen, R. Miao, and X. Zhang, "Effect of pH on nitrous oxide production and emissions from a partial nitritation reactor under oxygen-limited conditions," Process Biochemistry, vol. 51, no. 6, pp. 765-771, 2016.

[27] M. Pijuan, J. Torà, A. Rodríguez-Caballero, E. César, J. Carrera, and J. Pérez, "Effect of process parameters and operational mode on nitrous oxide emissions from a nitritation reactor treating reject wastewater," Water Research, vol. 49, pp. 23-33, 2014.

[28] Y. Law, L. Ye, Y. Pan, and Z. Yuan, "Nitrous oxide emissions from wastewater treatment processes," Philos. Trans. R. Soc. Lond B. Biol. Sci., vol. 367, no. 1593, pp. 1265-1277, 2012, doi: 10.1098/rstb.2011.0317.

[29] H. Duan, L. Ye, D. Erler, B.-J. Ni, and Z. Yuan, "Quantifying nitrous oxide production pathways in wastewater treatment systems using isotope technology – A critical review," Water Research, vol. 122, pp. 96-113, 2017.

[30] X. Wan, J. Baeten, and E. Volcke, "Effect of operating conditions on N2O emissions from one-stage partial nitritation-anammox reactors," Biochemical Engineering Journal, vol. 143, pp. 24-33, 2018.

[31] Y. Schneider, M. Beier, and K.-H. Rosenwinkel, "Influence of operating conditions on nitrous oxide formation during nitritation and nitrification," Environmental Science and Pollution Research, vol. 21, pp. 12099-12108, 2014.

[32] Q. Su, C. Domingo-Félez, Z. Zhang, J.-M. Blum, M. M. Jensen, and B. F. Smets, "The effect of pH on N2O production in intermittently-fed nitritation reactors," Water Research, vol. 156, pp. 223-231, 2019.

[33] K. E. Mampaey, M. Spérandio, M. C. M. V. Loosdrecht, and E. I. P. Volcke, "Dynamic simulation of N2O emissions from a full-scale partial nitritation reactor," Biochemical Engineering Journal, vol. 152, 2019, Art. no. 107356.

[34] APHA, Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21st Edition, American Public Health Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington DC, 2005.

[35] J. G. Caporaso et al., "Ultra-high-throughput microbial community analysis on the Illumina HiSeq and MiSeq platforms," ISME J., vol. 6, no. 8, pp. 1621-1624, Aug. 2012.

[36] T. Aoyagi et al., "Ultra-high-sensitivity stable-isotope probing of rRNA by high-throughput sequencing of isopycnic centrifugation gradients," Environ. Microbiol. Rep., vol. 7, no. 2, pp. 282-287, Apr. 2015.

[37] M. J. Kampschreur, W. R. L. V.D. Star, H. A. Wielders, J. W. Mulder, M. S. M. Jetten, and M. C. M. V. Loosdrecht, "Dynamics of nitric oxide and nitrous oxide emission during full-scale reject water treatment," Water Research, vol. 42, no. 3, pp. 812-826, 2008.

[38] J. Gabarró, R. Ganigué, F. Gich, M. Ruscalleda, M. D. Balaguer, and J. Colprim, "Effect of temperature on AOB activity of a partial nitritation SBR treating landfill leachate with extremely high nitrogen concentration," Bioresource Technology, vol. 126, pp. 283-289, 2012.

[39] Z. Hu, J. Zhang, H. Xie, S. Li, T. Zhang, and J. Wang, "Identifying sources of nitrous oxide emission in anoxic/aerobic sequencing batch reactors (A/O SBRs) acclimated in different aeration rates," Enzyme and Microbial Technology, vol. 49, no. 2, pp. 237-245, 2011.

[40] X. Ma, W. Yang, H. Zhao, and Q. Tan, "Effects of aeration control strategies on nitrous oxide emissions in alternating anoxic–oxic sequencing batch reactor systems," Environmental Research, vol. 260, 2024, Art. no. 119591.

[41] M. J. Kampschreur, H. Temmink, R. Kleerebezem, M. S. M. Jetten, and M. C. M. V. Loosdrecht, "Nitrous oxide emission during wastewater treatment," Water Research, vol. 43, no. 17, pp. 4093-4103, 2009.

[42] K. Cho, J.-O. Kim, S. Kang, H. Park, S. Kim, and Y. Kim, "Achieving enhanced nitrification in communities of nitrifying bacteria in full-scale wastewater treatment plants via optimal temperature and pH," Separation and Purification Technology, vol. 132, pp. 697-703, 2014.

[43] A. Rodriguez-Sanchez, A. González-Martínez, M. Martinez-Toledo, M. J. García Ruiz, F. Osorio, and J. Gonzalez-Lopez, "The Effect of Influent Characteristics and Operational Conditions over the Performance and Microbial Community Structure of Partial Nitritation Reactors," Water, vol. 6, pp. 1905-1924, 2014.

[44] A. C. Anthonisen, R. C. Loehr, T. B. S. Prakasam, and G. Srinath, "Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid," Journal Water Pollution Control Federation, vol. 48, no. 5, pp. 835-852, 1976.

[45] R. Yu, M. J. Kampschreur, M. C. M. V. Loosdrecht, and K. Chandran, "Mechanisms and Specific Directionality of Autotrophic Nitrous Oxide and Nitric Oxide Generation during Transient Anoxia," Environmental Science & Technology, vol. 44, no. 4, pp. 1313-1319, 2010.

115%;font-family:"Times New Roman","serif";mso-fareast-font-family:"Times New Roman";

color:black;mso-themecolor:text1;mso-ansi-language:PT-BR;mso-fareast-language:

EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'>




DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.11117

Các bài báo tham chiếu

  • Hiện tại không có bài báo tham chiếu
Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên
Phòng 408, 409 - Tòa nhà Điều hành - Đại học Thái Nguyên
Phường Tân Thịnh - Thành phố Thái Nguyên
Điện thoại: 0208 3840 288 - E-mail: jst@tnu.edu.vn
Phát triển trên nền tảng Open Journal Systems
©2018 All Rights Reserved