Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems

This thesis focuses on the study of the global green house gas (GHG) emissions from wastewater systems. Nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) are the main GHG directly emitted from wastewater treatment plants (WWTP). In this thesis, different studies were performed in order to determine the N2O prod...

Full description

Bibliographic Details
Author: Ribera Guàrdia, Anna
Format: doctoral thesis
Status:Published version
Publication Date:2017
Country:España
Institution:CBUC, CESCA
Repository:TDR. Tesis Doctorales en Red
OAI Identifier:oai:www.tdx.cat:10803/471514
Online Access:http://hdl.handle.net/10803/471514
Access Level:Open access
Keyword:Greenhouse gases
Gasos d'efecte hivernacle
Gases de efecto invernadero
Wastewater treatment
Tractament d'aigües residuals
Tratamiento de aguas residuales
Denitrification
Desnitrificació
Desnitrificación
Nitrous oxide
Òxid nitrós
Òxido nitroso
Electron competition
Competició d'electrons
Competición de electrones
628
id ES_3368da2b9bb6f121cca9cf3beebe693e
oai_identifier_str oai:www.tdx.cat:10803/471514
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
title Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
spellingShingle Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
Ribera Guàrdia, Anna
Greenhouse gases
Gasos d'efecte hivernacle
Gases de efecto invernadero
Wastewater treatment
Tractament d'aigües residuals
Tratamiento de aguas residuales
Denitrification
Desnitrificació
Desnitrificación
Nitrous oxide
Òxid nitrós
Òxido nitroso
Electron competition
Competició d'electrons
Competición de electrones
628
title_short Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
title_full Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
title_fullStr Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
title_full_unstemmed Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
title_sort Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systems
dc.creator.none.fl_str_mv Ribera Guàrdia, Anna
author Ribera Guàrdia, Anna
author_facet Ribera Guàrdia, Anna
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Pijuan i Vilalta, Maite
Gutiérrez Garcia-Moreno, Oriol
Rodríguez-Roda Layret, Ignasi
Universitat de Girona. Departament d'Enginyeria Química, Agrària i Tecnologia Agroalimentària
Institut Català de Recerca de l'Aigua
dc.subject.none.fl_str_mv Greenhouse gases
Gasos d'efecte hivernacle
Gases de efecto invernadero
Wastewater treatment
Tractament d'aigües residuals
Tratamiento de aguas residuales
Denitrification
Desnitrificació
Desnitrificación
Nitrous oxide
Òxid nitrós
Òxido nitroso
Electron competition
Competició d'electrons
Competición de electrones
628
topic Greenhouse gases
Gasos d'efecte hivernacle
Gases de efecto invernadero
Wastewater treatment
Tractament d'aigües residuals
Tratamiento de aguas residuales
Denitrification
Desnitrificació
Desnitrificación
Nitrous oxide
Òxid nitrós
Òxido nitroso
Electron competition
Competició d'electrons
Competición de electrones
628
description This thesis focuses on the study of the global green house gas (GHG) emissions from wastewater systems. Nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) are the main GHG directly emitted from wastewater treatment plants (WWTP). In this thesis, different studies were performed in order to determine the N2O production when using different combination of electron acceptors during denitrification. Firstly, three different external carbon sources where used in a mixed denitrifying culture. Secondly, a denitrifying polyphosphate accumulating organism (dPAO) and a denitrifying glycogen accumulating organism (dGAO) enriched cultures were used to assess the effect of using an internal carbon source (polyhydroxyalkanoates, PHA) for denitrification on the N2O production. Results indicated that electron competition during the reduction of different nitrogen oxides is a significant factor in ordinary heterotrophic denitrification processes using external carbon sources as the electron donor, but not in PHA-driven denitrification processes conducted by dPAO or dGAO. Results also showed that generally, higher N2O accumulation was detected in the tests conducted with dGAO than those conducted with dPAO, especially when nitrite was used as electron acceptor. Later, the effect of DO at a constant pH level and the effect of pH at a constant DO level on N2O and NO production in a partial nitrification sequencing batch reactor (SBR) were explored. Also, the relationship between NO production and the ammonia oxidation rate (AOR) as well as the N2O production rate and the AOR were studied. Results showed that these relationships were linear and exponential, respectively. This investigation highlighted the importance of also monitoring NO emissions since they may lead to N2O emissions. The last investigation of this thesis was a long-term full-scale study in the WWTP of Girona in order to assess the N2O and CH4 emission dynamics of the plug-flow reactors. Results showed seasonal and spatial variations on N2O emissions but only spatial variations on CH4 emissions. Finally, the overall carbon footprint of the plug-flow reactor was assessed.
publishDate 2017
dc.date.none.fl_str_mv 2017
2018
2018
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
info:eu-repo/semantics/publishedVersion
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10803/471514
url http://hdl.handle.net/10803/471514
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv 168 p.
application/pdf
application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universitat de Girona
publisher.none.fl_str_mv Universitat de Girona
dc.source.none.fl_str_mv TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)
reponame:TDR. Tesis Doctorales en Red
instname:CBUC, CESCA
instname_str CBUC, CESCA
reponame_str TDR. Tesis Doctorales en Red
collection TDR. Tesis Doctorales en Red
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869405744798892032
spelling Greenhouse gas emissions from wastewater treatment processes: identifying triggering factors at laboratory and full-scale systemsRibera Guàrdia, AnnaGreenhouse gasesGasos d'efecte hivernacleGases de efecto invernaderoWastewater treatmentTractament d'aigües residualsTratamiento de aguas residualesDenitrificationDesnitrificacióDesnitrificaciónNitrous oxideÒxid nitrósÒxido nitrosoElectron competitionCompetició d'electronsCompetición de electrones628This thesis focuses on the study of the global green house gas (GHG) emissions from wastewater systems. Nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) are the main GHG directly emitted from wastewater treatment plants (WWTP). In this thesis, different studies were performed in order to determine the N2O production when using different combination of electron acceptors during denitrification. Firstly, three different external carbon sources where used in a mixed denitrifying culture. Secondly, a denitrifying polyphosphate accumulating organism (dPAO) and a denitrifying glycogen accumulating organism (dGAO) enriched cultures were used to assess the effect of using an internal carbon source (polyhydroxyalkanoates, PHA) for denitrification on the N2O production. Results indicated that electron competition during the reduction of different nitrogen oxides is a significant factor in ordinary heterotrophic denitrification processes using external carbon sources as the electron donor, but not in PHA-driven denitrification processes conducted by dPAO or dGAO. Results also showed that generally, higher N2O accumulation was detected in the tests conducted with dGAO than those conducted with dPAO, especially when nitrite was used as electron acceptor. Later, the effect of DO at a constant pH level and the effect of pH at a constant DO level on N2O and NO production in a partial nitrification sequencing batch reactor (SBR) were explored. Also, the relationship between NO production and the ammonia oxidation rate (AOR) as well as the N2O production rate and the AOR were studied. Results showed that these relationships were linear and exponential, respectively. This investigation highlighted the importance of also monitoring NO emissions since they may lead to N2O emissions. The last investigation of this thesis was a long-term full-scale study in the WWTP of Girona in order to assess the N2O and CH4 emission dynamics of the plug-flow reactors. Results showed seasonal and spatial variations on N2O emissions but only spatial variations on CH4 emissions. Finally, the overall carbon footprint of the plug-flow reactor was assessed.Aquesta tesi està centrada en l'estudi de les emissions dels gasos d'efecte hivernacle (GEH) dels sistemes de tractament d'aigua residual. L'òxid nitrós (N2O) i el metà (CH4) són els principals GEH emesos directament en les estacions depuradores d'aigües residuals (EDAR). En aquesta tesi s'han realitzat diferents estudis per a identificar la producció de N2O usant diferents combinacions d'acceptors d'electrons durant la desnitrificació. En primer lloc es varen utilitzar tres fonts de carboni externes en un cultiu mix desnitrificant. En segon lloc es va utilitzar un cultiu enriquit amb organismes desnitrificants acumuladors de fòsfor (dPAO) i un cultiu enriquit amb organismes desnitrificants acumuladors de glicogen (dGAO) per tal d'avaluar l'efecte d'utilitzar una font de carboni interna (polihidroxialcanoats, PHA) per la desnitrificació en la producció de N2O. Els resultats van indicar que la competició d'electrons durant la reducció dels diferents òxids de nitrogen és un factor significatiu en els processos de desnitrificació heterotròfica ordinària utilitzant fonts de carboni externes com a donador d'electrons però no en els processos de desnitrificació utilitzant PHA com a font de carboni interna com en els dPAO i dGAO. Els resultats també varen demostrar que generalment en els experiments realitzats amb els dGAOs es detectava una acumulació major de N2O que en els experiments amb dPAOs, especialment quan s'utilitzava nitrit com a acceptor d'electrons. Més endavant es va explorar l'efecte del oxigen dissolt (DO) a un nivell constant de pH i l'efecte del pH a un nivell constant de DO en la producció de N2O i NO en la nitrificació parcial en un reactor discontinu seqüencial (SBR). També es va estudiar la relació entre la producció de NO i la velocitat d'oxidació d'amoni (AOR) així com la producció de N2O i la AOR. Els resultats van mostrar que les relacions eren lineal i exponencial, respectivament. Aquesta investigació va destacar la importància de supervisar també les emissions de NO, ja que poden conduir a emissions de N2O. L'última investigació d'aquesta tesi va ser un estudi a l'EDAR de Girona per a avaluar les dinàmiques d'emissions de N2O i CH4 en els reactors de flux pistó. Els resultats van mostrar variacions estacionals i espacials en les emissions de N2O en el reactor de flux pistó però només variacions espacials en les emissions de CH4. Finalment, es va avaluar la petjada de carboni global del reactor flux pistó.Universitat de GironaPijuan i Vilalta, MaiteGutiérrez Garcia-Moreno, OriolRodríguez-Roda Layret, IgnasiUniversitat de Girona. Departament d'Enginyeria Química, Agrària i Tecnologia AgroalimentàriaInstitut Català de Recerca de l'Aigua201820182017info:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion168 p.application/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10803/471514TDX (Tesis Doctorals en Xarxa)reponame:TDR. Tesis Doctorales en Redinstname:CBUC, CESCAInglésADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs.info:eu-repo/semantics/openAccessoai:www.tdx.cat:10803/4715142026-06-14T12:46:07Z
score 15.300719

Similar Items