Effect of chlorine on filamentous microorganisms present in activated sludge as evaluated by respirometry and INT-dehydrogenase activity

Activated sludge technology is more used than any other for biological treatment of wastewater. However, filamentous bulking is a very common problem in activated sludge plants, chlorine being the chemical agent normally used to control it. In this work the effect of chlorine on micro-organisms present in activated sludge flocs was assessed by a respirometric technique (oxygen uptake rate, OUR) and by the INT-dehydrogenase activity test (DHA) measured by two techniques: spectrophotometry (DHA a) and image analysis (DHA i). Both DHA tests were optimized and correlated with the respirometric technique (OUR) using pure cultures of a filamentous micro-organism (Sphaerotilus natans) under chlorine inhibition. Using these correlations the tested methods were applied to determine the action of chlorine on respiratory activity in activated sludge. The OUR and the DHA a quantifies the action of chlorine on the total respiratory activity (RA) of flocs (filamentous and floc-forming bacteria); in contrast, the DHA i test evaluates specific action of chlorine on the RA of filamentous micro-organisms. In activated sludge flocs containing filamentous microorganisms, a chlorine dose of 4.75 mgCl2 (gVSS)-1 with a contact time of 20 minutes reduced about 80% of the RA of filamentous bacteria while affecting only 50-60% of the total RA of flocs. Besides, a chlorine dose of 7.9 mgCl2 (gVSS)-1 produced the total respiratory inactivation of filamentous micro-organisms after 10 min contact, however, with this dose the total RA of activated sludge flocs was reduced only about 45-65%; controlling filamentous bulking without affecting too much floc-forming bacteria. At the tested chlorine concentrations the inhibition of filamentous micro-organisms was higher than in the whole activated sludge. Although floc-forming micro-organisms were demonstrated to be more susceptible to chlorine than filamentous in pure cultures, results obtained in the present work confirmed that it is the location of the filamentous micro-organisms in the flocs and the presence of extracellular polymers substances which largely determines their higher susceptibility to chlorine; consequently this feature plays a critical role in bulking control. Although floc-forming micro-organisms were demonstrated to be more susceptible to chlorine than filamentous in pure cultures, results obtained in the present work confirmed that it is the location of the filamentous micro-organisms in the flocs and the presence of extracellular polymers substances which largely determines their higher susceptibility to chlorine; consequently this feature plays a critical role in bulking control.Fil: Caravelli, Alejandro Horacio. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Giannuzzi, Leda. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Zaritzky, Noemi Elisabet. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingenierí­a. Departamento de Ingeniería Química; Argentin

Performance of Anoxic-Oxic Sequencing Batch Reactor for Nitrification and Aerobic Denitrification

The biological nitrogen removal (BNR) involves two processes: nitrification and denitrification. Denitrification occurs almost exclusively under facultative anaerobic or microaerophilic conditions; however, aerobic denitrification can occur in aerated reactors. In this chapter, the feasibility of achieving nitrogen removal using a lab-scale biological sequencing batch reactor (SBR) exposed to anoxic/oxic (AN/OX) phases is described in order to attain aerobic denitrification. The SBR was fed with acetate and ammonium sulfate. Nitrite generation was controlled in order to avoid the N2O production by nitrifier denitrification. Experiments under four different operating conditions were carried out: low and high aeration, each one with low and high organic loads. For all the tested conditions, a complete COD removal was achieved. The highest inorganic N removal close to 80% was obtained at pH = 7.5, high organic load (880 mg COD/(L day)) and high aeration given by 12 h cycle, AN/OX ratio = 0.5:1.0, and dissolved oxygen concentration higher than 4.0 mg O2/L. Nitrification followed by high-rate aerobic denitrification took place during the aerobic phase. Denitrification took place mainly from the intracellular reserves of polyhydroxyalkanoates (PHA) during the aerobic phase. The proposed AN/OX system constitutes a simple and potentially eco-friendly process for biological nitrogen removal, providing N2 as the end product and decreasing the formation of N2O, a powerful greenhouse gas

Microstructural Behaviors of Matrices Based on Polylactic Acid and Polyhydroxyalkanoates

Individual films of polyhydroxyalkanoates (PHA) and polylactic acid (PLA) and their blends were developed by solvent casting. PHA was obtained from activated sludges from a wastewater-treatment system at a laboratory scale. This work focused on analyzing the microstructural properties and thermal behaviors of individual films of PHA and PLA as well as those of their blends. The behaviors of the biodegradation processes of the individual films and blends were examined from a microstructural point of view. ATR-FTIR spectra indicated the existence of weak molecular interactions between the polymers. The formulation of blend films improved the crystallinity of PLA; additionally, it induced the polymer-recrystallization phenomenon, because crystallized PHA acted as a PLA-nucleating agent. This phenomenon explains the improvements in the films´ water-vapor-barrier properties. The blends exposed to a biodegradation process showed an intermediate behavior between PLA and PHA, leading to a consistent basis for designing systems tailored to a particular purpose.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Remoción simultánea de nitrógeno y carbono orgánico utilizando un SBR granular aeróbico

El objetivo del trabajo fue analizar la performance de un reactor biológico secuencial (SBR) con biomasa granular para la remoción conjunta de carbono y nitrógeno, como así también comparar la efectividad del proceso bajo dos condiciones de operación definidas por la carga volumétrica de nitrógeno. Para el estudio del SBR en ambas condiciones de operación se llevó a cabo la medición de los siguientes parámetros: concentración de biomasa, velocidad de consumo de oxígeno, eficiencia de remoción de amonio, velocidad de producción y consumo de protones, tamaño granular e índice de sedimentación volumétrica.Sección: Ingeniería Química.Facultad de Ingenierí

Remoción simultánea de nitrógeno y carbono orgánico utilizando un SBR granular aeróbico

El objetivo del trabajo fue analizar la performance de un reactor biológico secuencial (SBR) con biomasa granular para la remoción conjunta de carbono y nitrógeno, como así también comparar la efectividad del proceso bajo dos condiciones de operación definidas por la carga volumétrica de nitrógeno. Para el estudio del SBR en ambas condiciones de operación se llevó a cabo la medición de los siguientes parámetros: concentración de biomasa, velocidad de consumo de oxígeno, eficiencia de remoción de amonio, velocidad de producción y consumo de protones, tamaño granular e índice de sedimentación volumétrica.Sección: Ingeniería Química.Facultad de Ingenierí

Remoción simultánea de nitrógeno y carbono orgánico utilizando un SBR granular aeróbico

El objetivo del trabajo fue analizar la performance de un reactor biológico secuencial (SBR) con biomasa granular para la remoción conjunta de carbono y nitrógeno, como así también comparar la efectividad del proceso bajo dos condiciones de operación definidas por la carga volumétrica de nitrógeno. Para el estudio del SBR en ambas condiciones de operación se llevó a cabo la medición de los siguientes parámetros: concentración de biomasa, velocidad de consumo de oxígeno, eficiencia de remoción de amonio, velocidad de producción y consumo de protones, tamaño granular e índice de sedimentación volumétrica.Sección: Ingeniería Química.Facultad de Ingenierí

Effectiveness of chlorination and ozonation methods on pure cultures of floc-forming micro-organisms and activated sludge: a comparative study

Chlorination is a very useful control method of filamentous bulking in activated sludge systems; however, it favours formation; of undesirable compounds such as trihalomethanes. Other oxidants, such as ozone, could be used for bulking control. In view of the fact that chlorine and ozone are both non-selective chemical agents affecting filamentous and floc-forming micro-organisms, the determination of optimum dosage conditions becomes essential to minimise the impact produced on the activated sludge process. In this work, the effects of chlorine and ozone on the biomass concentration of activated sludge and on different parameters that characterise the microbial metabolic activity were compared. The following techniques were applied: Respirometry (oxygen uptake rate); and INT-dehydrogenase activity test carried out both by spectrophotometry (DHAa) and image analysis (DHAi). The respirometric technique and the DHAa test quantified oxidants action on the total respiratory activity of flocs; the image DHAi test was applied to evaluate the specific action of the oxidants on filamentous micro-organisms. Additionally, plate count technique, respirometry and DHAa test were correlated using chlorine and ozone experiments on pure cultures of a floc-forming micro-organism (Acinetobacter anitratus) to compare the effect of the oxidising; agents on the metabolic activity and the viability of the micro-organisms. Ozone was found to have more intense antimicrobial action. In activated sludge, ozone reduced total biomass concentration by oxidising various components and causing cell lysis. An equation was proposed to estimate biomass concentration of activated sludge as a function of time and ozone dose rate; in contrast, at the doses applied, chlorine did not reduce the concentration of activated sludge biomass. In activated sludge, adequate conditions for both oxidants were identified under which the respiratory activity of filamentous micro-organisms could be considerably inhibited, causing the lowest possible impact on whole floc metabolic activity. An initial chlorine dose of 7.9 mgCl2·gVSS-1 for a contact time of 5 min (initial pulse= 6.0 mgCl2·l-1), and a total ozone dose of 66.0 mgO3·gVSS-1 (ozone dose rate of 3.3 mgO3·gVSS-1·min-1 for a contact time of 20 min) were the most suitable conditions to control filamentous bulking.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

Heterotrophic nitrification-aerobic denitrification performance in a granular sequencing batch reactor supported by next generation sequencing

Several nitrogen transformation processes occur in wastewater treatment; among them, heterotrophic nitrification-aerobic denitrification (HNAD) has not been adequately quantified. In the present study, a comprehensive analysis of the simultaneous ammonia and organic carbon removal was carried out in an aerobic granular sequencing batch reactor (SBR) operated under feast/famine regime. For this, biological processes, microbial community composition and metabolic pathways were evaluated. Mass balances allowed estimating the ammonia assimilation and simultaneous nitrification and denitrification (SND). Better SND process (55%) was achieved in starvation period involving that denitrification driven by intracellular carbon reserves is more efficiently coupled to the ammonia oxidation with regard to external carbon-driven denitrification. Proton balances and titration monitored the organic carbon and nitrogen removal. High abundance of HNAD bacteria, Diaphorobacter sp. and Flavobacterium sp., and Zoogloea sp. aerobic denitrifier was detected by next generation sequencing (NGS) technology. Bioinformatics analysis predicted enzymes involved in nitrogen transformation pathways present in Phylogenetic investigation PYCRUSt database. Heterotrophic nitrification took place involving detoxification against ammonia. Non-limiting nitrate and high oxygen concentrations were favorable for aerobic denitrifiers. HNAD was the main process responsible for the biological nitrogen removal according to NGS and operational conditions given by high dissolved oxygen and low COD:NO3−-N ratio.Fil: Bucci, Paula Lorena. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Coppotelli, Bibiana Marina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Morelli, Irma Susana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Zaritzky, Noemi Elisabet. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Caravelli, Alejandro Horacio. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentin

Nitrificación-desnitrificación simultánea en el tratamiento de un efluente lácteo utilizando un SBR granular aerobio

Los efluentes lácteos son ricos en materia orgánica (DQO) pero deficientes en nitrógeno (N) paraun adecuado tratamiento biológico. La descarga de efluentes con altas concentraciones de N encuerpos de agua receptores es indeseable debido a que puede ocasionar problemas deeutrofización. La combinación de efluentes lácteos con efluentes ricos en amonio permite ajustar larelación DQO/N generando condiciones adecuadas para los procesos biológicos. En el presentetrabajo se determinaron las condiciones operativas óptimas para lograr una eficiente remoción decarbono orgánico y N mediante nitrificación-desnitrificación simultánea (NDS), utilizando un reactorbiológico secuencial (SBR) con biomasa granular aeróbica.Fil: Bucci, Paula Lorena. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Zaritzky, Noemi Elisabet. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Caravelli, Alejandro Horacio. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaSextas Jornadas de Investigación, Transferencia, Extensión y Enseñanza de la Facultad de IngenieríaLa PlataArgentinaUniversidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingenierí

Nitrificacion-desnitrificación simultanea en el tratamiento de un efluente lacteo utilizando un SBR granular aerobio

El objetivo del presente trabajo es el estudio de la remoción de nitrógeno total y carbono orgánico de un efluente sintético modelo de la industria láctea, a partir de la optimización de los procesos de remoción de los contaminantes mediante cambios en las cargas volumétricas de NTK y carbono orgánico y el tiempo de residencia celular (TRC) del sistema estudiado. Se propuso evaluar el efecto de la carga orgánica, la relación DQO/NTK y la presencia de micronutrientes en la capacidad de nitrificación y desnitrificación en reactores SBR con biomasa granular aeróbica. Los SBRs fueron alimentados con un efluente sintético de la industria láctea suplementado con sulfato de amonio. También se evaluó la capacidad de acumulación de reservas de carbono intracelulares como glucógeno y su uso como fuente de carbono para la desnitrificación, en los casos que exhibieron nitrificación.Facultad de Ingenierí