Nitrogen removal and sustainability of vertical flow constructed wetlands for small scale wastewater treatment

The challenge for wastewater professionals is to design and operate treatment processes that support human well being and are environmentally sensitive throughout the life-cycle. This research focuses on one technology for small-scale wastewater treatment: the vertical flow constructed wetland (VFCW), which is herein investigated for the capacity to remove ammonium and nitrate nitrogen from wastewater. Hydraulic regime and presence/absence of vegetation are the basis for a three-phase bench scale experiment to determine oxygen transfer and nitrogen fate in VFCWs. Results show that 90% NH4+-N removal is achieved in aerobic downflow columns, 60% NO3--N removal occurs in anaerobic upflow columns, and 60% removal of total nitrogen can be achieved in downflow-upflow in-series. The experimental results are studied further using a variably saturated flow and reactive transport model, which allows a mechanistic explanation of the fate and transport of oxygen and nitrogen. The model clarifies the mechanisms of oxygen transport and nitrogen consumption, and clarifies the need for readily biodegradable COD for denitrification. A VFCW is then compared to a horizontal flow constructed wetland (HFCW) for life cycle environmental impacts. High areal emissions of greenhouse gases from VFCWs compared to HFCWs are the driver for the study. The assessment shows that because a VFCW is only 25% of the volume of an HFCW designed for the same treatment quality, the VFCW has only 25-30% of HFCW impacts over 12 impact categories and 3 damage categories. Results show that impacts could be reduced by design improvements. Design recommendations are downflow wetlands for nitrification, upflow wetlands for denitrification, series wetlands for total nitrogen removal, hydraulic load of 142 L/m2d, 30 cm downflow wetland depth, 1.0 m upflow wetland depth, recycle, vegetation and medium-grained sand. These improvements will optimize nitrogen removal, minimize gaseous emissions, and reduce wetland material requirements, thus reducing environmental impact without sacrificing wastewater treatment quality.

The influence of nitrogen fertilization on growth, yield, nitrate and oxalic acid concentration in purslane ( Portulaca oleracea )

Purslane (Portulaca oleracea) is widely used for culinary purposes throughout Mediterranean region, and the interest in this plant increased due to it being a source of bio-protective compounds, such as fatty acids and antioxidants. However, the use of purslane could be limited by accumulation of high levels of compounds harmful to human health, such as nitrate and oxalic acid. The main objective of present study was to evaluate the influence of nitrogen fertilization on growth and yield parameters and on nitrate and oxalic acid concentrations in leaves and stems. Plants of golden-leafed purslane of sativa subspecies were grown in styro-foam boxes with substrate and fertilized two times per week during four weeks with ammonium-nitrate solution (16.9% NO3--N and 17.6% NH4+-N), for testing of four nitrogen levels (0, 30, 60 and 90 kg N ha-1). Plant growth, yield, nitrate and oxalic acid concentrations were significantly affected by nitrogen application. The best quantity/quality ratio was achieved at fertilization level of 60 kg N ha-1, which gave a yield of 5.1 kg m-2 FW, while nitrate concentration was 48.98 and 43.90 mg g-1 DW in leaf and stem, respectively, and oxalic acid concentration was 1.27 and 0.55 mg g-1 DW, in leaf and stem, respectively: values which are not harmful for consumer health.

Effects of nitrogen level on purslane antioxidant activity.

The high antioxidant activity of purslane, Portulaca oleracea L., gives it a high nutritional and functional value. The commercial production of purslane has increased in Portugal, making it necessary to know the effects of inputs, mainly nitrogen, on the antioxidant activity. The main goal of this study was to evaluate the influence of nitrogen application on purslane antioxidant activity. The experiment was carried out with for treatments: 30, 60 and 90 kg/ha of nitrogen. Plants of golden-leaf purslane were grown in Styrofoam-boxes filled with substrate and fertigated two times per week, over four weeks with ammonium nitrate solution (16.9% NO3-N and 16.7 NH4+-N). The increase in the nitrogen level decreased the water-soluble proteins content. However the ascorbate, phenols content as well as antioxidant activity measured by FRAP method was not affected by nitrogen level. Plants shoot antioxidant activity, measured by DPPH method decreased significantly in the treatment with 90 kg N/ha (26.20 ���g/g gallic acid). On the other hand, plant shoot antioxidant activity mediated by peroxidases was higher in treatment 30 kg N/ha (0.459 ��mol min-1/mg prot.). Application of 60 kg N/ha allowed a vigorous plant growth without disturb its antioxidants and conservation properties.

Evaluation of the throughfall and stemflow nutrient contents in mixed and pure plantations of Acacia mangium, Pseudosamenea guachapele and Eucalyptus grandis.

A intercepta����o da chuva pela copa das florestas tem grande relev��ncia no ciclo biogeoqu��mico de nutrientes nos solos de baixa fertilidade sob florestas nativas e plantadas. Entretanto, pouco se sabe sobre as modifica����es na qualidade dessa ��gua e no balan��o hidrol��gico ap��s a intercepta����o pela copa do eucalipto sob condi����es de plantios puros e mistos com leguminosas, no Brasil. Amostras de ��gua de chuva (RF), de precipita����o interna (TF) e de escoamento pelo tronco (SF), foram coletadas e analisadas quimicamente em plantios puros de mangium (esp��cie fixadora de nitrog��nio atmosf��rico - EFN), guachapele (EFN) e eucalipto (esp��cie n��o fixadora de nitrog��nio - ENFN) e consorciados com guachapele e eucalipto, em Serop��dica, Rio de Janeiro. Nove coletores de escoamento pelo tronco (colocados em ��rvores), nove pluvi��metros posicionados ao acaso nos plantios e tr��s fora da influ��ncia deles foram utilizados no monitoramento durante 5,5 meses. A mangium direcionou 33,4% do total precipitado para o seu tronco. Uma estimativa baseada na corre����o da m��dia anual precipitada na ��rea (1.213 mm) indicou uma contribui����o no aporte de nutrientes (kg ha-1) de 8,42; 0,95; 19,04; 6,74; 4,72; e 8,71 kg ha-1 dos elementos N-NH4+, P, K+, Ca+2, Mg+2 and Na+, respectivamente. A precipita����o interna participou com a maior parte da contribui����o, em compara����o com o escoamento pelo tronco. Os maiores aportes de N-NH4+ (15,03 kg ha-1) e K+ (179,43 kg ha-1) foram observados sob as copas de guachapele em plantio puro. Elevada quantidade de Na+ denota influencia do mar pr��ximo �� ��rea experimental. A mangium foi a esp��cie adaptada �� competi����o por ��gua. Comparativamente ao plantio puro de eucalipto, o plantio misto intensificou a lixivia����o de N, Ca e Mg da copa, enquanto o de K e o P aportaram em menores quantidades nesse plantio.

Valorizzazione di acque reflue mediante recupero di ammonio per adsorbimento

Lo studio rappresenta uno screening primario di vari adsorbenti riguardo la loro capacit�� di rimuovere e recuperare l'ammonio dalle acque reflue urbane in base alla capacit�� e alla selettivit��. Sono state analizzate le prestazioni di diverse resine polimeriche e zeoliti e l'effetto di variabili come la temperatura, il pH, la concentrazione del mezzo adsorbente e la concentrazione iniziale di ammonio sull'efficienza di rimozione dell���ammonio da acque sintetiche e da acque reflue urbane. Si tratta di uno dei primi tentativi di collocare un processo basato sull'adsorbimento all'interno di un impianto di trattamento delle acque reflue esistente per rimuovere e recuperare l'ammonio (NH4) dalle acque reflue urbane di scarico secondarie (MWW). Il processo proposto �� stato caratterizzato da 4 aspetti importanti: I) Impiego di una resina a scambio ionico disponibile in commercio; II) Impiego di una zeolite naturale a basso costo e selettiva per il recupero dell'ammonio. III) Studio approfondito sulla selettivit�� e la capacit�� di adsorbimento dei materiali adsorbenti in esame. IV) Realizzazione di un test di breakthrough completo per la rimozione dell'ammonio in modo continuo. V) Rigenerazione del materiale adsorbente e recupero dell'ammonio tramite test di desorbimento. I test su scala di laboratorio, che includevano due colonne in PVC per la rimozione di N-NH4 impaccate con la resine polimerica Amberlyst 15WET (disponibile in commercio) e la zeolite naturale (Cabasite-Phillipsite), sono andati con successo dopo 1 ciclo di adsorbimento/desorbimento trattando 40L di MWW effettivi (concentrazione media in ingresso di 45��1 mgNH4-N/L). La concentrazione di ammonio alla fine del desorbimento per la zeolite naturale era il doppio di quella di Amberlyst 15wet dimostrando che questa resina �� una resina promettente nel processo di recupero dell'ammonio e sono necessari ulteriori sviluppi e ottimizzazioni.

Arricchimento di colture microbiche anaerobiche su acido perfluoroottanoico (PFOA) e diversi accettori finali di elettroni

Nel presente elaborato �� stata studiata la capacit�� biodegradativa di cinque differenti set di colture microbiche miste in anaerobiosi, rispetto all���acido perfluoroottanoico (PFOA). Quest���ultimo �� un contaminante riconosciuto dalla comunit�� scientifica internazionale come persistente, tossico, bioaccumulante e ubiquitario, tipicamente trasportato nell���ecosistema acquatico. Le colture studiate sono state realizzate in microcosmi di acqua di falda, a partire da colture ottenute in uno studio di biodegradazione precedente, condotto su acque di falda contaminate da sostanze perfluoroalchiliche (PFASs), arricchendole in PFOA a una concentrazione di 50 mg/L in presenza di diversi accettori finali di elettroni (Fe(III), NO3��� e SO42-) e donatori di elettroni (H2, NH4+, CH3-CHOH-COO- e CH3COO-) La prova sperimentale ha evidenziato una crescita microbica in alcune delle condizioni realizzate (NO3���-riduzione con ossidazione di CH3COO-, Fe(III)-riduzione con ossidazione di NH4+, SO42���-riduzione con ossidazione di CH3-CHOH-COO-). Sebbene sia stato osservato un consumo di metaboliti talvolta notevole nelle suddette condizioni, non �� stata riscontrata una rimozione significativa dell���acido perfluoroottanoico ad esso correlata.