A loading rate switch strategy for stable nitritation in mainstream municipal wastewater

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作者
Zihao Wang,Liang Zhang,Wei Zeng,Jialin Li,Qiong Zhang,Xiyao Li,Yongzhen Peng
出处
期刊:Nature sustainability [Nature Portfolio]
卷期号:7 (3): 305-314 被引量:33
标识
DOI:10.1038/s41893-024-01276-z
摘要

Implementation of biological ammonia-to-nitrite conversion (nitritation) is crucial to more sustainable municipal wastewater treatment. However, achieving stable nitritation, especially in low-temperature mainstream municipal wastewater, remains a global challenge. Here we develop a loading rate switch strategy to enable ultrastable nitritation in a pilot-scale (6.5 m³) reactor treating real mainstream municipal wastewater. This strategy consists of a stage with high organic loading rate to decrease both ammonia-oxidizing bacteria and nitrite-oxidizing bacteria amounts and a stage in which the organic loading rate sharply decreases to enhance ammonia-oxidizing bacteria and promote their bioactivity while containing nitrite-oxidizing bacteria. By implementing this strategy, nitritation initiated within 7 days and a high nitrite accumulation ratio of ~98.1% was maintained for >450 days, even at temperature as low as 5.9 °C. During the long-term operation, nitrite-oxidizing bacteria were below the detection level, whereas ammonia-oxidizing bacteria remained abundant. Moreover, the average concentrations of effluent ammonium and nitrite were kept at 8.3 and 13.8 mg N l−1, respectively, favouring further nitrogen removal by anammox process, an inherently low-carbon and low-energy process. Overall, this work presents a viable and environmentally friendly strategy for nitrogen removal, paving the way to sustainable sewage management. Biological ammonia-to-nitrite conversion (nitritation) in mainstream municipal wastewater is environmentally desirable but hard to stabilize. This study presents an effective loading rate switch strategy that enables stable nitritation in mainstream sewage.
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