Please wait a minute...
Frontiers of Environmental Science & Engineering

ISSN 2095-2201

ISSN 2095-221X(Online)

CN 10-1013/X

Postal Subscription Code 80-973

2018 Impact Factor: 3.883

Front. Environ. Sci. Eng.    2018, Vol. 12 Issue (1) : 10    https://doi.org/10.1007/s11783-018-1021-3
REVIEW ARTICLE
Enzymatic nitrous oxide emissions from wastewater treatment
Gang Guo1, Yayi Wang2(), Tianwei Hao1,3(), Di Wu1,4,5, Guang-Hao Chen1,4,5
1. Department of Civil & Environmental Engineering, The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong 999077, China
2. State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China
3. Institute for Advanced Study, The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong 999077, China
4. Hong Kong Branch of the Chinese National Engineering Research Center for Control & Treatment of Heavy Metal Pollution, The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong 999077, China
5. Wastewater Treatment Laboratory, FYT Graduate School, The Hong Kong University of Science and Technology, Guangzhou 511458, China
 Download: PDF(378 KB)   HTML
 Export: BibTeX | EndNote | Reference Manager | ProCite | RefWorks
Abstract

N2O release varies in response to enzyme-catalyzed nitrogen imbalances.

The enzymology involved in N2O production and consumption are introduced.

The pathways of N2O production and consumption are summarized.

Key factors affecting N2O release and enzymatic mechanisms are summarized/revealed.

Enzymatic strategies are proposed to mitigate N2O emissions.

Nitrous oxide (N2O), a potent greenhouse gas, is emitted during nitrogen removal in wastewater treatment, significantly contributing to greenhouse effect. Nitrogen removal generally involves nitrification and denitrification catalyzed by specific enzymes. N2O production and consumption vary considerably in response to specific enzyme-catalyzed nitrogen imbalances, but the mechanisms are not yet completely understood. Studying the regulation of related enzymes’ activity is essential to minimize N2O emissions during wastewater treatment. This paper aims to review the poorly understood related enzymes that most commonly involved in producing and consuming N2O in terms of their nature, structure and catalytic mechanisms. The pathways of N2O emission during wastewater treatment are briefly introduced. The key environmental factors influencing N2O emission through regulatory enzymes are summarized and the enzyme-based mechanisms are revealed. Several enzyme-based techniques for mitigating N2O emissions directly or indirectly are proposed. Finally, areas for further research on N2O release during wastewater treatment are discussed.

Keywords Nitrous oxide      Mitigation      Enzyme catalysis      Nitrogen removal      Wastewater treatment     
Corresponding Author(s): Yayi Wang,Tianwei Hao   
Issue Date: 05 January 2018
 Cite this article:   
Gang Guo,Yayi Wang,Tianwei Hao, et al. Enzymatic nitrous oxide emissions from wastewater treatment[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2018, 12(1): 10.
 URL:  
https://academic.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-018-1021-3
https://academic.hep.com.cn/fese/EN/Y2018/V12/I1/10
Fig.1  Three main pathways of N2O productionalong with the related enzymes involved: (a) nitrifier denitrificationand the incomplete oxidation of NH2OH; (b)heterotrophic denitrification (modified from [14])
Fig.2  Enzymes involved and the electron transport pathwayin the oxidation of NH4+ to NO2 in Nitrosomonas europaea: ammonia monooxygenase(AMO) consisting of AmoA, AmoB and AmoC subunits; hydroxylamine oxidoreductase(HAO) containing a P460 heme (a c-type heme);c552 (cytochrome c552); c554 (cytochrome c554); and a ubiquinone pool (UQ) (modified from [41] and [57])
Fig.3  Enzymes involved in a representative denitrificationpathway, their cellular location and dependence on metal cofactors.Denitrification is basically a redox reaction of NO3 reduced to N2, which is performed by diverse bacteria using an organic or inorganicsubstrate as the electron donors. The electrons for each reactionoriginate in the ubiquinol pool (UQH2), whichis replenished by the addition of organic carbon or inorganic electrondonors. Abbreviations: Nar, membrane-bound nitrate reductase; Nap,periplasmic nitrate reductase; NiR, nitrite reductase; NOR, nitricoxide reductase; N2OR, nitrous oxide reductase; Cyt bc1, cytochrome bc1 (modified from[39])
Fig.4  Main factors influencing N2Oemissions from wastewater treatment. Abbreviations: HAO, hydroxylamineoxidoreductase; NOR, nitric oxide reductase; N2OR, nitrous oxide reductase; FNA, free nitric acid; C/N, carbon/nitrogen(modified from [19])
1 Montzka S A, Dlugokencky  E J, Butler  J H. Non-CO2 greenhouse gases and climate change. Nature, 2011, 476(7358): 43–50
https://doi.org/10.1038/nature10322 pmid: 21814274
2 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change.  Cambridge: Cambridge University Press, 2015
3 Portmann R W, Daniel  J S, Ravishankara  A R. Stratospheric ozone depletion due to nitrous oxide: Influences of other gases.  Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2012, 367(1593): 1256–1264
4 Ravishankara A R,  Daniel J S,  Portmann R W. Nitrous oxide (N2O): The dominant ozone-depleting substance emitted in the 21st century. Science, 2009, 326(5949): 123–125
https://doi.org/10.1126/science.1176985 pmid: 19713491
5 Aboobakar A, Cartmell  E, Stephenson T,  Jones M,  Vale P, Dotro  G. Nitrous oxide emissions and dissolved oxygen profiling in a full-scale nitrifying activated sludge treatment plant. Water Research, 2013, 47(2): 524–534
https://doi.org/10.1016/j.watres.2012.10.004 pmid: 23159006
6 Ahn J H, Kim  S, Park H,  Rahm B, Pagilla  K, Chandran K. N2O emissions from activated sludge processes, 2008–2009: Results of a national monitoring survey in the United States. Environmental Science & Technology, 2010, 44(12): 4505–4511
https://doi.org/10.1021/es903845y pmid: 20465250
7 Butler M D, Wang  Y Y, Cartmell  E, Stephenson T. Nitrous oxide emissions for early warning of biological nitrification failure in activated sludge. Water Research, 2009, 43(5): 1265–1272
https://doi.org/10.1016/j.watres.2008.12.027 pmid: 19167018
8 Shen L, Guan Y, Wu G, Zhan X. N2O emission from a sequencing batch reactor for biological N and P removal from wastewater.  Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2014, 8(5): 776–783
https://doi.org/10.1007/s11783-013-0586-0
9 Czepiel P, Crill  P, Harriss R. Nitrous oxide emissions from municipal wastewater treatment. Environmental Science & Technology, 1995, 29(9): 2352–2356
https://doi.org/10.1021/es00009a030 pmid: 22280278
10 Foley J, de Haas  D, Yuan Z,  Lant P. Nitrous oxide generation in full-scale biological nutrient removal wastewater treatment plants. Water Research, 2010, 44(3): 831–844
https://doi.org/10.1016/j.watres.2009.10.033 pmid: 19913869
11 Kampschreur M J,  Tan N C G,  Kleerebezem R,  Picioreanu C,  Jetten M S M,  van Loosdrecht M C M. Effect of dynamic process conditions on nitrogen oxides emission from a nitrifying culture. Environmental Science & Technology, 2008, 42(2): 429–435
https://doi.org/10.1021/es071667p pmid: 18284142
12 Kampschreur M J,  van der Star W R L,  Wielders H A,  Mulder J W,  Jetten M S M,  van Loosdrecht M C M. Dynamics of nitric oxide and nitrous oxide emission during full-scale reject water treatment. Water Research, 2008, 42(3): 812–826
https://doi.org/10.1016/j.watres.2007.08.022 pmid: 17920100
13 Law Y, Ye  L, Pan Y,  Yuan Z.Nitrous oxide emissions from wastewater treatment processes. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2012, 367(1593): 1265–1277
14 Ni B J, Ruscalleda  M, Pellicer-Nàcher C, Smets B F. Modeling nitrous oxide production during biological nitrogen removal via nitrification and denitrification: Extensions to the general ASM models. Environmental Science & Technology, 2011, 45(18): 7768–7776
https://doi.org/10.1021/es201489n pmid: 21780759
15 Wang Y, Lin  X, Zhou D,  Ye L, Han  H, Song C. Nitric oxide and nitrous oxide emissions from a full-scale activated sludge anaerobic/anoxic/oxic process. Chemical Engineering Journal, 2016, 289: 330–340
https://doi.org/10.1016/j.cej.2015.12.074
16 Wang Y, Fang  H Y, Zhou  D, Han H,  Chen J. Characterization of nitrous oxide and nitric oxide emissions from a full-scale biological aerated filter for secondary nitrification. Chemical Engineering Journal, 2016, 299: 304–313
https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.04.050
17 Yang Q, Liu  X, Peng C,  Wang S, Sun  H, Peng Y. N2O production during nitrogen removal via nitrite from domestic wastewater: main sources and control method. Environmental Science & Technology, 2009, 43(24): 9400–9406
https://doi.org/10.1021/es9019113 pmid: 20000535
18 Osada T, Shiraishi  M, Hasegawa T,  Kawahara H. Methane, nitrous oxide and ammonia generation in full-scale swine wastewater purification facilities. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2017, 11(3): 10
https://doi.org/10.1007/s11783-017-0933-7
19 Kampschreur M J,  Temmink H,  Kleerebezem R,  Jetten M S M,  van Loosdrecht M C M. Nitrous oxide emission during wastewater treatment. Water Research, 2009, 43(17): 4093–4103
https://doi.org/10.1016/j.watres.2009.03.001 pmid: 19666183
20 Mannina G, Ekama  G, Caniani D,  Cosenza A,  Esposito G,  Gori R, Garrido-Baserba  M, Rosso D,  Olsson G. Greenhouse gases from wastewater treatment—A review of modelling tools. Science of the Total Environment, 2016, 551– 552: 254–270
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.01.163 pmid: 26878638
21 Desloover J, Vlaeminck  S E, Clauwaert  P, Verstraete W,  Boon N. Strategies to mitigate N2O emissions from biological nitrogen removal systems. Current Opinion in Biotechnology, 2012, 23(3): 474–482
https://doi.org/10.1016/j.copbio.2011.12.030 pmid: 22244791
22 Schreiber F, Wunderlin  P, Udert K M,  Wells G F. Nitric oxide and nitrous oxide turnover in natural and engineered microbial communities: biological pathways, chemical reactions, and novel technologies. Frontiers in Microbiology, 2012, 3: 372
https://doi.org/10.3389/fmicb.2012.00372 pmid: 23109930
23 Stein L Y. Surveying N2O-producing pathways in bacteria. Methods in Enzymology, 2011, 486: 131–152
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-381294-0.00006-7 pmid: 21185434
24 Tallec G, Garnier  J, Billen G,  Gousailles M. Nitrous oxide emissions from secondary activated sludge in nitrifying conditions of urban wastewater treatment plants: Effect of oxygenation level. Water Research, 2006, 40(15): 2972–2980
https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.05.037 pmid: 16844187
25 Wunderlin P, Lehmann  M F, Siegrist  H, Tuzson B,  Joss A, Emmenegger  L, Mohn J. Isotope signatures of N2O in a mixed microbial population system: constraints on N2O producing pathways in wastewater treatment. Environmental Science & Technology, 2013, 47(3): 1339–1348
pmid: 23249174
26 Colliver B B, Stephenson  T. Production of nitrogen oxide and dinitrogen oxide by autotrophic nitrifiers. Biotechnology Advances, 2000, 18(3): 219–232
https://doi.org/10.1016/S0734-9750(00)00035-5 pmid: 14538109
27 Kim S W, Miyahara  M, Fushinobu S,  Wakagi T,  Shoun H. Nitrous oxide emission from nitrifying activated sludge dependent on denitrification by ammonia-oxidizing bacteria. Bioresource Technology, 2010, 101(11): 3958–3963
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.01.030 pmid: 20138758
28 Mampaey K E, De Kreuk  M K, van Dongen  U G J M, van Loosdrecht  M C M, Volcke  E I P. Identifying N2O formation and emissions from a full-scale partial nitritation reactor. Water Research, 2016, 88: 575–585
https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.10.047 pmid: 26558709
29 Peng L, Ni  B J, Ye  L, Yuan Z. N2O production by ammonia oxidizing bacteria in an enriched nitrifying sludge linearly depends on inorganic carbon concentration. Water Research, 2015, 74: 58–66
https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.02.003 pmid: 25706224
30 He Q, Zhu  Y, Li G,  Fan L, Ai  H, Huangfu X,  Li H. Impact of dissolved oxygen on the production of nitrous oxide in biological aerated filters. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2017, 11(6): 16 
https://doi.org/10.1007/s11783-017-0964-0
31 Otte S, Schalk  J, Kuenen J G,  Jetten M S M. Hydroxylamine oxidation and subsequent nitrous oxide production by the heterotrophic ammonia oxidizer Alcaligenes faecalis. Applied Microbiology and Biotechnology, 1999, 51(2): 255–261
https://doi.org/10.1007/s002530051390 pmid: 10091333
32 Pan Y, Ni  B J, Yuan  Z. Modeling electron competition among nitrogen oxides reduction and N2O accumulation in denitrification. Environmental Science & Technology, 2013, 47(19): 11083–11091
https://doi.org/10.1021/es402348n pmid: 24001217
33 Schulthess R V,  Kuhni M,  Gujer W. Release of nitric and nitrous oxides from denitrifying activated sludge. Water Research, 1995, 29(1): 215–226
https://doi.org/10.1016/0043-1354(94)E0108-I
34 Tallec G, Garnier  J, Billen G,  Gousailles M. Nitrous oxide emissions from denitrifying activated sludge of urban wastewater treatment plants, under anoxia and low oxygenation. Bioresource Technology, 2008, 99(7): 2200–2209
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.05.025 pmid: 17604159
35 Ferguson S J, Richardson  D J, van Spanning  R J. Biochemistry and molecular biology of nitrification.  In: Bothe H, Ferguson S J, Newton W E, eds. Biology of the Nitrogen Cycle. Amsterdam: Elsevier, 2007, 209–222
36 Ward B B, Arp  D J, Klotz  M G. Nitrification. Washington DC: American Society for Microbiology Press, 2011
37 Vázquez-Torres A,  Bäumler A J. Nitrate, nitrite and nitric oxide reductases: From the last universal common ancestor to modern bacterial pathogens. Current Opinion in Microbiology, 2016, 29: 1–8
https://doi.org/10.1016/j.mib.2015.09.002 pmid: 26426528
38 Spiro S.Nitrous oxide production and consumption: Regulation of gene expression by gas-sensitive transcription factors.  Philosophical Transactions of the Royal Society B, 2012, 367(1593): 1213–1225
39 Richardson D, Felgate  H, Watmough N,  Thomson A,  Baggs E. Mitigating release of the potent greenhouse gas N2O from the nitrogen cycle—Could enzymic regulation hold the key? Trends in Biotechnology, 2009, 27(7): 388–397
https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2009.03.009 pmid: 19497629
40 Kozlowski J A,  Kits K D,  Stein L Y. Comparison of nitrogen oxide metabolism among diverse ammonia-oxidizing bacteria. Frontiers in Microbiology, 2016, 7: 1090
https://doi.org/10.3389/fmicb.2016.01090 pmid: 27462312
41 Yu R, Kampschreur  M J, van Loosdrecht  M C M, Chandran  K. Mechanisms and specific directionality of autotrophic nitrous oxide and nitric oxide generation during transient anoxia. Environmental Science & Technology, 2010, 44(4): 1313–1319
https://doi.org/10.1021/es902794a pmid: 20104886
42 Zhang J, Wang  Y, Yu D,  Tong J, Chen  M, Sui Q,  ChuLu B,  Wei Y, Wei  Y. Who contributes more to N2O emission during sludge bio-drying with two different aeration strategies, nitrifiers or denitrifiers? Applied Microbiology and Biotechnology, 2017, 101(8): 3393–3404
https://doi.org/10.1007/s00253-016-8018-2 pmid: 27942907
43 Duan H, Ye  L, Erler D,  Ni B J,  Yuan Z. Quantifying nitrous oxide production pathways in wastewater treatment systems using isotope technology—A critical review. Water Research, 2017, 122: 96–113
https://doi.org/10.1016/j.watres.2017.05.054 pmid: 28595125
44 Garbeva P, Baggs  E M, Prosser  J I. Phylogeny of nitrite reductase (nirK) and nitric oxide reductase (norB) genes from Nitrosospira species isolated from soil. FEMS Microbiology Letters, 2007, 266(1): 83–89
https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2006.00517.x pmid: 17100985
45 Klotz M G, Stein  L Y. Nitrifier genomics and evolution of the nitrogen cycle. FEMS Microbiology Letters, 2008, 278(2): 146–156
https://doi.org/10.1111/j.1574-6968.2007.00970.x pmid: 18031536
46 Sabba F, Picioreanu  C, Pérez J,  Nerenberg R. Hydroxylamine diffusion can enhance N2O emissions in nitrifying biofilms: a modeling study. Environmental Science & Technology, 2015, 49(3): 1486–1494
https://doi.org/10.1021/es5046919 pmid: 25539140
47 Caranto J D, Vilbert  A C, Lancaster  K M. Nitrosomonas europaea cytochrome P460 is a direct link between nitrification and nitrous oxide emission. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2016, 113(51): 14704–14709
https://doi.org/10.1073/pnas.1611051113 pmid: 27856762
48 Wicht H. A model for predicting nitrous oxide production during denitrification in activated sludge. Water Science and Technology, 1996, 34(5–6): 99–106
49 Santoro A E, Buchwald  C, McIlvin M R,  Casciotti K L. Isotopic signature of N2O produced by marine ammonia-oxidizing archaea. Science, 2011, 333(6047): 1282–1285
https://doi.org/10.1126/science.1208239 pmid: 21798895
50 Ali M, Rathnayake  R M L D, Zhang  L, Ishii S,  Kindaichi T,  Satoh H,  Toyoda S,  Yoshida N,  Okabe S. Source identification of nitrous oxide emission pathways from a single-stage nitritation-anammox granular reactor. Water Research, 2016, 102: 147–157
https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.06.034 pmid: 27340816
51 Desloover J, De Clippeleir  H, Boeckx P,  Du Laing G,  Colsen J,  Verstraete W,  Vlaeminck S E. Floc-based sequential partial nitritation and anammox at full scale with contrasting N2O emissions. Water Research, 2011, 45(9): 2811–2821
https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.02.028 pmid: 21440280
52 Ma C, Jensen  M M, Smets  B F, Thamdrup  B. Pathways and controls of N2O production in nitritation-anammox biomass. Environmental Science & Technology, 2017, 51(16): 8981–8991
https://doi.org/10.1021/acs.est.7b01225 pmid: 28669192
53 Daims H, Lücker  S, Wagner M. A new perspective on microbes formerly known as nitrite-oxidizing bacteria. Trends in Microbiology, 2016, 24(9): 699–712
https://doi.org/10.1016/j.tim.2016.05.004 pmid: 27283264
54 Liu S, Han  P, Hink L,  Prosser J I,  Wagner M,  Brüggemann N. Abiotic conversion of extracellular NH2OH contributes to N2O emission during ammonia oxidation. Environmental Science & Technology, 2017, 51(22): 13122–13132
https://doi.org/10.1021/acs.est.7b02360 pmid: 29039187
55 Wang Y, Wang  D, Yang Q,  Zeng G, Li  X. Wastewater opportunities for denitrifying anaerobic methane oxidation. Trends in Biotechnology, 2017, 35(9): 799–802
https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2017.02.010 pmid: 28283198
56 Fu L, Ding  J, Lu Y Z,  Ding Z W,  Zeng R J. Nitrogen source effects on the denitrifying anaerobic methane oxidation culture and anaerobic ammonium oxidation bacteria enrichment process. Applied Microbiology and Biotechnology, 2017, 101(9): 3895–3906
https://doi.org/10.1007/s00253-017-8163-2 pmid: 28168315
57 Arp D J, Stein  L Y. Metabolism of inorganic N compounds by ammonia-oxidizing bacteria. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology, 2003, 38(6): 471–495
https://doi.org/10.1080/10409230390267446 pmid: 14695127
58 Fernández M L,  Estrin D A,  Bari S E. Theoretical insight into the hydroxylamine oxidoreductase mechanism. Journal of Inorganic Biochemistry, 2008, 102(7): 1523–1530
https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2008.01.032 pmid: 18336913
59 Whittaker M, Bergmann  D, Arciero D,  Hooper A B. Electron transfer during the oxidation of ammonia by the chemolithotrophic bacterium Nitrosomonas europaea. Biochimica et Biophysica Acta-Bioenergetics, 2000, 1459(2–3): 346–355
https://doi.org/10.1016/S0005-2728(00)00171-7 pmid: 11004450
60 Kim-Shapiro D B,  Gladwin M T. Mechanisms of nitrite bioactivation. Nitric Oxide, 2014, 38: 58–68
https://doi.org/10.1016/j.niox.2013.11.002 pmid: 24315961
61 Tavares P, Pereira  A S, Moura  J J, Moura  I. Metalloenzymes of the denitrification pathway. Journal of Inorganic Biochemistry, 2006, 100(12): 2087–2100
https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2006.09.003 pmid: 17070915
62 Alderton W K, Cooper  C E, Knowles  R G. Nitric oxide synthases: Structure, function and inhibition. Biochemical Journal, 2001, 357(Pt 3): 593–615
https://doi.org/10.1042/bj3570593 pmid: 11463332
63 Pauleta S R, Dell Acqua  S, Moura I. Nitrous oxide reductase. Coordination Chemistry Reviews, 2013, 257(2): 332–349
https://doi.org/10.1016/j.ccr.2012.05.026
64 Zumft W G, Korner,  H. Nitrous oxide reductases.  In: Bothe H, Ferguson S J, Newton W E, eds. Biology of the Nitrogen Cycle. Amsterdam: Elsevier, 2007, 67–81
65 Jones C M, Stres  B, Rosenquist M,  Hallin S. Phylogenetic analysis of nitrite, nitric oxide, and nitrous oxide respiratory enzymes reveal a complex evolutionary history for denitrification. Molecular Biology and Evolution, 2008, 25(9): 1955–1966
https://doi.org/10.1093/molbev/msn146 pmid: 18614527
66 Wang Y, Zhou  S, Ye L,  Wang H, Stephenson  T, Jiang X. Nitrite survival and nitrous oxide production of denitrifying phosphorus removal sludges in long-term nitrite/nitrate-fed sequencing batch reactors. Water Research, 2014, 67: 33–45
https://doi.org/10.1016/j.watres.2014.08.052 pmid: 25261626
67 Paraskevopoulos K, Antonyuk  S V, Sawers  R G, Eady  R R, Hasnain  S S. Insight into catalysis of nitrous oxide reductase from high-resolution structures of resting and inhibitor-bound enzyme from Achromobacter cycloclastes. Journal of Molecular Biology, 2006, 362(1): 55–65
https://doi.org/10.1016/j.jmb.2006.06.064 pmid: 16904686
68 Peng L, Ni  B J, Ye  L, Yuan Z. The combined effect of dissolved oxygen and nitrite on N2O production by ammonia oxidizing bacteria in an enriched nitrifying sludge. Water Research, 2015, 73: 29–36
https://doi.org/10.1016/j.watres.2015.01.021 pmid: 25644626
69 Yan Y, Wang  Y, Chen Y,  Lin X, Wu  M, Chen J. Single-stage PN/A technology treating saline ammonia-rich wastewater: Finding the balance between efficient performance and less N2O and NO emissions. RSC Advances, 2016, 6(114): 113152–113162
https://doi.org/10.1039/C6RA24109C
70 Picioreanu C, Van Loosdrecht  M C M, Heijnen  J J. Modelling the effect of oxygen concentration on nitrite accumulation in a biofilm airlift suspension reactor. Water Science and Technology, 1997, 36(1): 147–156
71 Lu H, Chandran  K. Factors promoting emissions of nitrous oxide and nitric oxide from denitrifying sequencing batch reactors operated with methanol and ethanol as electron donors. Biotechnology and Bioengineering, 2010, 106(3): 390–398
pmid: 20178110
72 Law Y, Lant  P, Yuan Z. The confounding effect of nitrite on N2O production by an enriched ammonia-oxidizing culture. Environmental Science & Technology, 2013, 47(13): 7186–7194
https://doi.org/10.1021/es4009689 pmid: 23745590
73 Shiskowski D M,  Mavinic D S. The influence of nitrite and pH (nitrous acid) on aerobic-phase, autotrophic N2O generation in a wastewater treatment bioreactor. Journal of Environmental Engineering and Science, 2006, 5(4): 273–283
https://doi.org/10.1139/s05-034
74 Alinsafi A, Adouani  N, Béline F,  Lendormi T,  Limousy L,  Sire O. Nitrite effect on nitrous oxide emission from denitrifying activated sludge. Process Biochemistry, 2008, 6(6): 683–689
https://doi.org/10.1016/j.procbio.2008.02.008
75 Kinh C T, Ahn  J, Suenaga T,  Sittivorakulpong N,  Noophan P,  Hori T, Riya  S, Hosomi M,  Terada A. Free nitrous acid and pH determine the predominant ammonia-oxidizing bacteria and amount of N2O in a partial nitrifying reactor. Applied Microbiology and Biotechnology, 2017, 101(4): 1673–1683
https://doi.org/10.1007/s00253-016-7961-2 pmid: 27837317
76 Zhou Y, Pijuan  M, Zeng R J,  Yuan Z. Free nitrous acid inhibition on nitrous oxide reduction by a denitrifying-enhanced biological phosphorus removal sludge. Environmental Science & Technology, 2008, 42(22): 8260–8265
https://doi.org/10.1021/es800650j pmid: 19068803
77 Zhou Y, Lim  M, Harjono S,  Ng W J. Nitrous oxide emission by denitrifying phosphorus removal culture using polyhydroxyalkanoates as carbon source. Journal of Environmental Sciences (China), 2012, 24(9): 1616–1623
https://doi.org/10.1016/S1001-0742(11)60996-0 pmid: 23520869
78 Zhou Y, Oehmen  A, Lim M,  Vadivelu V,  Ng W J. The role of nitrite and free nitrous acid (FNA) in wastewater treatment plants. Water Research, 2011, 45(15): 4672–4682
https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.06.025 pmid: 21762944
79 Hanaki K, Hong  Z, Matsuo T. Production of nitrous oxide gas during denitrification of wastewater. Water Science and Technology, 1992, 26(5–6): 1027–1036
80 Itokawa H, Hanaki  K, Matsuo T. Nitrous oxide production in high-loading biological nitrogen removal process under low COD/N ratio condition. Water Research, 2001, 35(3): 657–664
https://doi.org/10.1016/S0043-1354(00)00309-2 pmid: 11228962
81 Kishida N, Kim  J H, Kimochi  Y, Nishimura O,  Sasaki H,  Sudo R. Effect of C/N ratio on nitrous oxide emission from swine wastewater treatment process. Water Science and Technology, 2004, 49(5–6): 359–365
pmid: 15137445
82 Zhao W, Wang  Y, Liu S,  Pan M, Yang  J, Chen S. Denitrification activities and N2O production under salt stress with varying COD/N ratios and terminal electron acceptors. Chemical Engineering Journal, 2013, 215–216: 252–260
https://doi.org/10.1016/j.cej.2012.10.084
83 Mannina G, Capodici  M, Cosenza A,  Di Trapani D,  van Loosdrecht M C M. Nitrous oxide emission in a University of Cape Town membrane bioreactor: The effect of carbon to nitrogen ratio. Journal of Cleaner Production, 2017, 149: 180–190
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.02.089
84 Wang Y, Geng  J, Ren Z,  He W, Xing  M, Wu M,  Chen S. Effect of anaerobic reaction time on denitrifying phosphorus removal and N2O production. Bioresource Technology, 2011, 102(10): 5674–5684
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.02.080 pmid: 21441023
85 Burgess J E, Colliver  B B, Stuetz  R M, Stephenson  T. Dinitrogen oxide production by a mixed culture of nitrifying bacteria during ammonia shock loading and aeration failure. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, 2002, 29(6): 309–313
https://doi.org/10.1038/sj.jim.7000286 pmid: 12483470
86 Vanrolleghem P A,  Sin G, Gernaey  K V. Transient response of aerobic and anoxic activated sludge activities to sudden substrate concentration changes. Biotechnology and Bioengineering, 2004, 86(3): 277–290
https://doi.org/10.1002/bit.20032 pmid: 15083508
87 Von Schulthess R,  Wild D, Gujer  W. Nitric and nitrous oxides from denitrifying activated sludge at low oxygen concentration. Water Science and Technology, 1994, 30(6): 123–132
88 Law Y, Lant  P, Yuan Z. The effect of pH on N2O production under aerobic conditions in a partial nitritation system. Water Research, 2011, 45(18): 5934–5944
https://doi.org/10.1016/j.watres.2011.08.055 pmid: 21943886
89 Noda N, Kaneko  N, Mikami M,  Kimochi Y,  Tsuneda S,  Hirata A,  Mizuochi M,  Inamori Y. Effects of SRT and DO on N2O reductase activity in an anoxic-oxic activated sludge system. Water Science and Technology, 2003, 48(11–12): 363–370
pmid: 14753557
90 Zheng H, Hanaki  K, Matsuo T. Production of nitrous oxide gas during nitrification of wastewater. Water Science and Technology, 1994, 30(6): 133–141
91 Guo G, Wang  Y, Wang C,  Wang H, Pan  M, Chen S. Short-term effects of excessive anaerobic reaction time on anaerobic metabolism of denitrifying polyphosphate-accumulating organisms linked to phosphorus removal and N2O production. Frontiers of Environmental Science & Engineering, 2013, 7(4): 616–624
https://doi.org/10.1007/s11783-013-0505-4
92 Kimochi Y, Inamori  Y, Mizuochi M,  Xu K Q,  Matsumura M. Nitrogen removal and N2O emission in a full-scale domestic wastewater treatment plant with intermittent aeration. Journal of Fermentation and Bioengineering, 1998, 86(2): 202–206
https://doi.org/10.1016/S0922-338X(98)80114-1
93 Poh L S, Jiang  X, Zhang Z,  Liu Y, Ng  W J, Zhou  Y. N2O accumulation from denitrification under different temperatures. Applied Microbiology and Biotechnology, 2015, 99(21): 9215–9226
https://doi.org/10.1007/s00253-015-6742-7 pmid: 26129949
94 Pan Y, Ye  L, Yuan Z. Effect of H2S on N2O reduction and accumulation during denitrification by methanol utilizing denitrifiers. Environmental Science & Technology, 2013, 47(15): 8408–8415
pmid: 23802609
95 Yang Q, Liu  X, Peng C,  Wang S, Sun  H, Peng Y. N2O production during nitrogen removal via nitrite from domestic wastewater: main sources and control method. Environmental Science & Technology, 2009, 43(24): 9400–9406
https://doi.org/10.1021/es9019113 pmid: 20000535
96 Zhu X, Chen  Y, Chen H,  Li X, Peng  Y, Wang S. Minimizing nitrous oxide in biological nutrient removal from municipal wastewater by controlling copper ion concentrations. Applied Microbiology and Biotechnology, 2013, 97(3): 1325–1334
https://doi.org/10.1007/s00253-012-3988-1 pmid: 22419216
97 Garrido J M, Moreno  J, Méndez-Pampn R, Lema J M. Nitrous oxide production under toxic conditions in a denitrifying anoxic filter. Water Research, 1998, 32(8): 2550–2552
https://doi.org/10.1016/S0043-1354(97)00433-8
98 Park K Y, Inamori  Y, Mizuochi M,  Ahn K H. Emission and control of nitrous oxide from a biological wastewater treatment system with intermittent aeration. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2000, 90(3): 247–252
https://doi.org/10.1016/S1389-1723(00)80077-8 pmid: 16232852
99 Bergaust L, van Spanning  R J, Frostegård  A, Bakken L R. Expression of nitrous oxide reductase in Paracoccus denitrificans is regulated by oxygen and nitric oxide through FnrP and NNR. Microbiology, 2012, 158: 826–834
https://doi.org/10.1099/mic.0.054148-0 pmid: 22174385
100 Geets J, de Cooman  M, Wittebolle L,  Heylen K,  Vanparys B,  De Vos P,  Verstraete W,  Boon N. Real-time PCR assay for the simultaneous quantification of nitrifying and denitrifying bacteria in activated sludge. Applied Microbiology and Biotechnology, 2007, 75(1): 211–221
https://doi.org/10.1007/s00253-006-0805-8 pmid: 17256118
101 Braker G, Conrad  R. Diversity, structure, and size of N2O-producing microbial communities in soils—What matters for their functioning? Advances in Applied Microbiology, 2011, 75: 33–70
https://doi.org/10.1016/B978-0-12-387046-9.00002-5 pmid: 21807245
[1] Kangying Guo, Baoyu Gao, Jie Wang, Jingwen Pan, Qinyan Yue, Xing Xu. Flocculation behaviors of a novel papermaking sludge-based flocculant in practical printing and dyeing wastewater treatment[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2021, 15(5): 103-.
[2] Yunping Han, Lin Li, Ying Wang, Jiawei Ma, Pengyu Li, Chao Han, Junxin Liu. Composition, dispersion, and health risks of bioaerosols in wastewater treatment plants: A review[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2021, 15(3): 38-.
[3] Shengjie Qiu, Jinjin Liu, Liang Zhang, Qiong Zhang, Yongzhen Peng. Sludge fermentation liquid addition attained advanced nitrogen removal in low C/N ratio municipal wastewater through short-cut nitrification-denitrification and partial anammox[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2021, 15(2): 26-.
[4] Shuo Wei, Lei Du, Shuo Chen, Hongtao Yu, Xie Quan. Electro-assisted CNTs/ceramic flat sheet ultrafiltration membrane for enhanced antifouling and separation performance[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2021, 15(1): 11-.
[5] Wenyue Li, Min Chen, Zhaoxiang Zhong, Ming Zhou, Weihong Xing. Hydroxyl radical intensified Cu2O NPs/H2O2 process in ceramic membrane reactor for degradation on DMAc wastewater from polymeric membrane manufacturer[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2020, 14(6): 102-.
[6] Madhavaraj Lavanya, Ho-Dong Lim, Kong-Min Kim, Dae-Hyuk Kim, Balasubramani Ravindran, Gui Hwan Han. A novel strategy for gas mitigation during swine manure odour treatment using seaweed and a microbial consortium[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2020, 14(3): 53-.
[7] Luxi Zou, Huaibo Li, Shuo Wang, Kaikai Zheng, Yan Wang, Guocheng Du, Ji Li. Characteristic and correlation analysis of influent and energy consumption of wastewater treatment plants in Taihu Basin[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(6): 83-.
[8] Jiuhui Qu, Hongchen Wang, Kaijun Wang, Gang Yu, Bing Ke, Han-Qing Yu, Hongqiang Ren, Xingcan Zheng, Ji Li, Wen-Wei Li, Song Gao, Hui Gong. Municipal wastewater treatment in China: Development history and future perspectives[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(6): 88-.
[9] Yuhan Zheng, Zhiguo Su, Tianjiao Dai, Feifei Li, Bei Huang, Qinglin Mu, Chuanping Feng, Donghui Wen. Identifying human-induced influence on microbial community: A comparative study in the effluent-receiving areas in Hangzhou Bay[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(6): 90-.
[10] Muhammad Kashif Shahid, Yunjung Kim, Young-Gyun Choi. Adsorption of phosphate on magnetite-enriched particles (MEP) separated from the mill scale[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(5): 71-.
[11] Xiaoya Liu, Yu Hong, Peirui Liu, Jingjing Zhan, Ran Yan. Effects of cultivation strategies on the cultivation of Chlorella sp. HQ in photoreactors[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(5): 78-.
[12] Tiezheng Tong, Kenneth H. Carlson, Cristian A. Robbins, Zuoyou Zhang, Xuewei Du. Membrane-based treatment of shale oil and gas wastewater: The current state of knowledge[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(4): 63-.
[13] Zhenfeng Han, Ying Miao, Jing Dong, Zhiqiang Shen, Yuexi Zhou, Shan Liu, Chunping Yang. Enhanced nitrogen removal and microbial analysis in partially saturated constructed wetland for treating anaerobically digested swine wastewater[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(4): 52-.
[14] Lian Yang, Qinxue Wen, Zhiqiang Chen, Ran Duan, Pan Yang. Impacts of advanced treatment processes on elimination of antibiotic resistance genes in a municipal wastewater treatment plant[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2019, 13(3): 32-.
[15] Huang Huang, Jie Wu, Jian Ye, Tingjin Ye, Jia Deng, Yongmei Liang, Wei Liu. Occurrence, removal, and environmental risks of pharmaceuticals in wastewater treatment plants in south China[J]. Front. Environ. Sci. Eng., 2018, 12(6): 7-.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed