På Himmerfjärdsverket söder om Stockholm finns åtta luftade bassänger för biologisk rening av avloppsvatten. Genom att syresätta vattnet skapas en miljö där mikroorganismer kan arbeta och omvandla organiskt material och ammonium till koldioxid, vatten och nitrat. Bara luftningen av dessa aktivslambassänger på Himmerfjärdsverket står för nästan en femtedel av verkets totala energiförbrukning och är därför en viktig process att optimera. Under hösten 2011 har några olika reglerstrategier utvärderats genom fullskaleförsök på verket. Denna rapport handlar om dessa försök. Arbetet bygger på ett tidigare utfört examensarbete vid Himmerfjärdsverket och ingår i en större forskningsstudie som leds av IVL Svenska Miljöinstitutet i samarbete med Uppsala Universitet. Syftet med studien är att utvärdera metoder för att optimera luftningen med avseende på reningsgrad och energiförbrukning. Målet med detta examensarbete har varit att implementera ammoniumåterkoppling och att jämföra denna reglerstrategi med en strategi som innebär att luftningen styrs på konstanta syrebörvärden, så kallad syreprofil. Grundtanken var att tre olika reglerstrategier skulle undersökas. Dels en där luftflödet styrs individuellt till sex olika zoner i luftningsbassängen med konstanta syrehalter. Dels två olika strategier där luftningen styrs med hjälp av ammoniumåterkoppling, som innebär att börvärdet för syrehalten hela tiden beräknas av ammoniumregulatorn utifrån värdet på utgående ammoniumkoncentration. På grund av olika begränsningar i anläggningen, såväl fysiska som reglertekniska, har endast två reglerstrategier utvärderats. Dels strategin med konstanta syrehalter och dels en snabb ammoniumåterkoppling där syretillförseln styrs efter den momentana utgående ammoniumhalten. Tanken var att även utvärdera en långsam ammoniumåterkoppling, som reglerar efter ett önskat dygnsmedelvärde för utgående ammoniumhalt, men begränsningar i framför allt styrsystemet tillät inte någon implementering av denna reglerstrategi. Regleringen av lufttillförseln görs med kaskadreglering. Det innebär att vid t ex ammonium-återkoppling är ammoniumregulatorn överordnad syrehaltsregulatorn, som i sin tur är överordnad luftflödesregulatorn. Regulatorerna har i detta arbete trimmats med hjälp av Lambdametoden och i rapporten beskrivs förhållandet mellan dessa regulatorer i praktiken. Utifrån de olika försöken har energiförbrukningen beräknats och resultaten visar att den mest effektiva reglerstrategin är konstanta syrehalter sett till både energiförbrukning och reningsgrad. Resultatet blir att ammoniumåterkopplingen kräver 22 Wh per kilo reducerad ammonium. Den ursprungliga regleringen kräver 21 Wh och reglerstrategin med konstanta syrehalter kräver 14 Wh per kilo reducerad ammonium. För att minimera syretopparna bör varje zon i bassängen kunna regleras individuellt och tekniken med en stegrande syreprofil längs med bassängen bör användas för att jämna ut ammoniumbelastningen i luftningssteget.

This study investigated a CNF/dendrimer hydrogel and how different concentrations of the carboxylated CNF and bis-MPA ammonium dendrimer affected the hydrogels’ rheological properties. A third generation bis-MPA ammonium dendrimer was diffused into a dispersion of carboxylated cellulose nanofibrils. The CNF was carboxylated by TEMPO-oxidation and phosphate buffer deprotonating the carboxylic group. The ammonium dendrimers are cationic and, when added to the dispersion, act as a salt together with the CNF-carboxy anion creating a cationic dendrimer salt bridge. These will serve as physical crosslinks, and a CNF/dendrimer network is formed; the structure and the absorbed water make a hydrogel. Amplitude strain sweeps were performed with a rheometer to determine the gels' elastic capabilities in terms of storage modulus, G’ and loss modulus, G” as the function of the shear stress. The result shows that a higher concentration of both CNF dispersion and dendrimer yielded a higher value of the storage modulus and a lower critical strain, meaning that the hydrogel becomes firmer and less elastic. / I denna studie undersöktes en CNF/dendrimer hydrogel och hur olika koncentrationer av den karboxylerade CNF och bis-MPA ammonium dendrimer påverkar hydrogelens reologiska egenskaper. En tredje generations bis-MPA ammonium dendrimer läts diffusera i en dispersion av karboxylerade cellulosa nanofibriller (CNF). CNF karboxylerades via TEMPO-oxidation, varefter en fosfatbuffer adderades för att skapa en anjon. Dendrimerens ammoniumgrupper är katjoner och då den adderas till dispersionen kommer den agera som ett salt tillsammans med CNF-karboxyanjonen vilket skapar en katjonisk dendrimersaltbrygga. Denna agerar som en fysisk tvärbindning och skapar ett nätverk av CNF och dendrimer. Nätverket skapar tillsammans med det absorberade vattnet en hydrogel.  En amplitude strain sweep utfördes för att bestämma gelernas viskoelastiska förmåga, från mätningarna fås elasticitetsmodulen, G’ och den viskösa modulen, G’’ som funktioner av skjuvningen. Resultatet visar att en högre koncentration av CNF-dispersionen och dendrimeren leder till ett högre värde på elasticitetsmodulen samt ett lägre värde för den kritiska skjuvningen. Detta innebär att hydrogelen blir hårdare och mindre elastisk.

The study is about Nitrogen removal from the low concentrated mainstream wastewater after Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor process (UASB) by single-stage Partial Nitritation/Anammox process in a pilot scale reactor at Hammarby Sjöstad in Stockholm. A mixture of various concentrations of dissolved oxygen and different aeration methods have been tested in the pilot scale reactor in five months divided into five periods where the temperature was set at 15° C throughout the study. The best result was in period 4, the average nitrogen removal efficiency was 52% varying between 40 and 60 % with aeration method of the ratio R = 1/3 (R = 20 minutes with aeration to 40 minutes without aeration) and a dissolved oxygen concentration of 1.3 mg/L. Partial nitritation/Anammox is considered more environmentally friendly due to reduced energy requirements for aeration, no need for an external carbon source. The process also allows for a more cost-effective nitrogen removal from wastewater. / Vatten är nödvändigt för existensen av allt liv på jorden och spelar en avgörande roll i alla mänskliga aktiviteter. Antropogena aktiviteter förorenar denna viktiga resurs och medför stor risk för människors och djurs hälsa samt växter. Kvävebelastning från jordbruket och avloppsvatten i mark- eller vattenmiljön har resulterat till övergödning, vilket är ett miljö- och ekonomiskt problem på grund av en obalans mellan ekosystemtillförseln och den naturliga näringsförbrukningen. I denna studie behandlades avloppsvatten i en pilotskala reaktor med en integrerad fastfilm aktiverat slam (IFAS) som drivs med ett enstegs partial nitritation/Anammox-process. Kväverening från den lågkoncentrerade huvudström avloppsvatten efter Uppflöde Anaerob Slam Blankett reaktor process (UASB) undersöktes. En blandning av olika koncentrationer av upplöst syre och olika luftningsmetoder har testats i pilotskala reaktorn i fem månader uppdelad i fem perioder där temperaturen sattes vid 15° C under hela studien. De bästa resultaten i kväve reningseffektivitet var 52 % i genomsnitt i period 4 varierande mellan 40 och 60 %, luftningsmetod med ett förhållande av R = 1/3 (R = 20 minuter med luftning till 40 minuter utan luftning) och ett upplöst syre Koncentration av 1,3 mg/l. Jämförelsen tog hänsyn till alla former av utsläpp av kväve- och energikostnader för luftning. Under de senaste decennierna har vattenbehandlingsprocesserna haft många positiva utvecklingar, vilket har lett till en kvalitetsförbättring av vatten samtidigt som kostnaden för kväveavlägsnande från avloppsvatten har minskat. För närvarande flyttar kvävereningsteknik från konventionell nitrifikations/denitrifikationsprocessen till partiell nitritation/Anammox (PN/A) -processen kallad deammonification. Det verkar som om den största svårigheten är att upprätthålla en stabil ackumulation av nitrit medan man försöker delvis med nitritation av ammonium. Partiell nitritation/Anammox (PN/A) anses vara mer kostnadseffektivt avlägsnande av kväve från avloppsvatten, mer miljövänligt än konventionella nitrifikations-denitrifikationsprocesser på grund av minskat energibehov för luftning och inget behov av en yttre källa av kol.

The purpose of this study is to examine the burning behaviour of composite solid propellants (CSP) in the presence of nanoscale, heterogenous catalysts. The study targets the decomposition of ammonium perchlorate (AP) as a key component in the burning profile of these propellants, and seeks to identify parameters of AP decomposition reaction that can be affected by catalytic additives. The decomposition behavior of AP was studied in the presence of titanium dioxide nanoparticles in varying configurations, surface conditions, dopants, morphology, and synthesis parameters with the AP crystals. The catalytic nanoparticles were found to enhance the decomposition rate of the ammonium perchlorate, and promote an accelerated burning rate of CSP propellants containing the additives. Furthermore, different configurations were shown to have varying degrees of effectiveness in promoting the decomposition behaviour. To study the effect of the catalyst’s configuration in the bulk propellant, controlled dispersion conditions of the nanoparticle catalysts were created and studied using differential scanning calorimetry, as well as model propellant strand burning. The catalysts were shown to promote the greatest enthalpy of reaction, as well as the highest burn rate, when the AP crystals were recrystalized around the nanoparticle additives. This is in contrast to the lowest enthalpy condition, which corresponded to catalysts being dispersed upon the AP crystal surface using bio-molecule templates. Additionally, a method of facile, visible light nanoparticle tracking was developed to study the effect of mixing and settling parameters on the nano-catalysts. To accomplish this, the titania nanoparticles were doped with fluorescent europium molecules to track the dispersion of the catalysts in the propellant binder. This method was shown to succesfully allow for dispersion and agglomeration monitoring without affecting the catalytic effect of the TiO2 nanoparticles.

Riverbank filtration (RBF) is defined as the infiltration of river water into the aquifer. It can either be induced by pumping or as a result of a losing river stretch. It is used worldwide as a pre-treatment technique for surface water, which allows for lower abstraction of groundwater and usually an increase in the infiltrated water (bank filtrate) quality. In Vietnam, RBF offers a potential alternative to reduce groundwater overexploitation and an effective pre-treatment for the high turbidity characteristic of Vietnam’s rivers. However, a few water quality problems may arise during RBF, mainly caused by the development of reducing conditions during infiltration, which may trigger in particular conditions the mobilization of manganese, iron, arsenic and ammonium. Arsenic is typically a regional problem in groundwater/bank filtrate and therefore not an issue in the majority of RBF sites. However, the Red River Delta (RRD) in north Vietnam is one of the regions affected by geogenic arsenic contamination. Arsenic alongside with ammonium, are two of the biggest water quality issues in the RRD and are therefore the main points of investigation of this thesis. Ammonium is an undesirable substance in the abstracted water of RBF schemes, due mainly to the complications it causes during post-treatment. A literature review of case studies from 40 RBF sites around the world was done. Typical concentrations of ammonium in the bank filtrate are between 0.1 and 1.7 mg/l. The most common source of ammonium in the bank filtrate was found to be the mineralization of organic nitrogen occurring in the riverbed, while the most common sink of ammonium was nitrification in the riverbed. Ammonium surface water concentrations do not directly translate to abstracted concentrations. Transformations in the riverbed play a critical role in determining ammonium concentrations, whereby riverbeds with high amounts of organic material in the riverbed lead to higher mineralization rates and have more electron donor competitors, thus limiting ammonium attenuation via nitrification. Column experiments with riverbed sediments and river water from the Elbe were performed to evaluate the controls on ammonium concentrations during riverbed infiltration. Concentrations of ammonium went from <0.1 mg/l in the feed water up to 1 mg/l in the columns effluent. Higher temperatures and lower infiltration rates led to increased ammonium concentrations in the effluent. This shows higher susceptibility to ammonium increases of RBF settings in warmer climates, such as in Vietnam. In the later phases of the experiments, after the columns have been flushed their pore volumes several times, ammonium concentrations continually decreased. This behavior was attributed to the partial consumption of easily degradable organic material in the sediments, leading to lower mineralization rates. Based on operation with varied nitrate concentrations and 15N isotopic measurements, dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) was not shown to be relevant in the formation of ammonium. Anaerobic ammonium oxidation (anammox), however, was hypothesized to be an important sink of ammonium inside the columns, which indicates that rivers with high nitrate concentrations, such as the Elbe, may have a buffer of protection against ammonium formation during RBF. Geogenic arsenic contamination of groundwater poses a health threat to millions of people worldwide, particularly in Asia. A study in Hanoi was made, where the water quality of 48 RBF wells from 5 large well fields located in the Pleistocene aquifer along the Red River was analyzed. More than 80% of the wells had arsenic concentrations above the WHO limit of 10 µg/l. The riverbed sediment and riverbed pore-water from 23 sites along a stretch of 30 km of the Red River near the well fields was also analyzed. Muddy riverbeds were found to be a hotspot for arsenic release. Already at a 30 cm depth from the riverbed sediment surface, the pore-water at many sites had high concentrations of arsenic (>100 µg/l). Arsenic concentrations in the pore-water of sites where mud layers were present in the riverbed were significantly higher compared to sites with sandy riverbeds. At well fields along stretches of the Red River where riverbed was mostly muddy, higher arsenic concentrations were found than at well fields where the riverbed was mostly sandy. This indicates that river muds deposition and river morphology can influence arsenic concentrations in the aquifer in Hanoi and potentially other RBF sites in regions with geogenic arsenic contamination. In summary, processes in the hyporheic zone were assessed to be of key importance to the behavior of both ammonium and arsenic during RBF. Further investigations in two different regions of Vietnam were conducted, in the Red River Delta (RRD) and in the Binh Dinh province (central Vietnam). The results from the geological and water quality investigations are presented. The deltaic depositional environment of the RRD presents hydrogeological challenges to the application of RBF. Thick loamy layers overlaying the topmost aquifer can prevent hydraulic connection between river and aquifer, which is the principal pre-condition for RBF. Furthermore, aquitards separating the aquifers make RBF by abstraction in the deeper aquifer(s) not possible. In Binh Dinh, on the other hand, there are rarely clay layers separating the aquifers and often the topmost aquifer is close to the surface and has high hydraulic conductivity, which makes bank filtration application in Binh Dinh very cost efficient. Water quality of the bank filtrate in Binh Dinh was also generally high, especially in comparison with the RRD. / Unter Uferfiltration (UF) wird die Infiltration von Flusswasser in einen Grundwasserleiter verstanden. Die UF kann durch eine Wasserentnahme durch Brunnen in Gewässernähe induziert werden oder natürlich an einem infiltrierenden Flussabschnitt erfolgen. Die UF wird weltweit als Voraufbereitung für Oberflächenwasser eingesetzt, zur Verringerung von Grundwasserentnahmen und normalerweise zur Verbesserung der Qualität des infiltrierten Wassers (Uferfiltrats). In Vietnam ist die UF eine potenzielle Alternative zur Verringerung der Grundwasserübernutzung und als effektive Voraufbereitung für das für vietnamesische Flüsse charakteristische stark trübstoffhaltige Wasser. Allerdings kann es bei der UF zu einigen Probleme mit der Wasserqualität kommen, hauptsächlich durch die Entwicklung reduzierender Bedingungen während der Infiltration, die unter bestimmten Bedingungen zur Mobilisierung von Mangan, Eisen, Arsen und Ammonium führen können. Arsen ist in der Regel nur regional im Grundwasser/Uferfiltrat zu finden und daher an den meisten UF-Standorten kein Problem. Das Red River Delta (RRD) in Nordvietnam ist jedoch eine der Regionen mit geogen bedingter Arsenkontamination. Hohe Arsen- und Ammoniumkonzentrationen sind zwei der größten Probleme für die Wasserqualität im RRD und deshalb die Schwerpunkte dieser Arbeit. Ammonium ist eine unerwünschte Substanz im Rohwasser von UF-Anlagen, vor allem wegen der Schwierigkeiten bei der Trinkwasseraufbereitung. Im Rahmen einer Literaturrecherche wurden Fallstudien von 40 UF-Standorten in der ganzen Welt ausgewertet. Im Uferfiltrat sind Ammoniumkonzentrationen zwischen 0,1 und 1,7 mg/l typisch. Als häufigste Quelle für Ammonium im Uferfiltrat wurde die Mineralisierung von organischem Stickstoff im Flussbett ermittelt und als häufigste Senke die Nitrifikation in der Flusssohle. Die Ammoniumkonzentrationen im Oberflächenwasser können nicht direkt mit denen im Rohwasser gleichgesetzt werden. Stoffumwandlungsprozesse in der Flusssohle spielen eine entscheidende Rolle bei der Veränderung der Ammoniumkonzentrationen, wobei Flusssohlsedimente mit einem hohen Anteil an organischem Kohlenstoff zu höheren Mineralisierungsraten führen und mehr Elektronendonatoren als Konkurrenten für die Verringerung der Ammoniumkonzentration durch Nitrifikation aufweisen. Um die die Ammoniumkonzentration bei der Infiltration bestimmenden Prozesse zu analysieren, wurden Säulenversuche mit Flusssohlsedimenten aus Buhnenfeldern an der Elbe und Elbewasser durchgeführt. Die Ammoniumkonzentrationen reichten von <0,1 mg/l im Zufluss bis zu 1 mg/l im Ablauf der Säulen. Höhere Temperaturen und niedrigere Infiltrationsraten führten zu höheren Ammoniumkonzentrationen im Ablauf. Dies zeigt, dass in wärmeren Klimazonen, wie z. B. in Vietnam, die Zunahme der Ammoniumkonzentration bei der UF wahrscheinlicher ist. In der Endphase der Versuche nahm die Ammoniumkonzentration kontinuierlich ab, nachdem das Porenvolumen der Säulen mehrfach ausgetauscht war. Dieses Verhalten wurde auf den teilweisen Verbrauch von leicht abbaubarem organischem Material im Sediment zurückgeführt, der dann zu geringeren Mineralisierungsraten führte. Durch die Beschickung der Säulen mit Wasser unterschiedlicher Nitratkonzentrationen und Messungen von 15N-Isotopen wurde gezeigt, dass die dissimilatorische Nitratreduktion zu Ammonium (DNRA) für die Bildung von Ammonium nicht relevant ist. Es wurde jedoch die Hypothese formuliert, dass die anaerobe Ammoniumoxidation (Anammox) eine wichtige Senke für Ammonium in den Säulen ist, so dass es in Flüssen mit erhöhten Nitratkonzentrationen, wie z. B. der Elbe, zu einer Begrenzung der Ammoniumfreisetzung bei der UF kommt. Die geogene Arsenkontamination des Grundwassers stellt eine gesundheitliche Bedrohung für Millionen von Menschen weltweit dar, insbesondere in Asien. In Hanoi wurde eine Studie durchgeführt, bei der die Wasserqualität von 48 UF-Brunnen aus 5 großen Brunnenfeldern im pleistozänen Aquifer entlang des Red River analysiert wurde. Bei mehr als 80 % der Brunnen lag die Arsenkonzentration über dem WHO-Grenzwert von 10 µg/l. Außerdem wurden das Flusssohlsediment und das Porenwasser in der Flusssohle an 23 Standorten entlang eines 30 km langen Abschnitts des Red River in der Nähe der Brunnenfelder untersucht. Es wurde festgestellt, dass Flussabschnitte mit Schlammablagerungen ein Hotspot für die Freisetzung von Arsen sind. Bereits in 30 cm unter der Flusssohle wies das Porenwasser an vielen Stellen hohe Arsenkonzentrationen auf (>100 µg/l). Die Arsenkonzentrationen im Porenwasser war an Standorten mit Schlammablagerungen bzw. Schlammschichten in der Flusssohle deutlich höher als an Standorten mit sandigen Flusssohlsedimenten. In Brunnenfeldern entlang von Abschnitten des Red River, in denen die Flusssohle mehr organisches Feinmaterial enthielt, wurden höhere Arsenkonzentrationen festgestellt als in Brunnenfeldern, die Uferfiltrat aus Abschnitten mit sandiger Flusssohle gewinnen. Dies zeigt, dass Schlammablagerungen und die Flussmorphologie die Arsenkonzentration im oberen Grundwasserleiter in Hanoi und möglicherweise an anderen UF-Standorten in Regionen mit geogener Arsenkontamination beeinflussen. Zusammenfassend wurde festgestellt, dass Prozesse in der hyporheischen Zone für das Verhalten von Ammonium und Arsen bei der UF von entscheidender Bedeutung sind. Weitere hydrogeologische und hydrochemische Untersuchungen zur UF wurden in zwei verschiedenen Regionen Vietnams durchgeführt, im RRD und in der Provinz Binh Dinh (Zentralvietnam). Die Ablagerungsbedingungen im RRD bestimmen die mögliche Nutzung der UF. Mächtige lehmige Deckschichten, die den obersten Grundwasserleiter überlagern, können eine hydraulische Verbindung zwischen dem Fluss und dem Grundwasserleiter verhindern, welche Hauptvoraussetzung für die UF ist. Darüber hinaus machen geringdurchlässige Schichten (Aquitards) eine UF durch Wasserentnahmen aus tieferen Grundwasserleitern unmöglich. Dagegen gibt es in Binh Dinh kaum Aquitards, die die Grundwasserleiter voneinander trennen, oft hat der oberflächenahe, oberste Grundwasserleiter eine hohe hydraulische Durchlässigkeit, was die Nutzung der UF in Binh Dinh kosteneffizient macht. Auch die Qualität des Uferfiltrats war in Binh Dinh generell höher, insbesondere im Vergleich zum RRD.

<p>In an AP-HTPB propellant microstructure, the local strain rate depends on the AP crystal size and the material, while the local temperature rate depends on the impact velocity, AP crystal size, and the material.  Larger AP crystals lead to higher local strain rates and higher local temperature rates, which means hot spots are more likely to occur in AP-HTPB propellants with more large AP crystals.</p>

<p> The possibility of isomeric nuclear spin states existing among the ammonium ions at low temperatures has been investigated for some twenty ammonium salts. Measurements have been made of the proton absorption signals at 4.2°K, and the temperature dependences, where previously unavailable, of the spin-lattice relaxation time.</p> <p> Some of the salts exhibit the normal rigid lattice spectra and second moments characteristic of distinguishable protons, but most exhibit some degree of line narrowing at 4.2°K. The data shows that thermally activated reorientations are effectively frozen out at this temperature and cannot be responsible for such narrowing.</p> <p> It is concluded that the narrow spectra, although indicative of indistinguishability among the protons, are not attributable solely to spin isomerism, but are being modified by a further mechanism, probably tunneling of the ammonium ion through the crystal field barrier.</p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

La croissance et la capacité d'absorption d'azote de la microalgue d'eau douce Chlorella vulgaris co-immobilisée dans des billes d'alginate, en présence de la bactérie promotrice de croissance des microalgues Azospirillum brasilense Cd, ont été étudiés. La co-immobilisation des microalgues avec A. brasilense conduit à deux phénomènes indépendants directement affectés par des facteurs de culture, tels que la forme azotée, le pH et la présence d'une source de carbone. Premièrement, la croissance de la population de microalgues augmentait sans une augmentation de la capacité d'absorption d'azote par les cellules seules, ou deuxièmement, la capacité des cellules à absorber l'azote augmentait sans une augmentation de la population entière de microalgues. Ces phénomènes étaient dépendants de la densité de la population des microalgues, qui était à son tour affectée par les facteurs de culture. Cela renforce la conclusion selon laquelle la taille de la population de microalgues contrôle l'absorption d'azote chez les cellules de C. vulgaris -plus la population est élevée (peu importe les paramètres expérimentaux), moins les cellules absorbent d'azote. Les résultats ont montré que YAzospirillum affectait la croissance de la Chlorella vulgaris. L'un des processus proposés par lequel XAzospirillum promeut la croissance des plantes supérieures, est la production de phytohormones, principalement 1' acide 3-indole acétique (auxine ou AI A). Par conséquent, l'effet de cette phytohormone, produite par plusieurs souches de VAzospirillum et favorisant la croissance de microalgue, a été étudié. Cinq souches de type sauvage â!Azospirillum {A. brasilense souches Cd, Sp6, 8-1 et Sp245 et A. lipoferum JA4) et leurs mutants déficients en production d'AIA : A. brasilense SpM 7918 (modifié de A. brasilense Sp6), A. brasilense FAJ0009 (modifié de A. brasilense Sp245), A. brasilense S-l-gfp (modifié de A. brasilense 8-1) et A. lipoferum 3A4::ngfp\5 (modifié de A. lipoferum JA4) ont été co-immobilisés avec C. vulgaris en billes d'alginate. Aucune production d'AIA n'est possible sans l'apport de tryptophane, nos résultats corroborant des observations antérieures selon lesquelles la production d'AIA chez Azospirillum est induite par la présence de tryptophane. Les taux élevés de tryptophane étaient délétères sur la croissance des pousses de C. vulgaris utilisées. Cette recherche montre que que l'AIA produit par 1' Azospirillum spp. est impliqué dans la croissance du C vulgaris immobilisé dans des billes d'alginate, et que la co-immobilisation avec différentes souches d'Azospirillum spp. atténue les effets délétères du tryptophane sur le C. vulgaris. Co-immobilisation de Chlorella vulgaris avec Azospirillum brasilense affecte l'absorption d'ammonium par les microalgues par le biais de métabolismes indéfinis. Les résultats présentés dans ce travail montrent clairement qu'il y a un effet & Azospirillum sur les activités spécifiques de la Glutamine synthétase (GS) et de la Glutamate déshydrogénase (GDH) de Chlorella. Lorsque Chlorella coimmobilisée absorbe plus d'ammonium que Chlorella seule, les deux enzymes fonctionnent en même temps, et les activités spécifiques par cellule de la GS et de la GDH sont plus élevées. Toutefois, dans les cas où seule l'activité GS augmente, mais pas celle de la GDH, l'activité GS plus élevée n'est pas suffisante pour atteindre une absorption d'ammonium plus élevée au niveau de la culture. En résumé, il y a un effet positif d'A. brasilense sur l'activité de la glutamine synthétase et de la glutamate déshydrogénase chez Chlorella. La régulation et la relation de l'activité enzymatique avec la concentration initiale en ammonium demeurent floues .Les données présentées dans ce chapitre dans leur ensemble montrent que les activités plus élevées de GS et de GDH augmentent l'absorption d'ammonium par Chlorella. / Growth and capacity to absorb nitrogen in the freshwater microalgae Chlorella vulgaris when co-immobilized in alginate beads with the microalgae growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense Cd and the mechanisms involved were studied in this work. Co-immobilization of the microalgae with A. brasilense leads to two independent phenomena directly affected by culturing factors, such as nitrogen species, pH, and presence of a carbon source. First, growth of the microalgae population increased without an increase in capacity of the single cells to absorb nitrogen; second, the capacity of cells to absorb nitrogen increased without increasing the microalgae population. These phenomena were dependent on population density of the microalgae, which was, in turn, affected by culturing factors. This supports the conclusion that the size of the microalgae population controls absorption of nitrogen in C. vulgaris cells—the higher the population (whatever the experimental parameters), the less nitrogen each cell takes up. The results show that Azospirillum affects the growth of Chlorella vulgaris. One of the mechanisms proposed by which Azospirillum promotes growth of higher plants is the production of phytohormones, mainly the auxin indole-3-acetic acid (IAA); therefore the effect of this phytohormone produced by several strains of Azospirillum in promoting growth of the microalgae was studied. Five wild type strains of Azospirillum {A. brasilense strains Cd, Sp6, 8-1, and Sp245 and A. lipoferum JA4) and their indole-3-acetic-acid déficient mutants, A. brasilense SpM 7918 (modifïed from A. brasilense Sp6), A. brasilense FAJ0009 (modified from A. brasilense Sp245), A. brasilense %-\-gfp (modified from A, brasilense 8-1), and A. lipoferum lA4::ngfp\5 (modified from A. lipoferum JA4) were coimmobilized with C. vulgaris in alginate beads. No IAA production occurred without tryptophan. Our results corroborate previous observations that IAA production in Azospirillum is induced by the presence of tryptophan. It was found that high levels of tryptophan are deleterious to the growth of the C. vulgaris strain we used. This study demonstrated that IAA produced by Azospirillum spp. is involved in growth promotion of C. vulgaris immobilized in alginate beads, and that co-immobilization with several strains of Azospirillum spp. alleviated the deleterious effects of tryptophan in C. vulgaris. Co-immobilization of Chlorella vulgaris with Azospirillum brasilense affects ammonium absorption by the microalgae via undetermined metabolism. The results presented in this work show clearly that there is an effect of Azospirillum on the specific activity of the enzymes glutamine synthetase (GS) and glutamate dehydrogenase (GDH) in Chlorella. When coimmobilized Chlorella absorbs more ammonium than Chlorella alone, both enzymes are operating at the same time, and the specific activity per cell of GS and GDH are higher. However, in cases when only the activity of GS increases, but not of GDH, this GS higher activity was not sufficient to yield a higher absorption of ammonium at the culture level. There is a positive effect of A. brasilense on the activity of glutamine synthetase and glutamate dehydrogenase in Chlorella. However, the regulation and the relation of the enzymatic activity with initial ammonium concentration are still unclear.

The presence of nutrients, such as nitrogenous compounds, in wastewater can pose serious environmental concerns to water systems leading to reduced water quality and potential risks to the public health. Nutrient removal in conventional wastewater treatment systems is becoming increasingly more costly due to the extensive energy requirements and high aeration costs. Anaerobic ammonium oxidation (Anammox) is an alternative method for nutrient removal which can reduce overall treatment costs due to less aeration requirements and less sludge production. Anammox process can be implemented with other innovative technologies, such as membrane aerated biofilm reactors (MABR) to achieve effective and sustainable nutrient removal. A major challenge associated with Anammox process is effective control of nitrite oxidizing bacteria (NOB). High temperature in wastewater treatment systems can promote Anammox bacterial growth and inhibit NOB activity. This research aims to investigate the feasibility of integrating Anammox processes with MABR technologies and to examine the effects of high temperature aeration supplied to MABR systems on Anammox bacterial growth and NOB suppression. The nitrogen removal by Anammox bacteria in a lab-scaled MABR is examined to determine the impact of aeration temperature on inhibition of NOB. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

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