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Freshwater reservoirs store, process, and emit to the atmosphere large quantities of carbon (C). Despite the important role of reservoirs in the global carbon cycle, it remains unknown how human activities are altering their carbon cycling. Climate change and land use are resulting in lower dissolved oxygen (DO) concentrations in freshwater ecosystems, yet more frequent, powerful storms are occurring that temporarily increase DO availability. The net effect of these opposing forces results in anoxia (DO < 0.5 mg L-1) punctuated by short-term increases in DO. The availability of DO controls alternate redox reactions in freshwaters, thereby determining the rate and end products of organic C mineralization, which include two greenhouse gases, carbon dioxide (CO2) and methane (CH4). I performed ecosystem-level DO manipulations and evaluated how changing DO conditions affected redox reactions and the production and emission of CO2 and CH4. I also explored how the magnitude and drivers of CH4 emissions changed spatio-temporarily in a eutrophic reservoir using time series models. Finally, I used a coupled data-modeling approach to forecast future emissions of CH4 from the same reservoir. I found that the depletion of DO results in the rapid onset of alternate redox reactions in freshwater reservoirs for organic C mineralization and greater production of CH4. When the anoxia occurred in the water column (vs. at the sediments), diffusive CO2 and CH4 efflux phenology was affected, and resulted in degassing occurring during storms before fall turnover. I observed that the magnitude of CH4 emissions varied along a longitudinal gradient of a small reservoir and that the environmental drivers of ebullition and diffusion can change substantially both over space (within one hundred meters) and time (within a few weeks). Finally, I developed a forecasting workflow that successfully predicted future CH4 ebullition rates during one summer season. My research provides insight to how changing DO conditions will alter redox reactions in the water column and greenhouse gas emissions, as well as provides a new technique for improving future predictions of CH4 emissions from freshwater reservoirs. Althogether, this work improves our understanding of how freshwater lake and reservoir carbon cycling will change in the future. / Doctor of Philosophy / Freshwater reservoirs store a lot of carbon in their sediments and emit a lot of carbon as greenhouse gases (carbon dioxide and methane) to the atmosphere. However, climate change, land use, and water quality management can change the chemical reactions that are responsible for the production of carbon dioxide and methane, which could have substantial effects on the global carbon budget. Here, I manipulated the oxygen conditions of a freshwater reservoir and monitored the chemistry and greenhouse gas emissions in the experimental reservoir relative to an upstream reference reservoir. I then estimated the methane emissions from the reservoir to understand how the chemistry and greenhouse gas emissions in freshwater reservoirs may change in the future. I found that reservoir oxygen availability controls the magnitude and timing of the chemical reactions that produce carbon dioxide and methane, which in turn alters greenhouse gas emissions. Additionally, I developed models that showed how the magnitude and drivers of methane emissions changed within a small reservoir over time. Finally, I was able to predict the timing and magnitude of methane bubbling from the sediments. Altogether, this work provides evidence how climate change, land use change, and water quality management will affect future water chemistry and greenhouse gas emissions from reservoirs.

Pecan Creek flows southeast through the City of Denton, Texas. Characterized as an urban watershed, the basin covers approximately 63.5 km2. Pecan Creek is an intermittent stream that receives nonpoint runoff from urban landuses, and the City of Denton's wastewater treatment plant, Pecan Creek Water Reclamation Plant, discharges effluent to the stream. Downstream from the City of Denton and the wastewater treatment plant, Pecan Creek flows about 6,000 m through agricultural, pasture, and forested landscapes into Copas Cove of Lake Lewisville, creating backwater conditions. Pecan Creek water quality and chemistry were monitored from August 1997 to October 2001. Water quality was influenced by seasonal, spatial, climatic, and diurnal dynamics. Wastewater effluent discharged from the Pecan Creek Water Reclamation Plant had the greatest influence on water quality of the stream and backwaters. Water quality monitoring of Pecan Creek demonstrated that dissolved oxygen standards for the protection of aquatic life were being achieved. Water quality modeling of Pecan Creek was completed to assess future increases in effluent flow from the Pecan Creek Water Reclamation Plant. Water quality modeling indicated that dissolved oxygen standards would not be achieved at the future effluent flow of 21 MGD and at NPDES permitted loadings. Model results with application of a safety factor indicated that the maximum allowable concentrations for a 21 MGD discharge would be 2.3 mg/L of ammonia and 7.0 mg/L of biochemical oxygen demand at summer conditions. Drought conditions that occurred from 1998 to 2001 reduced water levels in Lake Lewisville and impacted dissolved oxygen water quality in Pecan Creek. Water quality observations made during the period of drought allowed for the development of a model to estimate the zone of the dissolved oxygen sag in Pecan Creek based on reservoir elevation. Finally, monitoring results were analyzed with nonparametric statistical procedures to detect water quality changes in the backwater area of Pecan Creek, as influenced by storm events.

Este trabalho visou o desenvolvimento de sensores de oxigênio dissolvido (OD) utilizando tecnologias de filmes espessos, possibilitando baixo custo de produção, mantendo porém a durabilidade e precisão necessárias para o emprego no monitoramento de águas mananciais. Tal desenvolvimento também incluiu o desenvolvimento de circuitos eletrônicos próprios para o funcionamento completo e autônomo dos sensores. Aplicando-se o princípio de funcionamento do sensor eletroquímico de oxigênio dissolvido baseado na célula de Clark(1956), desenvolveu-se inicialmente esta célula confeccionada em PVC com dimensões tradicionais e, posteriormente, utilizou-se a tecnologia LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) como substrato do sensor em uma microconfiguração planar. Essa inovação permitiu estudar as facilidades de construção com este substrato, várias composições para o eletrólito, espessura das membranas em FEP e PDMS, e o uso das técnicas de medidas tais como polarização contínua, polarização pulsada e voltametria cíclica. Os sensores desenvolvidos foram estudados em condições de monitoramento contínuo e chegaram a alcançar 4 meses de durabilidade utilizando membrana de FEP com deriva de 0,14 % hora-1. Verificou-se através dos ensaios que a configuração da célula eletroquímica de 3 eletrodos estende a durabilidade dos microsensores, pois esta configuração atenua a redução da prata sobre o catodo. Devido a recente regulamentação da detecção óptica do OD pela ASTM, inclui-se neste trabalho o princípio da técnica de medição através da detecção da luminescência. Apresenta-se a implementação de um sistema óptico de detecção utilizando LEDs de alto brilho como fonte de excitação e fotodiodo com filtro de cor embutido para a detecção da intensidade luminescente de um complexo de rutênio (Ru(dpp)) imobilizado em filme sol-gel e em silicone PDMS. O sensor óptico imobilizado em filme sol-gel operando em modo contínuo apresentou a menor deriva (0,03 % hora-1) dentre os microssensores ópticos construídos. A adição de uma fina camada de silicone preto sobre a imobilização sol-gel proporcionou maior durabilidade e imunidade do filme à variação de salinidade da amostra sem prejudicar o tempo de resposta do sensor. / This work aims the development of a dissolved oxygen (DO) sensor using thick film technology, which has low cost of production and keeps sensors durability and precision acceptable for their use in the monitoring of water sources. This development also includes the complete electronic circuits for autonomous monitoring. Using the principles of oxygen electrochemical sensors based on Clark´s cell, this cell is initially built in PVC with traditional dimensions and aftwords build in LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) technology as a substrate for the sensor in a microplanar configuration. This innovation allowed the study of constructive aspects, especially by changing substrate configuration, compositions for the electrolyte, thickness of the FEP or PDMS membrane, and the use of diverse electronic measurement techniques such as continuous polarization, pulsed polarization and cyclic voltammetry. Sensors submitted to continuous monitoring could reach 4 months of duration, using FEP membrane, drifting 0.14 % h-1. A 3 electrodes electrochemical cell configuration can extend the sensor´s life, presenting a low drift for both sensors types, because this new configuration attenuates the reduction of the silver over the cathode. Due to recent regulation of the optical detection of OD by ASTM, this work includes the measurement of DO through the detection of luminescent patterns. Such a system was developed by using high brightness LED´s as excitement sources and special photodiodes embedded with color filters as luminescence intensity detectors . The ruthenium complex (Ru(dpp)) immobilized in a sol-gel film and in PDMS was used as oxygen-sensitive material. The optical sensor immobilized in sol-gel film operating in continuous mode presented the lowest drift (0.03 % h-1) of all built sensors. The addition of a thin layer of black silicone over the sol-gel immobilization provided a greater durability and the immunity of the film and to sample salinity variation, without prejudice to the sensor response time.

Este trabalho visou o desenvolvimento de sensores de oxigênio dissolvido (OD) utilizando tecnologias de filmes espessos, possibilitando baixo custo de produção, mantendo porém a durabilidade e precisão necessárias para o emprego no monitoramento de águas mananciais. Tal desenvolvimento também incluiu o desenvolvimento de circuitos eletrônicos próprios para o funcionamento completo e autônomo dos sensores. Aplicando-se o princípio de funcionamento do sensor eletroquímico de oxigênio dissolvido baseado na célula de Clark(1956), desenvolveu-se inicialmente esta célula confeccionada em PVC com dimensões tradicionais e, posteriormente, utilizou-se a tecnologia LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) como substrato do sensor em uma microconfiguração planar. Essa inovação permitiu estudar as facilidades de construção com este substrato, várias composições para o eletrólito, espessura das membranas em FEP e PDMS, e o uso das técnicas de medidas tais como polarização contínua, polarização pulsada e voltametria cíclica. Os sensores desenvolvidos foram estudados em condições de monitoramento contínuo e chegaram a alcançar 4 meses de durabilidade utilizando membrana de FEP com deriva de 0,14 % hora-1. Verificou-se através dos ensaios que a configuração da célula eletroquímica de 3 eletrodos estende a durabilidade dos microsensores, pois esta configuração atenua a redução da prata sobre o catodo. Devido a recente regulamentação da detecção óptica do OD pela ASTM, inclui-se neste trabalho o princípio da técnica de medição através da detecção da luminescência. Apresenta-se a implementação de um sistema óptico de detecção utilizando LEDs de alto brilho como fonte de excitação e fotodiodo com filtro de cor embutido para a detecção da intensidade luminescente de um complexo de rutênio (Ru(dpp)) imobilizado em filme sol-gel e em silicone PDMS. O sensor óptico imobilizado em filme sol-gel operando em modo contínuo apresentou a menor deriva (0,03 % hora-1) dentre os microssensores ópticos construídos. A adição de uma fina camada de silicone preto sobre a imobilização sol-gel proporcionou maior durabilidade e imunidade do filme à variação de salinidade da amostra sem prejudicar o tempo de resposta do sensor. / This work aims the development of a dissolved oxygen (DO) sensor using thick film technology, which has low cost of production and keeps sensors durability and precision acceptable for their use in the monitoring of water sources. This development also includes the complete electronic circuits for autonomous monitoring. Using the principles of oxygen electrochemical sensors based on Clark´s cell, this cell is initially built in PVC with traditional dimensions and aftwords build in LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics) technology as a substrate for the sensor in a microplanar configuration. This innovation allowed the study of constructive aspects, especially by changing substrate configuration, compositions for the electrolyte, thickness of the FEP or PDMS membrane, and the use of diverse electronic measurement techniques such as continuous polarization, pulsed polarization and cyclic voltammetry. Sensors submitted to continuous monitoring could reach 4 months of duration, using FEP membrane, drifting 0.14 % h-1. A 3 electrodes electrochemical cell configuration can extend the sensor´s life, presenting a low drift for both sensors types, because this new configuration attenuates the reduction of the silver over the cathode. Due to recent regulation of the optical detection of OD by ASTM, this work includes the measurement of DO through the detection of luminescent patterns. Such a system was developed by using high brightness LED´s as excitement sources and special photodiodes embedded with color filters as luminescence intensity detectors . The ruthenium complex (Ru(dpp)) immobilized in a sol-gel film and in PDMS was used as oxygen-sensitive material. The optical sensor immobilized in sol-gel film operating in continuous mode presented the lowest drift (0.03 % h-1) of all built sensors. The addition of a thin layer of black silicone over the sol-gel immobilization provided a greater durability and the immunity of the film and to sample salinity variation, without prejudice to the sensor response time.

O Oceano Atlântico tem um papel importante na circulação global e nas influências oceânicas no sistema climático. Na sua porção sudoeste, a South Atlantic Meridional Overturning Circulation representa uma componente regional relevante para a circulação termohalina global. O monitoramento da presença e das características físicas (temperatura potencial, salinidade) das massas d\'água da região se faz necessário para avaliar a variabilidade da dinâmica da região. Neste contexto, da variabilidade, os parâmetros químicos (oxigênio dissolvido, fosfato, silicato e nitrato) tem grande importância, pois mesmo quando utilizados como traçadores complementares das massas d\'água, apresentam variações temporais e espaciais maiores que os parâmetros físicos devido aos processos biogeoquímicos. Em regiões costeiras, com todas as ressalvas, os nutrientes podem ser utilizados como traçadores complementares, como por exemplo, o silicato e fosfato foram considerados bom indicadores da Água de Plataforma do Prata (APP), e o nitrato, da Água Central do Atlântico Sul (ACAS). Na região fora da plataforma foram identificadas pelos parâmetros físicos e complementadas pelos parâmetros químicos as massas já citadas em literatura, Água Tropical (AT), ACAS, Água Intermediária Antártica (AIA) (máximo de oxigênio e nutrientes), Água Circumpolar Superior (ACS) e Água Circumpolar Inferior (ACI) (mínimo de oxigênio e máximo de nutrientes), Água Profunda do Atlântico Norte (APAN) (máximo de oxigênio e mínimo de nutrientes) e Água de Fundo Antártica (AFA) (máximo de silicato). Além disso, os nutrientes podem ser usados como ferramentas para estudar a dinâmica da região. Ao longo do transecto próximo a 34,5°S, foram observadas variações dos parâmetros físicos e químicos devido a processos de mistura podem indicar alterações na circulação das massas d\'água. O oxigênio dissolvido apresentou as maiores diferenças entre a porção leste e oeste na AT, AIA, ACS e APAN. O fosfato indicou o processo para a AT, ACS e APAN. O silicato apresentou variações mais evidentes para a AIA, ACS e APAN. E o nitrato apresentou uma distribuição mais homogênea, sem variações que permitam indicar alterações dos processos de circulação na região. / The Atlantic Ocean plays an important role in global circulation and in oceanic influences on the climate system. In its southwestern portion, the South Atlantic South Overturning Circulation represents a relevant regional component to the global thermohaline circulation. Monitoring the presence and physical characteristics (potential temperature, salinity) of the region\'s water masses is necessary to evaluate the variability of the region dynamics. In this context, chemical parameters (dissolved oxygen, phosphate, silicate and nitrate) are of great importance because, even when used as complementary tracers of water masses, they present temporal and spatial variations that are bigger than the physical parameters due to the biogeochemical processes. In coastal regions, with all reservations, nutrients can be used as complementary tracers, for example, silicate and phosphate were considered good indicators of Plata Plume Water (PPW) and the nitrate for Central Atlantic South Water (SACW). In the offshore region were identified by the physical parameters and complemented by the chemical parameters the already know water masses: Tropical Water (TW), SACW, Antarctic Intermediate Water (AAIW) (oxygen and nutrients maximum), Upper Circumpolar Deep Water (UCDW) and Lower Circumpolar Deep Water (LCDW) (oxygen minimum and nutrients maximum), North Atlantic Deep Water (NADW) (oxygen maximum and nutrients minimum) and Antarctic Bottom Water (AABW) (silicate maximum). In addition, nutrients can be used as tools to study the dynamics of the region. Along the transect close to 34.5 ° S, differences in physical and chemical parameters due to mixing processes can indicate changes in the circulation of water masses. The dissolved oxygen presented the largest differences between the east and west portions for the TW, AAIW, UCDW and NADW. The phosphate showed the process for the TW, UCDW and NADW. The silicate showed the remarkable variations for the AAIW, UCDW and NADW. And the nitrate presented homogeneous distribution, without variations that allow indicating changes in the circulation process in the region.

O coeficiente de reaeração constitui-se no principal parâmetro usado em modelos de qualidade na avaliação preventiva do efeito da descarga de resíduos orgânicos sobre a concentração do oxigênio dissolvido (OD) em cursos de água naturais. Na literatura os valores observados para a concentração de saturação de OD em procedimentos experimentais para a determinação das taxas de reaeração superficial são, geralmente, reportados como inferiores aos valores calculados para as condições de temperatura, salinidade e pressão em que os experimentos foram realizados. Esse fato interfere significativamente na determinação do coeficiente de reaeração superficial, K2. Avalia-se neste trabalho a hipótese de que nessas situações a água é exposta a uma fonte de OD, que é a superfície em contato com a atmosfera, mas também a um sumidouro de OD, criado pelo próprio sistema de movimentação do fluido. O modelo matemático amplamente utilizado para estes fins não considera essa última possibilidade. Neste estudo foi comparada a eficácia deste modelo com um que considera a existência sumidouros do OD, o que justifica a baixa estimativa da concentração de saturação deste gás. Observou-se uma forte correlação entre a pressão na linha de sucção do sistema de recirculação e o valor do coeficiente de desoxigenação K*3 , que quantifica a intensidade do sumidouro. / The reaeration coefficient constitutes the main parameter used in models for the quality assessment of the preventive effect of the discharge of organic wastes on the concentration of dissolved oxygen (DO) in natural waterways. In the literature the values observed for the saturation concentration of DO in experimental procedures for determining the surface reaeration rates are generally reported as lower than the values calculated for the conditions of temperature, salinity and pressure at which the experiments were performed. This interferes significantly in the determination of surface reaeration coefficient, K2. In this work the following hypothesis is evaluated: that in these situations the water is exposed to a source of DO, which is the surface in contact with the atmosphere, as well as an DO sink, created by the pumping system. The mathematical model widely used does not consider this possibility. In this study the two kind of models were compared and the reasons for divergence were looked upon. There was a strong correlation between the pressure drop in the suction line of the recirculation system and a pseudo-coefficient of deoxygenation K*3 , which quantifies the sink intensity.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-08-31T14:28:05Z No. of bitstreams: 1 Tese Renato Ribeiro-FINAL (FINAL)_BGQ.pdf: 2538261 bytes, checksum: 368478fea67bb3f88e3e4eebf8a854cd (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-31T14:28:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese Renato Ribeiro-FINAL (FINAL)_BGQ.pdf: 2538261 bytes, checksum: 368478fea67bb3f88e3e4eebf8a854cd (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / O óxido nitroso (N2O) possui um potencial de aquecimento global 310 vezes superior ao do dióxido de carbono (CO2). Além disso, o N2O é a principal fonte de óxido nítrico (NO) na estratosfera, sendo indiretamente responsável pelo consumo do ozônio (O3) estratosférico. Os resíduos de origem humana representam uma das fontes de N2O, e estima-se que sistemas de tratamento de esgotos podem contribuir com cerca de 10% do total das emissões antrópicas. Nas estações de tratamento de esgotos (ETEs), as emissões de N2O ocorrem naturalmente devido às transformações microbiológicas dos compostos de nitrogênio (N) através dos processos de nitrificação e desnitrificação. Entretanto, não existe um único mecanismo de emissão de N2O provenientes de ETEs, e suas vias de produção são dependentes do projeto da planta e também relacionadas às diferentes condições dos principais parâmetros operacionais, tais como carga orgânica afluente, concentração de oxigênio dissolvido (OD), taxa de aeração e idade do lodo, dentre outros. O objetivo principal da presente tese foi determinar a relação das diferentes condições operacionais, tais como variabilidade na carga orgânica afluente, diferentes idades do lodo e taxas de aeração, limitação das concentrações de OD e choques de carga orgânica e de N amoniacal, nas emissões de N2O provenientes de diferentes sistemas de tratamento de esgotos por lodos ativados (convencional e aeração prolongada) operados com remoção biológica de N (RBN) e não-RBN, em escalas de bancada e real. Três experimentos realizados in situ em uma ETE de lodos ativados convencional, mostraram a influência da carga de NT afluente, especialmente NH4 +, e da taxa de aeração na emissão de N2O do tanque de aeração. O excesso de aeração intensifica o processo físico de transferência do N2O do meio líquido para a atmosfera e, portanto, deve ser evitado. O monitoramento contínuo das emissões de N2O dos tanques de aeração de três ETEs com sistemas de lodos ativados e operadas com RBN e não-RBN mostraram que as altas emissões de N2O representam condições de excesso de aeração ou uma perda da conversão de NH4 + a NO3 -, com acúmulo de NO2 -. Uma preocupação adicional é o lançamento de lixiviados de aterros sanitários em sistemas de tratamento de esgotos. Condições de estresse, tais como choque de carga de N amoniacal, podem causar uma limitação nas concentrações de OD, acúmulo de NO2 - e, consequentemente, maiores emissões de N2O. Assim, as medições contínuas de N2O podem fornecer informações importantes sobre a adequação da taxa de aeração e da perda de eficiência da nitrificação completa. Sistemas de tratamento de esgotos que não operam com RBN respondem por maiores emissões de N2O quando comparados com aqueles que removem N. Entretanto, um dos maiores desafios das ETEs com RBN é o controle adequado dos parâmetros operacionais responsáveis pelos processos de nitrificação e desnitrificação completos. Diferentes condições experimentais realizadas em um sistema de lodos ativados, em escala de bancada, mostraram que idades do lodo reduzidas (5 dias) combinadas com baixas concentrações de OD (0,5 mg L-1) resultaram em menores eficiências de oxidação de NTK e, consequentemente, em uma insignificante taxa de acúmulo de NO2 -. Nesta condição, a nitrificação foi dificultada pela oxidação da matéria orgânica, com a maior parcela do N removida pela incorporação ao lodo excedente. Por outro lado, idades do lodo mais elevadas (10 dias) combinadas com o aumento da concentração de OD (1,0 mg L-1) resultaram no acúmulo de NO2 - e no aumento da eficiência de oxidação de NTK, o que representa uma condição ideal para oxidação da matéria orgânica e nitrificação. Nesta condição a maior parcela do N foi transferida para a atmosfera. Parte do N transferido para a atmosfera pode ser atribuído ao N2O, que variou de 0,3 a 5,6% da carga de NT afluente, com o maior valor associado a nitrificação parcial. Portanto, o controle adequado das concentrações de OD é um fator chave para evitar o acúmulo de NO2 -, e consequentemente, elevadas emissões de N2O. / Nitrous oxide (N2O) has a global warming potential 310 times greater than carbon dioxide (CO2). Moreover, N2O is the major source of nitric oxide (NO) in the stratosphere which implies that it is indirectly responsible for the consumption of stratospheric ozone (O3). Human waste is a source of N2O and it is estimated that wastewater treatment systems are thought to contribute with about 10% of total anthropogenic N2O emissions. In wastewater treatment plants (WWTPs), N2O emissions occur naturally due to the microbial transformations of nitrogen (N) compounds by the nitrification and denitrification processes. However, there is no single N2O emission mechanism from WWTPs and the pathways related to its production are dependent on the WWTP design and closely related to operating parameters, such as organic matter and total N (TN) loads, dissolved oxygen (DO) concentration, aeration rate and sludge retention time (SRT), among others. The main goal of the present doctoral thesis was to determine the relationship of different operating conditions, such as variable organic loading, different SRTs and air flow rates, limited DO concentrations and organic (and NH4 +) shock loading on N2O emissions in different activated sludge systems (conventional and extended aeration) operated with biological N removal (BNR) and non-BNR, in the laboratory and in full-scale processing. Three in situ experiments, conducted in a conventional activated sludge WWTP, showed the influence of the TN loading rate, especially NH4 +, and the aeration flow rate on the emission rate of N2O from the aeration tank. Excessive air flow intensified N2O transfer from the liquor to the atmosphere by air stripping, and therefore should be avoided. The continuous measurements of N2O emissions from the aeration tanks of three activated sludge WWTPs operated with BNR and non-BNR showed that high N2O emissions denote over-aeration conditions or a loss of NH4 + conversion to NO3 -, with accumulation of NO2 - concentrations. An additional concern is the observed propensity of WWTPs to receive landfill leachates in their wastewater systems. Stress conditions, such as NH4 + shock loading, can cause limited DO conditions, NO2 - accumulation and, consequently, higher N2O emissions. Thus, continuous measurements of N2O emissions can provide information on aeration adequacy and the efficiency of complete nitrification. Non-BNR WWTPs are subject to high N2O emissions, in contrast to BNR WWTP with controlled nitrification and denitrification processes. However, one of the major challenges for WWTPs with BNR is the adequate control of operating parameters responsible for complete nitrification and denitrification processes. Different experimental conditions performed in a lab-scale activated sludge system showed that short SRT (5 days) combined with very low DO levels (0.5 mg L-1) were responsible for lower TKN oxidation efficiencies and, consequently, negligible NO2 - accumulation rates. These results suggest that nitrification efficiency was hampered by the oxidation of organic matter, with a large part of TN removed by sludge waste process. As the SRT increased (from 5 to 10 days) and DO was set to 1.0 mg L-1, TKN oxidation rates and NO2 - accumulation reached their maxima, which are thought to be the optimal conditions for both organic matter oxidation and partial nitrification. Under these conditions, gas transfer to the atmosphere became the preferential route for TN removal instead of incorporation to the sludge waste. Part of the N transferred to the atmosphere is attributed to N2O, which varied from 0.3 to 5.6% of the influent TN load, with the highest value associated with partial nitrification. Therefore, the adequate control of DO concentrations is a key factor to avoid NO2 - accumulation and consequently high N2O emissions.