In 2014 SÖRAB constructed a continuous biological treatment system (KBR) to handle leachate waterfrom the landfill at the facility in Löt, north of Stockholm. The KBR is mainly focused on removal ofammonium nitrogen which would otherwise be released in to the recipient and contribute toeutrophication and damage to the environment. This project has focused on replacing the currentcarbon source in the process Brenntaplus VP1 and evaluating the efficiency of denitrification andeconomy of transitioning to a new carbon source. The carbon sources glycerol and ethanol wereevaluated and compared to Brenntaplus VP1 for the denitrification efficiency and microbial profile.The experiments were performed in laboratory conditions and in pilot scale using leachate water fromLöt. The reduction of ammonia was evaluated by chemical precipitation, addition of carbon sources bymeasuring ammonia-N and nitrate-N under aerobic (nitrification) and anaerobic (denitrification)conditions. The combination of ethanol and glycerol showed an enhanced denitrification and increasedmicrobial community both in lab and pilot scale studies with reduced hydraulic retention time. Therate of nitrate reduction was 0.23 mgNO3-N 1 -1 h -1 for ethanol/glycerol compared to 0.12-0.17mgNO 3- -N 1 -1 h -1 for Brenntaplus VP1 in pilot scale. The results indicate that using ethanol, glycerolor a mix of the two as a substitute for Brenntaplus VP1 is viable. This has been based on laboratoryand pilot scale studies. Each of the carbon sources examined during this project have showed a uniqueimpact on the process and its parameters such as: denitrification rate, microbial density and microbialcomposition. The carbon sources had an impact with temperature fluctuation and faster denitrificationcompared to the conventional KBR system. This implies that the carbon sources tested in this projectcan be advantageous and beneficial for Sörab depending on the carbon source availability and theseasonal variations. / Under 2014 konstruerade SÖRAB ett kontinuerligt biologiskt reningsverk (KBR) för att hanteralakvatten från deponin för ickefarligt avfall vid anläggningen i Löt, norr om Stockholm. KBR ärfrämst konstruerad för rening av ammoniumkväve som annars skulle släppas ut till recipienten ochbidra till övergödning och skador på miljön i området. Detta projekt har fokuserat på att ersätta dennuvarande kolkällan Brenntaplus VP1 som används i processen och utvärdera effektiviteten idenitrifieringen samt ekonomin vid övergång till en ny kolkälla. Kolkällorna glycerol och etanol varde kolkällor som valdes för utvärdering i detta projekt, dessa jämfördes med Brenntaplus VP1 i desseffekt på denitrifikationseffektivitet och mikrobiell sammansättning under laboratorieförhållanden ochi pilotskala. Möjligheten att reducera ammoniumkoncentrationen i lakvattnet utvärderades genomkemisk fällning och genom mätning av ammoniumkväve och nitratkväve under aeroba (nitrifikation)och anaeroba (denitrifikation) förhållanden. Kombinationen av etanol och glycerol indikerade enförbättrad denitrifikation och ökad mikrobiell densitet både i laboratorie- och pilotskala med reduceradhydraulisk retentionstid. Nitratreduktionshastigheten var 0,23 mgNO 3- -N 1 -1 h -1 för blandningen avetanol/glycerol jämfört med 0,12 - 0,17 mgNO 3- -N 1 -1 h -1 för Brenntaplus VP1 i pilotskala. Resultatenindikerar att användning av etanol, glycerol eller en blandning av de två har goda förutsättningar föratt ersätta Brenntaplus VP1. Var och en av de tre kolkällorna som undersöktes under detta projekt harvisat en unik inverkan på processen och dess parametrar såsom: denitrifikationshastighet, mikrobielldensitet och mikrobiell sammansättning. Genom att byta kolkälla i KBR kan prestandan ökas genomatt minska den hydrauliska retentionstiden samtidigt som systemet tycks bli mindre känsligt förtemperatursvängningar. Kolkällorna som utvärderats i detta projekt kan därför vara fördelaktiga för SÖRAB beroende på dess tillgänglighet och pris.

Groundwater (GW) accounting for most of the freshwater available around the World, finding sustainable techniques to depollute it is of crucial importance for safe drinking water supply. The extensive use of fertilizers in the agriculture, as well as other anthropogenic activities, are contributing to the excessive nitrate levels in some aquifers. These levels need to be reduced to obtain potable water. Bioelectrochemical systems (BES), using microorganisms to catalyze a desired electrochemical reaction, recently proved to be a very promising technology for water remediation. Groundwater denitrification using Microbial Electrolysis Cell (MEC) needs to be improved for further scaled-up on-site system. The advantages conferred by fluidized bed reactor (FBR), as well as the outstanding electrochemical properties of reduced graphene oxide (rGO), are two potential enhancements of such bioelectrochemical denitrification system that were investigated in this thesis. Some essential parameters could be determined during the preliminary steps' experiments. The fluidization trials gave us a clear insight that Coconut-based Activated Carbon (CAC) particles were resistant carrier particles, nicely fluidized within a 39.27cm3 circular cathodic chamber for a flow rate ranging between 450ml/min to 590ml/min. For the same flow rate of 500ml/min, we could obtain CAC particles fluidization for the upstream fluidized configuration, and still bed particles for the fixed bed downstream configuration, which would be very useful for later unbiased comparison. The denitrifying bacteria showed during their enrichment, a nitrate removal rate of up to 1.986ppm NO3-N/h in serum bottles, with an average of 0.38ppm NO2-N/h accumulation. The parallel running of fixed bed versus fluidized bed denitrifying reactor in order to compare their denitrification performances, was planned, but could not be performed due to COVID-19. The graphene oxide (GO) batch experiments showed a good biocompatibility between GO/rGO and our autotrophic denitrifying bacteria. A change of morphology within about 20 hours was observed, probably suggesting the reduction of GO to rGO by the bacteria. During a first test, the presence of GO led to a 2.7 folds less efficient denitrification performance as compared with the GO/rGO-free condition, likely due to the competition between nitrate and GO for being reduced. However, the denitrification rate in presence of GO/rGO increased up to 1.873ppm NO3-N/h after the second pulse of groundwater and flush with H2/CO2 gas, which is almost 2.3 folds higher than initially in the same condition. This suggests that GO needs some time to get fully reduced to rGO, and the denitrification rate might reach the same or higher levels as in the GO/rGO-free conditions, when GO is fully reduced. Improved denitrification would indicate that rGO facilitates the electron transfer between bacteria and nitrate, as it can be expected from its electrochemical properties previously studied. This would be worth being investigated in the scope of a longer experience. / Grundvatten (GW) som står för det mesta av det sötvatten som finns tillgängligt runt om i världen och att hitta hållbara tekniker för att förorena det är av avgörande betydelse för en trygg dricksvattenförsörjning. Den omfattande användningen av gödselmedel i jordbruket, liksom andra antropogena aktiviteter, bidrar till de överdrivna nitratnivåerna i vissa vattenfiskare. Dessa nivåer måste sänkas för att erhålla dricksvatten. Bioelektrokemiska system (BES), med användning av mikroorganismer för att katalysera en önskad elektrokemisk reaktion, visade sig nyligen vara en mycket lovande teknik för sanering av vatten. Grundvatten denitrifikation med hjälp av Microbial Electrolysis Cell (MEC) måste förbättras för att ytterligare skala upp systemet på plats. Fördelarna med fluidiserad bäddreaktor (FBR) såväl som de enastående elektrokemiska egenskaperna hos reducerad grafenoxid (rGO) är två potentiella förbättringar av ett sådant bioelektrokemiskt denitrifikationssystem som undersöktes i denna avhandling. Vissa väsentliga parametrar kan bestämmas under de preliminära stegens experiment. Fluidiseringsstudierna gav oss en klar insikt om att kokosnötbaserade aktiverade kolpartiklar (CAC) -partiklar var resistenta bärarpartiklar, trevligt fluidiserade i en cirkulär katodisk kammare på 39,27 cm3 för en flödeshastighet mellan 450ml/min till 590ml/min. För samma flödeshastighet på 500ml/min kunde vi få CAC-partikelfluidisering för uppströms fluidiserad konfiguration och stillbäddspartiklar för den fixerade bädden nedströms konfiguration, vilket skulle vara mycket användbart för senare opartisk jämförelse. De denriffriserande bakterierna visade under deras anrikning en nitratborttagningshastighet av upp till 1,986 ppm NO3-N/h i serumflaskor, med ett genomsnitt på 0,38 ppm NO2-N / h ackumulering. Den parallella körningen av denitrifierande reaktorn med fast bädd kontra fluidiserad bädd för att jämföra deras denitrifikationsprestanda planerades, men kunde inte utföras på grund av COVID-19. Diagramexperimenten av grafenoxid (GO) visade en god biokompatibilitet mellan GO/rGO och våra autotrofiska denitrifierande bakterier. En förändring av morfologin inom cirka 20 timmar observerades, vilket antagligen antydde att bakterierna minskade GO till rGO. Under ett första test ledde närvaron av GO till 2,7 gånger mindre effektiv denitrifikationsprestanda jämfört med GO/rGO-fritt tillstånd, troligtvis på grund av konkurrensen mellan nitrat och GO för att ha minskat. Denitrifikationsgraden i närvaro av GO/rGO ökade emellertid upp till 1,873 ppm NO3-N/h efter den andra grundvattenspulsen och spolades med H2/CO2-gas, vilket är nästan 2,3 gånger högre än ursprungligen i samma tillstånd. Detta antyder att GO behöver lite tid för att helt reduceras till rGO, och denitrifikationsgraden kan nå samma eller högre nivåer som i GO/rGO-fria förhållanden, när GO är helt reducerad. Förbättrad denitrifikation skulle indikera att rGO underlättar elektronöverföring mellan bakterier och nitrat, som det kan förväntas av dess elektrokemiska egenskaper som tidigare studerats. Detta skulle vara värt att undersökas inom ramen för en längre upplevelse.

This study was done with the aim of deepening the understanding of the Maya Chay aquaponic systems. To meet the aim, a literature study on aquaponics, with an emphasis on the nitrogen metabolism in such systems, was conducted. Furthermore, a deep investigation of the specific Maya Chay systems was made to understand how these systems might be different from the general aquaponic designs. Finally, two nitrogen balances were developed with the purpose of examining the dynamics of the nitrogen transformations in two Maya Chay aquaponic systems. The measurements for the nitrogen balances was made between Mars 2017 to July 2017, and the model for the nitrogen balances evaluated the amount of nitrogen as: i) nitrogen input to the system through the feed, ii) nitrogen assimilated by the fish and the plants, iii) nitrogen accumulated in the sludge, and iv) nitrogen lost to the atmosphere through denitrification and similar processes such as anammox. The resulting nitrogen balances showed some interesting differences in the dynamics of nitrogen distribution. In the smaller Maya Chay XS system in Antigua, only 36 % of the nitrogen input was assimilated by the fish (30 %) and the plants (6 %) and 64 % of the nitrogen input could be regarded as lost, either to the atmosphere (46 %) or in the sludge (18 %). The other nitrogen balance showed that the distribution of nitrogen in the Maya Chay S system in Chinautla is much more efficient in taking care of the nitrogen input. In this system 70 % was assimilated by the fish (33 %) and the vegetables (37 %) and the remaining 30 % was lost, either to the atmosphere (14 %) or in the sludge (16 %). The nitrogen balances also showed that both systems are almost equally efficient in terms of nitrogen assimilation by the fish, and that the big differences lie in the rate of nitrogen assimilation by the plants (6 % vs. 30 %) and in the nitrogen loss to the atmosphere (46 % vs. 14 %). A likely explanation for these differences is the difference in design of the vegetable beds, where the less efficient system in Antigua has a large surface area for the vegetable bed, but only a small portion of this could be utilized for vegetable growth. Furthermore, a consequence of the larger surface is a larger anoxic zone in the bottom of the vegetable bed, which promotes the growth of denitrifying and anammox bacteria. These kinds of bacteria convert the dissolved ammonia, nitrite and nitrate to gas forms of nitrogen, such as nitrogen gas and nitrous oxide and thus nitrogen is lost from the system to the atmosphere. Finally, this study also showed a great difference in the ratio of vegetable to fish production between the systems, where the ratio was 0.43 in Antigua and 2.7 in Chinautla. This ratio further indicates the difference in design between the systems, especially regarding the vegetable beds, has an impact on how well they perform, both in terms in economic and productivity terms, but also in terms of the release of greenhouse gases (nitrous oxide). It can therefore be concluded that the original design of the Maya Chay system (i.e. the Chinautla system) is the preferable one. Even though the accuracy of the measurements in the experiments could be improved for future studies, this study has demonstrated the value of making nitrogen balances for aquaponic systems. Nitrogen balances increase the knowledge of the performance of the system and they increase the understanding of the dynamics of nitrogen transformations that takes place in the system. This knowledge can then be utilized to adjust the design and/or verify if either the aquaculture or hydroponic system is properly designed. / Den här studien gjordes med syftet att fördjupa förståelsen kring Maya Chay akvaponiska system. För att uppnå syftet, utfördes en litteraturstudie som fokuserade på metabolismen av kväve i sådana system. Vidare undersöktes specifika Maya Chay system för att förstå hur dessa system skulle kunna skilja sig från den generella akvaponiska designen. Slutligen utvecklades två kvävebalanser i syfte att utforska dynamiken i de kväveomvandlingar som sker i två Maya Chay akvaponiska system. Mätningarna för kvävebalanserna gjordes i perioden mars 2017 till juli 2017, och modellen för kvävebalanserna utvärderade mängden kväve som: i) kväve som tillförts till systemet genom fodret, ii) kväve som assimilerats av fiskarna och växterna, iii) kväve som ackumulerats i slammet, och iv) kväve som gått förlorat till atmosfären genom denitrifikation och liknande processer så som anammox. Resultaten från kvävebalanserna visade intressanta skillnader kring dynamiken av kvävefördelningen. I det mindre Maya Chay XS systemet i Antigua, assimilerades endast 36 % av kvävet av fiskarna (30 %) och växterna (6 %) och 64 % av kvävet ansågs som förluster, antingen till atmosfären (46 %) eller genom slammet (18 %). Den andra kvävebalansen visade att fördelningen av kväve i Maya Chay S systemet i Chinautla är mycket mer effektivt gällande tillvaratagandet av tillfört kväve. I detta system assimilerades 70 % av fiskarna (33 %) och av växterna (37 %) och de resterande 30 % gick förlorat, antingen till atmosfären (14 %) eller i slammet (16 %). Kvävebalanserna visade även att bägge systemen är mer eller mindre likvärdiga gällande assimilering av kväve från fiskarna, och att den stora skillnaden mellan systemen ligger i hur mycket kväve som assimilerats av växterna (6 % vs. 37 %) samt hur mycket kväve som gått förlorat till atmosfären (46 % vs. 14 %). En sannolik förklaring till dessa skillnader är skillnaden i designen av växtbäddarna för två systemen, där det mindre effektiva systemet i Antigua har större area för växtbädden, men endast en mindre del av denna kunde nyttjas för odling av grönsaker. Som konsekvens av den större arean av växtbädden är en större volym syrefattigt vatten i botten av växtbädden, vilket verkar för tillväxt av denitrifierande och anammoxa bakterier. Dessa typer av bakterier omvandlar den upplösta ammoniaken, nitriten samt nitratet till kväveföreningar i gasform, till exempel kvävgas och lustgas och därav går kvävet förlorat till atmosfären. Slutligen visade den här studien stora skillnader i förhållandet mellan växt- och fisk-produktion mellan de två systemen, där förhållandet var 0.43 i Antigua och 2.7 i Chinautla. Skillnaden mellan de två olika förhållandena är ytterligare en indikation till att skillnaden i designen mellan systemen, speciellt med avseende på växtbäddarna, har en effekt på hur väl systemen presterar, både i termer som ekonomi och produktivitet, men också i termer som utsläpp av växthusgaser (lustgas). Därför kan slutsatsen dras att den ursprungliga designen av Maya Chay systemen (det vill säga systemet i Chinautla) är att föredra. Även om noggrannheten i mätningarna i detta experiment skulle kunna förbättras i framtida experiment, så visar denna studie värdet av att utföra kvävebalanser för akvaponiska system. Kvävebalanserna ökar kunskapen om hur väl systemen fungerar och dom ökar kunskapen kring dynamiken i kväveomvandlingarna som sker i systemen. Denna kunskap kan sedan utnyttjas för att justera designen av systemen och/eller verifiera om antingen vattenbruksdelen eller hydroponidelen i systemet är feldimensionerad.

The presence of nitrates and phosphorus in ground water is a worldwide problem. A septic tank with drainfield that is conventionally designed does not typically remove nitrogen in the form of nitrates. The main risks are in "Blue baby" syndrome and suspected carcinogenic effect of nitrates on humans and the nutrient enrichment of receiving waters. In some areas nitrate and phosphorus removal are essentially required. Thus the information in this report concentrates on using media in the drainfield for the removal of nitrogen and phosphorus. Extensive work has been conducted in the past few decades in order to find suitable media for denitrification with high selectivity towards nitrogen. Column experiments were conducted at the University of Central Florida to simulate the actual septic tank drainfield using mixes of fine sand. In one of the columns Sawdust and Tire Crumb were added to the Sand (STS) and in the other column Paper and Tire Crumb were added to the Sand (STP). Tire crumb was added as a carbon source required for better denitrification and for sorption. The columns were dosed daily using regular septic tank effluent and it was a continuous batch system. Samples were taken after a hydraulic retention time (HRT) of 24 hours and comparisons were made of the effluent with the influent to show percentage removal of nitrogen (nitrates, ammonia and total nitrogen), phosphorus (ortho-phosphorus and total phosphorus) and BOD. STS and STP columns showed more than 90% removal for all parameters (nitrates, ammonia, total nitrogen, ortho-phosphorus, total phosphorus, BOD). The results indicate that the investigated media blend (Black and GoldTM Nugget Mix) has the potential for successful application in full scale operations. It is recommended that Black and GoldTM Nugget Mix be used to achieve the required removal of the nutrients.

In order to meet increasingly stringent total nitrogen limits, supplemental carbon must be added to improve the performance of the biological nutrient removal process. An industrial by-product that contained ethylene glycol and propylene glycol was used as a substitute carbon source for methanol in this study. The objectives of this study were to investigate the efficiency of using the glycol mixture as carbon source, including the calculation of denitrification rate and yield at two different initial concentrations of glycols. Possible inhibition effect on nitrification was also investigated. Three SBR reactors were operated by adding methanol, a low dosage of glycol, and a high dosage of glycol into the reactors. The low dosage glycol reactor exhibited the best performance, with the highest denitrification rate of 11.55 mg NOx-N/g MLVSS"h and the lowest yield of 0.21 mg VSS/mg COD. Small nitrite accumulation was observed in the low dosage glycol reactor (COD=185"•15 mg/L), but effluent quality was not influenced. Excess glycol in the reactor caused deteriorated performance. The high dosage glycol reactor (COD=345"•20 mg/L) performed with the lowest denitrfication rate of 8.56 mg NOx-N/g MLVSS"h and the highest yield of 0.55 mg VSS/ mg COD. The reactor with the high dosage of glycol also inhibited the lowest nitrification rate of 1.15 mg NH3-N oxidized/g MLVSS"h, which indicated that excess glycol may cause nitrification inhibition. / Master of Science

The primary mode of growth for bacteria in the environment and during infection is as a biofilm–multicellular assemblages encased in a self-produced matrix. Bacteria growing in biofilms must contend with the difficulties of resource limitation and competition in order to reap the benefits of increased protection from external stresses including the antibiotics used against them. With the rise in multi-drug resistance, understanding the interplay of the complicated processes that make this growth style possible will help us develop better treatment options. Cells must maintain redox homeostasis in order to carry out metabolism and avoid death. In the pathogen Pseudomonas aeruginosa, oxygen is the preferred terminal electron acceptor used for this purpose. However, oxygen is often scarce under natural growth conditions, where opposing rates of diffusion and consumption lead to the formation of steep gradients. Under conditions of oxygen limitation, the metabolically versatile P. aeruginosa can use two major redox balancing strategies: (i) denitrification (i.e., respiration of exogenous nitrate) and (ii) reduction of endogenous redox-active pigments called phenazines. The work in this thesis describes novel regulatory mechanisms for redox homeostasis with an emphasis on the biofilm lifestyle. Chapter 1 will introduce the necessary background about redox pathways and homeostasis in P. aeruginosa, and how this organism senses chemical cues and transduces this information into physiological adjustments that support metabolic activity and survival. Chapter 2 highlights the remarkable versatility of P. aeruginosa in producing multiple terminal oxidases, particularly the cbb3-type terminal oxidases encoded by partially redundant operons, which have the potential to generate 16 isoforms. The interaction between small-molecule virulence factors, such as cyanide, and the respiratory chain adds complexity to this system. This study uncovers the regulatory role of MpaR, a predicted pyridoxal phosphate-binding transcription factor, in governing expression of a cbb3-type terminal oxidase subunit in response to endogenous cyanide. Chapter 3 demonstrates that pyocyanin, a terminal phenazine product, promotes metabolic activity at a depth in biofilms. However, production of pyocyanin and precursor products is stressful to cells particularly when electron donors are limiting. This work presents the global regulators RpoS and Hfq/Crc as regulators of phenazine production to balance toxicity and metabolic support. Finally, Chapter 4 identifies the first member of the P. aeruginosa phosphotransferase system, PtsP, as an oxygen-independent regulator of phenazine production and denitrification. The research presented in this thesis sheds light on P. aeruginosa’s adaptive tactics for thriving under adverse conditions. Understanding the physiology of this bacterium under conditions relevant to biofilm-based infection provides insights into its strategies for long-term colonization in host environments and opens the door for development of more effective antimicrobials in the face of a world-wide antibiotic crisis.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.