Resumo Os processos de tratamento biológico de esgotos com remoção biológica de nitrogênio são potenciais fontes de emissão de óxido nitroso (N2O). No entanto, é importante ampliar o conhecimento dos principais fatores de controle associados à produção de N2O para propor estratégias de mitigação de sua emissão. O objetivo deste estudo foi identificar os parâmetros que favoreceram o acúmulo de nitrito (NO2 -) e sua influência na produção e emissão de N2O em um reator em batelada sequencial anaeróbio/aeróbio/anóxico/aeróbio com remoção de nitrogênio. Mesmo com a concentração de oxigênio dissolvido e o potencial redox controlados, a primeira fase aeróbia promoveu apenas a nitrificação parcial resultando em acúmulo de NO2 - (variando de 29 a 57%) e geração de N2O. Este NO2 - não foi totalmente consumido na fase anóxica subsequente promovendo uma produção ainda maior de N2O pela desnitrificação parcial. Foi observada uma relação direta entre o acúmulo de NO2 - nessas fases e a produção de N2O. Enquanto na primeira fase aeróbia a razão N2O/NO2 - variou entre 0,5 a 8,5%, na anóxica foi entre 8,3 e 22,7%. Portanto, houve uma maior produção de N2O durante a fase anóxica do que na primeira fase aeróbia. Com isso, os maiores fluxos de N2O ocorreram na segunda fase aeróbia, variando de 706 a 2416 mg N m-2 h-1, assim que a aeração foi acionada. A promoção da nitrificação e da desnitrificação completas neste sistema mostrou ser o fator chave para evitar o acúmulo de NO2 - e, consequentemente, a emissão de N2O.

Abstract Biological wastewater treatment processes with biological nitrogen removal are potential sources of nitrous oxide (N2O) emissions. It is important to expand knowledge on the controlling factors associated with N2O production, in order to propose emission mitigation strategies. This study therefore sought to identify the parameters that favor nitrite (NO2 -) accumulation and its influence on N2O production and emission in an anaerobic/aerobic/anoxic/aerobic sequencing batch reactor with biological nitrogen removal. Even with controlled dissolved oxygen concentrations and oxidation reduction potential, the first aerobic phase promoted only partial nitrification, resulting in NO2 - build-up (ranging from 29 to 57%) and consequent N2O generation. The NO2 - was not fully consumed in the subsequent anoxic phase, leading to even greater N2O production through partial denitrification. A direct relationship was observed between NO2 - accumulation in these phases and N2O production. In the first aerobic phase, the N2O/NO2 - ratio varied between 0.5 to 8.5%, while in the anoxic one values ranged between 8.3 and 22.7%. Higher N2O production was therefore noted during the anoxic phase compared to the first aerobic phase. As a result, the highest N2O fluxes occurred in the second aerobic phase, ranging from 706 to 2416 mg N m-2 h-1, as soon as aeration was triggered. Complete nitrification and denitrification promotion in this system was proven to be the key factor to avoid NO2 - build-up and, consequently, N2O emissions.