Resumo O principal objetivo deste estudo foi determinar os efeitos das diferentes condições operacionais, tais como carga orgânica variável, diferentes idades do lodo e taxas de aeração, limitação das concentrações de oxigênio dissolvido (OD) e choque de carga de amônio (NH4 +), nas rotas de remoção do nitrogênio total (NT) e nas emissões de óxido nitroso (N2O) provenientes de um sistema de lodos ativados em escala de bancada. Idades do lodo reduzidas (5 dias) combinadas com baixas concentrações de OD (0,5 mg L-1) foram responsáveis por uma baixa eficiência de oxidação do NT Kjeldahl (NTK) e, consequentemente, negligenciáveis taxas de acúmulo de nitrito (NO2 -). Esses resultados sugerem uma perda na eficiência da nitrificação completa em razão do maior comprometimento do OD com à oxidação da matéria orgânica, com a maior parcela do N removida pela incorporação ao lodo excedente. O aumento da idade do lodo (de 5 para 10 dias) combinada com o aumento da concentração de OD para 1,0 mg L-1, levaram ao alcance das taxas máximas de oxidação do NTK e de acúmulo de NO2 -, o que representou uma condição ótima para ambos os processos de oxidação da matéria orgânica e nitrificação incompleta. Sob essas condições, a transferência de gás para a atmosfera tornou-se a rota preferencial de remoção do NT. No entanto, a contribuição do N2O foi estimada em até 5,6% da carga de NT afluente. Condições de stress (choque de carga de NH4 +) e aeração insuficiente podem causar períodos de limitação de OD e acúmulo de NO2 -, podendo levar assim à maiores emissões de N2O. Portanto, o controle adequado das concentrações de OD é o fator chave para evitar o acúmulo de NO2 - e, consequentemente, maiores emissões de N2O.

Abstract This study sought to determine the effects of different operating conditions, such as variable organic loading, different sludge retention times (SRTs) and airflow rates, limited dissolved oxygen (DO) concentrations and ammonium (NH4 +) shock loading on total nitrogen (TN) removal routes and nitrous oxide (N2O) emissions in a lab-scale activated sludge system. 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 into the sludge waste. However, N2O contribution is estimated as less than 5.6% (with respect to TN in the influent). Insufficient aeration and stress conditions (such as NH4 + shock loading) can cause limited DO conditions and NO2 - accumulation, leading to higher amounts of emitted N2O. Therefore, the adequate control of DO concentrations is a key factor to avoid NO2 - accumulation and consequently high N2O emissions.