Biological denitrification of reverse osmosis brine concentrates: I. Batch reactor and chemostat studies.

A major technological concern with reverse osmosis in water purification, wastewater treatment, and water reclamation or recycling is the production of brine concentrates high in ammonia or nitrogen. This project addresses biological denitrification of reverse osmosis brine concentrates in a bioactive fluidized bed adsorber reactor (FBAR), accomplished in four stages. The first three stages are described in this paper, while the final stage is addressed in the companion paper (Ersever et al. 2007). The first stage optimized an FBAR to produce nitrified brine for subsequent denitrification studies. The second stage employed batch reactors to evaluate denitrification parameters such as temperature, pH, total dissolved solids, and carbon-to-nitrogen ratio. The specific denitrification rate was maximum at a temperature of 35 °C, pH of 8.0, and carbon-to-nitrogen ratio of 1.8. The third stage involved chemostats to determine Monod parameters under nitrate-, nitrite-, and carbon-limiting conditions. A biokinetic model was employed to simulate chemostat dynamics and to estimate the biological parameters. The final stage entailed FBAR denitrification experiments under different hydraulic retention times, nitrate concentrations, and packing media; simultaneous denitrification and sulfate reduction were addressed. A second FBAR used in series with the first achieved an overall sulfate reduction of 99%, and a biofilter effectively removed the hydrogen sulfide generated. Une préoccupation technologique important relié à l’utilisation de l’osmose inverse pour la purification de l’eau, le traitement des eaux usées et la récupération ou le recyclage de l’eau est la production de concentrés de saumure contenant beaucoup d’ammoniac ou d’azote. Le présent projet traite de la dénitrification biologique, en quatre étapes, des concentrés de saumure de l’osmose inverse dans un réacteur adsorbeur à lit fluidisé (FBAR). Les trois premières étapes sont décrites dans cet article alors que l’étape finale est traitée dans un article complémentaire (Ersever et al. 2007). La première étape optimise un FBAR afin de produire une saumure nitrifiée pour les études de dénitrification subséquentes. La deuxième étape utilise des réacteurs discontinus pour évaluer les paramètres de dénitrification tels que la température, le pH, les matières totales dissoutes et le rapport carbone-azote. Le taux spécifique de dénitrification (SDR) a atteint son maximum à une température de 35  °C, un pH de 8,0 et un rapport C-N de 1,8. La troisième étape impliquait des chémostats afin de déterminer les paramètres de Monod dans des conditions limitant les nitrates, les nitrites et le carbone. Un modèle biocinétique a été utilisé pour simuler la dynamique des chémostats et estimer les paramètres biologiques. L’étape finale nécessitait des expériences de dénitrification par le FBAR sous différents temps de rétention hydraulique, concentrations de nitrates et de médium de garniture; la dénitrification simultanée et la sulfatoréduction ont aussi été abordées. Le deuxième FBAR utilisé en série avec le premier a atteint une sulfatoréduction globale de 99 %; un biofiltre a efficacement éliminé le sulfure d’hydrogène produit. [ABSTRACT FROM AUTHOR]