Molecular and cultivation techniques were used to characterize the bacterial communities of biobead reactor biofilms in a sewage treatment plant to which an Aerated Up-Flow Biobead process was applied. With this biobead process, the monthly average values of various chemical parameters in the effluent were generally kept under the regulation limits of the effluent quality of the sewage treatment plant during the operation period. Most probable number (MPN) analysis revealed that the population of denitrifying bacteria was abundant in the biobead #1 reactor, denitrifying and nitrifying bacteria coexisted in the biobead #2 reactor, and nitrifying bacteria prevailed over denitrifying bacteria in the biobead #3 reactor. The results of the MPN test suggested that the biobead #2 reactor was a transition zone leading to acclimated nitrifying biofilms in the biobead #3 reactor. Phylogenetic analysis of 16S rDNA sequences cloned from biofilms showed that the biobead #1 reactor, which received a high organic loading rate, had much diverse microorganisms, whereas the biobead #2 and #3 reactors were dominated by the members of Proteobacteria. DGGE analysis with the ammonia monooxygenase (amoA) gene supported the observation from the MPN test that the biofilms of September were fully developed and specialized for nitrification in the biobead reactor #3. All of the DNA sequences of the amoA DGGE bands were very similar to the sequence of the amoA gene of Nitrosomonas species, the presence of which is typical in the biological aerated filters. The results of this study showed that organic and inorganic nutrients were efficiently removed by both denitrifying microbial populations in the anaerobic tank and heterotrophic and nitrifying bacterial biofilms well-formed in the three functional biobead reactors in the Aerated Up-Flow Biobead process.
The objective of this study was to investigate the treatment efficiency, kinetics, and morphological characteristics of biofilm in upflow $Biobead^{(R)}$ process, a kind of biological aerated filter(BAF). The $Biobead^{(R)}$ system showed high removal rates of $COD_{Mn}$(76~83%), $BOD_5$(67~88%) and SS(71~91%) for food wastewater with high salt concentration ($>4,000mg/{\ell}$) under short reaction times(2~3hrs). Even at aerobic condition, the system had high treatment efficiency for both T-N (51~63%) and T-P(62~81%). The removal kinetics of $COD_{Mn}$, $BOD_5$, T-N, T-P, and $Cl^-$ in the $Biobead^{(R)}$ system showed a plug-flow pattern with reaction rate constants($hr^{-1}$) of 0.58, 0.63, 0,30, 0.48, and 0.38 respectively. A backwashing process to remove excess biomass and filtered solids was needed at least once during 22-hour operation at $0.5kg\;BOD\;m^{-3}{\cdot}d^{-1}$ loading. At the higher loading($1.0kg\;BOD\;m^{-3}{\cdot}d^{-1}$) the backwashing interval was shorten by 8 hours. The COD, BOD, T-N, and T-P were removed from 43 to 66% only by aerobic biodegradation. The SS was removed over 70% by the filtering of $Biobead^{(R)}$ media in the treatment system. The first one of three serial Biobead reactors showed the highest removal values for $COD_{\alpha}$(52.3%), $COD_{Mn}$(38.8%), BOD(62.5%), and T-N(40.0%). The SS and T-P had the highest removal values(47.5% and 29.2%) at the second one of the serial reactors. The biofilm had non-homogeneous spatial distribution and the colonies were embedded in the sunk area of the Biobead. The thickness of the biofilm was very thin ($5.0{\sim}29.4{\mu}m$) compared to the biofilm thickness($200{\sim}300{\mu}m$) used in other BAF systems.
Park, Jeung-Jin;Jeung, Young-Rok;Yu, Jae-Cheul;Hur, Sung-Ho;Choi, Won-Seok;Byun, Im-Gyu;Lee, Tae-Ho;Park, Tae-Joo
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.7
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pp.752-756
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2006
The independent anoxic reactor was introduced in biological aerated filters as the regulation of water quality requirement, especially total nitrogen, had been strengthened. The process studied in this work was upflow $Biobead^{(R)}$ process which was used commercial invented for removal of organic materials and nitrification. For the purpose of evaluating the independent anoxic reactor, PCR-DGGE, of the molecular biological methods, was performed. Two types of nitrite reductase genes were selected. One is nirS represented cytocrome $cd_1$ nitrite reductase gene and the other is nirK represented Cu-containing nitrite reductase gene. Denitrifier community in the independent anoxic reactor was analyzed with PCR-DGGE using these two denitrifying functional genes. As the result of the PCR, only nirS gene was detected between nirS and nirK. With the result of the DGGE, specific bands became strong, as the operating days were longer, nitrate loading rate was increased. otherwise those of the initial activated sludge showed various bands. In the consequence of the sequence of DGGE bands, various denitrifiers were sequenced in the initial activated sludge, while specific denitrifiers like alcaligenes faecalis were predominant in the anoxic reactor. Consequently, introduction of the independent anoxic reactor made it possible to achieve 96% denitrification efficiency, and was proper for the modification of BAF process.
The upflow Biobead$^{(R)}$ process, one of biological aerated filters (BAF), which was used commercially, invented for removal of organic materials and nitrification. This process was modified to enhance the ability of denitrification through the induction of pre-anoxic tank. In this research, we investigated the effects of hydraulic retention time (HRT) and backwashing period in aerobic tank. The characteristics of nitrifying bacteria, which are composed of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and nitrite-oxidizing bacteria (NOB), also investigated using fluorescence in situ hybridization (FISH). Even though the HRT was shortened, the efficiency of nitrification was not decreased when the organic loading rate and ammonium-nitrogen loading rate were $2.10kg/m^3/day$ and $0.25kg/m^3/day$, respectively. And then the distribution ratios of AOB and NOB showed the similar patterns. However, when the backwashing period was lengthened from 12 hours to 24 hours in aerobic 1 tank, the nitrification efficiency was decreased to 63.9% from 89.2%. The results of FISH explained that this decrease of nitrification efficiency was caused by the decrease of distribution ratio of AOB in aerobic 1 tank. The nitrification efficiencies of aerobic 1 and aerobic 2 tank were increased when the backwashing period was lengthened because of relative high distribution ratios of nitrifying bacteria.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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