The purpose of this study was to assess the efficiency of nitrification based on ammonia loading rates and hydraulic air-loading rates in a moving bed bioreactor (MBBR) under seawater conditions. The goal was to provide foundational data for the design of these bio reactors. At an ammonia loading rate of 0.2 g TAN·m-2 surface area·day-1, the influent TAN concentration was determined to be 1.76±0.33 mg·L-1, which is below the safe concentration for fish survival (2 mg·L-1). Considering operational aspects, the optimal ammonia-loading rate was derived. Subsequently, experimental results for nitrification efficiency at the optimal ammonia-loading rate revealed that the optimum hydraulic air-loading rate was 1.8 L·air·m-2 surface area·min-1. This condition resulted in the lowest concentrations of TAN and NO2-N in the influent water, thus establishing the optimal hydraulic air-loading rate. A regression equation was derived for the ammonia-removal rate (Y) based on the ammonia-loading rate (x) and expressed as a 0.5-order equation (Y=ax0.5+b). Specifically, for TAN concentrations of 0-6 mg·L-1, the regression equation Y=0.1683x0.5-0.13628, was established.
Son Maeng Hyun;Jeon Im Gi;Jo Jae-Yoon;Moon HaeYoung
Fisheries and Aquatic Sciences
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제2권1호
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pp.52-57
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1999
Air-drived rotating biological contactor (RBC) system, which is effective method in filtering performance, was tested for the nitrification capacity in a recirculating system. At ammonia concentrations between 0.029 and 0.528 mg/l, the effect of ammonia loading rate on ammonia removal rate at three different hydraulic loading rates could be defined by the following firstorder regression models: Hydraulic loading rate of $14.8 m^3/m^3/day:\;y=39.2\times+3.4 (r^2=0.9137)$, Hydraulic loading rate of $26.5 m^3/m^3/day: y=53.3\times+4.0 (r^2=0.8686)$, Hydraulic loading rate of $37.3 m^3/m^3/day: y=58.4\times+4.2 (r^2=0.7755)$, where, $\times$ is ammonia loading rate (mg/l), y is ammonia removal rate $(g/m^3/day)$, The equations showed the optimal ammonia removal rate at the hydraulic loading rate of $26.5m^3/m^3/day$. Below the ammonia concentration of 2.72 mg/l, first-order regression models between ammonia loading rate and ammonia removal rate at three different rates of speed are defined as follows: Rotational speed of $0.75 rpm: y=28.5\times+4.7 (r^2=0.9143)$, Rotational speed of $1.0 rpm: y=33.6\times+8.4 (r^2=0.9534)$, Rotational speed of $2.0 rpm: y=28.9\times+3.6 (r^2=0.9488)$, where, x is ammonia loading rate (mg/l), y is ammonia removal rate $(g/m^3day)$. The equations show the ammonia removal rate at the rotational speed of 1.0 rpm is significantly higher than that at the rotational speed of either 0.75 rpm or 2.0 rpm (P<0.05).
Packed-bed reactor for removing ammonia was tested at different loading rates. Nitrifiers for ammonia removing was encapsulated in gel media which consisted of polyethlene glycol, alginate and activated carbon. The removal efficiency was nearly 100% when ammonia loading was $12g/m^3/hr$, and the maximum elimination capacity (EC) achieved on this study was $18g/m^3/hr$. The initial microbial portion of nitrifiers in the media was about 82% and it was increased to more than 90% at the end of the operation. Short-term shock loading test was carried out to survey the stability of the media. The inlet loading rates were varied from 2 to $20g/m^3/hr$. The packed-bed reactor overcame the shock loading i.e. removal efficiency recovered rapidly from about 80% to almost 100% within 6 hrs. The results of Live/Dead cell test showed that nitrifiers maintained there activity in the encapsulated media during the test and also against ammonia shock load.
Total ammonia nitrogen (TAN) removal efficiencies of a sand filter (SF), polystyrene microbead filter (PF), and Kaldnes bead filter (KF) media were evaluated under ammonia loading rates of 5, 25, and 50 g $m^{-3}day^{-1}$. The volume of each filter media tested was 7 L, and the water flow rate for all filter media was 24 L/min. The specific surface areas of the SF, PF, and KF were 7,836, 3,287, and 500 $m^2/m^3$, respectively. Sand was fluidized and the other two media were trickle filtered. The volumetric TAN removal rate increased with increasing ammonia loading rate for all filter media. Mean volumetric TAN removal rates under the ammonia loading rates of 5, 25, and 50 g $m^{-3}day^{-1}$ in SF (39.3, 168.6, and 322.7 g $m^{-3}day^{-1}$, respectively) were higher than those in PF (35.0, 157.4, and 310.5 g $m^{-3}day^{-1}$, respectively) and KF (32.1, 142.5, and 288.1 g $m^{-3}day^{-1}$, respectively). These results were related to differences in the specific surface areas of the filter media. PF was the most economic media for efficiently removing TAN.
Submerged filter process was used to evaluate the nitrifying efficiency of ammonia in the recycling water of marine aquatic culture system. The ammonia removal efficiency was achieved as high as $99\%$ at the hydraulic surface loading rate of up to $4.3{\ell}/m^2-day$. And the nitrite accumulation did not occur in the reactor even when the hydraulic surface loading rate of up to $36.8{\ell}/m^2day$ was applied. In the present study, the relationship between the effluent ammonia concentration and ammonia surface loading rate was formulated as an equation. The attachment rate of biofilm on the filter media at the ammonia surface loading rate of 62.3 and $311.7mg/m^2day$ was 15 and $55mg/m^2-day$, respectively, showing the linear relationship between the attachment rate and ammonia loading rates. Biofilm thickness and density of the filter media were found to be the function of the ammonia loading rate.
순환여과 사육시스템에서 유동층 여과조의 적정 유동조건을 구명하기 위하여 메디아 유동을($50\%,\;100\%$), 수은($15^{\circ}C,\;25^{\circ}C$) 및 암모니아 부하량(2 mg/L, 5 mg/L) 차이에 따른 암모니아 제거율을 조사하였다. 유동층 여과 시스템은 직경 8.3 cm, 높이는 2.0 m의 원통형으로 상부는 여과재료의 유동 비율의 조절이 용이하며 육안적으로 관찰이 가능한 아크릴관을 이용하였고 하부는 PVC 재질로 제작하였다. 유동층 여과 시스템의 여과 메디아로 직경 0.5$\pm$0.1mm 크기의 모래와 제올라이트 입재를 각각 5.4 L씩 여과조에 넣었다. 유동층 여과조의 암모니아 제거 능력은 암모니아 부하량에 따라 부하량이 적은 2 mg/L 실험구에 비해 부하량이 큰 5 mg/L실험구에서 암모니아 제거 효율이 높았고, 여과 메디아 별로는 제올라이트 메디아가 모래 메디아에 비해 암모니아 제거율이 높았다. 수은에 따른 유동층 여과 시스템의 암모니아제거 능력은 수은이 높은 $25^{\circ}C$ 가 수온이 낮은 $15^{\circ}C$에 비해 암모니아 제거율이 높았으며, 메디아의 유동율에 따른 유동층 여과조의 암모니아 제거율은 유동을 $50\%$가 유동을 $100\%$에 비해 높았다. 이상의 결과로부터 유동층 여과조의 운용조건이 수온 $25^{\circ}C$, 암모니아부하량이 5 mg/L이고 여과메디아의 유동율이 $50\%$일 때, 유동층 여과조의 일간 암모니아 제거량은 $80.6{\~}210.6g/m^3$으로 산정되었다.
회전원판식 해수 여과시스템에서 암모니아성 질소 부하율과 수리학적 부하량이 암모니아 제거율에 미치는 영향을 조사하기 위하여 일련의 실험을 실시하였다. 이 실험에서 회전원판 시스템은 폴리비닐필름 원판으로 여과조를 제작하였는데, 여과조의 표면적은 $12m^2$으로 용적은 $0.075m^3$이다. 회전원판식 시스템에서 암모니아성 질소부하율에 따른 암모니아 제거율을 조사하기 위하여 암모니아원으로 염화암모늄을 $10{\~}150 g$ 첨가하였다. 회전원판식 순환여과 사육시스템의 사육수에 암모니아원으로 염화암모늄을 $10{\~}150 g$ 투입하여 사육수의 암모니아 농도 (x: NH_4-N mg/l)에 따라 회전원판 여과조에서의 암모니아 제거에 필요한 시간 (y: hr)을 조사하였으며, 그 관계식은 다음과 같았다. $y=3.51+7.76 lnx (r^2=0.936)$사육수의 암모니아 농도가 2mg/l일 때 회전원판 여과사육 시스템에서 암모니아 제거에 소요되는 시간은 10시간이었으나, 암모니아 농도가 5와 16.5mg/l에서는 각각 16과 27시간이 소요되었다. 따라서 사육수의 암모니아 농도가 높아질수록 암모니아 제거에 소요되는 시간이 감소하는 경향을 나타내었다. 결론적으로 회전원판 여과 사육시스템의 최대 암모니아 제거율은 사육수의 암모니아 농도가 16.5 mg/l까지 상승함에 따라 증가함을 알 수 있었다.
Ammonia accumulation is regarded as the limiting factor of the first priority in water qualities of aquatic culture systems. Nitrification efficiency and characteristics in seawater were evaluated using Rotating Biological Contactor (RBC) process as a part of the recycling water treatment facilities for marine fish culture system. Ammonia removal efficiency regarded 99.7 to $83.7\%$ at the ammonia surface loading rates of 48 to $393 mg/m^2$ -day. RBC process was able to withstand to the fluctuation of influent ammonia concentrations and loading and produced the stable effluent. The mathematical model on the fixed-film biological reactor developed by Kornegay seemed to be suitable to RBC process kinetic evaluation for the recycling water treatment of the marine fish culture system. Area capacity constant (P) and half-velocity constant (Ks) in the model were 0.188g/m^2$-day and 1.25mg/l, respectively.
This study investigated the effects of organic loading rates on simultaneous carbon and nitrogen removal in an innovative fixed-film aerobic bioreactor. The fixed-film bioreactor (FFB) was composed of a two-compartment aeration tank, in which a synthetic filamentous carrier was submerged as biofilm support media, and a settling tank which polyvinylidene media (Saran) was used as settling aid for suspended solids. Three different organic loading rates, ranging from 0.92-2.02 kg chemical oxygen demand/$m^3$/day were applied by varying hydraulic retention time (HRT). The total soluble organic carbon removal efficiencies were in the range of 90-97%. The removal efficiency of ammonia was found to be in the range of 70-84%. Total nitrogen removal efficiency was found to be in the range of 40-45%, which indicates that denitrification reactions occurred simultaneously in the attached biofilm on the fibrous media in the aeration tank. The settling performance of suspended solids was significantly improved due to the presence of Saran media in the settling compartment, even for a short HRT. The fixed-film aerobic bioreactor used in this study demonstrated efficient treatment efficiency even at higher organic loading rates and at short HRTs.
Ammonia in aquaculture system may lead to suppression of fish growth, sublethal histopathological changes, and even death thus ammonia is considered toxic to fish. Tricking filter and submerged filter have many advantages include: low construction cost, easy management and maintenance, and well adaptation to different water and waste loading rates. (omitted)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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