Knowledge on the functional characteristics and temporal variation of anaerobic bacterial populations is important for better understanding of the microbial process of two-stage anaerobic reactors. However, owing to the high diversity of anaerobic bacteria, close attention should be prioritized to the frequently abundant bacteria that were defined as core bacteria and putatively functionally important. In this study, using MiSeq sequencing technology, the core bacterial community of 98 operational taxonomic units (OTUs) was determined in a two-stage upflow blanket filter reactor treating pharmaceutical wastewater. The core bacterial community accounted for 61.66% of the total sequences and accurately predicted the sample location in the principal coordinates analysis scatter plot as the total bacterial OTUs did. The core bacterial community in the first-stage (FS) and second-stage (SS) reactors were generally distinct, in that the FS core bacterial community was indicated to be more related to a higher-level fermentation process, and the SS core bacterial community contained more microbes in syntrophic cooperation with methanogens. Moreover, the different responses of the FS and SS core bacterial communities to the temperature shock and influent disturbance caused by solid contamination were fully investigated. Co-occurring analysis at the Order level implied that Bacteroidales, Selenomonadales, Anaerolineales, Syneristales, and Thermotogales might play key roles in anaerobic digestion due to their high abundance and tight correlation with other microbes. These findings advance our knowledge about the core bacterial community and its temporal variability for future comparative research and improvement of the two-stage anaerobic system operation.
운전 온도 $35^{\circ}C$, 평균 유기물부하 $3.1{\;}kgCOD/m^3/day$ 및 수리학적체류시간 10일에서 혐기성 연속회분식공정에 의한 분뇨처리를 수행하였다. 공정의 평가는 대조 소화조로 완전혼합형의 소화조와 병행하여 수행되었다. 본 실험에서 분뇨는 고농도의 암모니아성 질소와 침전성 고형물을 함유하고 있음에도 불구하고 희석 없이 소화가 가능하였다. 혐기성 연속회분식공정에서 고형물은 급속하게 증가하여 완전혼합형의 대조 소화조에 비하여 소화조내 고형물(biomass)의 농도가 2.4배로 증가하였고, 가스발생량에 있어서도 대조 소화조에 비해 현격한 증가를 보였으며 그 증가율은 205~220%에 달했다. 부가적인 침전 시설이 없이도 혐기성 연속회분식공정의 유출수질이 대조 소화조 보다 높게 나타났는데 상징액 기준으로 휘발성고형물 제거율은 혐기성 연속회분식공정이 대조 소화조 보다 12~14% 높았다. 한편, 혐기성 연속회분식공정의 운전인자로 반응/침강비(R/T ratio)를 조사한 결과 R/T비가 1인 경우가 3의 경우보다 가스발생량, 메탄함량 및 유기물 제거율이 약간 높았으나 큰 차이는 없었다. 위의 실험결과들로부터 혐기성 연속회분식공정은 고농도의 암모니아성 질소와 침전성 유기물을 함유하고 있는 분뇨의 처리에 효과적이고 안정적인 공정으로 판단된다.
The combined system of sequencing batch biofilm reactor (SBBR) and membrane SBR (MSBR) was operated with sewage to evaluate the COD utilization for biological nutrient removal (BNR). The SBBR was operated for nitrification reactor, while denitrifying PAO (dPAO) was cultivated in MSBR with anaerobic-anoxic operation. In the SBBR and MSBR system, the enhanced biological phosphorus removal (EBPR) was successfully achieved with higher N removal. The COD utilization in combined SBBR-MSBR system was significantly reduced compared to ordinary BNR (up to 3.1 g SCOD/g (N+P) and 1.6 g SCOD/g (N+P) with different C/N/P ratio). The results suggest that a dPAO process could effectively reduce carbon energy (=COD) requirement. The combination of oxic-SBBR and anaerobic-anoxic MSBR for dPAO utilization could be an attractive alternative to upgrade the process performance in weak sewage.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.22
no.1
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pp.155-164
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1996
Biomass to methane via anaerobic digestion conversion is a good supply method of substitutable energy resources. The economic viability of this technology is contingent upon managing the production facilities in a cost effective manner. The problem is to determine the batch production sequence as well as the batch residence times in the digester so as to maximize total gas production over a given planning horizon. The problem is difficult to solve since the batch sequencing decisions and the batch residence time decisions cannot be isolated. This paper developes a heuristic algorithm which is based on a dynamic programming procedure for the multiple feedstock sequencing and scheduling biogas production systems and demonstrates to yield good results.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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v.1
no.2
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pp.125-136
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1997
Digestion of a municipal wastewater sludge by the anaerobic sequencing batch reactor(ASBR) was investigated to evaluate the performance of the ASBR process at a critical condition of high-solids-content feed. The reactors were operated at an HRT of 10 days with an equivalent loading rate of 0.8-1.5 gVS/L/d at $35^{\circ}C.$ The main conclusions drawn from this study were as follows: 1. Digestion of a municipal wastewater sludge was possible using the ASBR in spite of high concentration of settleable solids in the sludge. The ASBRS with 3- and 4-day cycle period showed almost identical high digestion performances. 2. No adverse effect on digestion stability was observed in the ASBRS in spite of withdrawal and replenishment of $30\%\;or\;40\%$ of liquid contents. A conventional anaerobic digester could be easily converted to the ASBR without any stability problem. 3. Flotation thickening occurred in thicken step of the ASBRS throughout steady state, and floating bed volume at the end of thicken period occupied about $70\%$ of the working volume of the reactor. Efficiency of flotation thickening in the ASBRS could be comparable to that of additional gravity thickening of a completely mixed digester. 4. Solids were accumulated rapidly in the ASBR during start-up period. Solids concentrations in the ASBRS were 2.6 times higher than that in the completely mixed control reactor at steady state. Dehydrogenase activity had a strong correlation with the solids concentration. Dehydrogenase activity of the digested sludge in the ASBR was 2.9 times higher than that of the sludge in the control reactor, and about 25 times higher than that of the subnatant in the ASBR. 5. Remarkable increase in equivalent gas production of $52\%$ was observed at the ASBRS compared with the control reactor in spite of similar Quality of clarified effluent from the ASBRS and control reactor. The increase in gas production from the ASBRS was believed to be combined results of accumulation of microorganisms, higher driving force applied, and additional long-term degradation of organics continuously accumulated.
Autotrophic nitrogen removal and its microbial community from a laboratory scale upflow anaerobic sludge bed reactor were characterized with dynamic behavior of nitrogen removal and sequencing result of molecular technique (DNA extraction, PCR and amplification of 16S rDNA), respectively. In the experiment treating inorganic wastewater, the anaerobic granular sludge from a full-scale UASB reactor treating industrial wastewater was inoculated as seed biomass. The operating results revealed that an addition of hydroxylamine would result in lithoautotrophic ammonium oxidation to nitrite/nitrate, and also hydrazine would play an important role for the success of sustainable nitrogen removal process. Total N and ammonium removal of 48% and 92% was observed, corresponding to nitrogen conversion of 0.023 g N/L-d. The reddish brown-colored granular sludge with a diameter of $1{\sim}2\;mm$ was observed at the lower part of sludge bed. The microbial characterization suggests that an anoxic ammonium oxidizer and an anoxic denitrifying autotrophic nitrifier contribute mainly to the nitrogen removal in the reactor. The results revealed the feasibility on development of high performance lithoautotrophic nitrogen removal process with its microbial granulation.
The objective of this study was to evaluate the performances of the ASBR under critical conditions of solid-liquid separation, caused by extremely high solids concentration, for wider application of the ASBR to various wastes. The ASBRs and completely-mixed daily-fed control runs were operated using a municipal mixed sludge at 35$^{\circ}C$ and 55$^{\circ}C$. Conversion of completely-mixed daily-fed reactor to sequencing batch mode and changes in HRT of all ASBRs were easily achieved without adverse effect, regardless of digestion temperature. Solids accumulation was remarkable in the ASBRs, and directly affected by settleable solids concentration of the feed sludge. Noticeable difference in solids-liquid separation was that flotation thickening occurred in the mesophilic ASBRs, while gravity thickening was a predominant solid-liquid separation process in the thermophilic ASBRS. Solids profiles at the end of thickening step dramatically changed at solid-liquid interface, and slight difference in solids concentrations was observed within thickened sludge bed. Organics removals based on subnatant or supernatant after thickening always exceeded 80% in all reactors. Thickened sludge volume and gas production of the ASBRs affected mutually. Gas production increased as thickened sludge accumulated, and continuous gas evolution during thickening could cause thickened sludge to expand or resuspend. Thickened sludge volume exceeding a predetermined withdrawal level resulted in loss of organic solids as well as biomass during withdrawal step, leading to decrease in gas production ind SRT. Such an adverse mutual effect was significant in gravity thickening, while it was not sensitive in flotation thickening. Changes in organic loading had no significant effect on organic removals and gas production after build-up of solids in the ASBRs.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.5
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pp.861-867
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2000
The feasibility of simultaneous phosphorus and nitrogen removal by enhancing anoxic phosphorus uptake was investigated in a sequencing batch reactor (SBR). By introducing an anoxic phase into an anaerobic-aerobic SBR (AO SBR), significant amounts of denitrifying phosphorus accumulating organisms (DPAOs) which can utilize nitrate as electron acceptor could be accumulated in the reactor (anaerobic-aerobic- anoxic-aerobic SBR, $(AO)_2$ SBR). A direct comparison of phosphorus uptake rate under anaerobic and aerobic conditions showed that the fraction of DPAOs in P-removing sludge were increased from 10% in the AO SBR to 64% in $(AO)_2$ SBR. The $(AO)_2$ SBR showed stable phosphorus and nitrogen removal efficiency: average removal efficiencies of TOC, total nitrogen, and phosphorus were 92%, 88%, and 100%. respectively. Results of the $(AO)_2$ SBR operation and batch tests showed that nitrite (up to 10 mg-N/L) was not detrimental to anoxic phosphorus uptake and could serve as good electron acceptor like nitrate.
An attempt was made to enhance anaerobic treatment efficiency by adopting the anaerobic sequencing batch reactor(ASBR) process at a thermophilic temperature. Operational characteristics of the ASBR process were studied using laboratory scale reactors and concentrated organic wastewater composed of soluble starch and essential nutrients. Effects of fill to react ratio (F/R) were examined in the Phase I experiment, where the equivalent hydraulic retention time(HRT) was maintained at 5 days with the influent COD of 10g/L. A continuous stirred tank reactor(CSTR) was operated in parallel as a reference. Treatment efficiency was higher for the ASBRs because of continuous accumulation of volatile suspended solids(VSS) compared to the CSTR. However, the rate of gas production and organic removal per unit VSS in the ASBRs was much lower than the CSTR. This was caused by reduced methane fermentation due to accumulation of volatile acids(VA), especially for the case of low F/R, during the fill period. When the F/R was high, maximum VA was low and the VA decreased in short period. Consequently, more stable operation was possible with higher F/R. Effects of hydraulic loading rate on the efficiency was studied in the Phase II experiment, where the organic loading rate was elevated to 3333mg/L-d with the F/R of 0.12. Reduction of organic removal along with rapid increase of VA was observed and the stability of reaction was seriously impaired, when the influent COD was doubled. However, operation of the ASBR was quite stable, when the hydraulic loading rate was doubled and a cycle time was adjusted to 12 hour. It is essential to avoid rapid accumulation of VA during the fill period in order to maintain operational stability of the ASBR.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.37
no.6
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pp.363-370
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2015
The production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) using Sequencing Batch Reactor (SBR) was investigated. The experiments were performed in two fabricated SBRs (4 L) of different oxidation state. Synthetic wastewater was used as substrate, using C/N/P ratio of 42:10:1. SBR 1 and SBR 2 were operated in aerobic dynamic feeding (ADF) and anaerobic/oxic dynamic feeding (AODF) condition, respectively. ADF provide feast and famine in aerobic condition, while AODF in anaerobic/oxic condition. PHAs production was found high in AODF than AOF. Maximum PHAs content of 40.0% (w/w)of biomass were produced in AODF mode. Produced PHAs structural and thermal property were good.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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