A denitrifying polyphosphate-accumulating bacterium (YKP-9) was isolated from activated sludge of a 5-stage biological nutrient removal process with step feed system. This organism was a Gram-negative, coccus-shaped, facultative aerobic chemoorganotroph. It had a respiratory type of metabolism with oxygen, nitrate, and nitrite as terminal electron acceptors. The 16S rRNA gene sequence of strain YKP-9 was most similar to the 16S rRNA gene sequence of Paracoccus sp. OL18 (AY312056) (similarity level, 97%). Denitrifying polyphosphate accumulation by strain YKP-9 was examined under anaerobic-anoxic and anaerobic-oxic batch conditions. It was able to use external carbon sources for polyhydroxyalkanoates(PHA) synthesis and to release phosphate under anaerobic condition. It accumulated polyphosphate and grew a little on energy provided by external carbon sources under anoxic condition, but did neither accumulate polyphosphate nor grow in the absence of external carbon sources under anoxic condition. Cells with intracellular PHA cannot accumulate polyphosphate in the absence of external carbon sources under anoxic condition. Under oxic condition, it grew but could not accumulate polyphosphate with external carbon sources. Based on the results from this study, strain YKP-9 is a new-type denitrifying polyphosphate-accumulating bacterium that accumulates polyphosphate only under anoxic condition, with nitrate and nitrite as the electron acceptors in the presence of external carbon sources.
The biodegradability of organics has become essential for the design and modeling of a biological nutrient removal process. Respirometry for the batch test just with wastewater has been conducted to estimate active biomass and readily biodegradable organics in municipal wastewater simultaneously. Municipal wastewater contains significant active biomass, which is estimated about 17% of COD. Compared to the batch test seeded with sludge, the batch test just with wastewater represents a little higher readily biodegradable organics. This might be due to the different environment of the logarithmic growth of active biomass. The nitrate uptake rate test has been also performed for the estimation of the readily biodegradable organics. The nitrate uptake rate test results in a little higher readily biodegradable organics compared to the batch test seeded with sludge and similar organics compared to the batch test just with wastewater. This might be caused by the different sludge of a sequencing batch reactor process. Taking the result of the previous research into account, the readily biodegradable, slowly biodegradable, active biomass, soluble inert, and particulate inert organics are estimated about 11%, 49%, 17%, 11%, and 12% of COD, respectively.
Food waste can be a valuable carbon source in biological nutrient removal (BNR) systems because of high C/N and C/P ratios. However, food waste should be pretreated to promote its hydrolysis rate because hydrolysis reaction would be a rate-limiting step. This study investigates the influence of the enzymatic pretreatment on acid fermentation of food waste. Solubilization of particulate matter in food waste by using commercial enzymes was examined. The acidification efficiency and the volatile fatty acids (VFAs) production potential of enzymatically pretreated food waste were also examined. The highest volatile suspended solids (VSS) reduction was obtained with an enzyme mixture ratio of 1:2:1 of carbohydrase:protease:lipase. An optimum enzyme dosage for solubilization of food waste was $0.1\%$(V/V) with the enzyme mixture ratio of 1:2:1. In the acid fermentation of enzymatically pretreated food waste, $0.1\%$(V/V) enzyme mixture dosage for pretreatment result in the maximum VFAs production and the best VFAs fraction in soluble COD(SCOD). The VFAs production at this addition level was 3.3 times higher than that of no-enzyme added fermenter. The dominant VFAs present was n-butyrate followed by acetate.
The respirometric technique has been used to analyze the nitrification process in a sequencing batch reactor(SBR) treating municipal wastewater. Especially the profile of the respiration rate very well expressed the reaction characteristics of nitrification. As the nitrification process required a significant amount of oxygen for nitrogen oxidation, the respiration rate due to nitrification was high. The maximum nitrification respiration rate, which was about $50mg\;O_2/L{\cdot}h$ under the period of sufficient nitrification, was related directly to the nitrification reaction rate and showed the nitrifiers activity. The growth rate of nitrifiers is the most critical parameter in the design of the biological nutrient removal systems. On the basis of nitrification kinetics, the maximum specific growth rate of nitrifiers in the SBR was estimated as $0.91d^{-1}$ at $20^{\circ}C$, and the active biomass of nitrifiers was calculated as 23 mg VSS/L and it was about 2% of total biomass.
회전접촉장치와 점감포기 생물반응조를 이용한 실험용 규모의 폐수처리 공정을 식품산업폐수를 유입수로 사용하여 5개월 동안 운전하였으며, 16S rRNA 유전자의 말단단편길이다형성(T-RFLP) 분석과 계통분류학적 분석방법으로 폐수처리 공정의 세균군집을 조사하였다. 유기물 외에 고농도의 질소와 인이 함유된 식품산업폐수를 적용하였음에도 불구하고, 안정화 기간 동안 화학적산소요구량, 총질소, 총인의 제거효율은 각각 98%, 93%, 95% 이상이었다. 가동 초기의 세균 군집과 안정화 이후의 세균군집은 뚜렷하게 구분되었으며, 안정화 기간 동안 가장 우점한 세균군집은 Bacteroidetes였다. 운전 기간중의 주요 세균 군집은 사상균으로 분류되는 Haliscomenobacter, Sphaerotilus, Candidate division TM7이었으나, 이들 사상균에 의한 슬러지 팽화 현상은 관찰할 수 없었다. Haliscomenobacter와 유연관계가 가까운 세균군집이 안정화 시기에 증가하여 최대 우점 군집이 되었다. 본 연구결과는 회전접촉장치와 점감포기 생물반응조를 이용한 폐수처리공정의 영양물질 제거에 사상균이 중요함을 제시한다.
본 연구에서는 일반적인 물리·화학적 조류 증식 억제 방법의 문제점이 보완되어진 자연친화적인 생물학적 억제방법을 이용하고자 하였다. 섬유상 담체들의 생물막 형성 두께와 물리적 특성을 비교한 결과, 폴리에스터 담체가 가장 적절하였다. 이를 이용하여 부영양화 호소에서의 영양염류 제거와 조류증식 억제 효율을 분석하였다. 질소, 인 제거율은 14.59%, 6.36%, 그리고 조류증식 억제효율 비교를 위한 식물플랑크톤 성장 억제률은 77%로 영양염류와 식물플랑크톤 수치가 증가한 대조군에 비해서 높은 효율을 나타냈다. 따라서 본 연구에서는 폴리에스터 섬유상 담체를 적용하여 호소에서 자연친화적인 생물학적 처리가 가능할 것으로 판단된다.
A new biological nutrient removal system combining $A^2/O$ process with fixed film was developed in this work and the characteristics of denitrification were especially investigated in the combined fixed film reactor(CFFR). Media was added in the anaerobic, anoxic and aerobic reactors, respectively. Tests were made to establish the effluent level of $NO_x-N$, COD, DO and nitrite effects on $NO_x-N$ removal in the CFFR by decreasing hydraulic retention time (HRT) from 10.0 to 3.5 hours and by increasing internal recycle ratio form 0% to 200%. The influent was synthesized to levels similar to the average influent of municipal wastewater treatment plants in Korea. SARAN media with a porosity of 96.3% was packed 40% / 130% / 25% based on its reactor volume, respectively. It was found that COD rarely limited dentrification in the anoxic reactor because of high $C/NO_x/-N$ ratio in the anoxic reactor, while DO concentration in the anoxic reactor and $NO_2-N/NO_x/-N$ from the aerobic effluent inhibited denitrification in the anoxic reactor. It was proved that the critical points of DO concentration in the anoxic reactor and $NO_2-N/NO_x/-N$ from the aerobic effluent were 0.15mg/L and 10%, respectively. As the internal recycle ratio increased, DO concentration in the anoxic reactor and $NO_2-N/NO_x/-N$ from the aerobic effluent increased. Especially, at the condition of internal recycle ratio, 200%, DO concentration in the anoxic reactor and $NO_2-N/NO_x/-N$ from the aerobic effluent exceeded the critical points of 0.15mg/L and 10%, respectively. Then, denitrification efficiency considerably decreased. Consequently, it was represented that the control of DO concentration in the anoxic reactor and $NO_2-N/NO_x/-N$ from the aerobic effluent can assure effective denitrification.
The physical treatment such as chemical precipitation or adsorption was usually added after biological treatment in wastewater treatment process since it was enforced to reduce the concentration of phosphate for wastewater effluent to 0.2 mg/L as P which was well known as one of main nutrient causing eutrophication in waterbody. Therefore, the new material functioned for both adsorption and disinfection was prepared with Fe and Cu, and $TiO_2$, respectively, by changing the ratio of concentration referred to tri-metal (TM). According to SEM-EDS, $TiO_2$ was 30~40% composition for any TM regardless of any synthesis condition. However, the ratio of composition for Fe and Cu was dependent on the initial Fe and Cu concentration, respectively. The removal efficiency of phosphate was obtained to 15% at low initial concentration and the maximum uptake (Q) was calculated to ~11 mg/g through Langmuir isotherm model using TM1 which was synthesized at 1000 mg/L, 1000 mg/L, and 2 g (10 g/L) for $Fe(NO_3)_3$, $Cu(NO_3)_2$, $TiO_2$, respectively. In disinfection test, the efficiency of virus removal using TM was increased with increase of dosage of TM and can be reached 98% at 0.2 g.
This study explored effects of a sludge-based biochar addition on nitrogen removal of membrane bioreactor (MBR) for wastewater treatment. The membrane fouling reduction by the biochar addition was also investigated. A dose of 3 g/L of the biochar was applied to an MBR (i.e., BC-MBR) and treatment efficiencies of organic matter and nutrient were analyzed. The MBRs with powdered activated carbon (i.e., AC-MBR) and without any additives were also operated in parallel. The average removals of COD and TN were improved with the biochar addition compared to those with the control MBR. Interestingly, operational duration was also increased with biochar addition. The CLSM analysis revealed that biomass amounts of BC-MBR and AC-MBR were reduced by more than 40%, and thickness of the biofilm attached to the membrane surface also was decreased. The physical properties of biochar surfaces were compared with a commercial powdered activated carbon. The specific surface area with 38 m2/g and pore volume with 0.13 cm3/g of the biochar were much smaller than those of the powdered activated carbon, which were 1100 m2/g and 0.67 cm3/g, respectively. Manufacturing conditions for the biochar production needs to be further investigated for enhancing physical properties for adsorption and biological improvement.
The aim of this paper is to correlate the release characteristics of marine and lake sediment with their vicinal oxic conditions. We performed lab-scale simulation experiments using field sediment and water in order to compare the release concentrations and the release rates one another. To provide a few different kinds of oxic environments we used natural air flow and some oxygen releasing compounds such as $CaO_2$ and $MgO_2$. In case of phosphates, in each oxic condition, removal of phosphorus via biological activity and that via salt precipitation with the metal ions lowered the release rates. The behavior of the nitrogen-origin salts seemed to greatly depend on the typical biological actions - growth of biomass, nitrification, and partial denitrification. Generally speaking, the control of releases of $NH_3$-N, $PO_4$-P, T-N and T-P was successful under the oxic conditions meanwhile COD, nitrates and nitrites were difficult to reduce the releases into the bulk water because of the considerable microbial oxidation. Based on typical diffusive mass transfer kinetics the changes of concentrations of the nutrients were computed for qualitative and quantitative comparisons.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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