The purpose of this study was to investigate the effects of the hydraulic retention time (HRT) and organic loading rate (OLR) on microbial characteristics and treatment efficiency in sewage treatment using aerated submerged biological filter (ASBF) reactor. This reactor combines biodegradation of organic substrates by fixed biomass with a physical separation of biomass by filtration in a single reactor. Both simulated wastewater and domestic wastewater were used as feed solutions. The experimental conditions were a temperature of 17 to $27^{\circ}C$, a hydraulic retention time of 1 to 9hr, an organic loading rate of 0.47 to $3.84kg\;BOD/m^3{\cdot}day$ in ASBF reactor. This equipment could obtain a stable effluent quality in spite of high variation of influent loading rate. Total biomass concentration. biofilm thickness and biofilm mass increased an exponential function according to the increasing OLR. The relationships between water content and biofilm density were in inverse proportion. The percentage of backwash water to influent flow was almost 9%. The separation efficiency of biomass was the percentage of 91 to 92 in ASBF reactor. The sludge production rates in feed solutions of simulated wastewater and domestic wastewater were 0.14~0.26 kg VSS/kg BODrem, 0.43~0.48 kg VSS/kg BODrem, respectively.
Ethanol production using glycerol as a carbon source was performed by Enterobacter aerogenes immobilized on calcium alginate beads. To improve the ethanol production, the optimal conditions such as loading amount of immobilized cells and glycerol concentration were investigated. The optimal loading amount of immobilized cells and glycerol concentration were 10 mL of calcium alginate bead and 10 g/L, respectively. Consequently, glycerol consumption rate, ethanol concentration and yield were 0.32 g/$L{\cdot}h$, 3.38 g/L and 0.43 g/g on the batch production, respectively. Continuous production of ethanol was successfully achieved using two types of immobilized cell reactors (continuous stirred tank reactor and packed bed reactor) from 10 g/L of glycerol. In the continuous stirred tank reactor, glycerol consumption, ethanol concentration, specific productivity and yield were 9.8 g, 4.67 g/L, 1.17 g/$L{\cdot}h$, 0.48 g/g, respectively. The concentration of produced ethanol was 38-44% higher comparison to batch fermentation, and continuous stirred tank reactor showed better performance than packed bed reactor.
Removal of nitrogen compound from waste water is essential and often accomplished by biological process. Denitrification bacterium, Paracoccus denitrificans (KCTC 2350) is employed to estimate the denitrification ability and the characteristics. In the immobilized biological reactor system, the measurement of absolute amount of active strain in the reactor is comparatively difficult or impossible. In this. study, a reactor was designed with the unwoven texture wrapped peep holed plastic tube to calculate the absolute amount of active strain by comparing the activity of the permeabilized and or immobilized reactor and the free cell reactor The reactor system was continuous stirred tank reactor and the reaction rate of substrate consumption was assumed to satisfy the Michaelis-Menten equation. The effluent concentration of nitrate and nitrite was measured to estimate the apparent parameter of Michaelis-Menten equation. As a result, we found that the amount of immobilized active strain was figured out to be half of the total active strain in the reactor and the time required to be reached in the equilibrium state in the permeabilized and or immobilized reactor system was figured out to be shorter than that of the free cell reactor system.
LEE JAE-YOUNG;KWON TAE-SOON;BAEK KITAE;YANG JI-WON
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.15
no.3
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pp.461-465
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2005
Characteristics of biological $CO_2$ fixation by Chlorella sp. HA-1 were investigated in a semi-continuous and series reactor system using an internally illuminated photobioreactor to overcome shortcomings of physicochemical technologies such as adsorption and membrane separation. High $CO_2$ fixation rate was achieved in the semi-continuous reactor system, in which the dilution ratios of the culture medium were controlled. The average $CO_2$ fixation rate was maintained almost constantly when the dilution ratio increased by 0.1 increment from the initial value of 0.5. The total removal efficiency of $CO_2$ was enhanced by employing a series reactor system. The average $CO_2$ fixation rate increased until 4.013 g $CO_2\;day^{-1}$ in a series operation of four reactors, compared to 0.986 g $CO_2\;day^{-1}$ in a batch operation mode. The total $CO_2$ fixation rate was proportional to the number of reactors used in the series reactor system. In the series reactor system of semi-continuous operation, a large amount of $CO_2$ was removed continuously for 30 days. These results showed that the present reactor systems are efficient and economically feasible for a biological $CO_2$ fixation.
Kim, Se-Kwon;Lee, Baek-Seok;Lee, Jeong-Gun;Seo, Hyung-Joon;Kim, Eun-Ki
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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v.8
no.2
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pp.147-150
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2003
Water toxicity monitoring based on the continuous cultivation of Photobacterium phorphoreum is presented. Normally, after 10 days of operation, a dark variant, which emits no light, appears and dominates the population, resulting in a rapid decrease in bioluminescence. Therefore, to overcome this problem, a fluidized-bed reactor is used in which alginate-immobilized cells are grown and leaking cells are continuously released into the effluent Experimental results revealed that the dominance of dark variants was suppressed inside the immobilized beads, thereby mitigating the rapid loss of bioluminescence. Plus, a high dilution rate (1.2 h$\^$-1/) prevented the occurrence of other microbial contamination in the reactor The concentration and bioluminescence of the released cells were sufficient to measure the water toxicity for more than 4 weeks.
This study investigated the removal efficiency of organic matter and nitrogen from fish farm effluent by hydraulic retention time (HRT) using an upflow biological filter (ANR system) reactor. The recycling time and influent flow in the reactor were controlled to 14.8, 7.4, 5.5 and 3.2 h to evaluate HRT. In addition, each reactor was coupled to a fixed bed upflow filter charged with media. The results showed that removal efficiency was ${\geq}95%%$ with an HRT of 5.5 h, and nitrification efficiency was reduced to 81% with an HRT of 3.2 h, although nitrification efficiency temporarily decreased due to the shock load as HRT decreased. Total nitrogen removal rate was also reduced to about 65% with an HRT of 3.2 h, which was considered a washout effect of nitrifying and denitrifying microorganisms by increasing the shearing force to the filter media, which decreased organic matter and nitrogen removal efficiency.
In this research, biological treatability test was conduced using seawater flocculated tannery wastewater by fixed biofilm reactor. During one cycle, the removal efficiency of organic corbon obtained with fixed biofilm process for treating tannery wastewater was considerably greater than that with activated sludge process. As the hydraulic retention time increased form 0.5day to 4day, removal efficiency of organic carbon was increased from 72% to 87.3%. Attached biomass in media increased with influent organic loading up to 29g MLSS/L, that could reduce the specific organic loading rate. The continual measurement of attached biomass was possible for the operation of the biofilm reactor. Equal and low nitrication rates were observed in both suspended growth activated sludge process and fixed biofilm process, despite commercial nitrifier was seeded. Through the process of treating the tannery wastewater, EC50 values which is measured by the use of Ceriopdaphnia dubia, were decreased to the extent of 50% after treatment of seawater flocculation and of 83% after biological treatment, respectively, compared to those of the untreated wastewater.
As the sequencing batch reactor process is a time-oriented system, it has advantages of the flexibility in operation for the biological nutrient removal. Because the sequencing batch reactor is operated in a batch system, respiration rate is more sensitive and obvious than in a continuous system. The variation of respiration rate in the process well represented the characteristics of biological reactions, especially nitrification. The respiration rate dropped rapidly and greatly with the completion of nitrification, and the maximum respiration rate of nitrification showed the activity of nitrifiers. This study suggested a strategy to control the aeration of the sequencing batch reactor based on respirometry. Aeration time of the optimal aerobic period required for nitrification was daily adjusted according to the dynamics of respiration rate. The aeration time was mainly correlated with influent nitrogen loadings. The anoxic period was extended through aeration control facilitating a longer endogenous denitrification reaction time. By respirometric aeration control in the sequencing batch reactor, energy saving and process performance improvement could be achieved.
Laboratory scale experiments were conducted to study the applicability, and to compare the performance of two types of sequencing batch reactor (SBR)systems, a conventional SBR and sequencing batch biofilm reactor (SBBR) on the biological nitrogen and phosphorus removal. The nitrification rate in SaR was higher than that in SBBR both in high influent TOC concentration. The denitrification was completed at the first non-aeration period in SBR, however, the additional non-aeration period should be installed or the first aeration period should be extended more in order to complete the nitrogen removal in SBBR. The time at the first aeration period was more needed as about 4-5 h in order to uptake all the released $PO_4^{3-}\;-P$ at the first non-aeration period. SBBR needed more operation time, especially the first aeration time, than SBR at the high influent TOC concentration in order to complete nitrogen and phosphorus removal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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