Ja Young Cho;Kyoung Sook Cho;Chang Hoon Kim;Joong Kyun Kim
Korean Journal of Environmental Biology
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v.41
no.2
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pp.167-178
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2023
Large amounts of waste and wastewater from aquaculture have negatively impacted ecosystems. Among them, shrimp aquaculture wastewater contains large amounts of nitrogen contaminants derived from feed residues in an aerobic environment. This study isolated candidate strains from adult rockworms to treat shrimp aquaculture wastewater (SAW) in an aerobic environment. Among 87 strains isolated, 25 grew well at the same temperature as the shrimp aquaculture with excellent polymer degradation ability (>0.5 cm clear zone). Six isolates (strains AL1, AL4, AL5, AL6, LA10, and PR15) were finally selected after combining strains with excellent polymer degradation ability without antagonism. 16S rRNA sequencing analysis revealed that strains AL1, AL4, AL5, AL6, LA10, and PR15 were closely related to Bacillus paramycoides, Bacillus pumilus, Stenotrophomonas rhizophila, Bacillus paranthracis, Bacillus paranthracis, and Micrococcus luteus, respectively. When these six isolates were applied to SAW, they reached a maximum cell viability of 2.06×105 CFU mL-1. Their chemical oxygen demand (CODCr) and total nitrogen(TN) removal rates for 12h were 51.0% and 44.6%, respectively, when the CODCr/TN ratio was approximately 10.0. Considering these removal rates achieved in this study under batch conditions, these six isolates could be used for aerobic denitrification. Consequently, these six isolates from rockworms are good candidates that can be applied to the field of aquaculture wastewater treatment.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.31
no.2
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pp.19-38
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2023
Nitrous oxide, one of the six greenhouse gases from Kyoto protocol, is known to be emitted in biological nitrification and denitrification reactions at wastewater treatment plant. In this study, EQPS which is a computer program that can simulate nitrous oxide gas emission amount at wastewater treatment plants is used. The MLE process which treats wastewater from combined sewer is studied. Operational variables which are MLR, water temperature at reactor and primary clarifier by-pass percentage are changed to define the condition which produces the least amount of nitrous oxide gas. 200 % of MLR, 20 ℃ of water temperature at bioreactor and 15 % of primary clarifier by-pass percentage are shown the least nitrous oxide emission factor. Also, it is found that the deep aeration tank produces less amount of nitrous oxide gas since less air is required to meet oxygen demand in this type of aeration tank.
This study evaluated the performance of a membrane aerated biofilm reactor (MABR) for nitrogen removal from a high-strength ammonia nitrogen-containing wastewater. The experimental setup consisted of four compartments that are sequentially anaerobic and aerobic to achieve complete nitrogen removal. The last compartment of the reactor setup contained a membrane bioreactor (MBR) to reduce sludge production in the system and to obtain a better-quality effluent. Continuous experiment over a period of 47 days showed that MABR exhibited excellent NH4+-N removal efficiency (99.5%) compared to the control setup without MABR (56.5%). The final effluent NH4+-N concentration obtained in the MABR was 2.99±1.56 mg/L. In contrast to NH4+-N removal, comparable TOC removal values in the MABR and the control reactor (99.2% and 99.3%, respectively) showed that air supply through MABR is much more critical for denitrification than for organic removal. Further study to understand the effect of air supply rate and holding pressure on NH4+-N removal in MABR revealed that an increase in both these parameters positively impacted reactor performance. These parameters are related to oxygen supply to the biofilm formed over the membrane surface, which in turn influenced NH4+-N removal in MABR. Among the two different strategies to control biofilm over the membrane surface, results showed that scouring for a duration of 10 min on a weekly basis, along with mixing air supply, could be an effective method.
To study the behavior of $NH_4{^+}$ of CMS (condensed molasses solubles) in soil, a laboratory incubation experiment was conducted during a period of up to 21 days at $25^{\circ}C$. The $NH_4{^+}$ of CMS was labeled with $^{15}N$ and was applied to water-unsturated and water-saturated conditions. Soil pH was gradually decreased from 6.1 to 5.4 under unsaturated condition. However, soil pH was increased to 6.5 within 2 days under saturated condition and then was constant. The concentration of ammonium was decreased 3 times faster under unsaturated condition than under saturated condition. The concentration of nitrate was increased from 17.4 to $155.4mg\;kg^{-1}$ under unsaturated condition. But concentration of nitrate was kept with low(below $8.0mg\;kg^{-1}$) under saturated condition. During the incubation, 52.4% of $^{15}NH_4{^+}$ applied was existed in the form of $NO_3{^-}$ by nitrification under unsaturated condition. Most of applied nitrogen was immobilized within 4 days of incubation. On 21 days of the incubation the percentage of immobilized nitrogen derived from $^15NH_4{^+}$(NDFA) was 19.6% under unsaturated condition and 17.0% under saturated condition. The percentage of unaccounted N, which was lost by denitrification, was 28.4% under unsturated condition and 67.6% under saturated condition.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.5
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pp.507-516
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2008
This research was conducted to elucidate the effect of temperature on the nitrogen removal of municipal wastewater with waste-tire media. The experiments were carried out in laboratory-scale batch reactor and pilot-scale moving bed biofilm reactor filled at a 0.15 filling ratio with waste-tire media, respectively. In batch tests, specific nitrification rate(SNR) with media was 3.4 mg NH$_4^+$-N/g Mixed-Liquor Volatile Suspended Solid(MLVSS)$\cdot$hr, compared with 1.7 mg NH$_4^+$-N/g MLVSS$\cdot$hr without media. In pilot-scale test with media, total nitrogen removal efficiency increased from 53 $\pm$ 8% to 76 $\pm$ 5% as the temperature increased from 9$\sim$10$^{\circ}C$ to 20$\sim$24$^{\circ}C$. At the temperature of 9$\sim$10$^{\circ}C$, 10$\sim$20$^{\circ}C$, and 20$\sim$24$^{\circ}C$, the SNRs were 0.8 $\pm$ 0.5, 3.1 $\pm$ 1.9, and 3.4 $\pm$ 2.1 mg NH$_4^+$-N/g MLVSS$\cdot$hr and the specific denitrification rates(SDNR) were 0.6 $\pm$ 0.2, 1.1 $\pm$ 0.6, 1.4 $\pm$ 0.6 mg NO$_3^-$-N/g MLVSS.hr, respectively. The overall activities of biomass in anaerobic, anoxic, and oxic zones at 20$\sim$24$^{\circ}C$ increased to 22, 20, and 15%, compared with those at 9$\sim$10$^{\circ}C$, respectively. The activity distribution of Nitrosomonas and Nitrobacter also increased with the increase of temperature.
A submerged biofilm sequencing batch reactor (SBSBR) process, which liquor was internally circulated through sandfilter, was designed, and performances in swine wastewater treatment was evaluated under a condition of no external carbon source addition. Denitrification of NOx-N with loading rate in vertical and slope type of sandfilter was 19% and 3.8%, respectively, showing approximately 5 times difference, and so vertical type sandfilter was chosen for the combination with SBSBR. When the process was operated under 15 days HRT, 105L/hr.m3 of internal circulation rate and 54g/m3.d of NH4-N loading rate, treatment efficiencies of STOC, NH4-N and TN (as NH4-N plus NOx-N) was 75%, 97% and 85%, respectively. By conducting internal circulation through sandfilter, removal performances of TN were enhanced by 14%, and the elevation of nitrogen removal was mainly attributed to occurrence of denitrification in sandfilter. Also, approximately 57% of phosphorus was removed with the conduction of internal circulation through sandfilter, meanwhile phosphorus concentration in final effluent rather increased when the internal circulation was not performed. Therefore, It was quite sure that the continuous internal circulation of liquor through sandfilter could contribute to enhancement of biological nutrient removal. Under 60g/m3.d of NH4-N loading rate, the NH4-N level in final effluent was relatively low and constant(below 20mg/L) and over 80% of nitrogen removal was maintained in spite of loading rate increase up to 100g/m3.d. However, the treatment efficiency of nitrogen was deteriorated with further increase of loading rate. Based on this result, an optimum loading rate of nitrogen for the process would be 100g/m3.d.
A lot of existing wastewater treatment plants (WWTPs) are rebuilt or retrofitted for advanced wastewater treatment processes to cope with reinforced effluent criteria of nitrogen and phosphorous. Moreover, how to treat the wasted sludge from WWTPs has been also issued since the discharge of the wasted sludge into ocean is impossible from 2011 due to the London Convention 97 protocol. These trend changes of WWTPs get a motivation to assess environmental and economic impacts from the construction stage to the waste stage in WWTPs. Therefore, this study focuses on evaluation of environmental and economic impacts of the advanced wastewater treatment processes and waste sludge treatment process by using life cycle assessment. Four advanced wastewater treatment processes of Anaerobic/Anoxic/Oxic ($A_2O$), 5 stages-Bamard Denitrification Phosphate (Bardenpho), Virginia Initiative Plant (VIP), and Modified University of Cape Town (MUCT) are chosen to compare the conventional activated sludge (CAS) and three waste sludge treatment methods of land fill, incineration, and composting are used. To evaluate environmental and economic impacts of each advanced wastewater treatment processes, life cycle assessment (LCA) and life cycle cost (LCC) are conducted based on International organization for standardization (ISO) guidelines. The results clearly represent that the $A_2O$ process with composting shows 52% reduction in the environmental impact than the CAS process with landfill. On the other hand, the MUCT process with composting is able to save 62% of the life cycle cost comparing with the CAS process with landfill. This result suggested the qualitative and quantitative criteria for evaluating eco-environmental and economic technologies of advanced treatment processes and also sludge treatment method, where their main influence factors on environmental and economic impacts are analyzed, respectively. The proposed method could be useful for selecting the most efficient and eco-friendly wastewater treatment process and sludge treatment method when retrofitting the existing WWTPs to advanced treatments.
This study was accomplished using attached $A^2/O$ process that contains nonsurface-modified and surface-modified polyethylene media inside the Anaerobic/Anoxic, Oxic tank, respectively. We could make the hydrophobic polyethylene media have hydrophilic characteristics by radiating ion beam on the surface of the media. The objectives of this study is to investigate the removal efficiencies of the organics and nitrogen when the step feed ratio of raw wastewater into anaerobic and anoxic tank is changed. In this case, we assumed that the denitrification rate can be improved because the nitrifiers in anoxic tank can perform denitrification using RBDCOD instead of artificial carbon sources (for example, methanol, etc.). The wastewater injection rate into anaerobic/anoxic tank was set up by the ratio of 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4, and the results of BOD removal efficiency showed similar trends with $93.3\%,\;92.6\%,\;92.4\%\;and\;91.6\%$, respectively. But the BOD removal efficiency (utilization of the organics) in the anoxic tank was in the order of 9 : 1 $(84.8\%)$, 10 : 0 $(77.0\%)$, 8 : 2 $(75.3\%)$, and 6 : 4 $(61.1\%)$. The T-N removal efficiency was most high when the ratio is 9 : 1 $(67.4\%)$, and other conditions, 10 : 0, 8 : 2, 6 : 4, showed $61.3(\%),\;60.7\%,\;55.5\%$, respectively; the ratio 6 : 4 was found to be lowest T-N removal efficiency, lower than the ratio 9 : 1 by $12\%$. Though the nitrification rate of the ratio 10 : 0, 9 : 1, and 8 : 2 showed similar levels, the ratio 6 : 4 showed considerable inhibition of nitrification, ammonia was the great portion of the effluent T-N. The advantages of this process is that this process is cost-saving, and non-toxic methods than injecting the artificial carbon source.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.10
no.1
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pp.1-7
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2005
Tidal flats have been regarded to carry out transformation and removal of land-derived organic matter, and this purifying capability of organic matter by tidal flats is one of very important reasons for their conservation. However, integral biogeochemical studies on production and decomposition of organic matter by benthic microbes in tidal flats have been absent in Korea, although the information is indispensable to quantification of the purifying capability. Our major goals in this multidisciplinary research were to understand major biogeochemical processes and rates mediated by diverse groups of microbes dominating material cycles in the tidal flats, and to assess the contribution of benthic microbes to removal of organic matter and nutrients in the tidal flats. Our study sites were Ganghwa and Incheon north-port tidal flats that had been regarded as naturally well reserved and organically polluted, respectively. Our research group measured over 3 years primary production, biomass and community structure of primary producers, abundance and production of bacteria, enzyme activities, distribution of protozoa and protozoan grazing rates, rates of denitrification and sulfate reduction, early sediment diagenesis, primary production and respiration based on oxygen microelectrode. We analyzed major features of each biogeochemical process and their interactions. The results are compiled in the following articles in this special issue: An (2005), Hwang and Cho (2005), Mok et at. (2005), Na and Lee (2005), Yang et at. (2005), and Yoo and Choi (2005).
The most common water types are found to be Ca-$HCO_3$, Ca-Na-$HCO_3$ and Ca-Na-$HCO_3$-Cl in Gwangju groundwater. Groundwater near the Gwangju stream are characterized Ca-Cl water type, with over 50 mg/L of C1- and 400 ${\mu}$S/cm of EC. The systematic variation of $Cl^-$, $HCO_3^-$,- EC and ${\gamma}^{18}O$ values in groundwater with distance away from drainages is caused by streamwater infiltration. Stable isotope data indicate that ${\gamma}$D and ${\gamma}^{18}O$ values of groundwaters near drainages were enriched by evaporation effect, showing a equation of ${\gamma}$D=7. 1${\times}{\gamma}^{18}O$-1. ${\gamma}^{18}O$ values over -6${\textperthansand}$ are anomalous in the unconfined groundwater zones, which are influenced by the local surface water enriched in $^{18}O$ composition. Groundwater in highland shows remarkably light ${\gamma}^{18}O$ values below -8$\textperthousand$. The infiltration of streamwater is dominant in unconfined alluvium aquifer near drainages. ${\gamma}^{13}$CDIC values (-17.6∼-15.2$\textperthousand$) of groundwaters near drainages revealed that dissolved inorganic carbon (DIC) is predominantly originated from natural soil-derived $CO_2$. ${\gamma}^{15}N$ and ${\gamma}^{18}O$ values of nitrate are 0∼17.0${\textperthansand}$ and 6.6∼17.4${\textperthansand}$, respectively. Relationship between ${\gamma}^{15}N$ and ${\gamma}^{18}O$ shows a systematic isotopic fractionation caused by denitrification of 40∼60%, suggesting that the major source of groundwater nitrate originated from nitrate of soils, and mixing nitrate of soil and sewage or manure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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