For a high-rate fermentation and recovery of organic acid, we have developed a new organic acid fermentation reactor with membrane filter, which is the most important part in the new advanced wastewater treatment system. The recovered organic acid is to be reused as an organic carbon source at denitrification process. Some experiments were conducted to compare the performance of acid fermentation at different SRTs, such as 5, 10, and 20 days. The total organic acid concentration produced during the runs was in the range of 2,100-2,900 (mgC/L). The conversion efficiency from substrate to organic acid reached to from 43% to 59%. The recovery rate of organic acid from substrate based on TOC was from 26% to 53%. Regardless of operational conditions, it has been able to maintain the membrane flux constantly, in the range of 0.4-0.46 ($m^3/m^2/day$). The transmembrane pressure drop was 0.2-0.3 (kg/cm) for 100 day's operation. The result of simulation is as follows. Organic removal efficiency of the new advanced treatment system is 95%. 73% of Nitrogen is removed. The removal efficiency of Phosphorus is 93%. By coqulation, soluble phosphorus is able to remove from the water treatment lines, which is impossible at conventional activated sludge system. The unit construction cost is 65000 (yen/m3) and it was 1.4 times than that of the standard activated sludge system. The unit operation cast is 7.7 ($yen/m^3/day$) and it was 1.3 times than that of the standard activated sludge system.
Contaminated marine sediment is a secondary pollution source in the coastal areas, which can result in increased nutrients concentrations in the overlying water. We analyzed the nutrients release characteristics into overlying water from sediments and the interaction among benthic circulation of nitrogen, phosphorus, iron, and sulfur were investigated in a preset sediment/water column. Profiles of pH, ORP, sulfur, iron, nitrogen, phosphorus pools were determined in the sediment and three different layers of overlying water. Variety types of sulfur in the sediments plays a significant role on nutrients transfer into overlying water. Dissimilatory nitrate reduction and various sulfur species interaction are predominantly embodied by the enhancing effects of sulfide on nitrogen reduction. Contaminant sediment take on high organic matter, which is decomposed by bacteria, as a result promote bacterial sulfate reduction and generate sulfide in the sediment. The sulfur and iron interactions had also influence on phosphorus cycling and released from sediment into overlying water may ensue over the dissolution of ferric iron intercede by iron-reducing bacteria. The nutrients release rate was calculated followed by release rate equation. The results showed that the sediments released large-scale quantity of ammonium nitrogen and phosphate, which are main inner source of overlying water pollution. A mechanical migration of key nutrients such as ammonia and inorganic phosphate was depicted numerically with Fick's diffusion law, which showed a fair agreement to most of the experimental data.
If contaminated river water is sprayed over a floodplain, the microbial processes can simultaneously remove organic matter and nitrogen during the infiltration through the sediment profile. The effect of rhizosphere on the removal of organic matter and nitrogen from contaminated river water was investigated using floodplain lysimeters. River water was sprayed at a rate of $68.0L\;m^{-2}\;d^{-1}$ on the top of the lysimeters with or without weed vegetation on the surface, Concentrations of $NO_3$, $NH_4$ and dissolved oxygen (DO), and chemical oxygen demand (COD) and Eh in water were measured as functions of depth for 4 weeks after the system reached a steady state water flow and biological reactions. A significant reductive-condition for denitrification developed in the 30-cm surface profile of lysimeters with weeds. At a depth of 30 cm, COD and $NO_3$-N concentration decreased to 5.2 and $0.9mg\;L^{-1}$ from the respective influent concentrations of 18.2 and $9.8mg\;L^{-1}$. The removal of $NO_3$ in lysimeters with weeds was significantly higher than in those without weeds. Vegetation on the top was assumed to remove $NO_3$ directly by absorption and to create more favorable conditions for denitrification by supply of organic matter and rapid $O_2$ consumption, In the lysimeters without weeds, further removal of $NO_3$ was limited by the lack of an electron donor, i.e. organic matter. These results suggest that the filtration through native floodplains, which include rhizospheres of vegetation on the surface, can be effective for the treatment of contaminated river water.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.28
no.1
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pp.53-64
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2020
A 2㎥/d combined wastewater treatment pilot plant containing the multi-stage vertical stacking type nitrification reactor was installed and operated for more than 1 year under the operating conditions of the short-circuit nitrogen process (pH 8, DO 1mg/L and Internal return rate 4Q from nitrification to denitrification reactor). For economically the combination treatment of food wastewater and the leachate from a landfill, the optimal combination ratio was operated by adjusting the food wastewater with the minimum oil content to 5-25% of the total throughput. The main treatment efficiency of the three-phase centrifugal separator which was introduced to effectively separate solids and oil from the food wastewater was about 52% of SS from 116,000mg/L to 55,700mg/L, and about 48% of normal hexane (NH) from 53,200mg to 27,800 mg/L. During the operational period, the average removal efficiency in the combined wastewater treatment process of BOD was 99.3%, CODcr 94.2%, CODmn 90%, SS 70.1%, T-N 85.8%, and T-P 99.2%. The average concentrations of BOD, CODcr, T-N, and T-P of the treated water were all satisfied with the discharge quality standard for landfill leachate ("Na" region), and SS was satisfied after applying the membrane process. On-site leachate had a relatively high nitrite nitrogen content in the combined wastewater due to intermittent aeration of the equalization tanks and different monthly discharges. Nevertheless nitrite nitrogen was accumulated, denitrification from nitrite nitrogen was observed rather than denitrification after complete nitrification. The average input of anti-forming chemical during the operation period is about 2L/d, which seems to be economical compared to the input of methanol required to treat the same wastewater.
This study was carried out to get phosphorus uptake rate in aerobic condition with nitrate and nitrite. Nitrate and nitrite inhibited phosphorus accumulating organisms' (PAOs') luxury uptake in aerobic condition. Nitrite awfully decreased the phosphorus uptake rate in aerobic condition. At the influent of 10 mg ${NO_3}^-$-NL, the phosphorus uptake was decreased to 52% comparing that at no influent of nitrate. And at the influent of 10 mg ${NO_2}^-$-NL, the phosphorus uptake was decreased to 28% comparing that at no influent of nitrite. At the influent of 20 mg ${NO_3}^-$-NL, nitrite and nitrate were co-existed and the phosphorus uptake rate was decreased to 16% comparing that at no influent of nitrite and nitrate. Also, the denitrification was occurred by denitrifying glycogen accumulating organisms (DGAOs)/denitrifying phosphorus accumulating organisms (OPAOs) in spite of aerobic condition, and the phosphorus uptake rate was increased by the decrease of influent nitrate concentration at the aerobic condition. The inflection point in the phosphorus uptake rate was shown at the nitrite concentration of 1.5~2 mg/L.
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.
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.
Studies on the distribution of nitrogenous compounds, and respiratory oxygen consumption rate were carried out in Masan Bay, Korea where large amount of industrial and domestic wastewaters are discharged. In August 1986 the surface layer was significantly influenced by freshwater input. Below the seasonal pycnocline, an oxygen-deficient condition developed in a large area of Masan Bay. Concentrations of DIN, DON and PN were 735.6, 1261.8 and 48.5 umol/l at the head, and 79.1, 73.0 and 39.5 umol/l at the mouth of the inner Masan Bay, respectively. Phytoplankton carbon production was 2,695 mgC/m$^2$/day at the mouth of inner Masan Bay. Dissolved oxygen contents were lower than 1 ml/l from 3 m depth in inner Masan Bay and from 10 m depth in the outer Masan Bay. The high concentration of ammonium and phosphate in the lower layer suggests the active degradation of organic materials in the bottom waters and leaching from sediments. The ERS activity was 232.1 ul O$_2$/l/h in the surface waters of the innermost part of Masan Bay and respiratory oxygen consumption is likely to proceed at a rate of 442 ml O$_2$/m$^2$/day in the bottom waters of this bay. Nitrate removal rate was estimated to be 0.25 umol/l/day via denitrification in the bottom waters of the Masan Waterway. It is estimated from the ETS activity that, at the mouth of inner Masan Bay, 9.3-10.5% of carbon fixed in the upper layer was decomposed below the themocline.
A constructed wetland with the aerobic tank and anaerobic/anoxic tank connected in series was employed in order to treat highly polluted stream water. The aerobic tank was maintained aerobic with a continuous supply of air through the natural air draft system. Five pilot plants having different residence times were employed together to obtain parameters for the best performances of the wetland. BOD and COD removals at the aerobic tank followed the first order kinetics. COD removal rate constants were slightly lower than BOD. The temperature dependence of COD (θ = 1.0079) and BOD (θ = 1.0083) was almost the same, but the temperature dependence (θN) of T-N removal was 1.0189. The SS removal rate was as high as 98% and the removal efficiency showed a tendency to increase with increasing hydraulic loading rate (Q/A). The main mechanism of BOD and COD removal at the anaerobic/anoxic tank was entirely different from that of the aerobic tank. BOD and COD were supplied as the carbon source for biological denitrification. T-P was believed to be removed though the cation exchange between orthophosphate and gravels within the anaerobic and anoxic tanks. The wetland could successfully be operated without being blocked by the filtered solid which subsequently decomposed at an extremely fast rate.
Park, Jong-Bu;Shin, Kyung-Sook;Hur, Hyung-Woo;Kang, Ho
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.33
no.7
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pp.485-491
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2011
This study was performed to investigate the characteristics of nutrient removal of municipal wastewater in membrane bioreactor system. Membrane bioreactor consists of four reactors such as two intermittently anaerobic tanks, the oxic tank and the sludge solubilizaion tank with an internal recycle. The hydraulic retention time (HRT) and flux were 6.5 hours and $20.4L/m^2{\cdot}hr$ (LMH), respectively. The removal efficiency of $COD_{Cr}$, SS, TN and TP were 94.0%, 99.3%, 99.9%, 69.9%, and 66.9%, respectively. The estimated true biomass yield, specific denitrification rate (SDNR), specific nitrification rate (SNR), specific phosphorus release rate (SPRR) and specific phosphorus uptake rate (SPUR) were 0.34 kgVSS/kgBOD d, $0.067mgNO_3-N/mgVSS{\cdot}d$, $0.028mgNH_4-N/mgVSS{\cdot}d$, 16.0 mgP/gVSS d and 2.1 mgP/gVSS d, respectively. The contents of nitrogen and phosphorus of biomass were 8.9% and 3.5% on an average.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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