Kinetic analysis was important to develope the biological nutrient removal process effectively. In this research, anoxic-anaerobic-aerobic system was operated to investigate kinetic behavior on the nutrient removal reaction. Nitrification and denitrification were important microbiological reactions of nitrogen. The kinetics of organic removal and nitrification reaction have been investigated based on a Monod-type expression involving two growth limiting substrates : TKN for nitrification and COD for organic removal reaction. The kinetic constans and yield coefficients were evaluated for both these reactions. Experiments were conducted to determine the biological kinetic coefficients and the removal efficiencies of COD and TKN at five different MLSS concentrations of 5000, 4200, 3300, 2600, and 1900 mg/L for synthetic wastewater. Mathematical equations were presented to permit complete evaluation of the this system. Kinetic behaviors for the organic removal and nitrification reaction were examined by the determined kinetic coefficient and the assumed operation condition and the predicted model formulae using kinetic approach. The conclusions derived from this experimental research were as follows : 1. Biological kinetic coefficients were Y=0.563, $k_d=0.054(day^{-1})$, $K_S=49.16(mg/L)$, $k=2.045(day^{-1})$ for the removal of COD and $Y_N=0.024$, $k_{dN}=0.0063(day^{-1})$, $K_{SN}=3.21(mg/L)$, $k_N=31.4(day^{-1})$ for the removal of TKN respectively. 2. The predicted kinetic model formulae could determine the predicted concentration of the activated sludge and nitrifier, investigate the distribution rate of input carbon and nitrogen in relation to the solid retention time (SRT).
Biological nitrate removal from groundwater was investigated in the biofilters packed with both gravel/sand and plastic media. Removal of particles and turbidity were also investigated in the 2-stage biofilter system consisted of biofilter and subsequent sand filter. In the single biofilter packed with gravel and sand, nitrate removal efficiency was dropped with the increase of filtration velocity and furthermore, nitrite concentration increased up to 3.2 mg-N/L at 60 m/day. Denitrification rate at the bottom layer below 25 cm was faster 8 times than upper layer in the up-flow biofilter. Nitrite build-up, due to the deficiency of organic electron donors, occurred at the upper layer of bed. Besides DO concentration and organic carbon, contact time in media was the main factor for nitrate removal in a biofilter. The most of the effluent particles from biofilter was in the range from 0.5 to $2.0{\mu}m$, which resulted in high turbidity of 1.8 NTU. However, sand filter followed by biofilter efficiently performed the removal of particles and turbidity, which could reduce the turbidity of final filtrate below 0.5 NTU. Influent nitrate was removed completely in the 2-stage biofilter and no nitrite was detected.
Woo, Yeun-Kyung;Eun-Jin Park;Dowon Lee;Kye Song Lee
The Korean Journal of Ecology
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v.19
no.2
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pp.179-189
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1996
Growth and nitrogen retention of Persicaria thunbergii were investigated in the wetland microcosms which contained the plants growing on soil bed. Nitrogen solution was supplied to the microcosms with the same amount of $NH_4^{+}-N\; and\; NO_3^{-}-N$ at the rates of 0.00, 0.78, 1.57, 3.14g $N{\cdot}m^{-2}{\cdor}wk^{-1}$ from May 1 to August 31, 1995. The solution was detained for 5 days to react with soil and plant and then allowed to leach. The contents of NH_4^{+}-N\;and\; NO_3^{-}-N$ in the leachate, total Kjeldahl nitrogen, plant biomass, and soil characteristics were determined. Nitrogen retained by plant was estimated as the increment of TKN in plant biomass. The addition of 0.78 and 1.57g $N{\cdot}m^{-2}{\cdot}wk^{-1}$ resulted in significant increase of plant biomass. However, plant growth was inhibited when nitrogen was added at the rate of 3.14g $N{\cdot}m^{-2}{\cdot}wk^{-1}$. Overall, the plant biomass was positively correlated with the amount of nitrogen retained by plant and soil system. The amounts of $NO_3^{-}-N$ leached from the microcosms were 5~10 times higher than those of $NH_4^{+}-N$. While total nitrogen added ranged from 143.2 to 576.5g $N/m^2$, total leaching loss of inorganic nitrogen and nitrogen retained by plant was as little as 1.04~22.71g $N/m^2$, and 5.46~12.91g $N/m^2$, respectively. Then, the plant seemed to contribute to KDICical and microbial immobilization of nitrogen in the soil. Finally, it is suggested that a large portion of nitrogen added was lost into the air by denitrification and volatilizaton, and / or leached in organic forms.
Kim Jung-Woo;Kim Jeong-Kon;Cha Woo-Suk;Choi Hee-Chul
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.10
no.3
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pp.9-15
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2005
Soil aquifer treatment is a water reuse technology that secondary or tertiary treated wastewater is infiltrated into the aquifer in which physical and biochemical reactions occur. Major consideration in SAT is the removal and transport of DOC and nitrogen species. In this study, reaction mechanism in SAT was examined considering nitrification, denitrification and organic oxidation. In addition, SAT modeling system was developed as the reaction mechanism was applied to groundwater flow and transport model. In verification of the reaction module by 1-dimensional unsaturated soil column test, the experimental data of all of the species, ammonium, nitrate, DOC and DO, were well matched with the simulation results. In sensitivity analysis, ammonium partition coefficient, dissolved oxygen inhibition constant and biomass decay rate affect ammonium, DOC and DO concentration of effluent, respectively.
Chung, Paul-Gene;Jo, Seon Yeong;Hyun, Mi-Hee;Kim, Min Jeong;Lee, Eun-Ju;Jeon, Min Sik
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.20
no.6
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pp.547-554
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2004
We found that the Bacterium Burkholderia cepacia in livestock wastewater treatment plant was predominant species. We investigated the growth rate of this and treatment characteristics for organic matter and nitrogen removal in livestock wastewater using this microorganism. First, we cultured B. cepacia. And then, to conducted treatment for livestock wastewater by using B. cepacia., we changed C/N from 0.2~4.4. When we operated A and B process, changing F/M ratio from 1.2 to 4.4. In experiment of C/N variations, when C/N was 1.8, we found that the optimal condition for organic matter and nutrient removal effect was higher and the removal efficiency of $SCOD_{cr}$, $SBOD_5$,$NH_4-N$ was 78.4%, 95% and 74.8%. So, It is possible to treat the wastewater having the lower C/N contents such as livestock wastewater using this microorganism. In experiment of A and B process for livestock wastewater, we found that the removal efficiency of organic matter and nitrogen in operating mode of A process was higher than that of B process. Also, the optimal F/M operating A process was 0.013 and the removal efficiency of $SBOD_5$, $SCOD_{cr}$, TN and TP were 97%, 60%, 95% and 91%.
For environmental remediation of a contaminated groundwater plume, the use of zero-valent metal represents one of the latest innovative technologies. In this study, the effects of denitrification by zero-valent iron adsorbed in mesoporous silicas have been studied for groundwater contaminant degradation. The mesoporous silica was functionalized with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTS) ligands and the zero-valent iron precipitated in the mesopore of granular silica was made by $FeCl_2$ and $NaBH_4$. Hydrogen was exchanged with $Fe^{2+}$ ions in the granular silicas. And then the ions were reduced by sodium borohydride in the mesoporous silicas. The surface area of the silica determined via the BET method ranged from 858 to $1275m^2/g$. The reductive reaction of nitrate-nitrogen indicated that the degradation of nitrate-nitrogen appeared to be pseudo first-order with the observed reaction rate constant kobs ($0.1619h^{-1}$) and to be directly proportional to the specific surface area. Therefore, the mesoporous silica with nano zero-valent iron proposed as a novel treatment strategy for contaminated groundwater was successfully implemented herein for the removal of nitrate-nitrogen.
This study was performed to investigate the characteristics of nutrient removal by Sequencing Batch Reactor (SBR) system, which could achieve high removal efficiencies of nitrogen and phosphorus and make it possible convenient management and operation. In this study, dissolved oxygen (DO), chemical oxygen demand (COD), nitrogen, and phosphorus in SBR system were examined by variation of anoxic-oxic phase repetition in order to optimize an operational method. The 1~4 times of anoxic-oxic phases (Run 1~4) were repeated during 1 cycle operation period. As the repetition frequency increased, it was more difficult to maintain DO condition enough for denitrification. The SBR system showed high COD removal efficiency more than 91% regardless of operational condition. About 68% of nitrogen removal rate was obtained in conditions of 2 or 3 times repetition of anoxic phases, in which NOx-N among discharged total nitrogen account for more than 99%. Approximately 40% of phosphorus was eliminated in the conditions of 1~3 times of anoxic phase repetition.
A bacterium isolated from waste coal mine water around Hawsun had an ability for the degradation of hydrogen sulfide. The isolate was identified as Thiobacillus sp. IW. on the basis of its morphological, physiological and chemotaxonomical characteristics. The optimum pH and temperature were 7 and $30^{\circ}C$, respectively. Growth occurred in a pH range of 3 to 9. Due to the sulfate accumulated in liquid medium, the pH decreased. As a consequence the cell growth was inhibited. Potasium nitrate and glutamic acid were utilized as a nitrogen source but urea and ammonium chloride not consumed. Denitrification occurred in a basal medium containing the glucose but did not in a basal medium containing the malate. The maximum specific growth rate of cell was 0.78h-1 and generation time was 0.9 hour. The cell productivity was 6.25mg/1$.$h and the isolate grew logarithmically up to 18 hour. These results indicate that the isolate can be a suitable bacterium responsible for degradation of hydrogen sulfide as malodorous compounds.
In order to improve reactor performance of existing sewage treatment plants, the feasibility of enhancing reactor performance by bioaugmentation using EM as bioaugmentation agent and the effects of anoxic: oxic time ratio on reactor performance were investigated. Continuous and intermittent aeration modes were compared under the 6 hr of HRT. Three different types of intermittent aeration modes, that is, 15 min, of anoxic:45 min of oxic, 30 min of anoxic: 30 min of oxic, and 45 min of anoxic: 15 min oxic respectively were chosen as test modes to study the effects of anoxic : oxic time ratios on reactor performance. The optimum anoxic: oxic time ratio was 30 min:30 min when considering simultaneous removal of organic, nitrogen and phosphorus. When applying EM into a continuously aerated reactor under the varying dosing rates of 50-200 ppm, reactor performance in terms of organic and nitrogen removal efficiencies was not improved at all. Nitrogen removal efficiency was increase when the EM dosing rate was increased. However the degree of improvement was slight when the EM was injected above 100 ppm. However optimum phosphorus removal was found at the EM dosing of 200 ppm. Thus it was found that optimum injection concentration of EM is 200 ppm. It is apparent that putting EM into a sewage treatment plant significantly affects the T-N removal efficiency of the reactor by enhancing denitrification efficiency especially in operational conditions of relatively long anoxic periods. To achieve reciprocal condition in a reactor with intermittent aeration it is necessary to enhance the reactor performance by EM injection. In the case of modifying existing continuously aerated reactors into intermittent aerated reactors, it is obvious that operating costs of aeration would be reduced by reducing aeration time when compared with existing conventional sewage treatment plants.
The purpose of this study is to improve the polluted stream water quality by pilot-scale five different constructed wetlands (CWs). Cell 1 to 3 are newly designed 2SFCW (Surface-subsurface flow CW) with 1 to 3 flow shifters (FS) in the middle of the wetland system. Cell 4 and 5 are control CW (CCW), but Cell 5 is the same type as Cell 3. The FS, which converts the route of surface and subsurface flow between two wetlands connected in series, was able to enhance the treatability of TN via nitrification and denitrification and of SS due to filtration and sedimentation. The void fraction and dispersion number of Cell 1, 2 and 3 obtained from the RTD analysis were found to be 0.73 and 0.17, respectively. COD and TP removal efficiencies of Cell 1 to 3 were similar to that of Cell 4 and 5. SS removal efficiencies of Cell 1 to 3 and 5 with FS were 5-10% higher than that of Cell 4 without FS. TN removal efficiencies of Cell 1 to 3 were 3-14% higher than that of Cell 4 and 5. The average $R^2$ values of COD, SS, TN and TP obtained from nonlinear regression analysis were similar to the results of other researchers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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