폐수의 복합독성과 다수의 미지 화합물의 영향을 평가하는 것은 많은 시간이 요구되고 분석상 어려움이 존재하는 경우가 많다. 그러므로 폐수중 독성을 나타내는 원인물질의 탐색과 처리효과를 평가하기 위한 방법을 확립하는 것이 절실히 요구된다. 본 연구에서는 질산화 저해제를 이용하여 혼합미생물중 질산화 미생물과 종속영양미생물을 구분하여 암모니아 저해도 실험을 수행하였으며, 이때 저해도는 dehydrogenase activity(DHA)를 이용한 미생물활성도의 차이로서 평가하였다. DHA에 의한 암모니아 저해 연구는 총 암모니아의 영향, 유리 암모니아의 영향, 질산화 미생물과 종속영양미생물의 암모니아 저해도에 대해 각각 평가되었다. 암모니아 독성은 총 암모니아 농도와 pH가 증가할수록 크게 나타나 유리 암모니아의 역할이 중요하게 작용함이 밝혀졌으나 미생물의 DHA는 총 암모니아와 유리 암모니아가 함께 고려되어야 정확히 평가될 수 있었다. 3.000mg/L 이상의 고농도의 암모니아에서는 질산화 미생물이 종속영양미생물 보다 심한 저해를 받는 것으로 나타났다.
Kim, Dong-Jin;Lee, Dong-Ig;Cha, Gi-Cheol;Keller, Jurg
Environmental Engineering Research
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제13권3호
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pp.125-130
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2008
Free ammonia ($NH_3$-N) inhibition of nitrite-oxidizing bacteria (NOB) has been widely studied for partial nitrification (or nitrite accumulation) and denitrification via nitrite ($NO_2^-$-N) as a low-cost treatment of ammonium containing wastewater. The literature on $NH_3$-N inhibition of NOB, however, shows disagreement about the threshold $NH_3$-N concentration and its degree of inhibition. In order to clarify the confusion, a simple and cheap respirometric method was devised to investigate the effect of free ammonia inhibition of NOB. Sludge samples from an autotrophic nitrifying reactor were exposed to various $NH_3$-N concentrations to measure the maximum specific nitrite oxidation rate ($\hat{K}_{NO}$) using a respirometer. NOB biomass was estimated from the yield values in the literature. Free ammonia inhibition of nitrite oxidizing bacteria was reversible and the specific nitrite oxidation rate ($K_{NO}$) decreased from 0.141 to 0.116, 0.100, 0.097 and 0.081 mg $NO_2^-$-N/mg NOB h, respectively, as the $NH_3$-N concentration increased from 0.0 to 1.0, 4.1, 9.7 and 22.9 mg/L. A nonlinear regression based on the noncompetitive inhibition mode gave an estimate of the Inhibition concentration ($K_I$) of free ammonia to be 21.3 mg $NH_3$-N/L. Previous studies gave $\hat{K}_{NO}$ of Nitrobacter and Nitrospira as 0.120 and 0.032 mg/mg VSS h. The free ammonia concentration which inhibits Nitrobacter was $30{\sim}50\;mg$$NH_3$-N/L and Nitrospira was inhibited at $0.04{\sim}0.08\;mg$$NH_3$-N/L. The results support the fact that Nitrobacter is the dominant NOB in the reactor. The variations in the reported values of free ammonia inhibition may be due to the different species of nitrite oxidizers present in the reactors. The respirometric method provides rapid and reliable analysis of the behavior and community of the nitrite oxidizing bacteria.
This study investigated the effect of high concentration of free ammonia on microalgal growth and substrate removal by applying real wastewater nitrogen ratio. To test of this, the conditions of free ammonia 1, 3, 6, 9, 12, 15 mg-N/L are compared. After 3 days of incubation, algal growth of Chlorella vulgaris and carbon removal rate are respectively lower in the reactors of FA 12, 15 mg-N/L compared to the others. This indicates that the high concentration of free ammonia, in this case, above 12 mg-N/L, has negative effect on algal growth and metabolic activity. Also, high concentration of free ammonia causes the proton imbalance, ammonium accumulation in algae and has toxicity for these reasons. So, we have to consider free ammonia in applying the microalgae to wastewater treatment system by the way of diluting wastewater or controlling pH and temperature.
For an integrated nitrification-denitrification process, nitrite formation in the aerobic stage leads to big savings. Dissolved oxygen concentration, temperature, pH and free ammonia concentration have been meet for nitrite accumulation. Also their effects over the ammonia oxidizers and nitrite oxidizers have been studied. Dissolved oxygen limitation and free ammonia inhibition led to slow nitrification and nitrite build up. In this study batch kinetics of ammonium and nitrite oxidations were performed with free ammonia accumulated nitrifiers. From the results it is likely the nitrite oxidizers are inhibited by oxygen limitation rather than free ammonia.
The upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor can be effective for treating simple organic compounds containing high concentration of ammonia nitrogen. The chemical oxygen demand (COD) removal efficiency was about 80% at ammonia nitrogen concentration up to 6,000 mg-N/L. This result also showed that it would be possible to treat propionate effectively at free ammonia nitrogen concentration up to 724 mg-N/L if sufficient time was allowed for adaptation. However the specific methanogenic activity (SMA) of granule was lower than that of granule in the reactor with lower ammonia nitrogen concentration. At 8,000 mg-N/L, the inhibition of high ammonia concentration was observed with evidence of increase of the volatile suspended solids (VSS) concentration in the effluent. It might be ascribed to the decrease in the content of extracellular polymer (ECP), which resulted to the sloughing off of obligated proton-reducing acetogens and heterogenotrophic methanogens from the exterior of granular sludge. This caused a great portion of the finely sludge to be easily washed out. Therefore, failure to maintain the balance between these two groups of microorganism cause accumulation of the hydrogen partial pressure in the reactor, which could have inhibited the growth of acetate utilizing methanogens.
Recently, the interests on economical nitrogen removal from wastewater are growing. As a method of the novel nitrogen removal technology, nitrogen removal via nitrite pathway by selective inhibition of free ammonia and free nitrous acid on nitrite oxidizing bacteria have been intensively studied. The inhibition effects of free ammonia and free nitrous acid are low when domestic wastewater is used, however, because of its relatively lower nitrogen concentration than the wastewater from industry and landfill, etc. In this study, a sequencing batch reactor (SBR) is proposed for nitrogen removal to investigate the effect of the low nitrogen concentration on nitrite accumulation. Nitrification efficiency reached almost 100% during the aerobic cycle and the maximum specific nitrification rate ($V_{max,nit}$) reached $17.8mg\;NH_4{^+}-N/g\;MLVSS{\bullet}h$. During the anoxic cycle, average denitrification efficiency reached 87% and the maximum specific denitrification rate ($V_{max,den}$) reached $9.8mg\;NO_3{^-}-N/g\;MLVSS{\bullet}h$. From the analysis the main reason of nitrite accumulation in the SBR was free nitrous acid rather than free ammonia. Nitrite accumulation increased with the decrease of organic content in the wastewater and the mechanism is not well understood yet. From the result of fluorescent in situ hybridization, the distribution of nitrite oxidizing bacteria was in equilibrium with ammonium oxidizing bacteria when nitrite accumulation did not occur.
축산분뇨에 대한 처리도 및 암모니아에 대한 독성을 평가하기 위하여 UASB 반응조를 운전하였다. 반응조의 운전결과 유기부하량 $2.6kg\;COD/m^3.day$과 수리학적 체류시간 3일에서 70%의 COD 제거효율을 얻을 수 있었으나, 유기부하량과 수리학적 체류시간을 각각 $7kg\;COD/m^3.day$과 2일로 유지한 경우 COD 제거율이 급격히 감소되었다. 반응조 슬러지의 유리암모니아에 대한 독성을 평가하기 위하여 수행된 회분식 실험 결과, 각 단계별 슬러지의 메탄균 활성은 0.5, 0.47 및 $0.3kgCH_4-COD/kgVSS.day$로 반응조내 유리암모니아 농도가 $500mg-N/{\ell}$에서는 메탄균의 활성이 4%, 유리암모니아 농도가 $1000mg-N/{\ell}$에서는 메탄균의 활성이 40% 감소되었다. 이러한 결과로부터 유리암모니아 농도가 $500mg-N/{\ell}$ 이하에서는 반응조 미생물에 미치는 저해정도가 작은 것으로 판단된다. 한편 $1000mgVSS/{\ell}$ 이내의 휘발성 고형물질을 포함하는 폐수는 혐기성균에 의해 쉽게 분해되므로 UASB 반응조를 안정적으로 운영할 수 있다.
In this study, a poly(vinyl) alcohol/sodium alginate (PVA/SA) mixture was used to fabricate core-shell structured gel beads for autotrophic single-stage nitrogen removal (ASNR) using aerobic and anaerobic ammonia-oxidizing bacteria (AAOB and AnAOB, respectively). For stable ASNR process, the mechanical strength and oxygen penetration depth of the shell layer entrapping the AAOB are critical properties. The shell layer was constructed by an interfacial gelling reaction yielding thickness in the range of 2.01-3.63 mm, and a high PVA concentration of 12.5% resulted in the best mechanical strength of the shell layer. It was found that oxygen penetrated the shell layer at different depths depending on the PVA concentration, oxygen concentration in the bulk phase, and free ammonia concentration. The oxygen penetration depth was around $1,000{\mu}m$ when 8.0 mg/L dissolved oxygen was supplied from the bulk phase. This study reveals that the shell layer effectively protects the AnAOB from oxygen inhibition under the aerobic conditions because of the respiratory activity of the AAOB.
This study investigated nitrite ($NO_2{^-}$) accumulation due to FA (Free Ammonia: $NH_3$) inhibition in an anaerobic-aerobic-anoxic (AOA) process reactor to mainly treat wastewater containing 302-610 mg/L of $NH_3/NH_4{^+}-N$. Based on an experimental operation focusing on the nitrification, it was observed that $NO_2{^-}$ was accumulated in the aerobic nitrification zone as pH increased, due to inhibition of $NO_2{^-}$ conversion to $NO_3{^-}$ by FA. This result implied FA inhibition to NOB ($NO_2{^-}$-Oxidizing Bacteria) for converting $NO_2{^-}$ to $NO_3{^-}$. The objective of this study is to develop a feasible monitoring procedure for early detection of the FA inhibition toward $NO_2{^-}$ accumulation and poor nitrification. Thus, in order to rapidly assess FA concentrations, an $NH_3$ probe was utilized to measure $NH_3$ concentrations together with applying a simple model prediction using the measured $NH_4{^+}$ concentrations, the Henry's law constant of $NH_3$ and measured pH. The predictive model $NH_3$ levels were verified by a good correlation (89%) with the corresponding measured data, but the model prediction underestimated FA concentrations at less than 7.4 and a little overestimated at pH above 7.5. Interestingly, accumulated $NO_2{^-}$ levels were roughly correlated with FA levels that were observed at delayed time points. This reflects the detected FA levels can be good indicators of $NO_2{^-}$ levels with some delayed time. $NO_2{^-}$ accumulation started at measured FA concentrations of higher than approximately 3 mg/L and ceased below that FA level.
Lee, Young Joon;Nguyen, Viet Hoang;Nguyen, Hong Khanh;Pham, Tuan Linh;Kim, Gi Youn
통합자연과학논문집
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제4권2호
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pp.103-112
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2011
This study was carried out on 4 batch reactors to determine the specific ammonium oxidizing rate (SAOR), specific nitrate forming rate (SNFR) and inhibitory degree of nitrifying activities with saline concentrations. Under salt free condition ammonia was consumed during the reaction period within 200 min. When the salt level increased to 10, 20 and 30 g $NaClL^{-1}$ in reactor, ammonia depletion took 250, 300 and above 350 min, respectively. During concentration above 10 g $NaClL^{-1}$, there was nitrite accumulation. Also, at 30 g $NaClL^{-1}$ ammonia did not depleted and $NO_2{^-}$-N accumulated until the final reaction. Nitrate formation rates decreased with increasing salt concentration. SAOR and SNFR showed a decreasing trend as salinity concentrations were increased. The SAOR was reduced from 0.2 to 0.08 mg $NH_4{^+}$-N $g^{-1}VSS\;day^{-1}$ as the salt concentration increased from 0 to 30 g $NaClL^{-1}$. Similarly, the SNFR decreased from 0.26 kg $NO_3{^-}$-N $kg^{-1}VSS\;day^{-1}$ at saline free to 0.1 kg $NO_3{^-}$-N $kg^{-1}VSS\;day^{-1}$ at saline 30 g L-1. A severe inhibition of nitrifiers activity was observed at increased salt concentrations. The inhibition ratio of specific ammonium oxidation rates were 17, 47 and 60% on the reactor of 10, 20 and 30 g $NaClL^{-1}$ added, respectively. The inhibition ratio of specific nitrate forming rates also were inhibited 30, 53 and 62% on the reactor of 10, 20 and 30 g $NaClL^{-1}$ added, respectively. As the salinity concentrations increased from 0 to 30 mg $NaClL^{-1}$, the average MLSS concentration increased from 1,245 to 1,735 $mgL^{-1}$. The SS concentration of supernatant in reactor which settled about 30 minutes was not severely difference between concentration of salt free reactor and one of those high salt contained reactors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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