Kim Jung-Woo;Kim Jeong-Kon;Lee Young-Joon;Choi Hee-Chul
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.10
no.4
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pp.13-17
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2005
For the SAT modeling system considering the reaction module which consists of nitrification, denitrification and organic oxidation, an imaginary cross-sectional 2-dimensional model simulation was carried out to analyze the sensitivity of the model. Four parameters, such as hydraulic conductivity, source water loading rate, ground surface pavement and operation schedule, were considered for the sensitivity analysis. Most factors considered in model development step were well reflected in the simulation results.
Nitrogen removal, nitrous oxide ($N_2O$) emission and microbial community in sequencing batch and continuous-flow intermittent aeration processes were investigated. Two sequencing batch reactors (SBRs) and two continuous-flow multiple anoxic and aerobic reactors (CMRs) were operated under high dissolved oxygen (DO) (SBR-H and CMR-H) and low DO (SBR-L and CMR-L) concentrations, respectively. Nitrogen removal was enhanced under CMR and low DO conditions (CMR-L). The highest total inorganic nitrogen removal efficiency of 91.5% was achieved. Higher nitrifying and denitrifying activities in SBRs were observed. CMRs possessed higher $N_2O$ emission factors during nitrification in the presence of organics, with the highest $N_2O$ emission factor of 60.7% in CMR-L. SBR and low DO conditions promoted $N_2O$ emission during denitrification. CMR systems had higher microbial diversity. Candidatus Accumulibacter, Nitrosomonadaceae and putative denitrifiers ($N_2O$ reducers and producers) were responsible for $N_2O$ emission.
The purpose of this study was to evaluate the effect of high-salinity wastewater on the microbial activity of Aerobic Granule Sludge (AGS). Laboratory-scale experiments were performed using a sequencing batch reactor, and the Chemical Oxygen Demand (COD), nitrogen removal efficiency, sludge precipitability, and microbial activity were evaluated under various salinity injection. The COD removal efficiency was found to decrease gradually to 3.0% salinity injection, and it tended to recover slightly from 4.0%. The specific nitrification rate was 0.043 - 0.139 mg $NH_4{^+}-N/mg$$MLVSS{\cdot}day$. The specific denitrification rate was 0.069 - 0.108 mg $NO_3{^-}-N/mg$$MLVSS{\cdot}day$. The sludge volume index ($SVI_{30}$) ultimately decreased to 46 mL/g. The specific oxygen uptake rate decreased from an initial value 120.3 to a final value 70.7 mg $O_2/g$$MLVSS{\cdot}hr$. Therefore, salinity injection affects the activity of AGS, causing degradation of the COD and nitrogen removal efficiency. It can be used as an indicator to objectively determine the effect of salinity on microbial activity.
This study assessed the contribution of emergent vegetation (Phragmites australis, Typha latifolia, and Nelumbo nucifera) to the submerged surface area, the amount of biofilms attached to the submerged portions of the plants, and the treatment performance of a free water surface (FWS) constructed wetland. Results showed that a 1% increase ($31m^2$) in the vegetative area resulted in an increase of $220m^2$ of submerged surface area, and 0.48 kg Volatile Suspended Solids (VSS) of attached biofilm. As the vegetation coverage increased, effluent organic matter and total Kjeldahl nitrogen decreased. Conversely, a higher nitrate concentration was found in the effluent as a result of increased nitrification and incomplete denitrification, which was limited by the availability of a carbon source. In addition, a larger vegetation coverage resulted in a higher phosphorus in the effluent, most likely released from senescent biofilms and sediments, which resulted from the partial suppression of algal growth. Based on the results, it was recommended that constructed wetlands should be operated with a vegetation coverage of just under 50% to maximize pollutant removal.
Derakhshan, Zahra;Ehrampoush, Mohammad Hassan;Mahvi, Amir Hossein;Dehghani, Mansooreh;Faramarzian, Mohammad;Ghaneian, Mohammad Taghi;Mokhtari, Mehdi;Ebrahimi, Ali Asghar;Fallahzadeh, Hossein
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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v.67
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pp.219-230
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2018
The present study examined a moving bed biofilm reactor (MBBR) bioreactor on a laboratory scale for simultaneous removal of atrazine, organic carbon, and nutrients from wastewater. The maximum removal efficiency of atrazine, chemical oxygen demand (COD), total phosphorus (TP) and total nitrogen (TN) were 83.57%, 90.36%, 90.74% and 87.93 respectively. Increasing salinity up to 40 g/L NaCl in influent flow could inhibit atrazine biodegradation process strongly in the MBBR reactor.Results showed that MBBR is so suitable process for efficiently biodegrading of atrazine and nitrogen removal process was based on the simultaneous nitrification-denitrification (SND) process.
Humenik, F.J.;Szogi, A.A.;Hunt, P.G.;Broome, S.;Rice, M.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.12
no.4
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pp.629-632
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1999
Constructed wetlands are being used for the removal of nutrients from livestock wastewater. However, natural vegetation typically used in constructed wetlands does not have marketable value. As an alternative, agronomic plants grown under flooded or saturated soil conditions that promote denitrification can be used. Studies on constructed wetlands for swine wastewater were conducted in wetland cells that contained either natural wetland plants or a combination of soybeans and rice for two years with the objective of maximum nitrogen reduction to minimize the amount of land required for terminal treatment. Three systems, of two 3.6 by 33.5 m wetland cells connected in series were used; two systems each contained a different combination of emergent wetland vegetation: rush/bulrush (system 1) and bur-reed/cattail (system 2). The third system contained soybean (Glycine max) in saturated-soil-culture (SSC) in the first cell, and flooded rice (Oryza sativa) in the second cell. Nitrogen (N) loading rates of 3 and $10kg\;ha^{-1}\;day^{-1}$ were used in the first and second years, respectively. These loading rates were obtained by mixing swine lagoon liquid with fresh water before it was applied to the wetland. The nutrient removal efficiency was similar in the rush/bulrush, bur-reed/cattails and agronomic plant systems. Mean mass removal of N was 94 % at the loading rate of $3kg\;N\;ha^{-1}\;day^{-1}$ and decreased to 71% at the higher rate of $10kg\;N\;ha^{-1}\;day^{-1}$. The two years means for above-ground dry matter production for rush/bulrushes and bur-reed/cattails was l2 and $33Mg\;ha^{-1}$, respectively. Flooded rice yield was $4.5Mg\;ha^{-1}$ and soybean grown in saturation culture yielded $2.8Mg\;ha^{-1}$. Additionally, the performance of seven soybean cultivars using SSC in constructed wetlands with swine wastewater as the water source was evaluated for two years, The cultivar Young had the highest yield with 4.0 and $2.8Mg\;ha^{-1}$ in each year, This indicated that production of acceptable soybean yields in constructed wetlands seems feasible with SSC using swine lagoon liquid. Two microcosms studies were established to further investigate the management of constructed wetlands. In the first microcosm experiment, the effects of swine lagoon liquid on the growth of wetland plants at half (about 175 mg/l ammonia) and full strength (about 350 mg/l ammonia) was investigated. It was concluded that wetland plants can grow well in at least half strength lagoon liquid. In the second microcosm experiment, sequencing nitrification-wetland treatments was studied. When nitrified lagoon liquid was added in batch applications ($48kg\;N\;ha^{-1}\;day^{-1}$) to wetland microcosms the nitrogen removal rate was four to five times higher than when non-nitrified lagoon liquid was added. Wetland microcosms with plants were more effective than those with bare soil. These results suggest that vegetated wetlands with nitrification pretreatment are viable treatment systems for removal of large quantities of nitrogen from swine lagoon liquid.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.11
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pp.1186-1192
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2005
The relationship between bacteria and anaerobic archaea, sludge yield coefficient and nitrogen removal rate were investigated in intermittent aeration systems(I/A) with added archaea, I/A and conventional activated sludge system. As the archaea solution was added to the I/A reactor, organic removal rate as well as nitrogen removal rate increased. Also, sludge production rate in I/A system added the archaea was maintained lower than other systems because sludge yield coefficient was decreased due to the role of anaerobic archaea such as anaerobic degradation of organics. The experimental data supported the possibility of symbiotic activated sludge system with anaerobic archaea under intermittent aeration, leading to the enhanced nitrogen removal. Crucial results to be presented are: 1) specific oxygen utilization rate(SOUR) of the I/A-arch system was $2.9\;mg-O_2/(g-VSS{\cdot}min)$. SOUR and nitrification rate of the sludge from the I/A-arch system was higher than those from the I/A and A/S reactors. 2) Removal efficiencies of $TCOD_{Cr}$ in the I/A-arch, I/A and A/S reactors were 93, 90 and 87%, respectively. 3) Nitrification occurred successfully in each reactor, while denitrification rate was much higher in the I/A-arch reactor. Efficiencies of TN removal in the I/A-arch, I/A and A/S reactors were 75, 63 and 33%, respectively.
Kim, Man-Soo;Park, Jong-Woon;Lee, Sang-Ill;Park, Chul-Whi
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.4
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pp.452-459
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2007
Nutrient removal hybrid process to use suspended and attached growth microorganisms and apply the contact and stabilization process was process obtaining good results to HRT within 6 hours to dominate nitrifier and to promote separation and growth of autotrophs and heterotrophs to pack with EPS(Expanded Poly-Styrene) media in nitrification reactor. An average effluent quality of this process was below 5.2 mg/L, 7.3 mg/L, 4.9 mg/L as $BOD_5,\;COD_{Mn}$, SS concentration and 6.8 mg/L, 0.6 mg/L as T-N, T-P concentration. Also, An average removal efficiency of this process was 94.6%, 79.8%, 94.9% as $BOD_5,\;COD_{Mn}$, SS and 70.8%, 76.9% as T-N, T-P. 16S-rRNA analysis result of microorganisms attached to EPS media was researched Nitrosomonas and Nitrosococcus blown to ammonia-oxidizing bacteria cluster to include Gallionella and these microorganisms were researched to involve about 6% of biofilm attached EPS media. Consequently, this process was treated below 10 mg/L and 1.0mg/L as T-N, T-P concentration at short hydraulic retention time(about 6 hr) to dominate nitrifier.
A lab-scale vertical flow subsurface (VFS) wetland composed of three parallel columns with polypropylene synthetic fiber as main substrate was operated. Piggery stormwater diluted from swine excreta was fed to the wetland on the basis of three different hydraulic regimes or hydraulic retention time (HRT) of 2, 4, and 8 days with daily internal recirculation. Then, monitoring of common water quality parameters was carried out. Unexpectedly, an increase of effluent COD concentration accompanying the appearance of foams was observed during a distinct period in the wetland with HRT 2, 4, and 8 days, successively. Subsequently, a series of experiments was conducted to investigate the origin of the foams. Foams and the increase of COD concentration were found to be induced by the release of organic matter from the synthetic polypropylene fiber which was fed with piggery stormwater. Meanwhile, nitrogen removal was found to be enhanced during a period which overlapped the distinct foaming period signifying that foaming played two important functions in biological nitrogen removal. Foams which form rapidly and then burst easily could hold up and then release oxygen for nitrification. Foams which contain organic surfactants could serve as carbon sources for denitrification as well. Hence, nitrogen removal was enhanced during the foaming stage. After that, COD concentration decreased slowly to a level prior to the foaming stage, and nitrogen removal efficiency declined as well.
Kim, Dong-Jin;Lee, Dong-Ig;Cha, Gi-Cheol;Keller, Jurg
Environmental Engineering Research
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v.13
no.3
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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