Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제3권3호
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pp.169-175
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1999
2,4-Dinitrophenol(DNP) is a metabolic uncoupler that prevents cells from creating energy for growth and it has been suggested that the availability of sodium ions may be important in mitigating the effects of uncouplers. Accordingly, the degradation of DNP was investigated using activated sludge which had been adapted to mineralize DNP. After the acclimation of the activated sludge, the effect of sodium ions on the toxicity of high concentrations(80 to 100mg/L) of DNP was investigated over a sodium ion concentration range of 9.3$\times$10-5 to 94mM. The concentration of sodium ions in the activated sludge mixed liquor seemed to have little effect on the DNP toxicity. However, a lack of sodium in the grwoth media resulted in a reduction of the DNP degradation rate by a bacterial isolate from the activated sludge culture identified as Nocardia asteroides.
Microbial fuel cell (MFC) wes enriched using sludge in wastewater treatment. The microbial community of activated sludge and enriched MFC were analyzed by FISH (fluorescent in situ hybridization) and 16S rDNA sequencing. Bacteroidetes group were pre-dominant in activated sludge by FISH. ${\alpha}$ group, ${\gamma}$ group and Acintobacter group were dominant and they were similar to distribution. The average value of 10 peak of MFC is 0.44C. When MFC wase enriched by sludge, ${\gamma}$-Proteobacteria, Plantomycetes group increased 70% and 60%, respectively. In results of 16S rDNA sequencing, Sphiringomonas sp. was comprised in ${\alpha}$ proteobacteria and Enterobacter sp., Klebsiella sp., Acinetobacter sp., Bacillus sp. were comprised in ${\gamma}$ proteobacteria and Chryseobacterium sp. was comprised in Flavobacteria were isolated from sludge.
The feasibility of municipal sewage sludge digestion was investigated by using thermophilic anaerobic sequencing batch reactor(ASBR). One-day settle time was enough for the high performance of solid-liquid separation. The conversion of semi-continuous mode to sequencing batch mode is easily achieved without any adverse effects, although the large amount of sludge equal to the volume ratio of 0.3~06 to reactor volume was added in the feed step of the start-up. The ASBRs had higher conversion capability of organics to biogas than the control reactor. Gas yields of the ASBRs were increased by the average of 50% over the control reactor across a range of hydraulic retention time(HRT)s from 10days to 5days. The thermophilic reactors showed higher gas production than mesophilic reactor. Removal efficiencies of organic matter exceeded 80% on the basis of supernatants, except that at the reactor. Solid-liquid separation was essential in the performance of the ASBR, especially, at the lower HFT. The ASBRs were highly efficient in the retention of activated biomass within the reactor. thus compensating for increased equivalent organic loading rate through increased solids retention times followed by the increased solids, while maintaining shorter HRTs.
Based on the activated sludge model(ASM), a mathematical model which represents the aerobic sludge digestion by sequencing batch reactor(SBR) combined with ultrasonic treatment was composed and performed in this study. Aerobic digestion using sequencing batch reactor(SBR) equipped with ultrasound treatment was also experimented for the purpose of parameter calibration. Most of the presented kinetic parameters in ASM or ASM2 could be used for the aerobic digestion of sludge but the parameters related in hydrolysis and decay rate needed modification. Hydrolysis rate constant of organic matter in aerobic condition was estimated at $0.3day^{-1}$ and the maximum growth rate for autotrophs in aerobic condition was $0.618day^{-1}$. Solubilization reactions of particulate organics and nitrogen by ultrasonication was added in this kinetic model. The solubilization rate is considered to be proportional to the specific energy which is defined by specific ultrasound power and sonication time. The solubilization rate constant by ultrasonication was estimated at $0.202(W/L)^{-1}day^{-1}$ in this study. Autotrophs as well as heterotrophs also decomposed by ultrasonic treatment and the nitrification reaction was limited by the lack of autotrophs accumulation in the digester.
Substrate inhibition of 2,4-dinitrophenol (DNP) degradation was investigated using activated sludge which had been adapted to mineralize DNP. DNP is a metabolic uncoupler, preventing cells from making energy for growth and it has been suggested that pH may be important in mitigating effects of uncouplers. After acclimation of the activated sludge, the effect of pH on toxicity of DNP at high concentration (75 mg/L) was investigated, over a pH range of 5 to 9. DNP inhibition was found to be strongly dependent on mixed liquor pH. The DNP degradation rate was highest in the pH range of 6.95 to 7.84; at pH 5.94 degradation of 75 mg/L DNP was significantly inhibited; at pH < 5.77, DNP degradation was completely inhibited after approximately 30% of the DNP was degraded. By comparison, no significant effect of pH variation in the same range was seen on glucose uptake by the activated sludge culture.
The fate of two cyclic ethers, THF(Tetrahydrofuran) and 1,4-Dioxane, in conventional biological wastewater treatment plants was investigated using sequential activated sludge process. Removal efficiency of THF were about 86% in average, which was greater than that of 1,4-Dioxane, 30%. However, it was not clear whether the removal of cyclic ethers in biological system was caused by microbial activity or not. Thus treatability tests were conducted by batch experiments. The effects of mixing, aeration and the addition of activated sludge on the removal of cyclic ethers were investigated in batch experiments. THF was totally removed by mixing and aeration in 24 hours while removal ratio of 1,4-Dioxane was at most 30% for the same period. This results could be ascribed to the differences in Henry's law constants between the two chemicals. In addition, biological degradation including biosorption was not obviously observed in these batch tests.
C/N 비가 낮은 농촌마을 하수의 고도처리를 위하여 $0.4{\mu}m$의 세공크기를 갖고 있는 평막이 침지된 연속회분식 반응기를 사용하였다. 분말활성탄의 투입, 폭기량 및 유입 유기물 농도가 처리효율과 여과 성능에 미치는 영향을 조사하였다. 54일 이내의 조업 초기에서는 C/N 비가 증가할수록 COD, T-N 및 T-P의 제거율과 MLSS 농도는 증가하였다. 조업 89일 후의 COD, T-N 및 T-P의 제거율은 각각 97.1%, 75.0% 및 48.3%이었다. 막여과에 의해 처리수에서 SS는 검출되지 않았으며, T-P의 제거율이 낮게 나온 이유는 과잉의 슬러지를 배출하지 않았기 때문이다. 분말활성탄을 투여한 경우 조업이 진행됨에 따라 분말활성탄의 혼합강도와 충돌빈도가 증가하여 슬러지의 입자크기가 감소하였으며, 이로 인해 분말활성탄을 투여하지 않은 경우에 비해 TMP 상승이 크게 나타났다.
Microbial communities were analyzed in an anaerobic/aerobic sequencing batch reactor (SBR) fed with glucose as a sole carbon source. Scanning electron microscopy (SEM) showed that tetrad or cuboidal packet bacteria dominated the microbial sludge. Quinone, slot hybridization, and 165 rRNA gene sequencing analyses showed that the Proteobacteria beta subclass and the Actinobacteria group were the main microbial species in the SBR sludge. However, according to transmission electron microscopy (TEM), the packet bacteria did not contain polyphosphate granules or glycogen inclusions, but only separate coccus-shaped bacteria contained these, suggesting that coccus-shaped bacteria accumulated polyphosphate directly and the packet bacteria played other role in the enhanced biological phosphorus removal (EBPR). Based on previous reports, the Actinobacteria group and the Proteobacteria beta subclass were very likely responsible for acid formation and polyphosphate accumulation, respectively, and their cooperation achieved the EBPR in the SBR operation which was supplied with glucose.
Laboratory scale experiments were conducted to study the conversion of sludge from conventional activated sludge to nitrogen-phosphorus removal sludge using two types of sequencing batch reactor (SBR) systems, a conventional SBR and sequencing batch biofilm reactor (SBBR). The nitrogen and phosphorus removal characteristics were similar between SBR and SBBR and the removal efficiencies were very low when the influent TOC concentrations were low. The nitrogen and phosphorus removal efficiencies in SBR were 96% and 77.5%, respectively, which were higher than those in SBBR (88% and 42.5%) at the high influent TOC concentration. In SBBR, the simultaneous nitrification-denitrification was occurred because of the biofilm process. The variations of pH, DO concentration and ORP were changed as the variation of influent TOC concentration both in SBR and SBBR and their periodical characteristics were cleary shown at the high influent TOC concentration. Especially, the pH, DO concentration and ORP inflections, were cleary occurred in SBR compared with SBBR.
고분자 응집제를 이용하여 짧은 시간에 형성된 입상형태의 슬러지를 연속회분식 장치에 주입하여 미생물의 호기성 입상화의 특성을 향상시키고, 제조한 입상화 슬러지를 하수에 적용하여 유기물제거에 대한 운전인자를 도출하였다. 유입하수 COD 63~72 mg/L에 대한 유기물 제거속도 계수 k는 $10.161d^{-1}$로 일반적 활성슬러지 공법의 k값 $5{\sim}8d^{-1}$보다 효과적으로 나타났으며, 산소이용에 대한 a', b' 값은 각각 0.87 mg $O_2/mg$$COD_r$, 0.11 mg $O_2/mg$ MLVSS d이었다. 슬러지 합성계수와 자산 화계수는 각각 0.45 mg VSS/mg $COD_r$과 0.05 mg VSS/mg MLVSS d로 일반적 활성슬러지 공법에 비해, 자산화 계수는 비교적 적은 값으로 나타나므로 미생물의 사멸율은 낮은 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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