Sources of organic waste materials for aerobic and/or anaerobic degradation, or for composting of solid wastes in Germany were estimated. The basic microbiology and the energetics of these processes were compared with special emphasis on anaerobic degradation, for which a general degradation scheme of carbohydrates is presented. Advantages of anaerobic over aerobic treatment processes are pointed out and conditions for maintaining a highly stable anaerobic process as well as producing a sanitized, hygienic product are discussed. Reactor systems suitable for efficient treatment of wastes with a high or low proportion of suspended solids are principally compared and results of laboratory studies on the degradation of several wastes and animal manures summarized. Finally, a piggery slurry treatment factory for an ultimate slurry processing to obtain a dry fertilizer and a harmless, disposable liquid, as it is in operation in Helmond/Holland, is presented and preliminary process data are presented.
Effect of electron accepters on anaerobic degradation of petroleum hydrocarbons by an anaerobic sludge taken from a sludge digestion tank in a soil artificially contaminated with 10,000 mg/kg soil of diesel fuel was tested. Treatments of soil with 30 mL of the digestion sludge (2,000 mg/L of vss (volatile suspended solids)) were incubated under several anaerobic conditions including nitrate reducing, sulfate reducing, methanogenic, and mixed electron accepters conditions for 120 days. Treatments with the digested sludge showed significant degradation of diesel fuel under all anaerobic conditions compare to control treatments with an autoclaved sludge and without the sludge. The amount of TPH degradation after 120days incubation was the largest in the treatment with the sludge and mixed electron accepters (75% removal of TPH) followed in order by sulfate reducing, nitrate reducing, methanegenic condition as 67%, 53%, 43%, respectively. However, the rate of TPH degradation in the nitrate- and sulfate reducing condition within 105 days were comparable with that of the mixed electron accepters condition. Microorganisms in each electron acceptor condition were plated on solid mediums containing nitrate or sulfate as sole electron acceptor and several nitrate- and sulfate reducing bacteria showed effective degradation of diesel fuel within 30 days incubations. These results suggest that anaerobic degradation of diesel fuel in soil with digested sludge is effective for practical remediation of soil contaminated with petroleum hydrocarbons.
Lignocellulose and lignolic compounds were absolutely given much weight In the biosphere, and their degradation was essential for continuous biological carbon circulation. Whereas aerobic cellulolytic microorganism dissolved the cellulose into their elements in the first stage, strict anaerobic cellulolytic microorganism's role was taken I increasing interest through the recent research. It was reviewed that anaerobic microbial degradation process of lignocellulose and its derivatives (cellulose, lignin, oligolignol and monoaromatic compound), and function of anaerobic microorganism on the. environmental ecology.
The production of microbiologically enriched cultures that degrade cis- 1,2-dichloroethylene(DCE) under anaerobic conditions was investigated. Among 80 environmental samples, 19 displayed significant degradation of $10{\mu}M$ cis-DCE during 1 month of anaerobic incubation, and one sediment sample collected at a landfill area (Nanji-do, Seoul, Korea) showed the greatest degradation ($94\%$). When this sediment culture was subcultured repeatedly, the ability to degrade cis-DCE gradually decreased. However, under Fe(III)-reducing conditions, cis-DCE degradation by the subculture was found to be maintained effectively. In the Fe(III)-reducing subculture, vinyl chloride (VC) was also degraded at the same extent as cis-DCE No accumulation of VC during the cis-DCE degradation was observed. Thus, Fe(III)-reducing microbes might be involved in the anaerobic degradation of the chlorinated ethenes. However, the subcultures established with Fe(III) could function even in the absence of Fe(III), showing that the degradation of cis-DCE and VC was not directly coupled with the Fe(III) reduction. Consequently, the two series of enrichment cultures could not be obtained that degrade both cis-DCE and VC in the presence or absence of Fe(III). Considering the lack of VC accumulation, both cultures reported herein may involve interesting mechanism(s) for the microbial remediation of environments contaminated with chlorinated ethenes. A number of fermentative reducers (microbes) which are known to reduce Fe(III) during their anaerobic growth are potential candidates involved in cir-DCE degradation in the presence and absence of Fe(III).
Anaerobic degradation characteristics of dewatered liquid of household food waste including methane conversion efficiency and degradation kinetics were studied in an anaerobic batch reactor of 5 L volume. The ultimate methane production for dewatered liquid of household food waste tested was over 0.31L $CH_4/L{\cdot}dewatered$ liquid of household food waste. The kinetic constant of dewatered liquid of household food waste tested was $0.223d^{-1}/L$. The kinetic behavior of anaerobic degradation was described as a first order series reaction. The determinant of rate-limiting step(DR) that is balanced out from the rates of reaction steps was defined by the logarithmic difference of the maximum acidification rate and the maximum methanation rate. Anaerobic degradation characteristics of organic materials were evaluated by the value of DR. The DR of dewatered liquid of household food waste tested was 1.17.
Katayama, A.;Yoshida, N.;Shibata, A.;Baba, D.;Yang, S.;Li, Z.;Kim, H.;Zhang, C.;Suzuki, D.
한국환경농학회:학술대회논문집
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한국환경농학회 2011년도 30주년 정기총회 및 국제심포지엄
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pp.128-135
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2011
Consortia demonstrated the high capacities of anaerobic degradation of various aromatic compounds, which were successfully enriched from gley paddy soils under different conditions. Phenol and cresol was decomposed anaerobically using nitrate, ferric oxide or sulfate as electron acceptors. Biphenyl was degraded to $CO_2$, especially without addition of external electron acceptor. Alkylphenols with middle length of alkyl chain, were co-metaboliocally degraded with the presence of hydroxylbenzoate as the co-substrate under nitrate reducing conditions. The microorganisms responsible for the anaerobic co-metabolism was Thauera sp. Reductive dechlorination activity was also observed for polychlorophenols, fthalide, polychlorinated biphenyls, polychlorinated dibenzo-p-dioxins with the presence of lactate, formate or $H_2$ as electron donor. The fthalide dechlorinator was classified as Dehalobacter sp. Coupling of two physiologically-distinct anaerobic consortia, aromatic ring degrader and reductive dechlorinator, resulted in the mineralization of pentachlorophenol under anaerobic conditions. These results suggested that gley paddy soils harbored anaerobic microbial community with versatile capacity degrading aromatic compounds under anaerobic conditions.
Polynuclear aromatic hydrocarbon (PAH) compounds are highly carcinogenic chemicals and common groundwater contaminants that are observed to persist in soils. The adherence and slow release of PAHs in soil is an obstacle to remediation and complicates the assessment of cleanup standards and risks. Biological degradation of PAHs in soil has been an area of active research because biological treatment may be less costly than conventional pumping technologies or excavation and thermal treatment. Biological degradation also offers the advantage to transform PAHs into non-toxic products such as biomass and carbon dioxide. Ample evidence exists for aerobic biodegradation of PAHs and many bacteria capable of degrading PAHs have been isolated and characterized. However, the microbial degradation of PAHs in sediments is impaired due to the anaerobic conditions that result from the typically high oxygen demand of the organic material present in the soil, the low solubility of oxygen in water, and the slow mass transfer of oxygen from overlying water to the soil environment. For these reasons, anaerobic microbial degradation technologies could help alleviate sediment PAH contamination and offer significant advantages for cost-efficient in-situ treatment. But very little is known about the potential for anaerobic degradation of PAHs in field soils. The objectives of this research were to assess: (1) the potential for biodegradation of PAH in field aged soils under denitrification conditions, (2) to assess the potential for biodegradation of naphthalene in soil microcosms under denitrifying conditions, and (3) to assess for the existence of microorganisms in field sediments capable of degrading naphthalene via denitrification. Two kinds of soils were used in this research: Harbor Point sediment (HPS-2) and Milwaukee Harbor sediment (MHS). Results presented in this seminar indicate possible degradation of PAHs in soil under denitrifying conditions. During the two months of anaerobic degradation, total PAH removal was modest probably due to both the low availability of the PAHs and competition with other more easily degradable sources of carbon in the sediments. For both Harbor Point sediment (HPS-2) and Milwaukee Harbor sediment (MHS), PAH reduction was confined to 3- and 4-ring PAHs. Comparing PAH reductions during two months of aerobic and anaerobic biotreatment of MHS, it was found that extent of PAHreduction for anaerobic treatment was compatible with that for aerobic treatment. Interestingly, removal of PAHs from sediment particle classes (by size and density) followed similar trends for aerobic and anaerobic treatment of MHS. The majority of the PAHs removed during biotreatment came from the clay/silt fraction. In an earlier study it was shown that PAHs associated with the clay/silt fraction in MHS were more available than PAHs associated with coal-derived fraction. Therefore, although total PAH reductions were small, the removal of PAHs from the more easily available sediment fraction (clay/silt) may result in a significant environmental benefit owing to a reduction in total PAH bioavailability. By using naphthalene as a model PAH compound, biodegradation of naphthalene under denitrifying condition was assessed in microcosms containing MHS. Naphthalene spiked into MHS was degraded below detection limit within 20 days with the accompanying reduction of nitrate. With repeated addition of naphthalene and nitrate, naphthalene degradation under nitrate reducing conditions was stable over one month. Nitrite, one of the intermediates of denitrification was detected during the incubation. Also the denitrification activity of the enrichment culture from MHS slurries was verified by monitoring the production of nitrogen gas in solid fluorescence denitrification medium. Microorganisms capable of degrading naphthalene via denitrification were isolated from this enrichment culture.
In biological wastewater treatment, high lipid concentrations can inhibit the activity of microorganisms critical to the treatment process and cause undesirable biomass flotation. To reduce the inhibitory effects of high lipid concentrations, a two-phase anaerobic system, consisting of an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) and an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor in series, was applied to synthetic dairy wastewater treatment. During 153 days of operation, the two-phase system showed stable performance in lipid degradation. In the ASBR, a 13% lipid removal efficiency and 10% double-bond removal efficiency were maintained. In the UASB, the chemical oxygen demand (COD), lipid, and volatile fatty acid (VFA) removal efficiencies were greater than 80%, 70%, and 95%, respectively, up to an organic loading rate of 6.5 g COD/l/day. No serious operational problems, such as significant scum formation or sludge washout, were observed. Protein degradation was found to occur prior to degradation during acidogenesis.
연안 저서시료에 의한 benzene과 toluene, meta-xylene(BTX)의 혐기성 분해를 촉진시키기 위해 전자수용체 및 접종 시료의 적응에 따른 분해 정도를 조사하였다. 비적응 시료에 의해 BTX 는 10주 정도의 적응기 후에 분해되기 시작하여 16주 경과 후 benzene은 37~61%, toluene은 57~61% 분해되었다. 접종 시료별 혐기성 분해도는 유해물질의 유입이 많은 지역에서 채취한 시료가 우수한 분해력을 보였다. 그러나 6개월 가량 적응시킨 결과, 접종 시료별 BTX의 분해 차이는 나타나지 않았으며 적응기가 발생하지 않은 채 빨리 분해시켰다. BTX 단일 화합물을 첨가하였을 경우, 메탄생성 조건에서도 분해도가 다른 조건에 비해 다소 느리게 일어났으며, BTX 혼합체에서는 탈질화 조건에서 분해력이 다소 떨어졌다. BTX의 성분별 분해 정도는 m-xylene이 가장 빨랐으며, benzene의 분해가 가장 느렸다. 오랜 기간 BTX에 적응된 시료에 의해서도 m-xylene의 분해가 빨랐으나 benzene의 분해도 신속히 일어나 toluene과 비슷한 분해율을 나타냈다. 이러한 BTX의 혐기성 분해에 따라 독성이 감소하였다.
Khan, Muhammad Imran;Yoo, Keunje;Kim, Seonghoon;Cheema, Sardar Alam;Bashir, Safdar;Park, Joonhong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제30권6호
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pp.839-847
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2020
In the present study, an anaerobic microbial consortium for the degradation of hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine (RDX) was selectively enriched with the co-addition of RDX and starch under nitrogen-deficient conditions. Microbial growth and anaerobic RDX biodegradation were effectively enhanced by the co-addition of RDX and starch, which resulted in increased RDX biotransformation to nitroso derivatives at a greater specific degradation rate than those for previously reported anaerobic RDX-degrading bacteria (isolates). The accumulation of the most toxic RDX degradation intermediate (MNX [hexahydro-1-nitroso-3,5-dinitro-1,3,5-triazine]) was significantly reduced by starch addition, suggesting improved RDX detoxification by the co-addition of RDX and starch. The subsequent MiSeq sequencing that targeted the bacterial 16S rRNA gene revealed that the Sporolactobacillus, Clostridium, and Paenibacillus populations were involved in the enhanced anaerobic RDX degradation. These results suggest that these three bacterial populations are important for anaerobic RDX degradation and detoxification. The findings from this work imply that the Sporolactobacillus, Clostridium, and Paenibacillus dominant microbial consortium may be valuable for the development of bioremediation resources for RDX-contaminated environments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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