The objective of this study is to review the basic theories related substrate removal in wastewater flow variations using submerged biofilm reactor. An aerated biofilm reactor is that in which influent organic substrates are aerobically oxidized by the microorganisms of biofilm grown on the surface of submerged media. No sludge is returned, and oxygen is supplied by diffusers. Three types of aerated biofilm reactor are one stage-central aeration, one stageup flow aeration and two stage-side aeration. The orders of substrate removal capacity in wastewater flow variations showed two stage-side aeration, one stage-upflow aeration and one stage-central aeration. The phenonmenon of nonclosing volid in upflow aeration type was superior to these in central-side aeration type. Attached biofilm masses in case of upflow, side and central aeration reactor were 1.0mg/cm$^2$, 4.1 mg/cm$^2$ and 0.93 mg/cm$^2$, respectively. Yield coefficient for biofilm was 0.31 to 0.48. Especially, removal efficiency can be increased remarkably according to the number of biofilm reactor and the packed condition of media.
A mathematical model for organic removal efficiency was investigated in a fluidized bed biofilm reactor by changing the feed flow rate, the residence time and the recycle flow rate. In batch experiment, organic removal could be assumed as first order and an intrinsic first order rate constant(k1) was found $6.4{\times}^{-6}cm^3/mg{\cdot}sec$ at influent COD range of 3040 - 6620 mg/L. In continuous experiment, at the condition of the influent COD, 3040 mg/L, the superficial upflow velocity, 0.47 cm/sec, the biofilm thickness 336 ${\mu}m$ and the biofilm dry density 0.091 g/mL, the calculated COD removal efficiency from the mathematical model gave 60% which was very close to the observed value of 66 %. As the feed flow rate was increased, the COD removal efficiency was sharply decreased and at constant feed flow rate, the COD removal efficiency was decreased also as the residence time being decreased.
Quercus infectoria (nutgall) has been reported to possess antimicrobial activities against a wide range of pathogens. Nevertheless, the biofilm removal effect of nutgall extract has not been widely investigated. In this study, we therefore evaluated the effect of nutgall extract in combination with cetrimonium bromide (CTAB) against preformed biofilm of Salmonella Typhimurium on polypropylene (PP) and stainless steel (SS) coupons in comparison with other sanitizers. The minimum inhibitory concentration (MIC) and the minimum bactericidal concentration (MBC) of nutgall extract and surfactants (CTAB and sodium dodecyl sulfate; SDS) were assessed. CTAB showed a more efficient antimicrobial activity than SDS and was selected to use in combination with nutgall extract for removing biofilm. To determine the biofilm removal efficacy, the PP and SS coupons were individually submerged in 2x MBC of nutgall extract (256 mg/ml) + 2x MBC of CTAB (2.5 mg/ml), nutgall extract alone (256 mg/ml), CTAB alone (2.5 mg/ml), distilled water, and 100 ppm sodium hypochlorite for 5, 15, and 30 min. The remaining sessile cells in biofilm were determined. Overall, the greatest biofilm removal efficacy was observed with nutgall extract + CTAB; the biofilm removal efficacy of sanitizers tended to increase with the exposure time. The SEM analysis demonstrated that S. Typhimurium biofilm on PP and SS coupons after exposure to nutgall extract + CTAB for 30 min displayed morphological alterations with wrinkles. This study suggests nutgall extract + CTAB may be an alternative to commonly used sanitizers to remove biofilm from food contact surfaces in the food industry and household.
Biological nutrient removal(BNR) from wastewater was performed by adopting various process configurations. The simultaneous biological organics, phosphorus and nitrogen removal of synthetic wastewater was investigated in a sequencing batch biofilm reactor (SBBR). The other reactor was operating as a reference, without biofilm being added. The cycling time in SBR and SBBR was adjusted at 12 hours and then certainly included anaerobic and aerobic conditions. Both systems has been operated with a stable total organic carbon(TOC), nitrogen and phosphorus removal performance for over 90 days. Average removal efficiencies of TOC and total nitrogen were 83% and 95%, respectively. The nitrification rate in SBR was higher than that in SBBR. On the contrary, the denitrification rate in SBBR was higher than that in SBR. The phosphorus release was occurred in SBBR, however, not in SBR because of the inhibition effect of NO$_3$$^{[-10]}$ .
In this study, an experiment was conducted on influent water with low concentrations of organic matter, such as river water or secondary treatment water of a sewage treatment plant, according to HRT changes by using aerobic biofilm. In the biofilm process, as the biofilm increases in thickness, the inner membrane can be low in oxygen transfer rate and become anaerobic conditions, while the detachment of biomass from biofilm occurs. To overcome these limitations in the detachment of microorganisms in biofilm, the yarn, which was made from poly propylene(PP), was weaved and manufactured into a tube. Then, a test was carried out by injecting air so that the interior of the biofilm could create aerobic conditions. The results of the experiment showed that the removal efficiency of $TCOD_{cr}$ reached 66.1~81.2% by HRT 2hr, and 50.9 ~61.8% after HRT 1 hr. The removal efficiency of $SCOD_{cr}$ was 45.9 to 55.1% by HRT 1hr, and 26.1% in HRT 0.5hr, showing the highest removal efficiency in HRT 1hr. The SS removal efficiency was at 81.8 to 94.6%, and the effluent SS concentration was very low, indicating less than 2.2 mg/L in all HRT's. As a result, the $SCOD_{cr}$ and $NH_4{^+}$-N that were removed per specific surface area and attached to microbial biofilm showed the highest efficiency in HRT 1hr with 8.37 $gSCOD_{cr}/m^2{\cdot}d$, 2.93 $gNH_4{^+}-N/m^2{\cdot}d$. From the result of reviewing the characteristics of biofilm growth, microorganisms were found to be attached, and increased by 36 days. Later, they decreased in number through detachment, but showed a tendency to increase again 41 days later due to microbial reproduction.
Stability of reactor and effect on biofilm characteristics were investigated by varying the hydraulic residence time in an inverse fluidized bed biofilm reactor(IFBBR). The SCOD removal efficiency was maintained above 90 % in the HRT range of 12hr to 2hr, but the TCOD removal efficiency was dropped down to 50% because of biomass detachment from overgrown bioparticles. The reactor was stably operated up to the conditions of HRT of 2hr and F/M ratio of 4.5kgCOD/$m^3$/day, but above the range there was an abrupt increase of filamentous microorganisms. The optimum biofilm thickness and the biofilm dry density in this experiment were shown as $200\mu\textrm{m}$ and $0.08 g/cm^3$, respectively. The substrate removal rate of this system was found as 1st order because the biofilm was maintained slightly thin by the increased hydraulic loading rate.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.1
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pp.26-33
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2006
This study investigated the characteristics of the biofilm removal by free chlorine or monochloramine. The simulated drinking water distribution pipes on which biofilms had been formed were supplied with tap water containing 0.5, 1.0, 2.0 mg/L of free chlorine or monochloramine residuals. The biofilm removal was characterized by measurement of attached HPC and biomass on pipe surfaces. Chlorine was more effective in both inactivation of attached viable heterotrophic bacteria and removal of biofilm biomass compared to monochloramine. Biofilm matrix was not much eliminated from the surfaces by monochloramine disinfection. Free chlorine residual of 2.0 mg/L was found to be effective in biomass removal. However, biofilm level as low as $10CFU/cm^2$ of attached HPC and $5{\mu}g/cm^2$ of biomass still remained on the surfaces at 2.0 mg/L of chlorine residual. The measurement of biomass appeared to be a useful means in evaluating the characteristics of biofilm removal.
This study was performed for minimization of excessive biofilm effects at the high strength organic wastewater treatment. As a results of biofilm attachment experiment using piggery wastewater, aggravation of water quality due to excessive biofilm showed after 15 days of operating times.4 excessive biofilm phase, the equivalent biofilm thickness and VSS contents per unit aura were observed in the range of 1,100 to $1,200{\mu}m$ and 2.5 to 3.0mg $VSS/cm^{2}$, respectively. In the aerobic fixed biofilm reactor/anoxic fixed biofilm reactor(AFBR/ANFBR) process with endogenous respiration phase, the BOD removal efficiency was obtained more than 90 percentage at the surface loading rate and volumetric loading rate of the AFBR maintained less than 17 g $BOD/m^{2}{\cdot}$day and 1.7kg $BOD/m^{3}{\cdot}$day, respectively. The removal efficiency of TKN and $NH_{3}$-N at the loading rates below 5.60g $NH_{3}-N/m^{2}{\cdot}day$ and 0.56kg $NH_{3}-N/m^{3}{\cdot}$day were above 76 percentage and 82 percentage, respectively. In order to reduced sludge production rate and aggravation of water quality, endogenous respiration phase was accepted at first AFBR reactor. As a results of this operating condition, sludge production was minimized and removal efficiency was maintained stability.
A sequencing batch biofilm reactor (SBBR) operated with a cycle of anaerobic - aerobic - anoxic - aerobic has been evaluated for the nutrient removal characteristics. The sponge-like moving media was filled to about 10% of reactor volume. The sewage was the major substrate while external synthetic carbon substrate was added to the anoxic stage to enhance the nitrogen removal. The operational results indicated that maximum T-N and T-P removal efficiencies were 97% and 94%, respectively were achieved, while COD removal of 92%. The observations of significant nitrogen removal in the first aerobic stage indicated that nitrogen removal behaviour in this SBBR was different to conventional SBR. Although the reasons for aerobic nitrogen removal has speculated to either simultaneous nitrification and denitrification or anoxic denitrification inside of the media, further researches are required to confirm the observation. The specific oxygen uptake rate (SOUR) test with biofilm and suspended growth sludge indicated that biofilm in SBBR played a major role to remove substrates.
Dentin surface of non-carious lesion is usually attached with oral biofilm. The biofilm should be removed before application of restorative material, because it may reduce the bond strength of adhesive system. The aim of this study was to evaluate the microtensile bond strength, when the biofilm was removed with brush or bur. Twenty extracted human third molars were sectioned horizontally to obtain dentin surface. Specimen were divided randomly into four group. Biofilm formation was performed in three group, except for Group 1 (negative control). Biofilm was removed as follows: Group 3, using ICB brush; Group 4, using lowspeed round bur #2. Group 2 (positive control) was not removed Biofilm. And in all four groups, the adhesive system (Optibond FL, Kerr) was applied to etched dentin surface, and resin composite was built up in three 1mm increments. After 24 hour storage in distilled water, the teeth were perpendicularly sectioned to obtain beams (1 × 1 mm2). Microtensile bond strength was measured and the data were statistically analyzed using one-way ANOVA and Tukey's post hoc test (p<0.05). Group 4 showed the highest microtensile bond strength (p<0.05), Group 3 showed no significant improvements when compared to Group 1. Group 2 showed lowest microtensile bond strength (p<0.05). When restoring a non-carious cervical lesion, it is essential to remove the biofilm present on the dentin surface. In addition, in the method of removing the biofilm, both the brush removal method and the bur removal method were effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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