A constructed sea stream in Yeongdo, Busan, Republic of Korea is mostly static due to the lifted stream bed and tidal characters, and receives domestic wastewater nearby, causing a consistent odor production and water quality degradation. Bioaugmentation of a microbial consortium was proposed as an effective and economical restoration technology to restore the polluted stream. The microbial consortium activated on site was augmented on a periodic basis (7~10 days) into the most polluted site (Site 2) which was chosen considering the pollution level and tidal movement. Physicochemical parameters of water qualities were monitored including pH, temperature, DO, ORP, SS, COD, T-N, and T-P. COD and microbial community analyses of the sediments were also performed. A significant reduction in SS, COD, T-N, and COD (sediment) at Site 2 occurred showing their removal rates 51%, 58% and 27% and 35%, respectively, in 13 months while T-P increased by 47%. In most of the test sites, population densities of sulfate reducing bacterial (SRB) groups (Desulfobacteraceae_uc_s, Desulfobacterales_uc_s, Desulfuromonadaceae_uc_s, Desulfuromonas_g1_uc, and Desulfobacter postgatei) and Anaerolinaeles was observed to generally decrease after the bioaugmentation while those of Gamma-proteobacteria (NOR5-6B_s and NOR5-6A_s), Bacteroidales_uc_s, and Flavobacteriales_uc_s appeared to generally increase. Aerobic microbial communities (Flavobacteriaceae_uc_s) were dominant in St. 4 that showed the highest level of DO and least level of COD. These microbial communities could be used as an indicator organism to monitor the restoration process. The alpha diversity indices (OTUs, Chao1, and Shannon) of microbial communities generally decreased after the augmentation. Fast uniFrac analysis of all the samples of different sites and dates showed that there was a similarity in the microbial community structures regardless of samples as the augmentation advanced in comparison with before- and early bioaugmentation event, indicating occurrence of changing of the indigenous microbial community structures. It was concluded that the bioaugmentation could improve the polluted water quality and simultaneously change the microbial community structures via their niche changes. This in situ remediation technology will contribute to an eco-friendly and economically cleaning up of polluted streams of brine water and freshwater.
Park, Kyoung-deok;Kang, Dong-hwan;Jo, Won Gi;Yang, Minjune
Journal of Environmental Science International
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v.31
no.5
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pp.373-388
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2022
This study analyzed the temporal and spatial characteristics of water quality for five hydropower dam reservoirs in South Korea. Water temperature, pH, dissolved oxygen, and chlorophyll-a (Chl-a) showed high fluctuations in summer and autumn at all reservoirs, indicating the existence of seasonal effects. At all five reservoirs, the concentrations of suspended solids (SS) and total nitrogen (TN) fell under the "slightly bad" category and those of total organic carbon (TOC) fell under the "slightly good" category or higher, according to "the standard for living environment of lake water quality." Variations in the concentration ranges and degrees of change in SS, TN, and TOC among reservoirs were observed, indicating the influences of rainfall, surrounding environments, and seasonal changes. Daecheong and Namgang Dam showed high Chl-a concentrations in summer, indicating that the metabolism of microbial communities, such as algae, was active.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.9
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pp.940-948
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2006
Fluorescence measurements of dissolved organic matter(DOM) have the superior advantages over other analysis tools for applying to water quality management. They are simple and fast and require minimal pretreatment of samples. Fluorescence index($F_{450}/F_{500}$), synchronous spectra, and fluorescence excitation-emission matrices(EEM) of various DOM samples were investigated to discriminate autochthonous/allochthonous composition, protein-like fluorescence, fulvic-like fluorescence, humic-like fluorescence, terestrial humic-like fluorescence by comparing among the real DOM samples of different origins with the help of literature. The samples used included standard purified DOM, lake, river and wastewater treatment effluent. The relative distribution of various DOM composition was derived from the ratios of each fluorescence region. The results were very consistent with those expected from the sample properties. Allochthonous and terrestrial humic-like fluorescence were more prominent in the samples with abundant soil-derived DOM components. In addition, the protein-like fluorescence property was more pronounced in the samples where strong algal or microbial activities were expected. It was also shown that the ratio of protein-like/terrestrial humic-like fluorescence obtained from synchronous spectrum and fluorescence EEM could be used as an indicator for the evaluation of wastewater treatment on the downstream water quality of rivers and for the prediction of the degree of algal/microbial activities in lakes. It is expected that the results of this study will provide the basic information to develop the future water quality management techniques using DOM fluorescence measurements.
This study was conducted to investigate the effects of various kinds of electrolyzed and chlorinated waters on the sensory and microbiological qualities of fresh-cut lettuce and to determine the most suitable electrolyzed water for the vegetable dishes, without heat treatment, at institutional foodservices. The sensory evaluation resulted in higher scores on the 1st-day of storage for the EW-1 (diaphragm type 1) and EW-3 (non-diaphragm type) compared to that for EW-2 (diaphragm type 2), with regard to their appearance, discoloration, texture, taste and overall acceptability characteristics. However, over time, EW-3 ranked highest, with a score of 8.00 (very like), on the 4th-day of storage, which maintained the highest level up to the 7th-day of storage, at which time the score was 7.00 (fairly like). The CW (chlorinated Water) had a significantly lower score, due to the smell of chlorine, although there was no concern with relation to chlorine residue from the electrolyzed waters. Microbial examinations of the total plate count revealed that immersing lettuce into EW-3 brought about l/3,000 to 1/30,000 reductions in the microbial counts of the TW treatment or untreated samples for up to seven days of storage. The CW treatment gave a 1/10 reduction in the microbial counts compared with the TW (tap water) treatment. The coliform bacterial counts also showed similar trends to those of the total plate count values. With regards to the psychotropic bacterial count, EW-3 was able to result in as much as a 1/30,000 reduction in the initial counts. As vegetable dishes, such as salad, can not be heat-sterilized, the utilization of EW-3 for the preparation of vegetable dishes without heat treatment will be an excellent choice to improve the critical control point in production state as a new effective means for sanitizing management.
Water distribution system (WDS) is exposed to various water quality incidents during its operation. This study utilized Quantitative Microbial Risk Assessment (QMRA) to analyze the risk associated with potential virus intrusion in WDSs. Additionally, the study determined the location and operation of rechlorination facilities to minimize potential risk. In addition, water quality resilience was calculated to confirm that the chlorine concentration maintains within the target range (0.1-1.0 mg/L) during normal operation. Hydraulic analysis was performed using EPANET, while EPANET-MSX was linked to simulate the reactions between viruses and chlorine. The proposed methodology was applied to the Bellingham network in the United States, where rechlorination facilities capable of injecting chlorine concentrations ranging from 0.5 mg/L to 1.0 mg/L were considered. Results indicated that without rechlorination facilities, the Average risk was 0.0154. However, installing rechlorination facilities and injecting chlorine at a concentration of 1.0 mg/L could reduce the Average risk to 39.1%. It was observed that excessive chlorine injection through rechlorination facilities reduced water quality resilience. Consequently, a rechlorination facility with a concentration of 0.5 mg/L was selected, resulting in a reduction of approximately 20% in average risk. This study provides insights for designing rechlorination facilities to enhance preparedness against potential virus ingress in the future.
This study investigated reduction of microbial population, water soluble pigment, capsanthin content, surface color (Hunter L, a, b, ${\Delta}E$), and sensory properties of pepper powder by LED (red, yellow, blue, green) treatments. LED (red, yellow, blue, green) treatment were conducted in 1,000 lux storage at $25^{\circ}C$ for 10 days. The total aerobic bacteria was no significant difference among the control and treated with LED during 10 days. In yellow LED treatment, yeast and molds were decreased about 1.76 log. Surface color such as lightness (L), redness (a), yellowness (b) were showed a decreasing tendency as the storage period. In the overall color difference (${\Delta}E$) of yellow LED treatment was lower less than 3.0. Water soluble pigment was no difference in control and LED treated samples during storage period. Capsanthin content was significantly decreased as storage period was increased, but no significant differences were observed among red and yellow LED treatments. Sensory properties of control was significantly reduced by storage period but yellow and green LED treatments were no significantly differences.
Kim, Youn-Kwon;Chae, Soo-Kwon;Han, In-Sun;Kim, Ju-Hwan
Journal of Environmental Impact Assessment
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v.19
no.6
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pp.617-623
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2010
It is the most important subject to figure out characteristics of the wastewater inflows of sewerage treatment plant(STP) when situation models are applied to operation of the biological processes and in the automatic control based on ICA(Instrument, Control and Automation). For the purposes, real-time influent monitoring method has been applied by using on-line monitoring equipments for the process optimization in conventional STP. Since, the influent of STP is consist of complex components such as, COD, BOD, TN, $NH_4$-N, $NO_3$-N, TP and $PO_4$-P. MRA2(Microbial Respiration Analyzer 2), which is capable of real-time analyzing of wastewater characteristics is used to overcome the limitations and defects of conventional online monitoring equipments in this study. Rapidity, accuracy and stability of developed MRA2 are evaluated and compared with the results from on-line monitoring equipments for seven months after installation in Full-scale STP.
Biophysicochemical processes in water environments and treatment systems have been great concerns of engineers and scientists for controlling the fate and transport of contaminants. These processes are practically formulated as mathematical models written in coupled differential equations. However, because these process-based mathematical models consist of a large number of model parameters, they are complicated in analytical or numerical computation. Users need to perform substantial trials and errors to achieve the best-fit simulation to measurements, relying on arbitrary selection of fitting parameters. Therefore, this study adopted a Bayesian calibration method to estimate best-fit model parameters in a systematic way and evaluated the applicability of the calibration method to biophysicochemical processes of water environments and treatment systems. The Bayesian calibration method was applied to the microbial growth-decay kinetics and flocculation kinetics, of which experimental data were obtained with batch kinetic experiments. The Bayesian calibration method was proven to be a reasonable, effective way for best-fit parameter estimation, demonstrating not only high-quality fitness, but also sensitivity of each parameter and correlation between different parameters. This state-of-the-art method will eventually help scientists and engineers to use complex process-based mathematical models consisting of various biophysicochemical processes.
Combined sewer overflow (CSOs) is a primary diffuse source degrading water quality of urban streams. In this study, CSOs caused by 5 different rainfall events at an urban watershed located in Daejeon city were monitored for the indicator microorganism concentrations. Event mean concentration (EMC) of the indicator microorganisms were: total coliform = $2.46{\times}10^6CFU/100mL$; fecal coliform = $1.01{\times}10^6CFU/100mL$; E.coli = $5.20{\times}10^5CFU/100mL$; and Fecal Streptococci = $6.08{\times}10^5CFU/100mL$. In addition, coliform concentrations were well correlated with suspended solid concentrations and the first flush effects were identified. Settling tests were carried out to estimate removal rate of indicator organisms by sedimentation from CSOs. As microorganisms are discharged in association with suspended solid, ten minutes of settlement can lower 44% of indicator microorganism leading.
This study investigated the effects of applying cellulase and starch on the fermentation characteristics and microbial communities of Napier grass silage after ensiling for 30 d. Three groups were studied: No additives (control); added cellulase (Group 1); and added cellulase and starch (Group 2). The results showed that the addition of cellulase and starch decreased the crude protein (CP), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF) and pH significantly (p < 0.05) and increased water-soluble carbohydrate (WSC) content (p < 0.05). The addition of additives in two treated groups exerted a positive effect on the lactic acid (LA) content, lactic acid bacteria (LAB) population, and lactic acid / acetic acid (LA/AA) ratio, even the changes were not significant (p > 0.05). Calculation of Flieg's scores indicated that cellulase application increased silage quality to some extent, while the application of cellulase and starch together significantly improved fermentation (p < 0.05). Compared with the control, both additive groups showed increased microbial diversity after ensiling with an abundance of favorable bacteria including Firmicutes and Weissella, and the bacteria including Proteobacteria, Bacteroidetes, Acinetobacter increased as well. For alpha diversity analysis, the combined application of cellulase and starch in Group 2 gave significant increases in all indices (p < 0.05). The study demonstrated that the application of cellulase and starch can increase the quality of Napier grass preserved as silage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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