Recirculating aquaculture system (RAS) consists of different treatment compartments that maintain water quality within the ranges commonly recommended for fish cultures. However, common RASs still exert considerable environmental impact since concentrations of organic matter and nutrients in their effluents are high. Compared with the traditional RAS, the model RAS developed here use a sedimentation basin for digestion purposes and then use the released volatile organic matter to stimulate a denitrification process. Different treatment compartments for solids, total ammonia nitrogen, and nitrate removal have been reviewed. This paper provides the basic information on designing different treatment compartments as well as the engineering criteria in closed seawater RAS, consisting of circular tanks for fish cultures; dual drain systems, sedimentation basins and foam fractionators for removal of solids; nitrification biofilters for TAN removal; denitrification biofilters for nitrate removal; and aerators for aeration. The main purpose is to outline a common procedure in designing of closed RAS for marine fish culture with an emphasis on easy management and low expense, as well as reduction of the environmental impact.
The present study evaluated effect of temperature on removals of organic matter (C), nitrogen (N) and phosphorus (P) in Modified-Dephanox (M-Dephanox) process, which is hybrid system, comparing with those of Modified-Ludzack Ettinger (MLE) under the suspended-growth bacteria, as control. M-Dephanox process was more stable than MLE process in the removal of C, N, P, especially in nitrification, as the temperature was decreased from $25^{\circ}C$ to $16^{\circ}C$. As the temperature was decreased from $25^{\circ}C$ to $16^{\circ}C$, the removal efficiency of $NH_4{^+}-N$ of M-Dephanox process was decreased by 3.8%, but that of MLE process decreased by 25.7%. T-N removal efficiency of M-Dephanox was higher than MLE process by 27.1% and 26.9% at $25^{\circ}C$ and $16^{\circ}C$ of temperature, respectively.
This study induced biological denitrification and nitrification via a biofiltration process with the view of removing nitrogen from land-based fish farm effluent. To achieve this, we operated an aquaculture nitrogen-removal system that includes a denitrification and nitrification reactor [working volume 40 L, flow rate 64.8 L, HRT (hydraulic retention time) 14.8 h, HRT considering recycling of NOx 7.4 h]. In the continuous process, the nitrification rate of ammonium nitrogen exceeded 90% at a steady state and the denitrification efficiency exceeded 80% with recycling to a pre-anoxic reactor. In addition, the pH in the final effluent was lower with a low influent water alkalinity averaging 100 mg/L (as $CaCO_3$). For effective denitrification reactions, carbon must be supplied via particulate organic matter (POM) hydrolysis because of the low C/N (carbon/nitrogen) ratio in the water.
There have been many studies on biofilter process regarding satisfactory water quality and the operational conditions of Recirculating Aquaculture Systems (RAS). For effective nitrification processes, it is necessary to dynamically identify and apply nitrifying microorganisms. Physical, chemical and biological processes concerning biofilms can be applied and influential factors including substrate, dissolved oxygen concentrations, organic matter, temperature, pH, alkalinity, salinity and mixing velocity intensity need to be considered. Also, designing and managing the process based on the dynamic interpretation of these factors are prerequisites for engineering applications of the biofilter process. This paper draws on current literature on the kinetics of nitrification of biofilms in the biofilter process. Influential factors for nitrification are crucial during the biofilter process and are expected to be critical in informing the design and operation of recirculating aquaculture systems.
In this study, sewage were treated with operating Two-step Aeration System and conventional activated sludge process together in a condition. At the same HRT 8hr of Two-step Aeration System and Activated Sludge Process, BOD treatment efficiency of 1st sedimentation basin effluent 36.9% by Two-step Aeration system was 12.3% higher than 24.65 by Activated Sludge Process and the COD treatment efficiency 39.8% by two-step Aeration System was 11.6.3% higher than 28.2% by Activated Sludge Process. BOD and COD treatment efficiencies of 2nd sedimentation basin effluent were 88.1% and 85.6% Two-step Aeration System and were 83.8% and 82.3% Activated Sludge Process. In the first treatment, as BOD was relatively removed a lot, F/M ratio 0.17, $0.21{\cdot}BOD/kg{\cdot}MLSS.d$ was maintained by Activated Sludge Process. Therefore it was proved that organic matter treatment efficiency by Two-step Aeration System os Higher than by Activated Sludge Process in a aeration time 8hr. $NH_4^{+}-N$ treatment efficiencies were 55.5% by Two-step Aeration System and 39.75 by Activated sludge Process. $NO_3^{-}-N$ concentration in 2nd. sedimentation basin effluent were 3.33% by Two-step Aeration System and 2.36% by Activated Sludge Process. From this result, Two-step Aeration System was proved more advantageous treatment process for nitrification than Activated Sludge Process. The fluctuation range of BOD, COD and SS concentration in 2nd sedimentation basin effluent $16~33mg/{\ell}$, $15~23mg/{\ell}$ and $14~22mg/{\ell}$ by Two-step Aeration System was smaller than $16~57mg/{\ell}$, $15~25mg/{\ell}$ by Activated sludge Process. Overall the fluctuation range in 2nd sediment basin effluent by was smaller than by Activated Sludge Process. As a result, it is possible for this Two-step Aeration with no facility investment and a little of operation condition change in a conventional sewage treatment plant to get stability and nitrification of treatment water quality.
Objectives: The purpose of this experiment was to illuminate the relationship between the phosphorus removal rate of unit operation and the phosphorus removal rate of phosphorus volume loading in the Ferrous Nutrient Removal process, which consists of an anoxic basin, oxic basin, and iron precipitation apparatus. Methods: This study was conducted in order to improve the effect of nitrogen and phosphorus removal in domestic wastewater using the FNR (Ferrous Nutrient Removal) process which features an iron precipitation reactor in anoxic and oxic basins. The average concentration of TN and TP was analyzed in a pilot plant ($50m^3/day$). Results: The removal rate of T-N and T-P were 66.5% and 92.8%, respectively. The $NH_3-N$ concentration of effluent was 2.62 mg/l with nitrification in the oxic basin even though the influent was 17.7 mg/l. The $NO_3$-N concentration of effluent was 5.83 mg/l through nitrification in oxic basin even though the influent and anoxic basin were 0.82 mg/l and 1.00 mg/l, respectively. The specific nitrification of the oxic basin ($mg.NH_3$-Nremoved/gMLVSSd) was 16.5 and specific de-nitrification ($mg.NO_3$-Nremoved/gMLVSSd) was 90.8. The T-P removal rate was higher in the oxic basin as T-P of influent was consumed at a rate of 56.3% in the anoxic basin but at 90.3% in the oxic basin. The TP removal rate (mg.TP/g.MLSS.d) ranged from 2.01 to 4.67 (3.06) as the volume loading of T-P was increased, Conclusions: The test results showed that the electrolysis of iron is an effective method of phosphorus removal. Regardless of the temperature and organic matter content of the influent, the quality of phosphorus in the treated water was both relatively stable and high due to the high removal efficiency. Nitrogen removal efficiency was 66.5% because organic matter from the influent serves as a carbon source in the anoxic basin.
Species effects on soil nitrogen mineralization and nitrification in the top 15 cm of soil were evaluated using the buried-bag incubation method in three coniferous plantations in the Kwangneung Experimental Forest, Kyonggi Province. The plantations were established on a similar soil in 1927, and included Larix decidua, Pinus strobus, and Thuja occidentalis. Ten soil samples within each plantation were taken during an entire growing season (May 2~Oct. 30, 1994). Mean daily nitrogen mineralization rates during 45-day in situ soil incubations were significantly different among species and incubation dates. Growing season nitrogen mineralization also differed significantly among species and ranged from 47.7 mg N/kg soil for Larix decidua to 21.5 ma N/kg soil for Thuja occidentalis. Growing season nitrification differed significantly among species and comprised from 93% to 100% of the total growing season nitrogen mineralized. We speculated that organic matter contents and quality might control nitrogen mineralization and nitrification in these soils.
This study was carried out to obtain the optimal operating parameter on organic matters and nutrient removal of mixed wastewater which was composed of sewage and stable wastewater using SBR. A laboratory scale SBR was operated with An/Ae(Anaerobic/Aerobic) ratio of 3/3, 2/4 and 4/2(3.5/2.5) at organic loading rate of 0.14 to 0.27 kgBOD/$m^3$/d. TCOD/SCOD ratio of mixed wastewater was 3, so the important operating factor depended upon the resolving the particulate parts of wastewater. Conclusions of this study were as follows: 1) For mixed wastewater, BOD and COD removal efficiencies were 93-96% and 85-89%, respectively. It was not related to each organic loading rate, whereas depended on An/Ae ratio. During Anarobic period, the amount of SCOD consumption was very little, because ICOD in influent was converted to SCOD by hydrolysis of insoluble matter. 2) T-N removal efficiencies of mixed wastewater were 55-62% for Exp. 1, 66-76% for Exp. 2, and 67-81% for Exp. 3, respectively. It was found that nitrification rate was increased according to organic concentration in influent increased. Therefore, the nitrification rate seemed to be achieved by heterotrophs. During anoxic period, denitrification rate depended on SCOD concentration in aerobic period and thus, was not resulted by endogenous denitrification. However, the amount of denitrification during anaerobic period were 3.5-14.1 mg/cycle, and that of BOD consumed were 10-40 mg/cycle. 3) For P removal of mixed wastewater, EBPR appeared only Mode 3($3^*$). It was found that the time in which ICOD was converted to VFA should be sufficient. For mode 3 in each Exp., P removal efficiencies were 74, 87, and 81%, respectively. But for 45-48 of COD/TP ratio in influent, P concentration in effluent was over 1 mg/L. It was caused to a large amount of ICOD in influent. However, as P concnetration in influent was increased, the amounts of P release and uptake were increased linearly.
A laboratory experiment was performed to investigate nitrogen removal by the soil column. The addition of 20% waste oyster shell to the soil accelerated nitrification in soil column. The $NO_3^--N$ concentration in the effluent decreased with the decrease of HRT(Hydraulic Retention Time). When methanol and glucose added as carbon sources, the average removal rates of T-N(Total Nitrogen) were 82% and 77.9%, respectively. The $NO_3^--N$ removal by methanol supplementation in soil column can likely be attributed to denitrification. In continuous removal of nitrogen using the soil column, the COD(Chemical Oxygen Demand) and $NH_4^+-N$ removed simultaneously in organic matter decomposing column. The greater part of $NH_4^+-N$ was nitrified by the percolated through nitrification column, and the little $NH_4^+-N$ was found in the effluent. The T-N of 87.4% removed at HRT of 36 hrs in denitrfication column. Because of nitrified effluents from nitrification column are low in carbonaceous matter, an external source of carbon is required.
BNR공정은 반류수와 가축분뇨에 포함된 고농도의 질소를 제거하는데, 효과적인 공정이다. 특히 고농도의 질소제거에 있어서 완전질산화 반응에 비해 이점을 가지는 아질산화 반응을 유도하고 영향을 미치는 인자들에 대해 다양한 연구결과가 보고되었다. 그 중 유기물의 영향에 대해 많은 연구가 이루어졌는데, 유기물은 아질산화 반응에 관련이 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 반류수 중 혐기 소화 상징액, 가축분뇨, 혐기 소화를 거친 가축분뇨를 이용하여 실험실 규모의 아질산화 반응조를 운전하였다. 운전 결과를 분석하여, 아질산화 반응에 유기물이 미치는 영향에 대해, 유기물 성상에 따라 분석하였다. 분석 결과 아질산화 반응은 유기물에 영향을 받으며, 유기물 성분 중 $S_S$에 대해 영향을 가장 크게 받는 것으로 나타났다. 따라서 유기물을 하나의 성분으로 보지 않고 그 형태에 따라 세분화하여 관리해야 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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