Kim, Sunghong;Lee, Inho;Yun, Jeongwon;Lee, Dongwoo
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.27
no.4
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pp.457-468
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2013
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.
In this work, the presence of nitrification biochemical oxygen demand (NBOD) frequently occurred in the sewer outflow in winter season was analysed by the COD fraction methods using the respirometry and process simulations with real operation data measurements and analysis. The activated sludge models applied in this process simulation were based on the ASM No.2d temp. models, published by International Association on Water Quality (IAWQ). The ASM No.2d model is an extension of the ASM No.2 model and takes into account of carbon removal, nitrification, denitrification and phosphorus removal. The denitrifying capacity of phosphorus accumulating organisms has been implemented in the ASM No.2d model because experimental evidence shows that some of the phosphorus accumulating organisms can denitrify. It was shown that the concentrations of autotrophs (X_AUT) in the secondary clarifier and the $NH_4-N$ of T-N increased in the presence of NBOD measurements. Because of the low temperature (average $8^{\circ}C$) and possible operational troubles, the outcoming autotrophs exhausted oxygen in the process of nitrifying $NH_4-N$.
Biofilm airlift reactor was continuously operated to investigate the competitions between the autotrophs and heterotrophs, ammonia oxidizers and nitrite oxidizers, and Nitrobacter and Nitrospira with real wastewater at a C/N ratio of 0.86. As the reactor achieved complete nitrification microbial distribution was analyzed by FISH/CLSM technique. The results showed that heterotroph was more abundant than nitrifying bacteria. Ammonia oxidizers (17%) and Nitrobacter (7%) prevailed nitrite oxidizers (9%) and Nitrospira (2%), respectively.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.4
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pp.409-413
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2005
A method to estimate the autotrophic maximum specific growth rate is presented in this paper. First of all, the concentration of nitrifier is simulated based on the amount of N nitrified, the sludge age and the default value for the decay coefficient. Secondly the OUR of the sludge with access of ammonia is measured. The maximum specific growth rate can be calculated as ${\mu}_{max,A}\;=\;OUR_{max,A}/Y_A$. It was demonstrated that the maximum specific growth rate of autotrophic biomass is not a constants but a time variable parameter. It is concluded that using $OUR_{max,A}$ for dynamic estimating maximum specific growth rate is a good approach and that using a constant value for the maximum specific growth rate over a longer period of time could not predict the performance of activated sludge plants.
A Plankton ecosystem model was developed to investigate effects of hydrodynamic processes including advection and diffusion on size-structured phytoplankton dynamics in the mesohaline zone of the York River estuarine system, Virginia, USA. The model included 12 state variables representing the distribution of carbon and nutrients in the surface mixed layer. Groupings of autotrophs and heterotrophs were based on cell site and ecological hierarchy Forcing functions included incident radiation, temperature, wind stress, mean How and tide which includes advective transport and turbulent mixing. The ecosystem model was developed in FORTRAN using differential equations that were solved using the 4th order Runge-Kutta technique. The model showed that microphytoplankton blooms during winter-spring resulted from a combination of vertical advection and diffusion of phytoplankton cells rather than in-situ production in the lower York River estuary.
The growth of T. novellus in auto trophic and geterotrophic media was studied to determine the time required for cells to enter stationary phase and relative percentage of ribosomal proteins. When T. novellus was grown autotrophically, growth proceeded at a slow rate characteristic of autotrophs and did not enter log phase until the end of the first day. Logarithmic growth proceeded for 3-4 days at which time the cells entered the stationary phase. In particular, logarithmic growth was accompanied by decreasing pH of culture media and in the stationary phase the pH levelled off at 6.0, a decrease of 1.6 pH value compared to original pH of media. The pH decrease was greatest during log phase when cells oxidized thiosulfate to $H_{2}$$SO_{4}$. The doubling time was about 26h. In heterotrophic media growth proceeded at a much faster rate and cells entered stationary phase 20-22h after inoculation. The doubling time was 3h. The protein content of the ribosomes in T. novellus grown heterotrophically was 4.2% greater than those from the organism grown autotrophically.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.1
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pp.11-19
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2000
In order to predict the performance of biological wastewater treatment plant, the kinetic parameters and stoichiometric coefficient must be known. The theories and experimental procedures for determining the biological kinetic parameters were discussed in this study. Respirometric analysis in the batch reactor was carried out for the experimental assessment of kinetic parameters. A simple procedure to estimate kinetic parameters of heterotrophs and autotrophs under aerobic condition was presented. The difficulties in the interpretation of COD and VSS measurements encouraged the conversion of respirometric data to growth data. Maximum specific growth rate, yield coefficient, half saturation constant and decay rate of heterotrophic biomass were obtained from OUR(Oxygen Uptake Rate) data. Maximum specific growth rate of autotrophic biomass was obtained from the increase of nitrate concentration. The aim of this paper is to estimate the kinetic parameters of heterotrophic and autotrophic biomass by means of the respirometric analysis of activated sludge behavior in the batch reactors. These procedures may be used for the activated sludge modeling with complex kinetic parameters.
Aerated submerged bio-film (ASBF) pilot plant has been developed. The presented studies optimized an inexpensive method of enhanced wastewater treatment. The objectives of this research were to describe pilot scale experiments for efficient removal of dissolved organic and nitrogen compounds by using ASBF reactor in plug-flow reactor (PFR) and improve understanding of dissolved organic matter and nitrogen compounds removal rates with dynamic relationships between heterotrophs and autotrophs in the fixed-film reactor. This research explores the possibility of enhancing the performance of shallow wastewater treatment lagoons through the addition of specially designed structures. This direct gas-phase contact should increase the oxygen transfer rate into the bio-film, as well as increase the micro-climate mixing of water, nutrients, and waste products into and out of the bio-film. This research also investigated the efficiency of dissolved organic matter and ammonia nitrogen removals in the ASBF. As it was anticipated, nitrification activity was highest during periods when the flow rate was lower, but it seemed to decline during times when the flow rate was highest. And ammonia nitrogen removal rates were more sensitive than dissolved organic matter removal rates when flow rates exceeded 2.2 L/min.
Oh, Hyun-Taik;Kim, Da-Jung;Lee, Won-Chan;Jung, Rae-Hong;Hong, Suk-Jin;Kang, Yang-Sun;Lee, Yang-Woo;Tilburg, Charles
Journal of Environmental Science International
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v.17
no.10
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pp.1155-1167
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2008
Chlorophyll a (chl a) has been used as an indicator for phytoplankton biomass in pelagic ecosystems due to the relative ease of measurement and selectivity for autotrophs in mixed plankton assemblages. However, the use of chi a as an indicator for phytoplankton biomass is restricted due to its inability to resolve taxonomic differences of phytoplankton and the highly variable relationship of chi a with phytoplankton. Here, we describe the analysis of High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) photosynthetic pigment data using CHEMTAX, which is a matrix factorization program that uses chemical taxonomic indices (phytoplankton carotenoids) to quantify the abundance of phytoplankton groups. Compared to direct microscopic counting that can distinguish species within broad groups, the resolution of taxonomic groups by CHEMTAX is generally coarse. It can only distinguish between diatoms, dinoflagellates, cryptophytes, cyanobacteria, chlorophytes, prasinophytes, and haptophytes. However, CHEMTAX analysis is much faster and less expensive than microscopic counting methods. HPLC pigment observations were taken in the spring, summer, fall, and winter in$ 2005\sim2006$ within Gamak Bay, South Korea. CHEMTAX results revealed that diatoms were the dominant taxonomic group in Gamak Bay. In inner Gamak Bay, the ratio between diatoms and cryptophytes was $75\sim80%$, and the ratio between dinoflagellates and cryptophytes was $10\sim15%$. In outer Gamak Bay, the ratio between diatoms and cryptophytes was $85\sim90%$, and the ratio between dinflagellates and cryptophytes was only $1\sim5%$. The population structure was seasonal. Relative diatom populations were less in the summer than the winter season.
In this study, simulation results of nitrogen and phosphorus removals and microbial activities for an $A_2O$ process in wastewater treatment plant are presented by using Activated Sludge Models (ASMs). Simulations were performed using pre-calibrated model and layout implemented in GPS-X simulation software. The models were used to investigate variations of SRT, water temperature, DO and C/N ratio effect on nutrients removal and microbial activity. According to the simulated results, the successful nitrification required SRT higher than 10.3 days, whereas increase of $NO_3$-N loading in the anaerobic reactor caused phosphorus release by PAOs; the effluent $NH_4$-N showed rapid change between $12^{\circ}C$(21.7 mg/L) and $13^{\circ}C$(3.2 mg/L); the effluent phosphorus was increased up to 1.9 mg/L at water temperature of $25^{\circ}C$; the DO increase was positive for heterotrophs and autotrophs growths but negative for PAOs growth; the PAOs showed low activity when C/N ratio was lower than 2.5. The experimental results indicated that the calibrated models can assure the prediction quality of the ASMs and can be used to optimize the $A_2O$ process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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