The present study was performed to investigate the effects of NH3-N and nitrifying microorganisms on the increased BOD of downstream of the Yeongsan river in Gwangju. Water samples were collected periodically from the 13 sampling sites of rivers from April to October 2021 to monitor water qualities. In addition, the trends of nitrogenous biochemical oxygen demand (NBOD) and microbial clusters were analyzed by adding different NH3-N concentrations to the water samples. The monitoring results showed that NH3-N concentration in the Yeongsan river was 22 times increased after the inflow of discharged water from the Gwangju 1st public sewage treatment plant (G-1-PSTP). Increased NH3-N elevated NBOD levels through the nitrification process in the river, consequently, it would attribute to the increase of BOD in the Yeongsan river. Meanwhile, there was no proportional relation between NBOD and NH3-N concentrations. However, there was a significant difference in NBOD occurrence by sampling sites. Specifically, when 5 mg/L NH3-N was added, NBOD of the river sample showed 2-4 times higher values after the inflow of discharged water from G-1-PSTP. Therefore, it could be thought other factors such as microorganisms influence the elevated NBOD levels. Through next-generation sequencing analysis, nitrifying microorganisms such as Nitrosomonas, Nitroga, and Nitrospira (Genus) were detected in rivers samples, especially, the proportion of them was the highest in river samples after the inflow of discharged water from G-1-PSTP. These results indicated the effects of nitrifying microorganisms and NH3-N concentrations as important limiting factors on the increased NBOD levels in the rivers. Taken together, comprehensive strategies are needed not only to reduce the NH3-N concentration of discharged water but also to control discharged nitrifying microorganisms to effectively reduce the NBOD levels in the downstream of the Yeongsan river where discharged water from G-1-PSTP flows.
Water quality and the distribution of ammonia oxidizing bacteria were characterized in constructed wetland of Shihwa lake. Both physico-chemical parameters and fecal indicator microorganisms including total coliforms, E.coli, Enterococcus spp. were measured. In addition, denaturant gradient gel electrophoresis (DGGE) was carried out after PCR amplification of amoA gene from input, output, and wetland sites of the Banwol, Donghwa, and Samhwa stream in Shihwa lake area. Physico-chemical parameters were in proper range for typical nitrifying bacteria to grow and perform their biological activities. Average concentrations of fecal indicator microorganisms of wetland samples were lower than those of input sites. These results suggested that microbial water quality improved by the process of constructed wetland. According to phylogenetic information obtained from DGGE from study sites, distribution of nitrifying bacteria from each of input, output, and wetland were generally distinctive one another. In addition, distribution of nitrifying bacteria between Banwol and Donghwa streams showed higher similarity (52.6%) than this of Samhwa stream (15.2%). These results indicated that characteristics of ammonia oxidizing bacteria in Samhwa were unique in comparison with those of Banwol and Donghwa stream.
Owing to the kinetic differences in ammonia oxidation among ammonia-oxidizing microorganisms (AOM), there is no standard set of kinetic values that can be used as a representative set for nitrifying wastewater treatment plant (WWTP) design. As a result, this study clarified a link between the half-saturation constants for ammonia oxidation (Ks) and the dominant ammonia-oxidizing bacterial (AOB) groups in sludge from full-scale WWTPs and laboratory-scale nitrifying reactors. Quantitative polymerase chain reaction analyses revealed that AOB affiliated with the Nitrosomonas oligotropha cluster were the dominant AOM groups in the sludge taken from the low-ammonia-level WWTPs, while AOB associate with the Nitrosomonas europaea cluster comprised the majority of AOM groups in the sludge taken from the high-ammonia-level WWTPs and nitrifying reactors. A respirometric assay demonstrated that the ammonia Ks values for the high-ammonia-level WWTPs and nitrifying reactors were higher than those of the low-ammonia-level plants. Using the Ks values of available AOM cultures as a reference, the Ks values of the analyzed sludge were mainly influenced by the dominant AOB species. These findings implied that.different sets of kinetic values may be required for WWTPs with different dominant AOM species for more accurate WWTP design and operations.
Trickling filter has been extensively studied for the domestic wastewater treatment especially for the small scale plants in rural area. The performance of the trickling filter depends on the microbial community and their activity in the biofilms on the media. Nitrification. denitrification, and phosphorus removal of the trickling filter from the wastewater depend on the activity and the amount of the specific microorganisms responsible for the metabolism. For the estimation of the performance of a trickling filter, batch nitrification experiment and fluorescence in situ hybridization (FISH) were carried out to measure the microbial activity and its distribution on the media of the trickling filter. Batch nitrification activity measurement showed that the top part of the 1st stage trickling filter had the highest nitrification activity and the maximum activity was 0.002 g $NH_4$-N/g MLVSS${\cdot}$h. It is thought that higher substrate (ammonia) concentration yields more nitrifying bacteria in the biofilms. The dominant ammonia oxidizer and nitrite oxidizer in the biofilm were Nitrosomonas species and genus Nitrospira, respectively, by FISH analysis. Less denitrifiers were found than nitrifiers in the biofilm by the probe Rrp1088 which specifically binds to Rhodobacter, Rhodovulum, Roseobacter, and Paracoccus. Phosphorus accumulating bacteria were mostly found at the surface of the biofilm by probe Rc988 and PAO651 which specifically binds to Rhodocyclus group and their biomass was less than that of nitrifiers.
In this study, the inhibitory effect of toxic metals was investigated on the activated sludge of the municipal sewage treatment plant. The allowable concentration of toxic metals was also estimated for the stable operation of the biological treatment process. The single and mixture toxicity of $Cu^{2+}$, $Al^{3+}$ and $Zn^{2+}$ were evaluated for the activated sludge microorganisms. As a result, nitrifying microorganisms were more susceptible than heterotrophic microorganisms. $IC_{10}$ (Inhibition Concentration of 10%) of $Cu^{2+}$, $Al^{3+}$ and $Zn^{2+}$ for the nitrifying microorganisms was 3 mg/L, 7 mg/L and 25 mg/L, respectively. The mixture toxicity showed three times more sensitive than the single toxicity. The concentrations of $Cu^{2+}$, $Al^{3+}$ and $Zn^{2+}$ to minimize the inhibitory effect on organic matter removal and nitrification in batch experiments were found to be 1.3 mg/L, 2.5 mg/L and 6.3 mg/L.
해양 및 토양에서의 암모니아 산화는 세균에 비해 Crenarchaeota 그룹의 archaea에 의해 우세하게 일어나고 있음이 알려졌다. 서해 갯벌에서, 배양에 의존하지 알고, 특정 암모니아 산화유전자(amoA)를 가진 archaea을 동정하고자 디지털 PCR법을 응용한 nested PCR법을 개발하였다. amoA와 16S rRNA유전자가 동시에 증폭된 샘플의 분석결과, 16S rRNA유전자에 비해 amoA 유전자의 다양성 이 높았으며, I.1a 그룹의 crenarchaea가 I.1b 그룹의 crenarchaea보다 갯벌지역에서 암모니아 산화에 우점적으로 기여하고 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서 시도된, 디지털 PCR과 multiplex-nested PCR을 접목한 접근법을 이용하면 특정 기능유전자를 가진 미생물을 환경에서 검증하는데 응용할 수 있을 것이다.
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.
The effect of the variation of aeration time on the microorganisms was investigated in sequencing batch reactor (SBRs). The cycling time in four SBRs was adjusted to 12 hours and then included different aerobic times as 1 hr, 2.5 hr, 4 hr and 5.5 hr, respectively. Four SBR systems have been operated and investigated for over 40 days. As the increase of aeration time, the consumption of glycogen within sludge at the 1st non-aeration time a little bit was increased and the production of glycogen at the aeration time was increased. Also, the produced PHB amounts and PHB production rate at the 1st non-aeration time were increased as the decrease of aeration time, which showed the activation of the phosphorus removal. The ratios of nitrifying microorganisms' number and GAOs to the total microorganisms' number in SBRs was decreased as the decrease of the aeration time, however, the PAOs ratio was almost constant irrespective of the variation of aeration time.
Molecular and cultivation techniques were used to characterize the bacterial communities of biobead reactor biofilms in a sewage treatment plant to which an Aerated Up-Flow Biobead process was applied. With this biobead process, the monthly average values of various chemical parameters in the effluent were generally kept under the regulation limits of the effluent quality of the sewage treatment plant during the operation period. Most probable number (MPN) analysis revealed that the population of denitrifying bacteria was abundant in the biobead #1 reactor, denitrifying and nitrifying bacteria coexisted in the biobead #2 reactor, and nitrifying bacteria prevailed over denitrifying bacteria in the biobead #3 reactor. The results of the MPN test suggested that the biobead #2 reactor was a transition zone leading to acclimated nitrifying biofilms in the biobead #3 reactor. Phylogenetic analysis of 16S rDNA sequences cloned from biofilms showed that the biobead #1 reactor, which received a high organic loading rate, had much diverse microorganisms, whereas the biobead #2 and #3 reactors were dominated by the members of Proteobacteria. DGGE analysis with the ammonia monooxygenase (amoA) gene supported the observation from the MPN test that the biofilms of September were fully developed and specialized for nitrification in the biobead reactor #3. All of the DNA sequences of the amoA DGGE bands were very similar to the sequence of the amoA gene of Nitrosomonas species, the presence of which is typical in the biological aerated filters. The results of this study showed that organic and inorganic nutrients were efficiently removed by both denitrifying microbial populations in the anaerobic tank and heterotrophic and nitrifying bacterial biofilms well-formed in the three functional biobead reactors in the Aerated Up-Flow Biobead process.
This study investigated the removal efficiency of organic matter and nitrogen from fish farm effluent by hydraulic retention time (HRT) using an upflow biological filter (ANR system) reactor. The recycling time and influent flow in the reactor were controlled to 14.8, 7.4, 5.5 and 3.2 h to evaluate HRT. In addition, each reactor was coupled to a fixed bed upflow filter charged with media. The results showed that removal efficiency was ${\geq}95%%$ with an HRT of 5.5 h, and nitrification efficiency was reduced to 81% with an HRT of 3.2 h, although nitrification efficiency temporarily decreased due to the shock load as HRT decreased. Total nitrogen removal rate was also reduced to about 65% with an HRT of 3.2 h, which was considered a washout effect of nitrifying and denitrifying microorganisms by increasing the shearing force to the filter media, which decreased organic matter and nitrogen removal efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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