Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.4
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pp.294-300
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2013
In this study, major parameter of partial nitritation was investigated for the stable operation. In order to establish partial nitritation system, prevailing parameters such as temperature, BA (bicarbonate alkalinity) and pH were evaluated. As a result, it is inferred that appropriate bicarbonate alkalinity ratio (mg $NaHCO_3{\cdot}L^{-1}/mg$ Inf. $NH_4{^+}-N{\cdot}L^{-1}$) drives stable 50% partial nitritation at $32^{\circ}C$ and ambient temperature, respectively. Alkalinity ratio was proposed as new strategy for 50% partial nitritation without pH control in both temperature regimes. Because of the results, it was added amound of BA required only for 50% nitritation to inhibit nitratation. The effluent $NO_2{^-}-N/NH_4{^+}-N$ ratio reached almost 100% when initial bicarbonate alkalinity ratios (mg $NaHCO_3{\cdot}L^{-1}/mg$ Inf. $NH_4{^+}-N{\cdot}L^{-1}$) were 6.8 (R1) and 6.7 (R2), respectively. Polymerase chain reaction and denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) results demonstrated that AOB was the dominant nitrifying bacteria and NOB was negligible after adopting process control.
A pilot-scale biofilm nitiritation reactor was operated with the reject water from a large wastewater treatment plant. The effects of various operating parameters including pH, temperature, dissolved oxygen, solids and organic concentrations were examined. A stable nitritation was achieved at operating pH range of 7.3 to 8.8 with an alkalinity addition. Higher operating temperature of $35{\pm}0.7^{\circ}C$ achieved more stable nitritation compared to $30{\pm}0.2^{\circ}C$. It has been noticed that nitrite accumulation maintained with DO, solids and organic concentrations range of 0.8 to 3.9 mg/L, 3,400 to 11,000 mg/L, and 86 to 572 mg/L, respectively. It seems that the accumulation of nitrite was caused by both the inhibition of $NO_2{^-}$ oxidizers due to free ammonia and the maintenance of the high operating temperature of $35^{\circ}C$ which promote to accumulate the $NH_4{^+}$ oxidizers in the reactor. According to microbial community analysis of fluorescence in situ hybridization and INT-Dehydrogenase measurements, more nitrifiers were presented in attached form compared to suspended growth.
Large efforts have recently been made on research and development of sustainable and energy-efficient short-cut nitrogen removal processes owing to strong attention to the energy neutral/positive wastewater treatment system. Anaerobic ammonium oxidizing bacteria (anammox bacteria) have been highlighted since 1990's due to their unique advantages including 60% less energy consumption, nearly 100% reduction for carbon source requirement, and 80% less sludge production. Side-stream short-cut nitrogen removal using anammox bacteria and partial nitritation anammox (PN/A) has been well established, whereas substantial challenges remain to be addressed mainly due to undesired main-stream conditions for anammox bacteria. These include low temperature, low concentrations of ammonia, nitrite, free ammonia, free nitrous acid or a combination of those. In addition, an anammox side-stream nitrogen management is insufficient to reduce overall energy consumption for energy-neutral or energy positive water resource recovery facility (WRRF) and at the same time to comply with nitrogen discharge regulation. This implies the development of the successful main-stream anammox based technology will accelerate a conversion of current wastewater treatment plants to sustainable water and energy recovery facility. This study discusses the status of the research, key mechanisms & interactions of the protagonists in the main-stream PN/A, and control parameters and major challenges in process development.
The effluent from anaerobic digestion process of slurry-type piggery waste has a characteristic of very low C/N ratio. Because of high nitrogen content, it is necessary to evaluate nitrogen removal alternative rather than conventional nitrification-denitrification scheme. In this study, two parallel treatment schemes of SBR-like partial nitritation reactor coupled with anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) reactor, and a nitritation reactor followed by nitrite denitrification process were evaluated with a slurry-type piggery waste. The feed to reactors adjusted with various $NH_4-N$ and organics concentration. The nitrite accumulation was successfully accomplished at the loading rate of about $1.0kgNH_4-N/m^3-day$. The $NO_2-N/NH_4-N$ ratio 1~2.6 in nitritated effluent that operated at HRT of 1 day indicated that SBR-like partial nitritation was applicable to ANAMMOX operation. Meanwhile, the nitrite accumulation of 87% was achieved at SBR operated with HRT of 3 days and $0.4mgO_2/L$ for denitritation. Experimental results further suggested that HRT (SRT) and free ammonia(FA) rather than DO are an effective control parameter for nitrite accumulation in piggery waste.
It has been known that sewage containing high-concentration nitrogen affects the efficiency of municipal wastewater treatment plants harmfully. Therefore, research has been actively conducted to treat sewage containing high-concentration nitrogen. The current study has analyzed organic compounds, conducted foaming tests, and operated a laboratory-level nitritation reactor with the subjects of anaerobic digester supernatant and livestock wastewater which are the typical kinds of sewage containing high-concentration nitrogen. According to the results of analyzing organic compounds, soluble inert components form the largest part of anaerobic digester supernatant while particle biodegradable components occupy the most part of livestock wastewater. About the retention time proper for the reaction of nitritation, anaerobic digester supernatant shows 2 days while livestock wastewater indicates 6 days. It seems that the difference in the proper retention time is resulted from the difference of properties in organic compounds and ammonium nitrogen concentration. In addition, livestock wastewater's reactor foam is generated comparatively more than anaerobic digester supernatant's, but it tends to be eliminated faster. It is expected that the findings of this study can be utilized as foundational data afterwards in applying the reaction of nitritation to municipal wastewater treatment plants.
This study was focused to find how each factors effect on the biological nitrification in wastewater treatment under high ammonia nitrogen concentration. Batch reactors in aerobic conditions were used to test the treatment efficiency of mixed liquor, nightsoil and piggery wastewater. The results are summeried as follows; Initial ammonia nitrogen concentration and pH were the direct influencing factors of nitrite build-up. More than 250 mg NH$_{4}$$^{+}$ - N/L in initial concentration built up nitrite and then the inhibition rate to Nitrobacter was above 70 percentage. And maximum nitritation rate was showed at pH 8.3 and nitrification could be completely achieved by pH control. Temperature and dissolved oxygen were the indirect influencing factors of nitrite build-up. These were a great effect on the activity of nitrifying microbes and ammonia nitrogen removal. Maximum nitritation rate was showed at 30 $\circ $C. The effect of DO concentration was negligible at more than 3 mg/L.
Park, Younghyun;Kim, Jeongmi;Choi, Wonyoung;Yu, Jaecheul;Lee, Taeho
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.34
no.1
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pp.109-120
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2018
Sidestream in domestic wastewater treatment plants contains high concentration of ammonium, which increases nitrogen loading rate in the mainstream. The process for deammonification consisting of partial nitritation-anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) and heterotrophic denitrification is an economical method of solving this problem. Currently, about 130 full-scale deammonification plants are fully operating around the world, but none is in Korea. In order to transfer the principal information about sidestream deammonification processes to researchers and operators, we summarized basic concepts, processes type, and key influence factors (e.g., concentration of nitrogen compounds, dissolved oxygen (DO), temperature, and pH). This review emphasis on the processes of single-stage sequencing batch reactor (SBR) deammonification, which are widely used as full-scale plants. Since simultaneous processes of partial nitritation, ANAMMOX and heterotrophic denitrification occur in a single reactor, the single-stage SBR deammonification requires appropriate control/monitoring strategies for several operating factors (DO and pH mostly) to achieve efficient and stable operation. In future, AB-process consisting of A-stage (energy harvesting from organics) and B-stage (ammonium removal without organics) will be applied to the wastewater treatment process. Thus, we suggest mainstream deammonification for B-stage connected with the sidestream deammonification as seeding source of ANAMMOX. We expect that many researchers will become more interested in the sidestream deammonification.
Anaerobic digester supernatant including high concentrations of nitrogen is recycled to water treatment line and make pollutant load increase in municipal wastewater treatment plant(MWTP). To treat nitrogen in anaerobic digester supernatant is suggested the method of MWTP retrofit. In this study, the lab scale reactor was operated about 200 days using supernatant of anaerobic digester. The results could draw operation condition that ammonium nitrogen removal efficiency more than 90% and nitrite conversion efficiency over 70%. Correlation between operation efficiency and operation factors was analyzed based on the operation results. Ammonium nitrogen remove efficiency and nitrite conversion efficiency were related to solid retention time (SRT), ammonium nitrogen load and ammonium nitrogen loading per unit mixed liquer suspended solid (MLSS). Results of this study can be used effective data on nitritation of supernatant of anaerobic digester, and be expected to increase availability of nitritation.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.5
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pp.228-235
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2016
Nitrite accumulation is essential for constructing an anammox process. As the pH in the reactor exerts a complicated and strong influence on the reaction rate, we investigated its effects upon treatment of an ammonic wastewater (2,000 mgN/L) through modeling and experiment. The modeling results indicated that the reaction stability is strongly affected by pH, which results in a severe reduction of the 'stable region' of operation under alkaline environments. On a coordinate of the total ammonia nitrogen (TAN) concentration vs. pH, the maximal stable reaction rates and the maximal nitrite accumulation potentials could be found on the 'stability ridge' that separates the stable region from the unstable region. We achieved a stable and high ammonia oxidation rate (${\sim}6kgN/m^3-d$) with a nitrite accumulation ratio of ~99% when operated near the 'stability ridge'. The optimum pH that can be observed in experiments varies with the TAN concentrations utilized, although the intrinsic optimum pH is fixed. The direction of change is that the optimum operational pH falls as the TAN concentration increases, which is in excellent accordance with the observations in the literature. The optimum operational pH for 95% nitritation was predicted to be ~8.0, whereas it was ~7.2 for 55% partial nitritation to produce an anammox feed in our experimental conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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