The Influence of COD Fraction Forms and Molecules Size on Hydrolysis Process Developed by Comparative OUR Studies in Activated Sludge Modelling
Abstrakt
The activated sludge models (ASMs) commonly used by the International Water Association (IWA) task group are based on chemical oxygen demand (COD) fractionations. However, the proper evaluation of COD fractions, which is crucial for modelling and especially oxygen uptake rate (OUR) predictions, is still under debate. The biodegradation of particulate COD is initiated by the hydrolysis process, which is an integral part of an ASM. This concept has remained in use for over 30 years. The aim of this study was to verify an alternative, more complex, modified (Activated Sludge Model No 2d) ASM2d for modelling the OUR variations and novel procedure for the estimation of a particulate COD fraction through the implementation of the GPS-X software (Hydromantis Environmental Software Solutions, Inc., Hamilton, ON, Canada) in advanced computer simulations. In comparison to the original ASM2d, the modified model more accurately predicted the OUR behavior of real settled wastewater (SWW) samples and SWW after coagulation–flocculation (C–F). The mean absolute relative deviations (MARDs) in OUR were 11.3– 29.5% and 18.9–45.8% (original ASM2d) vs. 9.7–15.8% and 11.8–30.3% (modified ASM2d) for the SWW and the C–F samples, respectively. Moreover, the impact of the COD fraction forms and molecules size on the hydrolysis process rate was developed by integrated OUR batch tests in activated sludge modelling.
Cytowania
-
1 0
CrossRef
-
0
Web of Science
-
1 0
Scopus
Autorzy (8)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuły w czasopismach
- Opublikowano w:
-
MOLECULES
nr 25,
strony 929 - 946,
ISSN: 1420-3049 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2020
- Opis bibliograficzny:
- Drewnowski J., Szeląg B., Xie L., Lu X., Ganesapillai M., Deb C., Szulżyk-Cieplak J., Łagód G.: The Influence of COD Fraction Forms and Molecules Size on Hydrolysis Process Developed by Comparative OUR Studies in Activated Sludge Modelling// MOLECULES -Vol. 25,iss. 4 (2020), s.929-946
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/molecules25040929
- Bibliografia: test
-
- Drewnowski, J. The Impact of Slowly Biodegradable Organic Compounds on the Oxygen Uptake Rate in Activated Sludge Systems. Water Sci. Technol. 2014, 69, 11361144, doi:10.2166/wst.2013.771. 2. Directive, E.U.W. Council Directive 91/271/EEC of 21 May 1991 Concerning Urban Waste-Water Treatment. J. Eur. Commun. 1991, 34, 40. otwiera się w nowej karcie
- Fernández, F.J.; Castro, M.C.; Villasenor, J.; Rodríguez, L. Agro-Food Wastewaters as External Carbon Source to Enhance Biological Phosphorus Removal. Chem. Eng. J. 2011, 166, 559567, doi:10.1016/j.cej.2010.11.023. otwiera się w nowej karcie
- Drewnowski, J.; Makinia, J. The Role of Biodegradable Particulate and Colloidal Organic Compounds in Biological Nutrient Removal Activated Sludge System. Int. J. Water Sci. Technol. 2014, 11, 19731988, doi:10.1007/s13762-013-0402-1. otwiera się w nowej karcie
- Suschka, J.; Grübel, K. Low intensity surplus activated sludge pretreatment before anaerobic digestion. Arch. Environ. Prot. 2017, 43, 5057, doi:10.1515/aep-2017-0038. otwiera się w nowej karcie
- Gori, R.; Jiang, L.M.; Sobhani, R.; Rosso, D. Effects of Soluble and Particulate Substrate on the Carbon and Energy Footprint of Wastewater Treatment Processes. Wat. Res. 2011, 18, 5858-5872, doi:10.1016/j.watres.2011.08.036. otwiera się w nowej karcie
- Pajdak-Stós, A.; Fiałkowska, E.; Fyda, J.; Babko, R. Resistance of nitrifiers inhabiting activated sludge to ciliate grazing. Water Sci. Technol. 2010, 61, 573580, doi:10.2166/wst.2010.868. otwiera się w nowej karcie
- Babko, R.; Kuzmina, T.; Jaromin-Gleń, K.; Bieganowski, A. Bioindication assessment of activated sludge adaptation in a lab-scale experiment. Ecol. Chem. Eng. S 2014, 21, 605616, doi:10.1515/eces-2014-0043. otwiera się w nowej karcie
- Bieganowski, A.; Łagód, G.; Ryżak, M.; Montusiewicz, A.; Chomczyńska, M.; Sochan, A. Measurement of activated sludge particle diameters using laser diffraction method. Ecol. Chem. Eng. S 2012, 19, 597608, doi:10.2478/v10216-011-0042-7. otwiera się w nowej karcie
- Czarnota, J.; Masłoń, A.; Zdeb, M. Powdered keramsite as unconventional method of AGS technology support in GSBR reactor with minimum-optimum OLR. E3S Web Conf. 2018, 44, 00024, doi:10.1051/e3sconf/20184400024. otwiera się w nowej karcie
- Czarnota, J.; Masłoń, A. Biogranulation and Physical Properties of Aerobic Granules in Reactors at Low Organic Loading Rate and with Powdered Ceramsite Added. J. Ecol. Eng. 2019, 20, 202-210, doi:10.12911/22998993/112489. otwiera się w nowej karcie
- Szaja, A.; Łagód, G.; Jaromin-Gleń, K.; Montusiewicz, A. The Effect of bioaugmentation with Archaea on the oxygen uptake rate in a sequencing batch reactor. Water 2018, 10, 575, doi:10.3390/w10050575. otwiera się w nowej karcie
- Polus, M.; Anielak, A.M. The use of Archaea in the bioaugmentation of activated sludge as a method for the biological removal of nitrogen compounds. Tech. Trans. 2017, 5, 83-95., doi:10.4467/2353737XCT.17.072.6429. otwiera się w nowej karcie
- Wang, Y.; Sabba, F.; Bott, C.; Nerenberg, R. Using kinetics and modeling to predict denitrification fluxes in elemental sulfur (SO) based biofilms. Biotechnol. Bioeng. 2019, 116, 26982709, doi:10.1002/bit.27094. otwiera się w nowej karcie
- Roots, P.; Sabba, F.; Rosenthal, A.F.; Wang, Y.; Yuan, O.; Rieger, L.; Yang, F.; Kozak, J.A.; Zhang, H.; Wells, G.F. Integrated shortcut nitrogen and biological phosphorus removal from mainstream wastewater: Process operation and modeling. Environ. Sci. 2020. doi:10.1039/C9EW00550A. otwiera się w nowej karcie
- Grübel, K.; Wacławek, S.; Kuglarz, M.; Wacławek, M.; Černík, M. Improvement of the thermophilic anaerobic digestion and hygienisation of waste activated sludge by synergistic pretreatment. J. Environ. Sci. Health 2019, 54, 694-700, doi:10.1080/10934529.2019.1579540. otwiera się w nowej karcie
- Wacławek, S.; Grübel, K.; Chłąd, Z.; Dudziak, M.; Černík, M. The impact of oxone on disintegrati,on and dewaterability of waste activated sludge. Water Environ. Res. 2016, 88, 152157, doi:10.2175/106143016X14504669767139. otwiera się w nowej karcie
- Lapo, B.; Demey, H.; Zapata, J.; Romero, C.; Sastre, A.M. Sorption of Hg(II) and Pb(II) Ions on Chitosan-Iron(III) from Aqueous Solutions: Single and Binary Systems. Polymers 2018, 10, 367. doi:10.3390/polym10040367. otwiera się w nowej karcie
- Attar, K.; Demey, H.; Bouazza, D.; Sastre, A.M. Sorption and Desorption Studies of Pb(II) and Ni(II) from Aqueous Solutions by a New Composite Based on Alginate and Magadiite Materials. Polymers 2019, 11, 340, doi:10.3390/polym11020340. otwiera się w nowej karcie
- Demey, H.; Barron-Zambrano, J.; Mhadhbi, T.; Miloudi, H.; Yang, Z.; Ruiz, M.; Sastre, A.M. Boron Removal from Aqueous Solutions by Using a Novel Alginate-Based Sorbent: Comparison with Al2O3 Particles. Polymers 2019, 11, 1509, doi:10.3390/polym11091509. otwiera się w nowej karcie
- De Lucas, A.; L. Rodríguez, J.; Villaseñor, J.; Fernández, F.J. Fermentation of Agro-Food Wastewaters by Activated Sludge. Wat. Res. 2007, 41, 16351644, doi:10.1016/j.watres.2007.01.041. otwiera się w nowej karcie
- Piechna, P.; Żubrowska-Sudoł, M. Respirometric Activity of Activated Sludge and Biofilm in IFAS-MBBR System. J. Ecol. Eng. 2017, 18, 145-151, doi:10.12911/22998993/74604. otwiera się w nowej karcie
- Fernández, F.J.; Castro, M.C.; Rodrigo, M.A.; Cañizares, P. Reduction of Aeration Costs by Tuning a Multi-Set Point On/Off Controller: A Case Study. Control Eng. Pract. 2011, 19, 12311237, doi:10.1016/j.conengprac.2011.07.003. otwiera się w nowej karcie
- Goel, R.; Mino, T.; Satoh, H.; Matsuo, T. Modeling Hydrolysis Processes Considering Intracellular Storage. Water Sci. Technol. 1999, 39, 97105. doi:10.2166/wst.1999.0022. otwiera się w nowej karcie
- Orhon, D.; Cokgor, E.U.; Sozen, S. Dual Hydrolysis Model of the Slowly Biodegradable Substrate in Activated Sludge Systems. Biotechnol. Tech. 1998, 12, 737741, doi:10.1023/A:1008860517183. otwiera się w nowej karcie
- Drewnowski, J.; Makinia, J. Modeling Hydrolysis of Slowly Biodegradable Organic Compounds in Biological Nutrient Removal Activated Sludge Systems. Water Sci. Technol. 2013, 67, 20672074, doi:10.2166/wst.2013.092. otwiera się w nowej karcie
- Makinia, J. Performance Prediction of Full-Scale Biological Nutrient Removal Systems Using Complex Activated Sludge Models; ISAH: Hannover, Germany, 2006.
- Roeleveld, P.J.; van Loosdrecht, M.C.M. Experience with Guidelines for Wastewater Characterisation in the Netherlands. Water Sci. Technol. 2002, 45, 7787, doi:10.2166/wst.2002.0095. otwiera się w nowej karcie
- Ekama, G.A.; Dold, P.L.; Marais, G.v.R. Procedures for Determining Influent COD Fractions and the Maximum Specific Growth Rate of Heterotrophs in Activated Sludge. Water Sci. Technol. 1986, 18, 91114, doi:10.2166/wst.1986.0062. otwiera się w nowej karcie
- Henze, M.; Grady, C.P.L.Jr.; Gujer, W.; Marais, G.v.R.; Matsuo, T. Activated Sludge Model No. 1, IAWPRC Scientific and Technical Reports, No. 1; IAWQ: London, UK, 1987. otwiera się w nowej karcie
- Kappeler, J.; Gujer, W. Estimation of Kinetic Parameters of Heterotrophic Biomass Under Aerobic Conditions & Characterization of Wastewater for Activated Sludge Model. Water Sci. Technol. 1992, 25, 125-139, doi:10.2166/wst.1992.0118. otwiera się w nowej karcie
- Lesouef, A.; Payraudeau, M.; Rogalla, F.; Kleiber, B. Optimizing Nitrogen Removal Reactor Configurations by On-Site Calibration of the IAWPRC ASM. Water Sci. Technol. 1992, 25, 105123. otwiera się w nowej karcie
- Petersen, B.; Gernaey, K.; Henze, M.; Vanrolleghem, P.A. Evaluation of an ASM1 Calibration Procedure on a Municipal-Industrial Wastewater Treatment Plant. J. Hydroinformatics 2002, 4, 1538, doi:10.2166/hydro.2002.0003. otwiera się w nowej karcie
- Koch, G.; Kuhni, M.; Gujer, W.; Siegrist, H. Calibration and Validation of Activated Sludge Model No. 3 for Swiss Municipal Wastewater. Wat. Res. 2000, 34, 35803590, doi:10.1016/S0043-1354(00)00105-6. otwiera się w nowej karcie
- Meijer, S.C.F.; van Loosdrecht, M.C.M.; Heijnen, J.J. Metabolic Modeling of Full-Scale Biological Nitrogen and Phosphorus Removing WWTP's. Wat. Res. 2001, 35, 2711-2723. doi:10.1016/S0043-1354(00)00567-4. otwiera się w nowej karcie
- Henze, M.; Gujer, W.; Mino, T.; Matsuo, T.; Wentzel, M. C.; Marais, G.v.R.; van Loosdrecht, M. Activated Sludge Model No.2D, ASM2D. Water Sci. Technol. 1999, 39, 165182, doi:10.1016/s0273-1223(98)00829-4. otwiera się w nowej karcie
- Anderson, J.S.; Hyunook, K.; McAvoy, T.J.; Hao, O.J. Control of an Alternating Aerobic-Anoxic Activated Sludge System-Part 1: Development of a Linearization-Based Modeling Approach. Control Eng. Pract. 2000, 8, 271278, doi:10.1016/S0967-0661(99)00174-4. otwiera się w nowej karcie
- Melcer, H.; Dold, P.L.; Jones, R.M.; Bye, C.M.; Takacs, I.; Stensel, H.D.; Wilson, A.W.; Sun, P.; Bury, S. Methods for Wastewater Characterisation in Activated Sludge Modeling. Water Environment Research Foundation, IWA Publishing and Water Environment Federation: Alexandria, VA, USA and London, UK, 2003.
- Makinia, J.; Czerwionka, K. Transformations and removal potential of dissolved organic nitrogen in biological nutrient removal (BNR) activated sludge systems. Raport WERF/45/2007 as part of the research program Water Environment Research Foundation (WERF) Research Program (USA) "Efficient, Cost-Effective Nutrient Removal from Wastewater-Limit of Treatment N Removal Issues", Politechnika Gdańska: Gdańsk, Poland, 2009.
- Insel, G.; Orhon, D.; Vanrolleghem, P.A. Identification and Modelling of Aerobic Hydrolysis -Application of Optimal Experimental Design. J. Chem. Tech. Biotech. 2003, 78, 437445. doi:10.1002/jctb.807. otwiera się w nowej karcie
- Sollfrank, U.; Gujer, W. Characterisation of Domestic Wastewater for Mathematical Modelling of the Activated Sludge Process. Water Sci. Technol. 1991, 23, 10571066. doi:10.2166/wst.1991.0557. otwiera się w nowej karcie
- Insel, G.; Karahan-Gul, O.; Orhon, D.; Vanrolleghem, P.A.; Henze, M. Important Limitations in the Modeling of Activated Sludge: Based Calibration of the Hydrolysis Process. Water Sci. Technol. 2002, 45, 2336. doi:10.2166/wst.2002.0406. otwiera się w nowej karcie
- Li, Q.; Li, P.; Zhu, P.; Wu, J.; Liang, S. Effects of Exogenous Organic Carbon Substrates on Nitrous Oxide Emissions During the Denitrification Process of Sequence Batch Reactors. Environ. Eng. Sci. 2008, 25, 1221- 1228. doi:10.1089/ees.2007.0172. otwiera się w nowej karcie
- Levine, A.D.; Tchobanoglous, G.; Asano, T. Size distribution of particulate contaminants in wastewater and their impact on treatability. Wat. Res. 1991, 25, 911922. doi:10.1016/0043-1354(91)90138-g. otwiera się w nowej karcie
- Hvitved-Jacobsen, T.; Vollertsen, J.; Tanaka, N. Wastewater quality changes during transport in sewers - An integrated anaerobic and aerobic model concept for carbon and sulfur microbial transformations. Water Sci. Technol. 1999, 39, 233249. doi:10.1016/S0273-1223(98)00757-4. otwiera się w nowej karcie
- Morgenroth, E.; Kommedal, R.; Harremoes, P. Processes and modeling of hydrolysis of particulate organic matter in aerobic wastewater treatment-a review. Water Sci. Technol. 2002, 45, 2540. doi:10.2166/wst.2002.0091. otwiera się w nowej karcie
- Maruéjouls, T.; Lessard, P.; Vanrolleghem, P.A. Impact of particle property distribution on hydrolysis rates in integrated wastewater modelling. In Proceedings 13th International Conference on Urban Drainage (13ICUD). Sarawak, Malaysia, 7-12 September 2014.
- Vavilin, V.A.; Fernandez, B.; Palatsi, J.; Flotats, X. Hydrolysis kinetics in anaerobic degradation of particulate organic material: An overview. Waste Manag. 2008, 28, 939951. doi:10.1016/j.wasman.2007.03.028. otwiera się w nowej karcie
- Spérandio, M.; Paul, E. Estimation of wastewater biodegradable COD fractions by combining respirometric experiments in various So/Xo ratios. Wat. Res. 2000, 34, 1233-1246. doi:10.1016/s0043-1354(99)00241-9. otwiera się w nowej karcie
- Dimock, R.; Morgenroth, E. The influence of particle size on microbial hydrolysis of protein particles in activated sludge. Wat. Res. 2006, 40, 2064-2074. doi:10.1016/j.watres.2006.03.011. otwiera się w nowej karcie
- Makinia, J.; Drewnowski, J.; Swinarski, M.; Czerwionka, K.; Kaszubowska, M.; Majtacz, J. The Impact of Precipitation and External Carbon Source Addition on Biological Nutrient Removal in Activated Sludge Systems-Experimental Investigation and Mathematical Modeling. Water Prac. Tech. 2012, 7. doi:10.2166/wpt.2012.011. otwiera się w nowej karcie
- Swinarski, M.; Makinia, J.; Stensel, H.D.; Czerwionka, K.; Drewnowski, J. Modeling External Carbon Addition in Biological Nutrient Removal Processes with an Extension of the International Water Association Activated Sludge Model. Water Environ. Res. 2012, 84, 64655. doi:10.2175/106143012X 13373550426670. otwiera się w nowej karcie
- Drewnowski, J.; Makinia, J.; Kopec, Ł.; Fernandez-Morales, F.J. Modelization of Nutrient Removal Processes at a Large WWTP Using a Modified ASM2d Model. Int. J. Environ. Res. Public Health 2018, 15, 2817. doi:10.3390/ijerph15122817. otwiera się w nowej karcie
- Drewnowski, J.; Remiszewska-Skwarek, A.; Fudala-Ksiazek, S.; Luczkiewicz, A.; Kumari, S.; Bux, F. The evaluation of COD fractionation and modeling as a key factor for appropriate optimization and monitoring of modern cost-effective activated sludge systems. J. Environ. Sci. Health 2019, 54, 736744. doi:10.1080/10934529.2019.1592531. otwiera się w nowej karcie
- Drewnowski, J.; Makinia, J.; Szaja, A.; Łagód, G.; Kopeć, Ł.; Aguilar, J.A. Comparative study of balancing SRT by using modified ASM2d in control and operation strategy at full-scale WWTP. Water 2019, 11, doi:10.3390/w11030485. otwiera się w nowej karcie
- Maruéjouls, T.; Lessard, P.; Wipliez, B.; Pelletier, G.; Vanrolleghem, P.A. Characterization of the potential impact of retention tank emptying on wastewater primary treatment: A new element for CSO management. Water Sci. Technol. 2011, 64, 1898-1905. doi:10.2166/wst.2011.763. otwiera się w nowej karcie
- Drewnowski, J.; Remiszewska-Skwarek, A.; Duda, S.; Łagód, G. Aeration Process in Bioreactors as the Main Energy Consumer in a Wastewater Treatment Plant. Review of Solutions and Methods of Process Optimization. Processes 2019, 7, 311, 1-21. doi:10.3390/pr7050311. otwiera się w nowej karcie
- Maruéjouls, T.; Lessard, P.; Vanrolleghem, P.A. Integrated urban wastewater systems: Prediction of particle settling velocity distributions along the sewer-retention tank-primary clarifier system. In Proceedings of the 7th International Conference on Sewer Processes and Networks (SPN7). Sheffield, UK, 28-30, August, 2013. otwiera się w nowej karcie
- Drewnowski, J.; Makinia, J. The Role of Colloidal and Particulate Organic Compounds in Denitrification and EBPR Occurring in a Full-Scale Activated Sludge System. Water Sci. Technol. 2011, 63, 318-324, doi:10.2166/wst.2011.056. otwiera się w nowej karcie
- Mamais, D.; Jenkins, D.; Pitt, P.A. Rapid Physical Chemical Method for the Determination of Readily Biodegradable Soluble COD in Municipal Wastewater. Wat. Res. 1993, 27, 195197, doi:10.1016/0043-1354(93)90211-y. otwiera się w nowej karcie
- Hydromantis, Inc. GPS-X 5.0. User's guide and Technical Reference. Hydromantis; Inc.: Hamilton, ON Canada, 2007.
- Nelder, J.A.; Mead, R. A Simplex Method for Function Minimization. Comput. J. 1965, 7, 308313, doi:10.1093/comjnl/7.4.308. otwiera się w nowej karcie
- American Public Health Association. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater, 18th ed.; American Public Health Association: Washington, DC, USA; 1992. otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 83 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Modelization of Nutrient Removal Processes at a Large WWTP Using a Modified ASM2d Model
- J. Drewnowski,
- J. Mąkinia,
- L. Kopec
- + 1 autorów