The Influence of COD Fraction Forms and Molecules Size on Hydrolysis Process Developed by Comparative OUR Studies in Activated Sludge Modelling - Publikacja - MOST Wiedzy


The Influence of COD Fraction Forms and Molecules Size on Hydrolysis Process Developed by Comparative OUR Studies in Activated Sludge Modelling


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.


  • 8


  • 6

    Web of Science

  • 7


Autorzy (8)

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 9 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Publikacja w czasopiśmie
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
MOLECULES nr 25, strony 929 - 946,
ISSN: 1420-3049
Rok wydania:
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
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/molecules25040929
Bibliografia: test
  1. Drewnowski, J. The Impact of Slowly Biodegradable Organic Compounds on the Oxygen Uptake Rate in Activated Sludge Systems. Water Sci. Technol. 2014, 69, 11361144, 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
  2. 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, 559567, doi:10.1016/j.cej.2010.11.023. otwiera się w nowej karcie
  3. 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, 19731988, doi:10.1007/s13762-013-0402-1. otwiera się w nowej karcie
  4. Suschka, J.; Grübel, K. Low intensity surplus activated sludge pretreatment before anaerobic digestion. Arch. Environ. Prot. 2017, 43, 5057, doi:10.1515/aep-2017-0038. otwiera się w nowej karcie
  5. 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
  6. Pajdak-Stós, A.; Fiałkowska, E.; Fyda, J.; Babko, R. Resistance of nitrifiers inhabiting activated sludge to ciliate grazing. Water Sci. Technol. 2010, 61, 573580, doi:10.2166/wst.2010.868. otwiera się w nowej karcie
  7. 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, 605616, doi:10.1515/eces-2014-0043. otwiera się w nowej karcie
  8. 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, 597608, doi:10.2478/v10216-011-0042-7. otwiera się w nowej karcie
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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, 26982709, doi:10.1002/bit.27094. otwiera się w nowej karcie
  14. 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
  15. 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
  16. 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, 152157, doi:10.2175/106143016X14504669767139. otwiera się w nowej karcie
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. De Lucas, A.; L. Rodríguez, J.; Villaseñor, J.; Fernández, F.J. Fermentation of Agro-Food Wastewaters by Activated Sludge. Wat. Res. 2007, 41, 16351644, doi:10.1016/j.watres.2007.01.041. otwiera się w nowej karcie
  21. 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
  22. 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, 12311237, doi:10.1016/j.conengprac.2011.07.003. otwiera się w nowej karcie
  23. Goel, R.; Mino, T.; Satoh, H.; Matsuo, T. Modeling Hydrolysis Processes Considering Intracellular Storage. Water Sci. Technol. 1999, 39, 97105. doi:10.2166/wst.1999.0022. otwiera się w nowej karcie
  24. Orhon, D.; Cokgor, E.U.; Sozen, S. Dual Hydrolysis Model of the Slowly Biodegradable Substrate in Activated Sludge Systems. Biotechnol. Tech. 1998, 12, 737741, doi:10.1023/A:1008860517183. otwiera się w nowej karcie
  25. Drewnowski, J.; Makinia, J. Modeling Hydrolysis of Slowly Biodegradable Organic Compounds in Biological Nutrient Removal Activated Sludge Systems. Water Sci. Technol. 2013, 67, 20672074, doi:10.2166/wst.2013.092. otwiera się w nowej karcie
  26. Makinia, J. Performance Prediction of Full-Scale Biological Nutrient Removal Systems Using Complex Activated Sludge Models; ISAH: Hannover, Germany, 2006.
  27. Roeleveld, P.J.; van Loosdrecht, M.C.M. Experience with Guidelines for Wastewater Characterisation in the Netherlands. Water Sci. Technol. 2002, 45, 7787, doi:10.2166/wst.2002.0095. otwiera się w nowej karcie
  28. 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, 91114, doi:10.2166/wst.1986.0062. otwiera się w nowej karcie
  29. 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
  30. 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
  31. 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, 105123. otwiera się w nowej karcie
  32. 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, 1538, doi:10.2166/hydro.2002.0003. otwiera się w nowej karcie
  33. 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, 35803590, doi:10.1016/S0043-1354(00)00105-6. otwiera się w nowej karcie
  34. 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
  35. 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, 165182, doi:10.1016/s0273-1223(98)00829-4. otwiera się w nowej karcie
  36. 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, 271278, doi:10.1016/S0967-0661(99)00174-4. otwiera się w nowej karcie
  37. 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.
  38. 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.
  39. Insel, G.; Orhon, D.; Vanrolleghem, P.A. Identification and Modelling of Aerobic Hydrolysis -Application of Optimal Experimental Design. J. Chem. Tech. Biotech. 2003, 78, 437445. doi:10.1002/jctb.807. otwiera się w nowej karcie
  40. Sollfrank, U.; Gujer, W. Characterisation of Domestic Wastewater for Mathematical Modelling of the Activated Sludge Process. Water Sci. Technol. 1991, 23, 10571066. doi:10.2166/wst.1991.0557. otwiera się w nowej karcie
  41. 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, 2336. doi:10.2166/wst.2002.0406. otwiera się w nowej karcie
  42. 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
  43. Levine, A.D.; Tchobanoglous, G.; Asano, T. Size distribution of particulate contaminants in wastewater and their impact on treatability. Wat. Res. 1991, 25, 911922. doi:10.1016/0043-1354(91)90138-g. otwiera się w nowej karcie
  44. 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, 233249. doi:10.1016/S0273-1223(98)00757-4. otwiera się w nowej karcie
  45. 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, 2540. doi:10.2166/wst.2002.0091. otwiera się w nowej karcie
  46. 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.
  47. Vavilin, V.A.; Fernandez, B.; Palatsi, J.; Flotats, X. Hydrolysis kinetics in anaerobic degradation of particulate organic material: An overview. Waste Manag. 2008, 28, 939951. doi:10.1016/j.wasman.2007.03.028. otwiera się w nowej karcie
  48. 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
  49. 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
  50. 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
  51. 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, 64655. doi:10.2175/106143012X 13373550426670. otwiera się w nowej karcie
  52. 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
  53. 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, 736744. doi:10.1080/10934529.2019.1592531. otwiera się w nowej karcie
  54. 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
  55. 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
  56. 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
  57. 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
  58. 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
  59. 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, 195197, doi:10.1016/0043-1354(93)90211-y. otwiera się w nowej karcie
  60. Hydromantis, Inc. GPS-X 5.0. User's guide and Technical Reference. Hydromantis; Inc.: Hamilton, ON Canada, 2007.
  61. Nelder, J.A.; Mead, R. A Simplex Method for Function Minimization. Comput. J. 1965, 7, 308313, doi:10.1093/comjnl/7.4.308. otwiera się w nowej karcie
  62. 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
Politechnika Gdańska

wyświetlono 12 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi