Enhancement of Ammonia Removal in Peat Biofilter Seeded with Enriched Nitrifying Bacteria

,,'  IngentaConnect Table Of Contents: Environmental Technology  

Page 1 of2 

Environmental Technology

/:;.... 

ISSN  0959­3330,  Online  ISSN:  1479­487X 

Publisher: Selper Ltd

Volume 21/ Number 10/  1 October 2000 

<previous issue 

I

next issue >

I

ｱｬｊｪｳｳｵｊｾＮｾ＠

'Wupdate marked U$t;

Hydrothermal Preparation of TiOz_ctndPhotot;:atalytic Degradation of   Hexac;hlorocyclohexane and Dichlorodiphenyltrichloromethane   pp.  1085­1090(6)  

Authors: Byrappa K.; Lokanatha Rai K.M.; Yoshimura M.

ｾｭＺｩｾｊＬｾｴｵ r a ｬｬｩＮＮＺｐｲｾ､ＡＡ｣ｴ＠ ｡ｾｦｶｦ･ｾｾｌｲｵｉｾｾｉｑ･ｮｴＭＬＭＭＮｳｯ rpUC1n...｣ＺＩｌｬＢ･ｪＺｾ､ＮｦｕＮｬＮｦｲｑＮｭａＮｱｬＮＮｴ･ＧＱｉＮＡｾｾ＠ $()J!JJJ.9...

n

ｯｮＮｾｯＮｊ［Ｂｑｩｲ｀ｨ＠ Carbon. pp.  1091­1097(7)  

Authors: Kadirvelu K.; Namasivayam C.  

ｮＡ［ｃ［ｑＺｴＹｸｬ＼［ＮＹＱｑＮｧｩ｣［ｾＮｴｾ｣ｴｩＢ ｩｴＧｬｊ［ＩｦＺＮｳ｟ｯｪｴｾ｟ｰｯ lI!Jte!iJNith.f'Q.IY<:;'L<;ltc ａＮｲＺｑＮｭｾＮｬｬｃＺＺＺＮｈｹＹ ｲｑｃ［＼ｬｲｾＮｾｮ ｾ ... Ｈｾａｈｾｬ

Ie...! 

':"  Effect on  Plallis   pp.  1099­1110(12)  

Authors: Maliszewska-Kordybach 8.; Smreczak P

Oetermin",.tjOI"L.Qf ｂｩｯ､ｦＺＡＡｉｄＧ＼ｴ､ＮｾＡｪＹＮｊｌｋｬＡＧｈｾｴｩ｣ｾＮＮＮＮｴｬＮｦＮＸｾＮｾ･ｲ｀ｌｓｴｯｲｩｬｬｈｌｑ ..ｧｾｮｩ｣ＺＺＮｓｵ｢ｳｴ｛＼ｴｴ･ｾ＠   Through  Electrolytic RespirQ,metry  

pp.  1111­1118(8)  

Authors: CaiHzares P.; De Lucas A.; Rodriguez L; Villasenor].

l!1hJbitio!Lof  Activated S'ud­ge..ｊｾＮｙｊＧｩｪｴｲｩｴ･ｾｪＡＱｊＺｨ･＠ ｐｲ･ｳ･ｾｃ［ｾｌｑｦｦＧＱＺｧｴ･ｩｮｾｯＮｲＮＮａｭｩｯｯＮａ｣［ｩ､ｾ＠   pp.  1119­1125(7)  

Authors: Philips S.; Verstraete W.

ｬ［＾･ｾ＿ＱＹＢ <;!t:!Qn ＮｐｾｌＱＧｉｉｪｬｏｏ tilｴｲＮｾＮｴｬＨＩｮＮ､ＮｦＬｧＮｦｦｬＡｈｩＡｮｴｳＮｊ［［ＺｾＢｴ･ｮ ｾｮｴ ｾｑ｟ｾ＠

1:!L';.r

ｾｾＮｅＧｑｙｌＤＡｲｬｑｾｬ .

.l:t

II.

c:lfi'..

ｾＮｾ＠  

ｑｾ｡ｬｩｦＮｩｴＺ［ＺｩＺｬＮｬｩｾＡｌ｣Ｚｬｕ＠ ＮＮ･ＮｲｯＨＺｾｦＺＡＡ｀ＭＭ］Ｎ［ＱｩｾｦＺＡＡＮｏ＠ Oeu vre ｉｦＱ､ｬｬｳｴｲｩ･ｬｬ･ＮＮｑ･｣ｑｬｯｲＮｾｴｌｑｮ ..j)...Y..ｬｴｾｦＱ｟ｯｦｩｬＡｲｾｴｪＧＱｮｾｑｊ＠   ＮｬＺｦｦｬＮｬｴ･ｮｾ｟ｇ｣Ｚｭｴ｡ｩｮｩｬＱＮＮｑＮ＠ ｾｃｌｴｩｮｴ｡ｩｮＭｰ･ｮ＠ ｉｮｾｳＺ＠ Pilot ｓ｣｡［･ＮＲＡＡ｡ｬｩｦｩ｣｡ｴｩｯｾ＠ ­ Indtistrial  

ａｬＺｩｳ･ｳｾｭ･ｮｴ＠  

pp, 1127­1138(12)  

Authors: ]aouen P.; Lanson ].M.; Vandar,jon L; Maleriat J.P.; Quemeneur F.

Treatment of Domestic Sewage in  Horizontal­Flow Anaerobic Immobilized Biomass  ｻｦＺｬａｉＮｉｉＮｬｬＡ･ｾ｣ｴｯ r 

pp.  1139­1145(7) 

Authors: Zaiat M.; Passig F.H.; Forest; E

[J

ｃｨ｡ｲｾ｣ｴ･ｲｩｺ｡ｴｩｯｮ＠ aod ｔｲ･ｾｴｭ･ｮｴ｟ｯｦ＠ TextilePripting ｖＧｬＮｾｳｴ･ｷ｡ｴｦＺＡＡｲｾ＠  

pp.  1147­1155(9)  

Authors: Kabdas/i

1.; 

Giirel M.; Tiinay O.  

The Impact of Digester Retention Time on  Microbial  Extraceliulru:_J'olym.eL..Production   ｾｮ､＠ Sitidge ｄ･ｷ｡ｴ･ｲｾ｢ｩｬｩｴｹＮ＠  

pp.  1157­1165(9)  

Authors: Houghton

].1.; 

Stephenson T.; Quarmby].

Statistical Analyses of ()perating Conditions and Power Consumption Characteristics in   Small­Scale ConventioQal Activated Sludge Plants for Sewage rreatment  

·  IngentaConnect Table Of Contents: Environmental Technology  

Page 2 of 2 

'¥,   pp. 1167-1172(6)

Authors: Hu H.-Y.;

Goto 

N.; Fujie K.

ｒｾｭＨＩｙＡｩｬｌｯｦｐｩｭ･ｴｨｹｬＤｙｬｰｨｩ｣Ｚｬｧｦ

..oro

ＨＩｦｦｾｇ｡ｳ＠ MbcturesContainingHydrogen$Qlphidg.and Methanethiol by

a 

ｂｩｯｴｲｩ｣ｫｬｩｊＱｊｬﾣｪｮＺｾ＠

pp.  

1173-1180(8)

Authors: Ruokojiirvi A.; Aatamila M.; Hartikainen T.; Olkkonen M.; Salmi 1.; Ruuskanen 1.; Martlkainen P.l.

'pgtermining Ｄｩｧｮｩｦｩ｣｡ｮｴ｟ａＢｾ･

..obic 

ｋｩｮ･ｴｩ｣ｬＺｊＡｩｬｲ｡ｭ･ｴｧＢＤｉＩＤｩｮｧＤｩｭｬｊｬｾｊｩｧｊＧｬ＠

pp. 

1181-1191(11)

Authors: Elliott M.; Zheng Y.; Bagley D.M.

o  

ａｰｰｌｩ｣Ｚ［ｃＡｴｬｏｊｌｑｦＺｕｴｦｩＡＮｗＮｾｴｾｾｩ､ｾｴｬｯＡＱ

.. P..

ｯｃＺｦｩＡＡ＾ｾ｟Ｇｬｯｴ｢･ＮｔｲｦｩＡｃＡｴｭｦｩＡＢｴＮｯｦＢＢｬｊｮＡ｣ＺｩｰｃＡｉｾｦｩＡｷｃＡｧｦｩＡＤｊｬｊ｡Ｎｧｾ＠

pp. 

1193-1198(6)

Authors: Lendorm; T.; Prevot

c.; 

Doppenberg F.; Debellefontaine H.; Pujol R.

rtJ  

Enhancement of Ammonia ｒ･ｭｯｾＮｾｕＡＱｰｧＡＧｬｴ＠ ｂｩｯｦｩｬｴｾｓｾ･､ｧｴＺｌｷｪｴｊＺｌｴ［Ａｬｲｩｾｨ･､＠

NJ!Ii.fY1n9

Bacteria

pp.1199­1204(6)  

."../ 

Authors: Yani M.; Hirai M.; Shoda M.

V

IngentaConnect Enhancement of Ammonia Removal in Peat Biofilter Seeded with En...  Page 1 

of 

1 

Enhancement of Ammonia

Removal in Peat Biofilter Seeded

with Enriched Nitrifying Bacteria

Authors: Vani M.l; Hirai M . Shoda M.l

Source: ,EnvironmE;!nta1.Jechnology, Volume 21, Number 10,  1 October 2000, pp_ 1199­1204(6) 

ｐｵ｢ｬｩｳｨ･ｲＺｓｾｬｰｾｌｌｴＹ＠

• Ｕｾｑｉｾｶｩｯｵｾ｡ｲｴｩｾＡＮｧ＠

• I

• ｙｩｾｷ＠ ｬｾｪｊｬｾＮｑｌｴＺＺＺＨＩｾｲｬｴ･ｉｊｊｾ＠

{milrkiteril:

Abstract:

Night soil sludge was enriched to foster nitrifying bacteria by tile addition of ammonium sulfate, and the enriched mixed culture of nitrifying bacteria obtained was inoculated to peat. Ammonia gas was

introduced to the peat biofilter by gradually increasing from 48 to 265 ppm, at a space velocity from 87  to 437 h-l, with an ammonia load from 0.5 to 5.8 g N kg-I dry peat d-1 for 103 days. The ammonia removal characteristics observed over a 103 day experiment were as follows: ail aVerage ammonia rem(lval ratio of 97 %, complete removal capacity of 4.5 g N kg-I drv oeat d-I , maximum removal capacity of 5.6 g N kg-I dry peat d-I , maximum removal rate of ammonia, Vm of 46.1 g N kg-I dry peat d- I . The ammonia removal capacity of this peat biofilter was enhanced significantly and the maximum removal capacity and maximum removal rate were the highest among the data reported to date.

Keywords: AmmQnia; nitrificatlon; peat biofilte.r; removal kinetics; nitrifying bacteria

Document Type: Research article

Affiliations: 1: Tokyo Institute of Technology, Research Laboratory of Resources Utilization, 4259  Nagatsuta, Midori-kll, Yokohama 226­8503, Japan

.

ＧｾＮ＠

L __--,

ｔｾＬ

VoL 21. I'fI 11.99--11001

. 

ｾＬＲＰＰＰ＠

ENHANCEMENT OF AMMONIA REMOVAL IN PEAT  

BIOFILTER SEEDED WITH ENRICHED NITRIFYING  

BACTERIA  

M. 

YANL M. HIRAI AND M  SHODA· 

Tokyo Institute ofTechnoJogy, Raearch Laboratory ofResowa!s Utilization"  42S9 Nagatsuta, Midorl­Jcu,. Yokohama 226­85(13, Japan 

Ｈｾ 10

117fllft1J

2000; Accqntd 31 M1rrd12OQ()

,.

,t

ABSTRACl  "'1_  • 

• • \  :.l#. :(,,!. • Ｎ＾Ｎ［ＮＮＺＮＮＭｾ＠ -?!:it ...' ...  1 • . . ' • • .,*  • 

N"Jght8Oi11ladp WU «&ricI\ed to ft:Jsta' nitri.t')in3 ｾ by the ad.ditioo of ammonium sWfate and 1he en.ithred mixed culture of nitrifying bacteria  obtained was inoculated to peat.  Ammonia gou  wu introdw::ed to the peat biD£iIter by  gradually  inaeuing hom .a to 265  ppm, at II &pACe velocity from 87 to 431  h", \'.itb an W\.ttIonia load from 0.5 II) S.8 g N kg­' dry peatd­' b  103 days. The anunoruil removal  characteristio observed r:rn!r a  103 day ew:perimenI were as 

fellows: an average a:iru:narda removal  :ratio  of tJ1 %, (X)[I\plete removal Olpacity of 4.S g  N kg-l dryｾｴ d­t,  maximum 

removal capacity of 5..6 S N leg ­1 dry peat It', maximum l1:II\oval rate of ;umnorua,  V .. of 46.1 g  N. kg dry-peat d".  'The

ammonia ｾ｡ｬ capacity of t:hl9 pest  bIofilter Wil5 erihanced significantly and the maximum ｾ capacity  and  maximum RIrIOVliI rate were the highest among the data n!pOlted to date. 

Keywords::  Ammonia, nitrification, peat biofilter, removalldnetics, nitrifying bacteria 

,".; 

INTRODUCTION  inoJgank packing material (11) have bftn conducted.  The 

biofiIters  were  commonly  seeded  with  nncharacterized 

The  high concentration  of  ammonia  emitted

froin 

sludge.  In order to enhance  the microbial removal  rate,  romposting plants, night soil or wash:  water treatment,  and  severa]  methods have been proposed  [5]:  seeding of useful  various  inrlustries  still causes  environmental  ｰｾＮ＠ bacteria,  immobilization  of  miaoorganisms,  selection  of Although  ammonia has  a  detectable  odor  thn.'shold  caniets, and applic .. tion of new microorganisms to processes.  concentration  of  approximately 17  ppm  (1),  the  In previous studies we used night soil sludge as a seed for  concentrations of amrII'JI1ia from night soil treatment  plants 

peat 

atId ACF iJiofilters 16,9.111. Although they showed a good were reported to be between 0.2 and SO 

ppm,. 

between 20 and  remova1  rate  of am:mcnia,  significant  biological removal  200 ppm from fishmeaI plana,. and greater I::hatt 35  ppm in started at  around  the 20th  day and complete removal  of compooting facilities [1­31.  In general. for  the .removal 01 ammonia was observed after 2B days, whkh .is defined as the 

odorous compounds in contaminated air, blolosiall treab:neld:5  acclimation period. In order to shorten the acclim.ation period 

have IOIJle potential  advantages  over other c::he::dc:aI and  and enhance the ammonia removal  rate,  enrichment of  the  physical treatments [4,5], for 

example, 

that  the pollutants do  night soilsludge to foster iI mixed culture ofnitrifying bacteria

not enter into another 

phase, 

they  are converted  to harmless  wiD be useful.  However,  such  a  trial  has  never  been  axidation ｰｲｯ､ｵｾ＠ and  biological  methods are relatively  conducted, mainly becaU!le the

growth 

of chemoautotrophic  cheap because of th2 low investment oll"Id operadonaJ costa. A  nitrifying bacteria is

extremelY 

sbw  and their isolation  is 

good

operational 

stability 

over a long period om be achieved 

if

difficult (12.13). Here" we conduct the en.ric:bment of sludge

careful maintenance is carried out.  to ｾ the  population  of 

nitrifying 

bacteria. 

and

the  Recently, some studies of mkrobiallUnmOnia 

remOval 

by characteristics of ammonia removal by a  peat biofiJter seeded 

a 

biofilter using

peat 

[6­91 

or 

wood bark [10] 

as  an 

organic with· an enridted mixed culture  of  nitrifying  bacteria art  pacldng material,  and  activated  carbon fiber (ACF) as  an  investigated. 

MATEJUALS AND METHODS 

Enric:hment culture 

Twenty m1 of nightlIOil &lud.gewas inlxulatJed to 180 ml

AL medium in a 300 mI bottle.  AL medium. ｲｯｮｴ｡ｾ＠ 2.5

g 

tNH.)2SO",  0.5 

g 

KH1PO",  50  InS  MgS04·7Hp, 4 

q 

MgSO.·7H20, and 0.1 mg Fe­­EDTA perJiter of distilled water, 

at pH 8.0­8.2 (9,121; 0.5 mg phenol red was  added  as  an  indicator. The bottle was aerated at 11 min·1 _{at a temperature} 

of 25  ­ 28  "C.  During the enrichment period.  pH was 

maintained at 6-8 by adding O.iN NaCH.  The concentration  ofNH.· was also maintained at 300 ­ 700 ppm by adding 

to-I:imes­roncentrated AL medium. The pH and concentrations 

of NH:, NO; and No,,­of the culture were measured once  or twice a day. 

When  NO; concentration  reached  about 8  g  1.1_{,  the} 

culture  was  transf.­rred.  to  fresh  medium and !.he  next  enrichment  was carried out by the  same  method.  1hia

pnxedure was repeated for 8eVeral months. 

At

the  end of enrichment. a 

sample 

was talten for the  determination of the  concentration  of  surviving rnicroorganifIm by colmt:ing on  nutrient  agar (NA) <Biken Kagaku  Co, Ltd., Japan) and P  medium plus gebi.1e (10 g (.1) (PG).  P medium  contained:  2.5 g {NH..,i'O...  34 g ｎ｡ｾｐＰＴＭＭＱＲｈｐＬ＠ 0.7 g .KH,PO., O.5g  NaHCo,. 100 mg MgSO.­7Ji:P, 5 mg CaCl:J·2HP, and 1 Irft Fe­EDTA per titer (pH  8.0 ­ 8.2)  [13,141;  0.5 ｾ phenol  red 

was added as an  indicator.  Gelrlte,. a  trade  name of geUan gum (I<eko

Division. 

Men:k Co., USA), was used to  make  a 

solid med.:utn.

ＮＬｾＬｾ＠ .:.r,;!'l'.i!1it ＡｬＧｩｾｩＢｾＧﾷＧＤＢＧｩＭＺＬＺ［［ｴｦｊＬﾷ＠

Confumationofl'lil:rifyingbacteria 

At  the end of enriC'Nnent. $eYe18l Jdnda of bacteria  grew on pc;  plates. Six of about 50 colonies appearing OIl PC 

!",lAfP.!II Wen! tested for ammonium oxidizing ability.  Bach

isolate was irtoculated to 5 m1 AL medium and incubated at 

30 'C at 120 strokes per minute ｾ for 2 weeks. At the end  of the incubation 

period..

the  amounts of N01­ and  NO)' 

production were tested UlIing a  Merckoquant test strip.  The 

high<.!st prodlK.'er of NOi anC. NO)­,  B1123, was selected. 

Then" the isolate was in'lCUlateci  to 100 ml AL medium and 

incubated at 30 "C  at 120 spm for 8 days. The c:elJs collected 

were 

mixed with 50 ,. glycerol solution which was stored at 

­20 "C as a steck culture. 

The ｾｴｨ characteristics of B1123 in AL medium

wel'Z ｩｮｶ･ｳｾＮ Oneloop of a 81123 colony was gmv.n on a  PC plate. inoc:u1ated. to 5 ml AL medium. then ina&bated. at  30 'C at 120 spm £Or 8 days. This culture was transferred  to  100 ml AL 

medium"

then incubated again at 3O"C at 120 spm.

:Dwins 

Incubation. pH. optical 

density It 660 om (00,..), and

me 

concentrationa of NO; and 

NO.; 

were morrltored. 

Elperimental apparatus 

All the carrier in the bioIiller, peat l!I(8I A

ffalcahashi 

1200 

Peat Moe5 Co., Ltd..,  Hokbido, Japan) wu packed in ｾ＠

columns (5 em inner diameter, 50 em height) in a  taboratory-&ca1e bioIilrer,  as  previously  repolled  (9,11L  The  charactetistics of the peat were described previously [6,  9). 

After 

the measurement of moisture content,. about 60 

g 

cby  peat plus 2..2 g Ca(OH)2 were sterilized at  120  "C  b  20 

minutes. This 

peat 

was sprayed with cell suspension of 81123 

grown in At. medium. mix.ed. and packed into mIumns to a 

height of18 em. 1be height of the peat bed MIS compacted  10 14 an within two weeb. DetIiled experimental ccnditions  are SUll'IIlWized in Table 1. The o.OS • 15 N 

aqueous 

ammonia solution in a 31 bottle was fed, using a peristaltic pump, to thf.'  top of an ammonia generator column 01 PVC (S an

oum-diameter, 52 em height) which was 

paded 

with gl;a beads.

through which  air was  passed in the CounNn:.urrent flow_ Air containing a specific c:oncenb"aoon 01 amrncnia was then supplied to the biofilter coltl.tIll'lS. The ammonia  load into the  biofilb:!r was changed by controlling the inlet concentration  and/or space velocity.  Forty mJ  of sterilized disti1lM water  was sprayed aseptically and manually on the peat bed ftVery 2  days to maintain  the  moisture  content 01 the bed at  about  70 %.  All experiments were conducted at room temperatun'!S 

of 24  • 28 "C. During the operation, the pH of the biofilter was rnaJntai:ned at 6  ­ 8  by adding  40  ml of 1  '"  Na1CO

J-When  nitrite  and  nitrate  concentrations  reached  about 10 oS I;,  100 mlol stt':ilized  distilled  water was sprayed 10  wasil the f'St ｾ＠

Bacterial count 

The cell number counted by the most probable number (MPN) method  l5,  6, 9,11) was  conaidered  to be nitrifying 

[image:5.599.62.568.402.819.2]

bacteria  ma.inly because enriched nitrifying. bacberia are  a 

Table L   E.xper:immtaJ condition of peat biofiltu seeded  with enriched  nitrifying baderia and  the cell 

number ofnitrifyingbacteria.. 

Packing

my

weisht (g) 56.7 

Packed volume (I) ＧﾷｩＬＬＺＮｾＺＧ［［［＠ 0.275 

PaddnS density (g dry peat t')  .•.: :.<;'lr:-: 206  Packing height ( a n ) . .  ";.'.. .1.  Initial D1Oi:m.ue contmt (%) 

fnitia) pH 

:.  ＺＬＺｾＮＢ＠ ｾ｟＠

·'a

M  }';. 

64 

7.46  SuppHed anm.... 

Inlet concentration (ppm) 50.­265 

Flow rate 

a

ｭｩｮＭｉＩｪＢｾＮＢ＠ .."  0.4 ·2.,0  Space velocity (lf1)  . •. •" ..  7'  87­438  l.oad (g N kg.' dry peat d")  0.50­5.8  Cell number measured byMPN method  

(celJs ,., 

my

peat)  

Initfat  6.0 x 10'  

•  • 

mixture  of  autotrophic and heteJotropIUc bacteria. .  The  homogenized peat sample was also serially,U'hit:ed in sterilized distilled  wahn",  then spread  on  NA and  PC  plates,.  and  co]onJes appearing on plates were counted. 

ｾＮｴ＠ • • _

The ｾ content of peat was detefDuned by drying  for more than 8 hou.r$ at 80 "'C in an oven.  Inlet and outlet  anunonla conc:entratiom fn the biofilter were measumi usins  ammonia gas detection tubes  (Castee.  Co.• Ltd.• Japan).  The  lower ､ｾ limit of the tubes was 0.25 ppm. To test the  presence of nitrate  and/or  nitrit2 in the dr.ained water, a  Merdcoquant test strip for nitrate and nitrite (Merck KGaA,  Germany) was ueed.

RESULTS AND ursctJSSroN·

After 6  months  of  enrichment.  nitrifying baderie,  B1123, were obtained. By detailed analysia. B1123 was found  to contain  a  predominantly  autotrophic  nitrifying  bacteria  and a minority of  heterotrophic  bacteria,  the  separation 

t:i

which was extremely difficult,. Therefore, B1123  was used for  furtheT experimf>nts. TIle growth (".J.rV;:> of 1he mixed  culture  of nitrifying bacteria  of. ｾＱＱＲＮｩ＠ 0"1 .\L medium is shown in  Figuze 1 8. 1he opticaJ  dmsity (OD­> of.the culture  was  below O.OS after 10 days and the cdl numbers  counted  on PG  plates were on the order of 10" ­10". 'The pH was maintained  at 6 ­ 8 by adding 0.1  N  NaCH.  The rota] concentration  of  NO' and NO ­reached l  g  1­1 _{after  8  days  (Figure  1  b).} 

2  ) .  

indicating  that  more  than 90 % of the ammonium  was  oxidized to ｾＧＮ＠

When  Bl123 was  cultivated  in  NB  medium  for  heterotrophic bacteria, OD_6IiO ｾ and  two da}'S were  requ.ired to reach the stationary phase; no producticn of NO,-and NOl -was observed. It is assumed that the heterotrophic 

bacteria which coexisted with nitrifying bacteria grew rapidly 

in organic NB medium. but had no  ability to oxidize nitrogen  compounds to NOl -and NO.,­.  To ronfinn the survival of 

nitrifying  bacteria  even  in  NB medium. the ceUs of  81123 

grown 

in NB medium were  washed,  suspended  in AL 

medium,. and then incubated at 3O"C.  After  10  days,  pH  decreased to about '/ and productions of NO;i and NO; were  confirmed;  then 

the 

concentration of the  two sub6ta.r\a!S incRaIIed Yf!t:Y rapidly (data not shown). 

Ammonia :removal characteristica 

Ammonia removal by the peat biofilter involved two

proc:esees 

(9,  151  First, 

ammcrua

was mnoved by physical  and chemk:al adsorption by peal  After peat was  saturated  with ammorda,  aD1IIlOI\ia Waif oxidized by n1trifying bacteria. 

'Therd'oJt>.  the  time requi.nd to  reach  a  steady state  of ammonia oxidation by nitrifying bacteria is  the acclimation

G..OI

I

ｾ＠

41) 

....

i

I

..

•

__ I

1

7 

o.o:t 

'I

• 

0.01 

1

i

II 0," 

.

..

3.0 

i_2.I 

'B 

ｾ＠ 2.0 

I

ｾ＠

a 

;,.. 1JI 

I

z 

­a

i

c 1.1

•

ｾ＠

U

0.0 

(b) 

:!.. 

ｾ＠

..", .. ｾ＠

:r..

ｾ＠

-

,­

ｾ＠

0  2  4  10 

12 

[image:6.599.306.548.42.649.2]

"1lmIt (day) 

Figure 1.   Growth  characteristics  of  enriched  rJtrHying  bacteria, B1123, in AL medium: (a) optical defl8ity 

at 660  nm  (OD6QJ  0, cell number Q. and  pH (.A.), 

and (b) production of NOi (ot and NO)­ (.),  Addition of 0.1 N NaOH (J.)•. 

ｲｾｾＧ＠ Ｎｾ;.} ｦｩｾＮ＠

;i'f.,t,ir;t.;. 

ｲｾ［ＡＧﾷｾＬｪ＠ ﾷ［｜ＡＢＺｾｾｩｊｾＭＬＺＮＭ ),.  ＭＺｴｲＺｦｦｻｾｴＢＢＧ［＠ ｾｩ［ｾＢｾ＠ ＺｴＣｾ＠ . .'"):·:i::'

tirrie, 

whkt. 

is 

UstWJy 

abOut

one D\on8i.

PIgure

2 Shows the  time course of ammonia  removal by a peat bio611er seeded  with enriched nitrifying.BI123 bactnia.  The inlet iIIllmOIlia  concentration was introduced at about 100 ppm" at SV 87 h­1

,

and at load of about 0.5 g N kg4 dry peat d­l,  ｉｾ＠ a  previous  study, in the  peat biofilte1' seeded with  original night soil sludge, total ammonia  adsorption during  the  acclimation 

period was 26 g N kg­l dry peat for 20 da)'S of operation 19]. 

after that,  amxr.onia was detected  at the outlet.  Total  removal of 27 g N kg-! dty peat of amm.onia by this peat with  enriched nitri.fyjng bacteria wa:s attained in about 7  days,  at 

which time no ammonia was detected  at the  outlet.  After  that, when the load was i.;.lcreased 10 about 0.6 g  N  kS'l dry  peiltd" at 21 days, the removal ratio decreased for 3 days due to unJr:t.1wa reMCnS, but complete removal w.u obeerved  ..gain at 2S days.

DurIng the first .., days. the lnJet concentration 

oJ

ammonia was maintained at an  average of 

n

ppm W''lJUI'e 

2a), and the load was increased  gradually  &om 05 to  2 g N 

ks·

1 _{dry peat d­}l 

(FiSWe 

_{2b)  by changing the space} 

velocity from 81 to 390 h·1 _{<Figwe 2a).  After}

that 

_the inlf!t concentration  was increased gradually to 265 ppm at  an  average SV  of about 320 h­I _{where  the load was as high ..}

5.8 

gN

kg­I dry peatd'l.1bt JdnetX data ｷｾ

takeri 

on the  55thday.  The load  was further increased to 5.78 g N kg.' dry 

1201 

1

load. of 3.2 g N kg" dry p"at dol  at 92 days and then  i.naeasoed 

Ammonla removal characteristics 

Peat &eeded 

with  ACF teeded with  Peat seeded  night soil ｳｬｵ､ｾ＠ (9)

nill!!!

lOiJ

sluda!

Ittl 

with 81123

Complete:removal 

fB­N­kg'l 

peald"!)  1.6  15  4.5 

Max!!IlUD1 re:mova1 c:apaclty (g N­kg­l  peatd'l)  3.2  3.5 5.6 

V. (gNkg'" peatd'l)   11.4  8.4  46.1 

K.

(ppm)   226 26  350  " Ｌｾ＠ .... 

Cell numberbyMPNmethod 

(oeIIsg

1 _dry peat) 

after kinetic data 

we.re 

taken  6.8 x 10"  .'

..

1.(5)( 10' 

Ux 10' 

Specific ammonia oxidation rate Cg NeeU"  h­1

)  1.0 

x 

10'14  3.34 X 10'll _B.6 X t(tU 

Relative ammonla­oxidation rate  1  0.05 

1.2 

1.;­

flO   ! Eo...., 

lif ­

c.} 

1'­"

II

I

100m... 

tit, 

7 

•

J­..

ｾＮ｡ｾｾｾｾＮ＠

• 

• 

ｍｾ＠

:j

•

0

•

i

CI 20  ..0 . . II  100  120 

[image:7.601.44.563.43.826.2]

ｮｮＮＨｾ＠

Figure 

2  Time cotU'Se of iUIlO'IOnla removal by peat biofiller seeded with  enriched 

nitrifying 

bacteria:  (a)  inlet 

(e) and  outJet  (0) ammonia  concentrations,  removal ratio ｾＩ＠ and space  velocity  (0);  (b)  ammonia load (0) and ammonia ｾ｡ｊ＠ capacity 

(0) and (c) pH (0), NH.* (.), NO_{J ­}(0) and NO;

(A) concentrations_  Addition of 40 mI of 1  '70 

ｎｾＰＳ (t) a:nd washing of coJumn  by 100 mJ disb1led water 

(.1.)-peat(tl (figure 2b) and a removal ratio of more than 9'l% WIllI 

｡ｾ (Figure 21). However,  after samples were taken for

cell number counting at 68 days. the removal ratio decreased  even  when the load was reduced  to about 1.5 g N  kg­1 _dJy

peat d­l

, indicating that iliere  were  drastic  disturbana5  on 

peat.  "Then. the removal  of  ammonia  improved  again to It

to 5_0 g N  kgl dry peat d­I at  103 dayI5 (Figure 2b)_  The 

average removal ratio of ammonia was 97.30/0  for  a  103­day  experiment.  From the relationship  between  load. and  removal capacity  of.ammonia,  the complete  removal  was at  4..5 g N kg-I dry peat dol and the m.aldmum removal capKity  was 5.6 

8 

N leg­I dry peatd" (Figure 3).  The data obtained in this experiment, as  weil illS previous  data,  are  shown  in Table 2  Ammonia removal by enriched nitrifying­bacteria is the most effident method.

The eell number of hetetobopbic bacteria appearing on  NA plates was significantly dec:reMed after  68 days.. During  thie experimental period, the number of nitrifying  bacteria  eoun1ed by the  MPN  method increased  about  fourfold  (Table ll. We isolaled some a\1totrophk  nitrifying bacteria  &om enriched Bl123 ｾ whidl included  an ｾ＠

oxidizing becteriwn. NitTosorlJonQ5 tIltrophtl, and a  nitrite-oxidizing bacterium,  Nilrob«ttT hamburgtnsis.  The 

d1ara.cteri$tics of these bacteria will be described in a 

separate 

paper.  ..,.­,­'  .. ｾ［Ｎ［ＺＬＮＬ＠ ","..",,;.,:  ", . 

0 2 4   •  • 

load{g..JC'kg­dry ..,.r1·d·1)

Figure 3.  Rdationship between ammonia load and IlIl'IIllOIlia 

ｾ capacity in peat  biofilter &eeded with  enriched nitri.iying bacteria. 

[image:7.601.55.294.57.487.2]

When the mixed cuJture of BU23 was ｡ｰｰＩｪｾ＠ to an  activated CiIlbJn fiber (ACF) biofiJIer, the characteristics of which were d.ac:ribed in

a 

previous paper

UIL

the removal capacity  was 1.2 

g 

N Iqfl dry ACP d­' at 20 days (data not  shown),  after wlUch  improvement was negligible..  The ceU  number could not be determined by the MPN method at  a  dilution of lOl,  for unknown reasons.  ACF 

was 

not  an  appropriate 

camer

for this nilrifying population. 

Results of  the analysis of drain from a peat biofilter eeeded  with  B1123 11ft shown in ｆｩｾ＠ 2c. When  pH 

decreased to 6.0, the column was neutraliznj by adding 40 ml  of 1 % ｎ｡ｬｃｾ solutioD, and pH was maintained at IIround 7.  During the 

expenn.nts, 

the pH ranged from 6.0 to 7.6 with 

an 

average of 7.0.  Almost  no ammonium was  detected  for 

30 da}'3. and NO, and NOi, were detected from 20  days 

(Ftgun!' 2c). When the load of aJnmDnia was increased &om 20 

to 67 days, there Wa5 a  significa..,t increase ｩｮｾＧ followed by

an in<:T.?aSe  in ｎｾＧ＠ (Figure 21::), from  the 30th  • 67th days,  confirming that ammonia was converted to ｾＧ｡ｮ､＠ to NO,'  in consecutive reactions.  Complete removal of ammonia of 4.5 g N kg­l  dry peal d'} was  observed  at  55 daJ"'S, when  the concentrations of NH;, NO.i and NO,­ were 0.4, 20, and  6.0 g tl, zespectively. When the NO; concentration  reached  12 g )­1 at 67days, the removal ratio decreased to 90%.  It was  assumed  that :nitrification  was  inhibited by such  a  level of NO,­.  Therefore, the peatbed was washed by spraying 100ml sterili:zed distilled water.  The washing of peat with distilled  water was repeated at ｾ 97th day. 

These  experiments  showed  that  a  high removaJ 

capacity of the biofl.her can be maintained by controlling the  pH  between  7.5  ­ 8.0  and low nitrite  and  nitrate  concentlrations in die  peat  The  leaching  of  accumulakd 

NO)" helps the dilution of ... y.vUw.:i,  ....ｾ＠ ｕｋＺｾ＠ me 

nitrification capacity 

171. 

.K.inc.1ic analysis of. the bioJogicaJ removal of iUIUIlOIlia was conducted using a Micbaelis­Menten type equation, and  the removal 

efficiency 

was evaluated by assuming a plug air  flow. as described. previously (9.11). The final equation ill

(1) 

ｷｨｾ＠

Vm  : maximum removal mte (g N kg" drypeatl;t')  

Ks :

saturation constant (ppm)  

CJn 

=

ＨｃｯﾷｾＩ＠

In(CoICet

l

Co  : inlet concentration of ammonia (ppm)

Ce :

outlet concentntion of ammonia (ppm)  R 

=

SV (Co­C_e

>

­11­\ 

SV : ｾ velocity (d'l )

a  : conversion coefficient (kg dry peals Nt). 

Figure4 shows the kinetic analysis of ammonia removal by 

tM 

peat biofilter seeded with a mixed cultwe of B1123. The maximum removal rate.  V ... obtained was 46.1 g N kg'l  dry peat d·l _{and the 5iIJ:ul'ation constant,}

K"

_{was 350 ppm.}

The V.. obtained was -I ti:Ines 

hiJher 

dian that reported in

a 

previous

paper

(9)  <TabJe  2.).  The estimation  of these 

paratrllCkiS  is useful  for comparing the  pedortrlilllCe charac:teristics  of  vuiou5  bio6ltrrs with  different  seeding 

sow­ces, 

structures  and carriers.  The biological

ammonia removal rate OIl peat was reported  to  be between

02 ­ 15 g N kg'l _{dry peat dot  (15).  In waste water  treatment} 

using  a  £luidized-bed bioreactor packed  with granular  activated carbon (GAO, V .. of the ammonia o:ddizer was recalculated 10 be in the range from 0.12 to 21 g N kg'l dry GAC d­I and 

K. 

varied from 0.1  to 598 ppm­NH [16].  The 

1

ammonia removal rate obtained in this study was higher than 

these values. 

By using the cell  number  22 x  lOS  cells  g thy peat  obtained by ｴ｢ｾ＠ MPN method <Table 2), the

specific

a.trIII'IOIUa oxidation  rate was calculated to be 8.6 X ＡｾＭＱＲ＠ g  N ceIl ­1 h­l 

<Table 2'_  The ammonia oxidation rate 01  peal ｾ w.-:, significantly  higher  than  that of  the ACF biofiltea', 

m;;.;my 

becaUBe peat had a high adsorption capacity  and significantly  high buffering capacity {9J. The kinetic analysis indicated that  the  ammonia oxidation  rare of NilTosomDl1ilS europaetl .ranged 

from 1.56  x  10­14 _{to 1.81 X 10­13  g  N  cell­}l  _{h­I,  where  the} 

fluorescent  antibody method or the MPN method  was used  for counting the cell number [11, 18]. 

The

ammonia oxidation 

rate of enriched 81123  was  significantly 

hip

than those 

values. 

20

15 

a:: 

ｾ＠

10 

u

ｾ＠

CrJR­O·022 

c;. •

7'" 

5 

V...

e­N1rg­thy.,. .... 

'·cr

t

Ks­3Hppm 

0 

0 

100 

200

300

C'n 

ｐｩｾ

4.  RemIts 

ｯｉｾ｡ｮ｡ｬｹｳｩｳ

ｯｉｾｾＧｳ･･､･､＠

'with enriched nitrifying bac:taia.. 

.

.

Although dw enriched nItrlfying bacteria contained the  characteristics of

llJXlII'IOI"da. 

and the value obtained in this contaminant  of  heterotrophic  bacteria,  application  of  this  experilIleJit may be close to the maximum. one  Inherent in  culture  to  the  peat  biofilter  enhanced  the  removal  nitrifying badI!ria. 

".' ..

.

' 

;..' . : 'ＧＡＢＧＮＺＧｾ＠ , ,

1. Williams, T.O. and Millet', F.C., Odorcontro} using biofilten. <Part 1). Biocyr:k. 33, 72­71 (1992).  2. Williams. T.O. and Miller, F.C, Biofilters and facility oper.ations (11). Biocydt. 33, 7$.79 (1992). 

3.   Terasawa, M, Hirai. M. and Kubota. H .. Soil deodorization systems. Biocyde, %'1, 28­32 (1986).  ＮＬｯＮＬＮｾＬ＠ '.  _  . '''.", 

4.   Otmlgraf, S.P.P., Exhaust 

gas 

purification. In: BiotecJmDlogy, vol. 8. Rehm H. G. and Reed G. (eck.)

'vat'

ｗｾ

C25-452  (986). 

5.   Shoda,. M., Methods for the biological treatment of exhaust gases. In: 8iologiaU DegrtJdlltion

if

WRStc:s (Martin. AM. (ed.), 

Elsevier ｾ Publisher, London.. 3146 (1991). 

6.   Toguhi. L, 

Suzuki.. 

M.., Hirai, M., Shoda, M  and Kubota, H., Removal of ｾ by a peat bio6lter withoul and with nitrlfier. 

J. 

Fermmt.Tedmol .. 6&. 425­432 (1986). 

7.   Hi11tikainen,.  T., Ruusk.anen, 

J"

Vanhatalo, M. and. Martikainen,. P.J., RL'moval of AIIlIJlOnia from air by 

a 

peat bio6lter. 

Environ. Tedmol., 17,4.5­53 (l996). 

8.   Martin, G., LemasJe, M. and Taha. S., The control of gaseous nitrogen pollutant renovaI in a fixed bed peat bed reactor.  ,. 

BiC1tedmol., 46, 15­­21 (1996}. 

9.  

yarn. 

M.•  Hirai,.  M.  and Shoda, M., Removal kinetiGt of ammonia  by peat bio6ltft­set'1ed with night sal sludge.  /.  Fe:rmud.Tedmd.., 85, 502­506 (1998). 

10.   Wedthuysen. 8., Vriens, L. and Vencl:ttert.. H.., ｂｩｯｾｴｭ･ｮｴ＠ of ammonia­'Ind butanal­ containing waste gases, Appl.

Microbiol. Biotedmol., U  ＱＴＷｾ 152 (1994). 

11.   Yani, M., Hirai,. M. and Shoda, M.., AImronia gaol removal cbarac::n.stirs usang b30fiIter with  activated carbon fiber as  a 

carrier. Enuiron. Tedmol., 19, 709­715 (1998). 

12.   Engle, M.S.  and  AJexandet', M.,  Growth and autotrophic metabolism of Nilro6omonmJ ･ｵｾＮ＠

I.

&cttriDl., 76,  217­222  (1958). 

13.   Lewis, R.F. and Pram.er, D., Isolation of Nitrosomonas in pwe cu1tt.t:re..I.'&lckrioI., 76, 524­528 (1958). 

14.   Takahashi  R,  Kondo,  N.,  UsuI,.  K..,  Kanehlra,  T., Sbinohara.  M..  and  ｔｯｫｵｾ＠ T ..  Pure  isoladon 01  a  new  chemoautotrophic ammonia­oxidizing bacterium on gellan gum piaI£'. 

J. 

Ft:rme711. Bioeng., 14. ｓＲｾｓＴ (1992). 

IS. MacNevin. D., Barlord,J. and Hage,'.' Adsorption and biological degradation of ammonium and sulfide on peat.  WilIer  &S. 6,1449­1459 (1999). 

...  

｡ｬＢＧＮｬｾ＠ S. anU Chen,. W., Organic carbon supplement iru1uencing performance of biological nitrification in a  ftuidized bed  reactor. Wr.ler Sci. Tedmol., 30, 131­142 (1994). 

17.   Laanbroek, H.J., BodeJier, P.LE. and Gerards, S., Oxygen consumption  kinetics  of NitrosomanRS ｌＢｕｾ＠ and Nitrobflcter

hmnl:lurgensis grown i., mixed continuous cultures at different oxygen concentrations.. Arch. MicrOOiDl., 161, 156­162 (lm). 

18.   Bei<U!t', L W., Population eooJogy of nitrifying bacteria. Ann. R.ev. MicroCiol., 33, 309­333 (1979). 

.  .'.   ... ". Ｌｾ＠ "'... 

, 

'  . ' , : . " ' ,   ..  'Of

Ｚｾｾ＠

< 

.... 

ＧＺｾＮＢ＠

"" 

ｾ＠

'., 

.:  

'" 

,  , 

­,:; . 

. , ..•• ,;­ '.. .ｾ..Ｎｲｴｾ＠

jo;  . '  

" 

1204