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Environmental Bioengineering

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VOLUME 11HANDBOOK OF ENVIRONMENTAL ENGINEERING

EnvironmentalBioengineering

Edited by

Lawrence K. Wang, PhD, PE, DEELenox Institute of Water Technology, Lenox, Massachusetts, USA

Krofta Engineering Corporation, Lenox, Massachusetts, USAZorex Corporation, Newtonville, New York, USA

Joo-Hwa Tay, PhD, PENanyang Technological University, Singapore

Stephen Tiong-Lee Tay, PhDNanyang Technological University, Singapore

Yung-Tse Hung, PhD, PE, DEEDepartment of Civil and Environmental EngineeringCleveland State University, Cleveland, Ohio, USA

EditorsDr. Lawrence K. WangLenox Institute of Water Technology, Lenox, MA, USAKrofta Engineering Corporation, Lenox, MA, USAZorex Corporation, Newtonville, NY, [email protected]

Dr. Joo-Hwa TayNanyang Technological University, [email protected]

Dr. Stephen Tiong Lee TayNanyang Technological University, [email protected]

Dr. Yung-Tse HungCleveland State UniversityCleveland, OH, [email protected]

ISBN: 978-1-58829-493-7 e-ISBN: 978-1-60327-031-1DOI: 10.1007/978-1-60327-031-1Springer New York Dordrecht Heidelberg London

Library of Congress Control Number: 2010928632

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Printed on acid-free paper

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Dedications

The editors of the Handbook of Environmental Engineering series dedicate this volume tolate Mr. Thomas L. Lanigan (1938–2006), who was the founder and president of HumanaPress, and to late Dr. Stephen Tiong-Lee Tay, who served as a Co-editor of this volume andwas an Associate Professor of Nanyang Technological University, Singapore.

v

Preface

The past 30 years have seen the emergence of a growing desire worldwide that positiveactions be taken to restore and protect the environment from the degrading effects of all formsof pollution – air, water, soil, and noise. Since pollution is a direct or indirect consequence ofwaste production, the seemingly idealistic demand for “zero discharge” can be construed asan unrealistic demand for zero waste. However, as long as waste continues to exist, we canonly attempt to abate the subsequent pollution by converting it to a less noxious form. Threemajor questions usually arise when a particular type of pollution has been identified: (1) Howserious is the pollution? (2) Is the technology to abate it available? and (3) Do the costs ofabatement justify the degree of abatement achieved? This book is one of the volumes of theHandbook of Environmental Engineering series. The principal intention of this series is tohelp readers formulate answers to the above three questions.

The traditional approach of applying tried-and-true solutions to specific pollution problemshas been a major contributing factor to the success of environmental engineering, and hasaccounted in large measure for the establishment of a “methodology of pollution control.”However, the realization of the ever-increasing complexity and interrelated nature of currentenvironmental problems renders it imperative that intelligent planning of pollution abatementsystems be undertaken. Prerequisite to such planning is an understanding of the performance,potential, and limitations of the various methods of pollution abatement available for envi-ronmental scientists and engineers. In this series of handbooks, we will review at a tutoriallevel a broad spectrum of engineering systems (processes, operations, and methods) currentlybeing utilized, or of potential utility, for pollution abatement. We believe that the unifiedinterdisciplinary approach presented in these handbooks is a logical step in the evolution ofenvironmental engineering.

Treatment of the various engineering systems presented will show how an engineeringformulation of the subject flows naturally from the fundamental principles and theories ofchemistry, microbiology, physics, and mathematics. This emphasis on fundamental sciencerecognizes that engineering practice has, in recent years, become more firmly based onscientific principles rather than on its earlier dependency on empirical accumulation of facts.It is not intended, though, to neglect empiricism where such data lead quickly to the mosteconomic design; certain engineering systems are not readily amenable to fundamental scien-tific analysis, and in these instances we have resorted to less science in favor of more art andempiricism.

Since an environmental engineer must understand science within the context of application,we first present the development of the scientific basis of a particular subject, followed byexposition of the pertinent design concepts and operations, and detailed explanations of theirapplications to environmental quality control or remediation. Throughout the series, methodsof practical design and calculation are illustrated by numerical examples. These examplesclearly demonstrate how organized, analytical reasoning leads to the most direct and clearsolutions. Wherever possible, pertinent cost data have been provided.

vii

viii Preface

Our treatment of pollution-abatement engineering is offered in the belief that the trainedengineer should more firmly understand fundamental principles, be more aware of the similar-ities and/or differences among many of the engineering systems, and exhibit greater flexibilityand originality in the definition and innovative solution of environmental pollution problems.In short, the environmental engineer should by conviction and practice be more readilyadaptable to change and progress.

Coverage of the unusually broad field of environmental engineering has demanded anexpertise that could only be provided through multiple authorships. Each author (or groupof authors) was permitted to employ, within reasonable limits, the customary personal style inorganizing and presenting a particular subject area; consequently, it has been difficult to treatall subject material in a homogeneous manner. Moreover, owing to limitations of space, someof the authors’ favored topics could not be treated in great detail, and many less importanttopics had to be merely mentioned or commented on briefly. All authors have provided anexcellent list of references at the end of each chapter for the benefit of interested readers. Aseach chapter is meant to be self-contained, some mild repetition among the various texts wasunavoidable. In each case, all omissions or repetitions are the responsibility of the editors andnot the individual authors. With the current trend toward metrication, the question of using aconsistent system of units has been a problem. Wherever possible, the authors have used theBritish system (fps) along with the metric equivalent (mks, cgs, or SIU) or vice versa. Theeditors sincerely hope that this duplicity of units’ usage will prove to be useful rather thanbeing disruptive to the readers.

The goals of the Handbook of Environmental Engineering series are: (1) to cover entireenvironmental fields, including air and noise pollution control, solid waste processing andresource recovery, physicochemical treatment processes, biological treatment processes,biosolids management, water resources, natural control processes, radioactive waste disposal,and thermal pollution control; and (2) to employ a multimedia approach to environmentalpollution control since air, water, soil, and energy are all interrelated.

This particular book, Vol. 11, Environmental Bioengineering, deals mainly with engineer-ing applications of biotechnologies, and is a sister book to Vol. 10, Environmental Biotechnol-ogy. Previous Vol. 10 introduces the mechanisms of environmental biotechnology processes,different microbiological classifications useful for environmental engineers, microbiology,metabolism, microbial ecology, natural and environmental engineering systems, bioengineer-ing of isolated life support systems, classification and design of solid-state processes and reac-tors, value-added biotechnological products, design of anaerobic suspended bioprocesses andreactors, selection and design of membrane bioreactors, and aerobic and anoxic suspended-growth systems, aerobic and anaerobic attached growth systems, sequencing batch reactors,innovative flotation biological systems, phosphurs removal biotechnologies, and biosolids andseptage management.

This Vol. 11 introduces land disposal of biosolids, heavy metal removal by crops, pre-treatment of sludge for sludge digestion, bio-treatment of sludge, fermentaion of kitchengarbage, phytoremediation for sludge treatment, phyotoremediation for heavy metal contami-nated soils using vetiver grass, bioremediatioon, wetland treatment, biosorption of heavy met-als, rotating biological contactors (RBC) for carbon and nitrogen removal, anaerobic biofilm

Preface ix

reactor, biological phosphorus removal, black and grey water treatment, milk wastewater treat-ment, tomato wastewater treatment, gelatine and animal glue production from skin wastes,fungal biomass protein production, algae harvest energy conversion, and living machine forwastewater treatment.

These two books together (Vols. 10 and 11) have been designed to serve as comprehensiveenvironmental biotechnology and bioengineering textbooks as well as wide-ranging referencebooks. We hope and expect they will prove of equal high value to advanced undergraduate andgraduate students, to designers of biotechnology and bioengineering systems, and to scientistsand researchers. The editors welcome comments from readers in all of these categories.

The editors are pleased to acknowledge the encouragement and support received from theircolleagues and the publisher during the conceptual stages of this endeavor. We wish to thankthe contributing authors for their time and effort, and for having patiently borne our reviewsand numerous queries and comments. We are very grateful to our respective families for theirpatience and understanding during some rather trying times.

The editors are especially indebted to Ms. Kathleen Hung Li at Texas Hospital Association,Austin, TX, for her dedicated service as the Consulting Editor of Vol. 11.

Lawrence K. Wang, Lenox, Massachusetts, USAJoo-Hwa Tay, Singapore

Stephen Tiong-Lee Tay, SingaporeYung-Tse Hung, Cleveland, Ohio, USA

Contents

Preface. .......... ........... ........... ........... .......... ........... ........... ........... ........... .... vii

Contributors. ....... ........... ........... ........... ........... .......... ........... ........... .......... xxv

1. Treatment and Disposal of BiosolidsSvetlana Yu. Selivanovskaya, Saniya K. Zaripova, Venera Z. Latypova,and Yung-Tse Hung ............ ........... ........... ........... ........... ........... ........... . 1

1. Wastewater Treatment and Biosolids Formation . ... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 12. Characteristics of Biosolids . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4

2.1. Total Solids Content . .. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 42.2. Volatile Solids Content. ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 42.3. pH..... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 52.4. Organic Matter. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 52.5. Nutrients . .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5

3. Regulations Governing Agricultural Use of Biosolids . . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 103.1. Standards for Pathogens . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 103.2. Pollutant Limits ..... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 16

4. Sludge Treatment Processes ...... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 234.1. Volume Reduction Processes . .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 244.2. Stabilization Processes ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 254.3. Other Sludge Treatment Processes. .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 35

5. Biosolids Use and Disposal . .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... 355.1. Land Application. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 365.2. Landfilling and Incineration. ...... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .. 44

References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 47

2. Ultrasound Pretreatment of Sludge for Anaerobic DigestionKuan Yeow Show, Joo Hwa Tay, and Yung-Tse Hung .......... ........... ........... ..... 53

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 532. Pretreatment of Sludge for Anaerobic Digestion. ..... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 55

2.1. Anaerobic Digestion. .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... . 552.2. Methods of Pretreatment. ...... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 56

3. Fundamental of Ultrasound . .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 583.1. Introduction . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 583.2. Acoustic Cavitation. ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... . 593.3. Bubble Dynamics . ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 60

4. Effects of Ultrasound. ..... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 614.1. Chemical Effects ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... ... 614.2. Biological Effects . ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 61

5. Industrial Ultrasound Applications . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 625.1. Process Parameters . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 625.2. Industrial Applications . ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 63

xi

xii Contents

6. Ultrasonication for Environmental Engineering Applications. ... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 636.1. Ultrasonication on Wastewater Treatment. . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... . 646.2. Ultrasonication on Anaerobic Digestion. .. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ... 66

References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 71

3. Solubilization of Sewage Sludge to Improve Anaerobic DigestionTsuyoshi Imai, Yuyu Liu, Masao Ukita, and Yung-Tse Hung ........... ........... ..... 75

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 752. Optimum Operating Conditions of Experimental Apparatus . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... . 78

2.1. Experimental Apparatus and Methods . ...... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... . 782.2. Optimum Operating Conditions of Experimental Apparatus . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... . 802.3. Results and Discussion. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ... 85

3. Biodegradation of the Sludge Treated by Solubilization Process ........ .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 863.1. Anaerobic Biodegradation. .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... 863.2. Aerobic Biodegradation. ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .. 993.3. Batch Test on Anaerobic Biodegradation of Digested Sludge Treated After Solubilization . .... .... .... .... .... .... . 107

4. Comparison With Other Methods of Sludge Solubilization. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .1124.1. Comparison of Ultrasonic Method and High-Speed Rotary Disk Process Method. ... .... .... .... .... .... .... .... .... . 1124.2. Comparison of Pressure Exploded Process and High-Speed Rotary Disk Process ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 114

Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 118References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..119

4. Applications of Composted Solid Wastes for Farmland Amendmentand Nutrient Balance in SoilsTsuyoshi Imai, Yuyu Liu, Masao Ukita, and Yung-Tse Hung ........... ........... ..... 123

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 1232. Chemical Elements in Composted Solids and Composts-Amended Soil... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 128

2.1. Sampling, Pretreatment, and Analysis of Composts and Soil. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ...1282.2. Macronutrient Elements (P, K, Ca, Mg) in Composted Solid Wastes and Compost-amended Soil. .... .... ... .... ..1302.3. Micronutrient Elements (Fe, Mn, Cu, Zn) in Composted Solid Wastes and Composts-amended Soil.... .... .... .. 1332.4. Heavy Metals (Cd, Cr, Ni, Co, Pb) in Composted Solid Wastes and Composts-Amended Soil. .... .... .... .... .... .1422.5. Organic Matter and Moisture Content in Composts and Unpolluted Soil ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .. 147

3. Farmland Applications of Composted Solid Wastes for Nutrient Balance . .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... . 1483.1. Principle of Nutrient Balance in Soil. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 1483.2. Evaluation of the Compost Application in Farmland. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... ..149

4. Summary .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 158Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 158References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..159

5. Biotreatment of Sludge and ReuseAzni Idris, Katayon Saed, and Yung-Tse Hung ...... ........... ........... ........... ...... 165

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 1652. Sewage Sludge . .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 167

2.1. Sewage Sludge Generation. ..... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... 1672.2. Health Impacts of Sludge Utilization. ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... ...1672.3. Regulatory Issues on Sludge Disposal . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 1682.4. A Sustainable Approach for Sludge Disposal.. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .170

Contents xiii

3. Composting of Sludge . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 1713.1. Historical Background of Composting. ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... 1713.2. Composting Process ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 172

4. Types of Composting Systems...... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ....1735. Factors Affecting Composting Process . .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .. 174

5.1. Temperature. ... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 1745.2. Time .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 1755.3. pH..... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 1755.4. C/N ratio . .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... ... 1755.5. Moisture Content. .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .1765.6. Aeration. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 1765.7. Mixing . .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... . 1775.8. Size ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... . 1775.9. Microorganism ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... . 177

5.10. Use of Inocula . ... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 1775.11. Seeding and Reseeding . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 177

6. Solid State Bioconversion Technique . .. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .. 1787. Microbial Basis of SSB Processes .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 178

7.1. Microbial Type .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 1787.2. Bacteria . .. .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 1797.3. Yeasts. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ....1797.4. Filamentous Fungi ..... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 179

8. Case Studies. .. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .1798.1. Case 1: Utilization of Sewage Sludge as Fertilizer and as Potting Media . .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... 1798.2. Case 2: Reduction of Heavy Metals in Sewage Sludge During Composting . .. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .. 1818.3. Case 3: Solid State Bioconversion of Oil Palm Empty Fruit Brunches (EFB) into Compost by

Selected Microbes . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... 1818.4. Case 4: Composting of Selected Organic Sludges Using Rotary Drum .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 1838.5. Case 5: Bioreactor Co-composting of Sewage Sludge and Restaurant Waste ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 186


6. Kitchen Refuse FermentationMohd Ali Hassan, Shahrakbah Yacob, Cheong Weng Chung,Yoshihito Shirai, and Yung-Tse Hung..... ........... ........... ........... ........... ........193

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 1931.1. Availability and Potential of Kitchen Refuse Biomass....... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .. 194

2. Fermentation of Kitchen Refuse . .. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 1952.1. Natural Fermentation Process. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .1952.2. Controlled Fermentation. ..... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 197

3. Production of Methane. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 1974. Production of Organic Acids... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....1995. Production of L-Lactic Acid . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... 2006. Potential Applications of Kitchen Refuse Fermentation Products .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 202

6.1. Production of Poly-3-Hydroxyalkanoates Using Organic Acids . ....... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 2026.2. Production of Poly-Lactate Using Organic Acids...... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2046.3. Environmental Mitigation of Greenhouse Gases Effect. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..206

7. Integrated Zero Discharge Concepts of Municipal Solid Waste Management and Handling. ..... .... .... .... .... .... ... 206References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..208

xiv Contents

7. Heavy Metal Removal by Crops from Land Application of SludgeAb. Aziz bin Abd. Latiff, Ahmad Tarmizi bin Abdul Karim, Mohd. BaharudinBin Ridzuan, David Eng Chuan Yeoh, and Yung-Tse Hung .......... ........... ........211

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 2111.1. Definition of Phytoremediation. ....... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .2121.2. Heavy Metals in Soil . .. .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 2131.3. Heavy Metals from Sludge. ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2151.4. Land Application of Sludge...... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ... 215

2. Principles of Phytoremediation. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .2202.1. Types of Crops and the Uptake Relationship of Heavy Metal . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .. 2202.2. Design Parameters . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2232.3. Empirical Equations . ... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2252.4. Health Effects. ... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 225

3. Standards and Regulations . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2263.1. Sludge Application on Land ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2263.2. Standards and Regulations of Sludge Applications in Malaysia, the USA, and Europe .... .... .... .... .... .... .... ... 227

4. Case Studies and Research Findings . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 2285. Design Example. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... 2306. Future Direction Research. .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ..230References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..231

8. Phytoremediation of Heavy Metal Contaminated Soilsand Water Using Vetiver GrassPaul N. V. Truong, Yin Kwan Foong, Michael Guthrie,and Yung-Tse Hung ............ ........... ........... ........... ........... ........... ........... .233

1. Global Soil Contamination. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 2332. Remediation Techniques. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ....234

2.1. Physical and Chemical Techniques . ..... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .. 2342.2. Bioremediation Techniques . .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 2342.3. Phytoremediation . ... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 234

3. Vetiver Grass as an Ideal Plant for Phytoremediation. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... 2363.1. Unique Morphology and Physiology...... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 2373.2. Tolerance to Adverse Soil Conditions. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... 2373.3. Tolerance to High Acidity and Manganese Toxicity. . .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .2373.4. Tolerance to High Acidity and Aluminum Toxicity . . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... . 2383.5. Tolerance to High Soil Salinity. . .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ... 2383.6. Tolerance to Strongly Alkaline and Strongly Sodic Soil Conditions . .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 2403.7. Tolerance to Heavy Metals . .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 2403.8. Tolerance to Extreme Nutrient Levels. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...2423.9. Tolerance to Agrochemicals. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ..242

3.10. Breaking Up of Agrochemicals. ... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .2433.11. Growth ...... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2433.12. Weed Potential. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 244

4. Phytoremediation Using Vetiver . .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .. 2445. Case Studies. .. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .245

5.1. Australia . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... 2455.2. China . ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2665.3. South Africa. .. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .267

Contents xv

6. Recent Research in Heavy Metal Phytoremediation Using Vetiver. .. .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ..2676.1. Growth ...... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2686.2. Results . .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... . 269

7. Future Large Scale Applications . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2707.1. Phyto-extraction. ..... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... . 2717.2. Phyto-stabilization and Mine Site Rehabilitation . .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 2717.3. Landfill Rehabilitation and Leachate Treatment . ....... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 2717.4. Wastewater Treatment. .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ... 2717.5. Other Land Rehabilitation. ....... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ... 271

8. Benefits of Phytoremediation with Vetiver Grass .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 2719. Conclusion . .. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 272References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..272

9. BioremediationJoseph F. Hawumba, Peter Sseruwagi, Yung-Tse Hung,and Lawrence K. Wang . ..... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ...277

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 2771.1. Environmental Pollution: An Overview...... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .2771.2. Environmental Remediation Strategies . .. .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 2781.3. Bioremediation: A Concept . .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... 2781.4. Advantages of Bioremediation . ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 279

2. Environmental Contaminants . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 2802.1. Environmental Contaminants . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 2802.2. Chlorinated Contaminants. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ... 2802.3. Polycyclic Hydrocarbons and Petroleum Contaminants . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 2872.4. BTEX and Pesticides Contaminants. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .. 2892.5. Heavy Metal Contaminants . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .. 291

3. Bioremediation Strategies . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .. 2983.1. Landfarming . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... . 2983.2. Composting . ... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 2983.3. In Situ Intrinsic Bioremediation. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 3003.4. Ex Situ or Slurry Bioremediation . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 3013.5. Bioaugmentation . .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 301

4. Application of Bioremediation . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... 3024.1. Case Studies of Bioremediation. .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... . 3024.2. Factors for Designing a Bioremediation Process. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... 3064.3. Bioremediation Process Design and Implementation . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... 308

5. Limitation of Bioremediation Strategy. .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .3086. Future Prospects.... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...309Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 310References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..311

10. Wetlands for Wastewater TreatmentAzni Idris, Abdul Ghani Liew Abdullah, Yung-Tse Hung,and Lawrence K. Wang . ..... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ...317

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3172. What are Wetlands? . ..... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... 318

2.1. Wetland Functions and Values. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... . 3193. Natural Wetlands. ... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 319

xvi Contents

4. Constructed Wetlands . .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ... 3204.1. Components of Constructed Wetlands ...... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 3214.2. Advantages of Constructed Wetlands for Wastewater Treatment . . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... . 3214.3. Types of Constructed Wetlands...... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..322

5. Mechanisms of Treatment Processes for Constructed Wetlands . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... 3245.1. Biodegradable Organic Matter Removal Mechanism . .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... 3245.2. Suspended Solids Removal Mechanism ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3255.3. Nitrogen Removal Mechanism ....... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 3265.4. Heavy Metals Removal Mechanism. .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 3265.5. Pathogenic Bacteria and Viruses Removal Mechanism...... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 3275.6. Other Pollutants Removal Mechanism..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 327

6. Selection of Wetland Plant ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ... 3276.1. Function of Wetland Plants. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....3276.2. Roles of Wetland Plants. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .3286.3. Types of Wetland Plants ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .. 3296.4. Selection of Wetland Plants . .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... 329

7. Design of Constructed Wetland Systems ...... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 3347.1. Design Principles. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .3347.2. Hydraulics . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 3347.3. General Design Procedures . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 336

8. Wetland Monitoring and Maintenance. .. .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 3408.1. Water Quality Monitoring . .. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 341

9. Case Study ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ... 3429.1. Putrajaya Wetlands, Malaysia. .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ..3429.2. Acle, Norfolk, United Kingdom........ .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...3439.3. Arcata, California . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 344


11. Modeling of Biosorption ProcessesKhim Hoong Chu and Yung-Tse Hung ....... ........... ........... ........... ........... ....351

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3512. Batch Operation. .. .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 353

2.1. Batch Process Models.. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 3532.2. Equilibrium Isotherms ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 3532.3. Rate Models.. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 3562.4. Pore Diffusion Model .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3562.5. Homogeneous Surface Diffusion Model. ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ..3582.6. Second-Order Reversible Reaction Model ...... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... . 360

3. Column Operation . .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... ... 3613.1. Fixed Bed Process Models . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 3613.2. Rate Models.. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 3623.3. Pore Diffusion Model .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3623.4. Homogeneous Surface Diffusion Model. ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ..3633.5. Second-Order Reversible Reaction Model ...... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... . 3653.6. Quasichemical Kinetic Model . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 366

4. Examples ..... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 367Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 372References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..374

Contents xvii

12. Heavy Metal Removal by Microbial BiosorbentsDae Haeng Cho, Eui Yong Kim, and Yung-Tse Hung ........... ........... ........... ....375

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3752. Conventional Technologies for Heavy Metal Removal . .. .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 377

2.1. Chemical Precipitation. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3772.2. Ion Exchange . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... 3772.3. Membrane Technology. ...... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ....3782.4. Flocculation and Coagulation. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... ..3782.5. Flotation . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... . 3782.6. Electrodialysis . ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 378

3. Heavy Metal Removal by Microbial Biosorbents. .. .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3803.1. Biosorption. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... . 3803.2. Microbial Biosorbents. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....3813.3. Environmental Factors for Biosorption . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 3823.4. Biosorption Mechanisms . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ... 3843.5. Biosorption Sites ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 386

4. Biosorption Isotherms... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .3884.1. The Langmuir Isotherm..... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... . 3884.2. The Freundlich Isotherm....... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... ..3894.3. The Redlich–Peterson Isotherm ....... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... . 390

5. Biosorption Kinetics. .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .3905.1. Pseudo-First-Order Kinetic Model. ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .3925.2. Pseudo-Second-Order Kinetic Model ...... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 3925.3. Elovich Kinetic Model . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .. 393

6. Examples ..... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 395References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..399

13. Simultaneous Removal of Carbon and Nitrogen from DomesticWastewater in an Aerobic RBCGupta Sudhir Kumar, Anushuya Ramakrishnan, and Yung-Tse Hung ........ ....... 403

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4031.1. Characteristics of Domestic Wastewaters. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...4041.2. Adverse Effects of Nitrogenous Discharges. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .4051.3. Nitrogen Forms and Transformation in Wastewater Treatment. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .405

2. Carbon and Nitrogen Removal from Domestic Wastewaters . . .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 4062.1. Biochemical Reactions. ... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ... 407

3. Bio-Reactors Employed for Carbon and Nitrogen Removal . .. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 4083.1. Trickling Filters . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... . 4093.2. Rotating Biological Contactor . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... . 4093.3. Conventional Activated Sludge Processes at Low Loadings ...... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ... 4103.4. Two-Stage Activated Sludge Systems with Separate Carbonaceous Oxidation and Nitrification Systems.... ... ..410

4. Processes Employed for Simultaneous Carbon and Nitrogen Removal . ... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4104.1. Separated Stage Process . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 4114.2. Single Stage Process. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .411

5. Development of RBCS ...... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 4125.1. Application of Rotating Biological Contactors for Domestic Wastewater Treatment . .... .... .... .... .... .... .... .... . 4135.2. Importance of Aerobic RBC ...... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 4165.3. Advantages of Aerobic RBC....... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 4215.4. Demerits of RBC.... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 422

xviii Contents

5.5. Major Design Criteria for New Generation RBCs ...... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4235.6. Recent Developments . ...... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 423

6. Summary and Conclusions. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 4277. Design Examples. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .428Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 437References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..438

14. Anaerobic Treatment of Low-Strength Wastewaterby a Biofilm ReactorIoannis D. Manariotis, Sotirios G. Grigoropoulos, and Yung-Tse Hung ..... .........445

1. Anaerobic Process ..... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ... 4451.1. Anaerobic Metabolism... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4451.2. Anaerobic Process Dependence . .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... . 4471.3. Direct Anaerobic Treatment of Wastewater . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 448

2. Anaerobic Treatment Systems...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4512.1. Historical Development. .. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4512.2. Anaerobic Reactors . ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 452

3. Anaerobic Biofilm Reactors. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .4553.1. Reactor Configuration and Hydraulic Characteristics. ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .. 4553.2. Packing Media. .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .. 4563.3. Biomass Development and Time of Operation . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... . 458

4. Low-Strength Wastewater Treatment. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .4594.1. Anaerobic Filters. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .. 4594.2. Modified Systems.... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 4694.3. Process Modeling . ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 4704.4. Seasonal Operation . ..... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 4724.5. Reactor Design Recommendations . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 4734.6. Posttreatment . . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 474

5. Design Examples. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .479Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 487References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..488

15. Biological Phosphorus Removal ProcessesYong-Qiang Liu, Yu Liu, Joo-Hwa Tay, and Yung-Tse Hung ........ ........... .........497

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 4972. Biochemical Models for Enhanced Biological Phosphorus Removal . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 498

2.1. The Comeau/Wentzel Model. ... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ....4992.2. The Mino Model .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5002.3. The Adapted Mino Model .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 502

3. Microbiology of the EBPR Processes... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .. 5033.1. Phosphorus Accumulating Organisms ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 5033.2. Non-polyphosphate Glycogen Accumulating Organisms ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .. 505

4. Biological Phosphorus Removal Processes ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5054.1. Process Description. ... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... ... 5064.2. Process Applications and Limitations. .. .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .. 509

5. Factors Affecting EBPR ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 5105.1. Type of Substrate. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..5105.2. Organic Loading . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... . 5115.3. Magnesium and Potassium.... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 511

Contents xix

5.4. Nitrate Content in the Influent . .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... . 5115.5. Phosphorus Loading. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 5125.6. Temperature. ... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 5125.7. pH..... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5125.8. Dissolved Oxygen. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ....5135.9. Lengths of Anaerobic and Aerobic Phases . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 513

5.10. Solid Retention Time...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ... 514References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..514

16. Total Treatment of Black and Grey Water for Rural CommunitiesAvanish K. Panikkar, Susan A. Okalebo, Steven J. Riley,Surendra P. Shrestha, and Yung-Tse Hung ........... ........... ........... ........... ......523

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5232. Domestic Wastewater Characteristics . .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 526

2.1. Physical Parameters . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... . 5272.2. Chemical Parameters . .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .. 5282.3. Microorganisms . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .. 532

3. Guidelines for Water Treatment and Testing. .. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .5324. Traditional Wastewater Treatment . .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... 533

4.1. Wastewater Treatment and Reuse ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 5365. Ecologically Sustainable Wastewater Management System: A Case Study ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 540

5.1. Background . ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 5405.2. Design Parameters and Considerations . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... . 5405.3. Sampling and Testing . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 5445.4. Treatment Performance . .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 5445.5. Conclusions . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... 548

Acknowledgement . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ... 548References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..549

17. Anaerobic Treatment of Milk Processing WastewaterMaria Helena G. A. G. Nadais, Maria Isabel A. P. F. Capela,Luís Manuel G. A. Arroja, and Yung-Tse Hung .... ........... ........... ........... .......555

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5551.1. The Milk Processing Industry ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 5561.2. Major Environmental Problems Caused by Milk Processing Effluents .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 556

2. The Effluents from Milk Processing Industries. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..5582.1. Origins of Liquid Pollution in the Milk Processing Industry ... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 5582.2. Characterization of Effluents from Milk Processing Industry ........ ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5602.3. The Specific Problems of Cheese Whey.... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 5632.4. Good Management Practices and Benchmarking . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... . 567

3. The Anaerobic Treatment Process ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 5683.1. Description of Anaerobic Process... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ...569

4. The Anaerobic Treatment of Milk Processing Effluents... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ... 5764.1. Benefits of Anaerobic Process for Milk Processing Effluents .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 5764.2. The Role of Anaerobic Systems in a Treatment Plant for Milk Processing Effluents .... .... .... .... .... ... .... .... ... 5774.3. Anaerobic Digestion of Effluent Components . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 5804.4. Special Considerations for Anaerobic Treatment of Milk Processing Effluents.. .... .... .... .... .... .... ... .... .... ....5854.5. Application of Anaerobic Technology to Milk Processing Effluents.... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 588

xx Contents

5. Case Studies. .. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .6035.1. Case Study 1: Organic Shock Load (Whey Discharge) . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 6045.2. Case Study 2: Toxic Discharge (Concentrated Aniline) . .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 6055.3. Case Study 3: Chemical Discharge (Soda Lime).... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...6065.4. Case Study 4: Change in Cleaning Products . .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 607

6. Design Examples and Questions . ... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 6086.1. Design Example 1: Anaerobic Contact Reactor (Cheese Mill) . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ... 6086.2. Design Example 2: UASB Reactor IC Type (Milk Processing Mill) . ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 6106.3. Design Example 3: UASB Reactor IC Type (Cheese Mill) . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... 6116.4. Design Example 4: Anaerobic Filter Reactor (Cheese Mill). ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 612

7. Trends in Anaerobic Treatment of Milk Processing Effluents. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... 6137.1. Results of Recent Investigations on Anaerobic Treatment of Milk Wastewater. ...... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 6137.2. Future Expected Developments . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 616


18. Biological Wastewater Treatment of Nutrient-Deficient Tomato-Processingand Bean-Processing WastewaterGeorge Nakhla, Zhongda Xu, Alpesh Gohil, Andrew Lugowski,and Yung-Tse Hung ............ ........... ........... ........... ........... ........... ........... .629

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 6292. Wastewater Characteristics. . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... 6313. Treatment Technologies . .. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .. 6334. Novel Biological Treatment Technologies . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 633

4.1. Pilot-Scale Anaerobic/Aerobic Treatment System..... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .6344.2. Bench-Scale Anaerobic/Aerobic Treatment System....... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ....6444.3. Bench-Scale UASB-Anoxic/Oxic System...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .653

5. Wastewater Characterization and Modeling. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .6625.1. Characterization of Tomato-Processing Wastewater. . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .6625.2. Modeling of Tomato-Processing Wastewater Treatment System....... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .668

6. Design Example. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... 6747. Economic Evaluation of Treatment Alternatives. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... 6768. Summary .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 679Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 679References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..681

19. Animal Glue Production from Skin WastesAzni Idris, Katayon Saed, and Yung-Tse Hung ...... ........... ........... ........... ...... 685

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 6851.1. Animal Skin Generation Rates . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 6861.2. Hide Removal from Cattle and Sheep. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... 686

2. Animal Glue . .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 6862.1. General. ... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 6872.2. Type ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... 6872.3. Properties and Chemical Composition. ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 6882.4. Manufacturing . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 689

3. Pretreatment and Conditioning . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 6903.1. Acidic Pretreatment. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..6903.2. Alkali (Lime) Pretreatment. . .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ....6903.3. Enzymic Proteolysis . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .. 691

Contents xxi

4. Extraction. ... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...6914.1. Denaturation . .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .. 6924.2. Thermal Treatment. .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ...692

5. Chemical Modification. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ...6936. Application. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 6947. Case Study: Production of Glue. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 694References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..696

20. An Integrated Biotechnological Process for Fungal Biomass Protein Productionand Wastewater ReclamationBo Jin, Qiming Yu, J (Hans) van Leeuwen, and Yung-Tse Hung....... ........... .....699

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 6992. Fungal Biomass Protein Production . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 700

2.1. Fungal Biomass Protein. ..... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ....7002.2. Fungal Biomass Protein Production . ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7012.3. Fungal Biomass Protein Production from Starch Processing Wastewater . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 702

3. Reactor Configuration and Process Flow Diagram ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7063.1. Reactor Configuration. ...... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... . 7063.2. Process Flow Diagram ...... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... . 708

4. Oxygen Transfer and Hydrodynamics . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 7094.1. Oxygen Transfer...... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .7094.2. Rheological Properties and DO levels. . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... ...7104.3. Hydrodynamic Characteristics and Oxygen Transfer Coefficient. ... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7114.4. Aeration Rate and Oxygen Transfer Coefficient . ... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 711

5. Process Design and Operation. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 7145.1. Batch Process ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 7145.2. Semi-continuous Process .. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7155.3. Continuous Process... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... 717

6. Summary and Conclusions. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 719Nomenclature. ... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 719References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..720

21. Algae Harvest Energy ConversionYung-Tse Hung, O. Sarafadeen Amuda, A. Olanrewaju Alade, I. AdekunleAmoo, Stephen Tiong-Lee Tay, and Kathleen Hung Li.......... ........... ........... ....723

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7231.1. Algae Description. ..... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 7231.2. Composition of Algae. .. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... . 7241.3. Classification of Microalgae . ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 724

2. Cultivation. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ...7252.1. Factors Affecting Cultivation . ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... ... 7252.2. Cultivation System..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7272.3. Harvesting. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... . 732

3. Biofuel from Algae . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... 7333.1. Biodiesel. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 7333.2. Hydrogen Fuel. .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... 7353.3. Biogas ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... . 7353.4. Biomass.... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... . 7363.5. Ethanol ... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 736

xxii Contents

4. Commercial Prospects and Problems . .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 7364.1. Prospect. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... . 7364.2. Case Study. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .7384.3. Problems..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 739

5. Summary .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... ... 739References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..739

22. Living MachinesYung-Tse Hung, Joseph F. Hawumba, and Lawrence K. Wang . ...... ........... .......743

1. Introduction . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7431.1. Ecological Pollution . .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7431.2. Bioremediation Strategies and Advanced Ecologically Engineered Systems.... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .745

2. Living Machines: as Concept in Bioremediation . .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7462.1. Advantages of Living Machines. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ....7482.2. Limitations of Living Machines. .. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... . 749

3. Components of the Living Machines. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 7493.1. Microbial Communities. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .7493.2. Macro-bio Communities (Animal Diversity) . ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 7503.3. Photosynthetic Communities . ..... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... . 7523.4. Nutrient and Micro-nutrient Reservoirs. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ..752

4. Types of Living Machines or Restorers. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7534.1. Constructed Wetlands . .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... ... 7534.2. Lake Restorers. . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7544.3. Eco-Restorers . ... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7554.4. Reedbeds. .. .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .757

5. Principle Underlying the Construction of Living Machines . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... 7575.1. Living Machine Design to be Consistent with Ecological Principles . .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... . 7585.2. Living Machine Design to Deal with Site-Specific Situation. ... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 7585.3. Living Machine Design to Maintain the Independence of Its Functional Requirements . . .... .... ... .... .... .... .... . 7595.4. Living Machine Design to Enhance Efficiency in Energy and Information. .. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7605.5. Living Machines Design to Acknowledge and Retain it Values and Purposes ..... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .. 760

6. Operationalization of Living Machine Technology. ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ..7616.1. Anaerobic Reactor (Step 1) ........ .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 7626.2. Anoxic Reactor (Step 2) ..... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... 7626.3. Closed Aerobic Reactor (Step 3)..... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 7626.4. Open Aerobic Reactors (Step 4)..... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ...7626.5. Clarifier (Step 5) .. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... 7636.6. Ecological Fluidized Beds (Step 6)... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 763

7. Case Studies of Constructed Living Machine . .. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... 7637.1. Sewage Treatment in Cold Climates: South Burlington, Vermont AEES, USA....... .... .... .... .... .... .... ... .... ...7637.2. Environmental Restoration: Flax Pond, Harwich, Massachusetts, USA.... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7657.3. Organic Industrial Wastewater Treatment from a Poultry Processing Waste in Coastal Maryland:

Using Floating AEES Restorer .. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7667.4. Architectural Integration: Oberlin College, Ohio, USA ..... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 7667.5. Tyson Foods at Berlin, Maryland, USA.... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... ...767

8. Future Prospects of Living Machines . .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... 7688.1. Integration of Industrial and Agricultural Sectors: Proposed Eco-Park in Burlington, Vermont, USA ..... .... .... 7688.2. Aquaculture . .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 769


Contents xxiii

23. Global Perspective of Anaerobic Treatment of Industrial WastewaterKuan Yeow Show, Joo Hwa Tay, and Yung-Tse Hung .......... ........... ........... .....773

1. Global Perspective of Anaerobic Treatment . .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7732. Development of the Anaerobic Processes . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 775

2.1. History of Anaerobic Treatment.. .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... ..7752.2. Industrial Wastewater Treatment . ..... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... . 777

3. Anaerobic Biochemistry and Microbiology. .. .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ..7783.1. Hydrolysis ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 7793.2. Acidogenesis. .. .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... 7793.3. Acetogenesis . . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... . 7803.4. Methanogenesis . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .. 780

4. Comparison Between Aerobic and Anaerobic Processes. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .7815. Global Applications of Anaerobic Treatment. .. .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .784

5.1. The Number of Anaerobic Treatment Plants Installed Worldwide. .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .7845.2. Types of Anaerobic Treatment Plants Installed Worldwide. ..... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... 7855.3. Scope of Industrial Applications . ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7865.4. The Development of UASB and EGSB.... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .. 786

6. Applications of Anaerobic Processes for Industrial Wastewater . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 7876.1. Anaerobic Fluidized Bed Reactor. ..... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7876.2. Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor . .. ....... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... ... 7886.3. Upflow Anaerobic Filter . .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... 7916.4. Anaerobic Fixed Bed Reactor . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... 7936.5. Anaerobic Baffled Reactor . ...... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 7936.6. Expanded Granular Sludge Bed Reactor . .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... 7956.7. Hybrid Anaerobic Reactors . .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... 796

7. The Future of Anaerobic Treatment . .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... . 7988. Conclusion . .. .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .. 800References. ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ... .... ..801

Appendix: Conversion Factors for Environmental EngineersLawrence K. Wang. ......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... .....809

Index ...... .......... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ........... ...........855

Contributors

ABDUL GHANI LIEW ABDULLAH, M.Sc. • Faculty of Engineering, Department of Chemicaland Environmental Engineering, Universiti Putra Malaysia, Selangor Darul Ehsan,Malaysia

A. OLANREWAJU ALADE, M.Sc. • Assistant Lecturer, Department of Chemical Engineering,Ladoke Akintola University of Technology, Ogbomoso, Nigeria

I. ADEKUNLE AMOO, Ph.D. • Associate Professor, Department of Chemistry, FederalUniversity of Technology, Akure, Nigeria

O. SARAFADEEN AMUDA, Ph.D. • Senior Lecturer, Department of Pure and AppliedChemistry, Ladoke Akintola University of Technology, Ogbomoso, Nigeria

LUÍS MANUEL G. A. ARROJA, D. • Associate Professor, Department of Environment andPlanning, University of Aveiro, Aveiro, Portugal

MARIA ISABEL A. P. F. CAPELA, Ph.D. • Associate Professor, Department of Environmentand Planning, University of Aveiro, Aveiro, Portugal

DAE HAENG CHO, Ph.D. • Department of Chemical Engineering, Kwangwoon University,Seoul, Korea

KHIM HOONG CHU, Ph.D. • Professor, Department of Chemical Engineering, Xi’an Jiao-tong University, Xi’an, China

CHEONG WENG CHUNG, M.Sc. • Ph. D Candidate, Department of Bioprocess Technology,University Putra Malaysia, Serdang, Selangor, Malaysia

YIN KWAN FOONG, Ph.D. • Head, Environmental Engineering, School of Civil Engineering,Queensland University of Technology, Brisbane, QLD, Australia

ALPESH GOHIL, M.E.Sc. • Project Engineer, Bantrel Co., Mississauga, ON, CanadaSOTIRIOS G. GRIGOROPOULOS, Sc.D., P.E., BCEE • Professor Emeritus of Civil Engineering,

Department of Civil Engineering, University of Patras, Patras, GreeceSUDHIR KUMAR GUPTA, Ph.D. • Professor, Centre for Environmental Science and

Engineering, Indian Institute of Technology, Bombay, IndiaMICHAEL GUTHRIE, B.E. • Research Assistant, School of Civil Engineering, Queensland

University of Technology, Brisbane, QLD, AustraliaMOHD ALI HASSAN, Ph.D. • Professor, Department of Bioprocess Technology, University

Putra Malaysia, Selangor, MalaysiaJOSEPH F. HAWUMBA, Ph.D. • Lecturer, Biochemistry Department, Makerere University,

Kampala, UgandaYUNG-TSE HUNG, Ph.D., P.E., DEE • Professor, Department of Civil and Environmental

Engineering, Cleveland State University, Ohio, USA

xxv

xxvi Contributors

AZNI IDRIS, Ph.D., P.E. • Professor, Department of Chemical and Environmental Engineering,Universiti Putra Malaysia, Selangor, Malaysia

TSUYOSHI IMAI, Ph.D. • Professor, Division of Environmental Science and Engineering,Graduate School of Science and Engineering, Yamaguchi University, Yamaguchi, Japan

BO JIN, Ph.D. • Associate Professor, Director, Water Environment Biotechnology Laboratory,School of Earth and Environmental Science, School of Chemical Engineering, TheUniversity of Adelaide, Adelaide, SA 5005, Australia

AHMAD TARMIZI BIN ABDUL KARIM, Ph.D. • Associate Professor, Department ofWater Resource and Environmental Engineering, Universiti Tun Hussein Onn Malaysia(UTHM), Batu Pahat, Johor, Malaysia

EUI YONG KIM, Ph.D. • Professor, Department of Chemical Engineering, The University ofSeoul, Seoul, Korea

AB. AZIZ BIN ABDUL LATIFF, M.Sc. • Associate Professor, Department of Water Resourceand Environmental Engineering, Universiti Tun Hussein Onn Malaysia (UTHM), BatuPahat, Johor, Malaysia

VENERA Z. LATYPOVA, Ph.D., D.Sci • Professor, Applied Ecology Department, Kazan StateUniversity, Kazan, Russia

J. (HANS) VAN LEEUWEN, Ph.D. • Professor, School of Civil and EnvironmentalEngineering, 376 Town Engineering, Iowa State University, AMES, IA, USA

KATHLEEN HUNG LI, MS • Electronic Communication Manager, Texas HospitalAssociation, Austin, TX, USA

YONG-QIANG LIU, Ph.D. • Institute of Environmental Science and Engineering, NanyangTechnological University, Singapore

YU LIU, Ph.D. • Associate Professor, School of Civil and Environmental Engineering,Nanyang Technological University, Singapore

YUYU LIU, Ph.D. • Graduate School of Science and Engineering, Division of EnvironmentalScience and Engineering, Yamaguchi University, Yamaguchi, Japan

ANDREW LUGOWSKI • Senior Process Engineer, CRA Consulting Engineers, Waterloo,ON, Canada

IOANNIS D. MANARIOTIS, Ph.D. • Environmental Engineer, Department of Civil Engineer-ing, University of Patras, Patras, Greece

MARIA HELENA G. A. G. NADAIS, Ph.D. • Assistant Professor, Department of Environmentand Planning University of Aveiro, Aveiro, Portugal

GEORGE NAKHLA, Ph.D., P. Eng., P.E. • Salamander Chair, Department of Chemical andBiochemical Engineering, The University of Western Ontario, London, ON, Canada

SUSAN A. OKALEBO, M. Eng. • School of Engineering and Industrial Design, The Universityof Western Sydney, Werrington South Campus, Penrith South DC, NSW, Australia

AVANISH K. PANIKKAR, Ph.D. • Environmental Engineer, Division of Environment andPlanning, SMEC Australia Ltd, North Sydney, Australia

Contributors xxvii

ANUSHUYA RAMAKRISHNAN, M.Sc. • Research Scholar, Centre for Environmental Scienceand Engineering, Indian Institute of Technology, Bombay, India

MOHD BAHARUDIN BIN RIDZUAN, M.Sc. • Lecturer, Department of Water Resource andEnvironmental Engineering, Universiti Tun Hussein Onn Malaysia (UTHM), Batu Pahat,Johor, Malaysia

STEVEN J. RILEY, Ph.D. • Research Professor, School of Engineering and Industrial Design,The University of Western Sydney, Werrington South Campus, Penrith South DC, NSW,Australia

KATAYON SAED, Ph.D. • Lecturer, Department of Civil Engineering, Universiti PutraMalaysia, Selangor, Malaysia

SVETLANA YU. SELIVANOVSKAYA, Ph.D., D.Sc. • Professor, Applied Ecology Department,Kazan State University, Kazan, Russia

YOSHIHITO SHIRAI, Ph.D. • Professor, Graduate School of Life Science and SystemEngineering, Kyushu Institute of Technology, Kitakyushu, Fukuoka, Japan

KUAN YEOW SHOW, Ph.D. • Associate Professor, Faculty of Engineering and GreenTechnology, Universiti Tunku Abdul Rahman Jalan University, Bandar Barat, 31900Kampar, Perak, Malaysia

SURENDRA P. SHRESTHA, Ph.D. • Associate Professor, School of Engineering andIndustrial Design, The University of Western Sydney, Werrington South Campus, PenrithSouth DC, NSW, Australia

PETER SSERUWAGI, Ph.D. • Biotechnologist, National Agricultural Research Laboratories,Kawanda, Uganda

JOO-HWA TAY, Ph.D., P.E. • Professor, Department of Environmental Science andEngineering, Fudan University, Shanghai, China

STEPHEN TIONG-LEE TAY, Ph.D. • Associate Professor, School of Civil and EnvironmentalEngineering, Nanyang Technological University, Singapore

PAUL N. V. TRUONG, Ph.D. • Principal, Veticon Consulting Pty Ltd, Chapel Hill, Brisbane,Australia

MASAO UKITA, Ph.D. • Emeritus Professor, Graduate School of Science and Engineering,Division of Environmental Science and Engineering, Yamaguchi University, Yamaguchi,Japan

LAWRENCE K. WANG, Ph.D., P.E., DEE • Dean and Director (retired), Lenox Institute of WaterTechnology, Lenox, MA, USAAssistant to the President (retired), Krofta Engineering Corporation, Lenox, MA, USAVice President (retired), Zorex Corporation, Newtonville, NY, USA

ZHONGDA XU, M.E.Sc. • Project Engineer, American Structurepoint Inc., Indianapolis, IN,USA

SHAHRAKBAH YACOB, M.Sc. • Lecturer, Department of Bioprocess Technology, UniversityPutra Malaysia, Selangor, Malaysia

xxviii Contributors

DAVID E. C. YEOH, M.Sc. • Lecturer, Department of Structures and Material Engineering,Universiti Tun Hussein Onn Malaysia (UTHM), Batu Pahat, Johor, Malaysia

QIMING YU, Ph.D. • Senior Lecturer, School of Environmental Engineering, GriffithUniversity, Nathan Campus Brisbane, QLD, Australia

SANIYA K. ZARIPOVA, Ph.D. • Assistant Professor, Microbiology Department, Kazan StateUniversity, Kazan, Russia

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