1. IntroductionUrban wastewater (UW

1. Introduction
Urban wastewater (UWW) treatment plants in current use have
been designed and operated solely for the purpose of meeting the
mandatory discharge regulations to protect receiving waters
and public health. Technologies deployed in today’s
wastewater treatment plants to meet these regulations consume
significant electrical energy and dissipate valuable carbon- and
nutrient-content of the wastewater into the environment. For
example, organic-content of UWW is aerobically mineralized to
gaseous carbon dioxide and discharged into the atmosphere;
ammonia-content is converted by nitrification/denitrification pro-
cess to inert dinitrogen and discharged into the atmosphere. In
recent years, there has been a shift in this paradigm where
UWWs are being recognized as a renewable resource from which
water, energy, nutrients, and useful chemicals could be reclaimed
for beneficial use.
This study proposes an approach based on mixotrophic metabo-
lism for energy-efficient and sustainable treatment of UWW. Thepremise of this approach is that, mixotrophic metabolism driven
by sunlight and BOD oxidation can simultaneously remove BOD,
N and P in UWWs to the required effluent standards. Results of this
study demonstrate the feasibility of BOD, N and P removal in a sin-
gle-step process to generate more energy-rich biomass than by
current methods. The higher biomass yield enables energy extrac-
tion as gaseous or liquid biofuels via catalytic hydrothermal
gasification (Elliott, 2008), anaerobic digestion (McCarty et al.,2011), or hydrothermal liquefaction (Biller and Ross, 2011;
Chakraborty et al., 2012).Critical to the success of the proposed approach is a low-cost,enclosed photobioreactor (PBR) developed by us, that minimizesevaporative water loss and retains metabolic gases (O2and CO2)enabling mixotrophic oxidation of organic carbon for maximal conversion to biomass with fewer input requirements. Anotherembodiment in the proposed approach is hydrothermal liquefaction (HTL) of the biomass to extract its energy-content as biocrudewith concomitant solubilization of its nutrient-content. Upon sep-aration of the biocrude from the products of HTL, the nutrient-richaqueous phase could be recycled to the cultivation step to increasebiomass productivity as discussed later.Previous studies by the authors (Selvaratnam et al., 2014a,b)
have documented the feasibility of a thermo-tolerant, acidophilic,
heterotrophic/photoautotrophic alga,Galdieria sulphuraria(here
after G. sulphuraria) as a successful and robust algal species for efficient N and P removal. The choice of G. sulphuraria in this study
was motivated by its metabolic versatility that includes the ability
to grow on the largest known range of organic substrates known
among photosynthetic microorganism (Schonknecht et al., 2013).
It is also an acidophile, growing between pH 1–4, conditions that
rapidly inactivate plant and animal pathogens found in wastewa-
ter. The ability of G. sulphuraria to naturally acidify its growth med-
ium from neutrality to optimum levels under heterotrophic
conditions (Oesterhelt et al., 2007) makes it an ideal strain for mix-
otrophic treatment of UWW. This study demonstrates the ability of
G. sulphurariain removing BOD from UWW as well as nutrients to
validate the premise that this species can be successfully cultivated
in UWWs for energy-positive wastewater treatment.
A central design advantage of the mixotrophic system over tra-
ditional WWT systems stems from the fact that stoichiometric car-
bon-to-nitrogen (C:N) ratio in UWW is closer to that of algal
biomass composition than to that of heterotrophic bacteria

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

1.
บทนำน้ำเสียเมือง(UWW)
โรงบำบัดในการใช้งานในปัจจุบันได้รับการออกแบบและดำเนินการแต่เพียงผู้เดียวสำหรับวัตถุประสงค์ของการประชุมที่กฎระเบียบข้อบังคับที่จะปลดประจำการปกป้องได้รับน้ำและสุขภาพของประชาชน เทคโนโลยีที่นำไปใช้ในวันนี้โรงบำบัดน้ำเสียเพื่อตอบสนองกฎระเบียบเหล่านี้ใช้พลังงานไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญและกระจายคาร์บอนที่มีคุณค่าและสารอาหารที่เนื้อหาของน้ำเสียออกสู่สิ่งแวดล้อม สำหรับตัวอย่างเช่นเนื้อหาอินทรีย์ UWW เป็นแร่ธาตุออกซิเจนเพื่อคาร์บอนไดออกไซด์ก๊าซและออกสู่ชั้นบรรยากาศ; แอมโมเนียเนื้อหาจะถูกแปลงโดยไนตริฟิเค / denitrification โปรเงินอุดหนุนเพื่อdinitrogen เฉื่อยและออกสู่ชั้นบรรยากาศ ในปีที่ผ่านมาได้มีการเปลี่ยนแปลงในกระบวนทัศน์นี้ที่UWWs จะได้รับการยอมรับว่าเป็นทรัพยากรหมุนเวียนจากการที่น้ำพลังงานสารอาหารและสารเคมีที่มีประโยชน์อาจจะยึดสำหรับการใช้งานที่เป็นประโยชน์. การศึกษาครั้งนี้ได้นำเสนอวิธีการขึ้นอยู่กับ mixotrophic metabo- lism สำหรับพลังงานที่มีประสิทธิภาพและการรักษาที่ยั่งยืนของ UWW Thepremise ของวิธีนี้คือการเผาผลาญอาหาร mixotrophic ขับเคลื่อนจากแสงแดดและการเกิดออกซิเดชันคณะกรรมการพร้อมกันสามารถเอาบีโอดีไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในUWWs มาตรฐานน้ำทิ้งที่จำเป็น ผลการนี้การศึกษาแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ของคณะกรรมการ, N และการกำจัด P ในบาปกระบวนการGLE ขั้นตอนในการสร้างพลังงานชีวมวลพลังงานที่อุดมไปด้วยมากกว่าโดยวิธีการในปัจจุบัน อัตราผลตอบแทนที่สูงขึ้นช่วยให้ชีวมวลพลังงาน extrac- การเป็นเชื้อเพลิงชีวภาพก๊าซหรือของเหลวผ่านร้อนเร่งปฏิกิริยาเป็นก๊าซ (เอลเลียต, 2008) การเติมออกซิเจนหรือเหลวร้อน (เรียกเก็บเงินและรอสส์ 2011 (แม็คคาร์ et al, 2011.). Chakraborty, et al, 2012) .Critical ไปสู่ความสำเร็จของวิธีการที่นำเสนอเป็นค่าใช้จ่ายต่ำล้อมรอบ photobioreactor (PBR) พัฒนาโดยเราว่าการสูญเสียน้ำ minimizesevaporative และยังคงรักษาก๊าซเผาผลาญ (O2and CO2) ช่วยให้การเกิดออกซิเดชัน mixotrophic อินทรีย์คาร์บอนสำหรับการแปลงสูงสุดที่จะมีชีวมวล น้อยกว่าข้อกำหนดของข้อมูล Anotherembodiment ในวิธีการที่นำเสนอเป็น hydrothermal เหลว (HTL) ชีวมวลเพื่อดึงพลังงานเนื้อหาที่เป็น biocrudewith ละลายไปด้วยกันของสารอาหารที่เนื้อหา เมื่อกันยายน-aration ของ biocrude จากผลิตภัณฑ์ของ HTL ที่เฟสสารอาหาร richaqueous สามารถนำกลับมาใช้ในขั้นตอนการเพาะปลูกเพื่อ increasebiomass ผลผลิตตามที่กล่าว later.Previous การศึกษาโดยนักเขียน (Selvaratnam et al., 2014a, b) การมีเอกสารความเป็นไปได้ของเทอร์โมใจกว้าง, acidophilic, heterotrophic / สาหร่าย photoautotrophic, Galdieria sulphuraria (ที่นี่หลังจากกรัมsulphuraria) เป็นสายพันธุ์สาหร่ายที่ประสบความสำเร็จและมีประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ทางเลือกของ sulphuraria กรัมในการศึกษาครั้งนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากความเก่งกาจของการเผาผลาญอาหารที่มีความสามารถในการที่จะเติบโตในช่วงที่รู้จักกันที่ใหญ่ที่สุดของพื้นผิวอินทรีย์ที่รู้จักกันในหมู่จุลินทรีย์สังเคราะห์แสง(Schonknecht et al., 2013). นอกจากนี้ยังเป็น acidophile เติบโตระหว่าง พีเอช 1-4 เงื่อนไขที่อย่างรวดเร็วยับยั้งพืชและเชื้อโรคที่พบในสัตว์wastewa- ตรี ความสามารถของจี sulphuraria ธรรมชาติกรด med- การเจริญเติบโตของium จากเป็นกลางไประดับที่เหมาะสมภายใต้ heterotrophic เงื่อนไข (Oesterhelt et al., 2007) ทำให้มันเป็นสายพันธุ์ที่เหมาะสำหรับ mix- รักษา otrophic ของ UWW การศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถของจี sulphurariain ลบจากคณะกรรมการ UWW เช่นเดียวกับสารอาหารที่จะตรวจสอบหลักฐานว่าสายพันธุ์นี้สามารถปลูกประสบความสำเร็จในUWWs การบำบัดน้ำเสียพลังงานบวก. ประโยชน์ที่สำคัญของการออกแบบระบบ mixotrophic มากกว่าลองพิจารณาระบบWWT ditional เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่ารถ stoichiometric - bon ต่อไนโตรเจน (C: N) ในอัตราส่วน UWW เป็นผู้ใกล้ชิดกับที่ของสาหร่ายองค์ประกอบชีวมวลมากไปกว่าการที่แบคทีเรียheterotrophic