Research Project

This project is funded by the Ministry of Higher Education (MOHE), Malaysia for the Research Consortium for Wastewater Resource Recovery (RCWRR) consists three universities UTM-UKM-UTHM. The objective of this research program is to efficiently treat the domestic wastewater and to recover the available resources, biologically, using a combination of biogranulation, biofilm-phytoremediation and microalgae process. Outputs of this research program are expected to improve the quality of domestic wastewater effluent and to recover high value resources such as water and nutrient-rich biomass for industrial and agricultural use. The implications of the research program will sustain the STP through the generation of new economy of resources recovery, providing new perspective and value to the STP. It also presents the application of circular economy concept to conserve the environment. The application of biological processes for the resource recovery are natural processes which can be a viable alternative due to its low cost consequently enhance the economic competitiveness of STP. This research program is in line with Malaysia Green Technology Master Plan (2017-2030), which aims at recycling 30% domestic wastewater and 100% sludge by 2030. It also shares the Prosperity Vision 2030 (SPV 2030): Sustainability under guideline of Future Economy: Key Economic Growth Activities (Strategic Thrust 2).  In addition, it supports Malaysia to fulfil the United Nation Sustainable Goals Development 6, 7, 11, and 13.

This project was funded by the Ministry of Science, Technology and Innovation (MOSTI), Malaysia. The objective of this experiment is to determine the effect of operating factors on ammonia removal performance up to class III of NWQS and to optimize the operating factor of MBBR in removing ammonia and BPA. Three types of microbes with the highest ammonia removal potential were selected as effective microbes in this experiment namely Burkholderia latens isolation NS2, Paenibacillus sp. isolation NB1 and Providencia rettgeri isolation PS. Effective microbial biofilms are formed on the surface of the supporting media filled in the MBBR. Throughout the experiment, the BPA content in the wastewater was added at a concentration of 0.5-2 mg/L while the pH and DO rates were maintained at 7.0 and 2-3 mg/L, respectively. Three operating factors rates were investigated namely hydraulic retention time (HRT), aeration rate and treated wastewater loading rate which are ammonia and BPA. Ammonia removal was targeted to reach 0.3 mg/L at sample effluent while BPA at 80-90% removal. From this research, the highest ammonia removal percentage obtained was  97.6% from the 5 mg/L influent while BPA was 87.2% from the 0.5 mg/L influent after 24 hours. As conclusion, the effective use of microbes in biofilm-based reactors such as MBBR is able to remove ammonia and BPA contaminants to the point of reaching NWQS. 

Flokulan kimia digunakan secara meluas dalam proses penggumpalan untuk rawatan air dan sisa kerana keberkesanan yang tinggi dan kos yang rendah. Flokulan kimia mempunyai kesan negatif iaitu memudaratkan kesihatan manusia dan alam sekitar kerana sifatnya yang toksik dan tidak mesra alam. Kini penggunaan flokulan semula jadi seperti bioflokulan telah mendapat perhatian para penyelidik untuk menggantikan flokulan kimia. Bioflokulan adalah polimer luar sel yang dirembeskan oleh bakteria yang bersifat mudah terbiodegradasi dan tidak toksik. Kajian ini adalah bertujuan untuk menentukan bakteria penghasil bioflokulan (BPB) yang dipencilkan dari enap cemar Sungai Langat, Selangor Malaysia dengan menilai aktiviti penggumpalan terhadap tanah liat terampai melalui ujian Jar. Penentuan kinetik pertumbuhan BPB ditentukan dengan model Logistik manakala kinetik penghasilan bioflokulan yang dihasilkan oleh BPB ditentukan melalui model Leudeking-Piret. Seterusnya, aplikasi bioflokulan yang dihasilkan oleh BPB terbaik dalam rawatan air dan air sisa yang mengkaji kesan masa pemendapan, dos bioflokulan, pH dan kation terhadap penyingkiran warna, pepejal terampai (SS) dan kekeruhan. Hasil ujian Jar melalui penyaringan lima daripada 34 pencilan menunjukkan aktiviti penggumpalan yang tinggi oleh pencilan JB7 (92.3%), JC7 (53.9 %), JA2 (53.8%), JC2 (51.4%) dan JA5 (43.4%). Seterusnya, penentuan spesies BPB menggunakan jujukan 16S rDNA telah mengenal pasti kelima-lima pencilan. Tersebut, masing-masing sebagai Bacillus velezensis pencilan JB7, Bacillus subtilis pencilan JC7, Bacillus megaterium pencilan JA2, Bacillus pumilus pencilan JC2, Bacillus xiamenensis pencilan JA5. Kinetik pertumbuhan bagi kelima-lima BPB termasuk konsortium BPB adalah tepat dan sesuai dianggarkan menggunakan model Logistik dengan menunjukkan ralat yang rendah kurang daripada 30% di antara perbandingan data eksperimen dan anggaran. Manakala, data anggaran oleh model Leudeking-Piret menunjukkan hubung kait yang baik dengan data eksperimen untuk penghasilan bioflokulan bagi kelima-lima bioflokulan yang dihasilkan oleh BPB kecuali konsortium. Penyingkiran warna, SS dan kekeruhan yang tertinggi adalah pada keadaaan yang terbaik iaitu 5 minit masa pemendapan, 1.2 mL dos bioflokulan, pH 6 dan kation CaCl2. Bioflokulan yang dihasilkan oleh JB7 memberikan prestasi penyingkiran yang lebih baik dalam rawatan air sungai berbanding rawatan air sisa (kopi, akuakultur dan domestik) dengan penyingkiran warna, SS dan kekeruhan masing-masing sebanyak 90.7%, 93.1% dan 90.2%. Kesimpulannya, bioflokulan yang dihasilkan oleh BPB adalah alternatif flokulan sumber tempatan yang berpotensi dalam rawatan air dan sisa untuk menjamin kemampanan dan kehijauan alam sekitar. 

Efluen kilang sagu (SME) mentah dianalisis berdasarkan nilai COD, NH3-N, oksigen terlarut (DO), pH, kekeruhan, warna, MLSS, dan MLVSS. Pencirian ini bertujuan untuk mengenalpasti tahap pencemaran efluen sagu yang dilepaskan ke sungai. Kepekatan COD untuk SME mentah yang diperolehi adalah tinggi iaitu sebanyak 6,680 mg/L. Julat kepekatan COD yang diperolehi berdasarkan kajian kepustakaan adalah antara 5,000 hingga 7,000 mg/L. Manakala nilai NH3-N yang diperolehi pula adalah sebanyak 21.31 mg/L. Seterusnya, SME mentah dalam keadaan berasid dengan ukuran pH sebanyak 4.76. MLSS dan MLVSS pula adalah masing-masing pada nilai 1950 dan 775 mg/L. Kesan kadar bebanan organik (OLR) terhadap prestasi MBBR dikaji. Pada OLR 108 mg COD/L.hari memberikan peratusan penyingkiran COD tertinggi iaitu sebanyak 97% dan peratusan penyingkiran NH3-N sebanyak 96%. Masa yang diambil untuk mencapai nilai peratusan yang konsisten juga adalah singkat iaitu selama 5 hari. Hal ini jelas menunjukkan OLR 108 mg COD/L.hari adalah OLR yang terbaik untuk digunakan dalam merawat SME menggunakan MBBR. Penghasilan bioflokulan adalah 6/14 pada julat antara 0.15-0.75 g/L. 

Efluen kilang kelapa sawit (POME) adalah air sisa yang terhasil daripada industri minyak sawit yang kaya dengan organik dan nutrien yang boleh digunakan untuk penghasilan biogas. Kajian menyeluruh telah dijalankan untuk mengkaji kesan nisbah inokulum yang berbeza kepada substrat POME dalam penghasilan biogas. Kecekapan penyingkiran permintaan oksigen biokimia (BOD), permintaan oksigen kimia (COD), nitrogen ammonia (AN), jumlah pepejal terampai (TSS), nitrogen (TN), pepejal terampai meruap (VSS) turut dinilai. Potensi bio-metana (BMP) digunakan dengan memanipulasi suhu dan HRT yang ditetapkan pada 28-32 ℃ dan 30 hari. BMP dikendalikan di bawah nisbah inokulum kepada substrat yang berbeza pada nisbah 20:80, 30:70 dan 40:60. Hasil biogas kumulatif tertinggi yang diperolehi ialah 1990 mL dalam BMP yang mengandungi 30:70 (inokulum: substrat) diikuti dengan nisbah 40:60 dengan 1055 mL dan 20:80 dengan 345 mL. Kecekapan penyingkiran TSS dan VSS maksimum masing-masing adalah 27% dan 55%, yang direkodkan dalam 30:70, manakala dalam nisbah 40:60 dan 20:80 masing-masing adalah 23% dan 12% dan 8% dan 51%. Penyingkiran TN juga tinggi pada nisbah 30:70 dengan 79% penyingkiran. Kecekapan penyingkiran COD pada nisbah 20:80 adalah 54% manakala penyingkiran BOD dilihat paling tinggi dalam nisbah 40:60. Akhir sekali, AN berjaya disingkirkan sebanyak 95% dalam nisbah 20:80. Keputusan yang diperolehi dalam kajian ini menunjukkan bahawa dengan nisbah inokulum yang berbeza kepada substrat POME boleh meningkatkan penghasilan biogas dan kualiti pelepasan POME ke alam sekitar. 

Reka bentuk reaktor hibrid biofilem terbendalir-tetap (HFFBR) telah dibangukan dengan menggunakan bahan akrilik. Reaktor HFFBR direka bentuk dengan ketinggian 40 cm dan diameter 20 cm. Pasir sungai 1.15-2 mm diisi dengan ketebalan 10 cm di bahagian bawah reaktor yang berperanan sebagai medium sokongan tetap dan rawatan fizikal. Bahagian atas reaktor HFFBR diisi dengan Hexafilter yang bertindak sebagai media sokongan terbedalir untuk pertumbuhan mikrob dengan menyediakan kawasan permukaan yang besar untuk pertumbuhan maksimum biojisim. Hexafilter yang digunakan dalah berdimensi 12 mm tinggi dengan diameter 25 mm. Ciri-ciri efluen kopi bergantung kepada kualiti buah yang diproses dan jenis pemprosesan yang digunakan. Ciri-ciri efluen kopi kepekatan COD, NH4+-N yang tinggi. Selain itu, kandungan lignin dan tannin dalam efluen kopi juga akan tinggi dengan kepekatan sebanyak 510 mg/L. Selian itu pH efluen kopi juga berasid dengan pH 4.6. Penyesuaiikliman telah dijalankan dengan kedua-dua reaktor biofilem tetap hibrid dan bukan hibrid selama 97 hari. Pada akhir prosese penyesuaiikliman hari 78-97, kedua-dua reaktor memperoleh 90% purata penyingkiran COD manakala penyingkiran purata NH4+-N adalah pada 39.7% untuk R1 dan 44.2% untuk R2. Untuk penentuan prestasi rawatan, tiga masa tahanan hidraulik (HRT) dikaji iaitu 24, 48 dan 72 jam. Reaktor R1 dan R2 mencapai penyingkiran COD dan NH4+-N yang terbaik pada RT 48 jam dengan masing-masing 47% dan 42.2% serta 37.6% dan 23.8%. Penyingkiran warna dan tanin-lignin masing-masing adalah 21.1% dan 28.8% oleh R1 pada HRT 24 jam. Penyingkiran kekeruhan didapati terbaik pada RT 48 jam. Keadaan operasi optimum reaktor untuk meproleh penyingkiran maksimum COD, NH4+-N, tannin-lignin dan warna adalah HFFBR pada HRT 48 jam. Antara genus mikroorganisma yang dikenal pasti bertanggungjawab dalam rawatan efluen kopi adalah Methanobacterium, Geothrix, Mycobacterium, Rhodococcus, Paenibacillus, dan Gemmatimonas. 

A design and fabrication of sand biofiltration reactor was using acrylic material. Biofilm was naturally grown in the sand biofilter. At the initial stage, the concentration of biofilm on sand media was less than 100 mg/L, and increased to 500 mg/L after 3 months. Glucose was added for carbon source after the first 3 months due to slower growth rate. After the addition of glucose, biofilm concentration increased over 1000 mg/L after 5 months of growing period. SEM analysis showed that there was bacteria attached on the sand surface. The optimum operational conditions of sand biofilter were at ammonia and manganese concentrations of 2 mgNH3-N/L and 3 mgMn/L, respectively, with the aeration rate of 6 L/min and 9.5 hours of HRT. At this optimum condition, the removal performance of ammonia and manganese were 89% and 98%, respectively. Analysis on the bacteria community found that there were eight bacteria dominant strain that responsible in the oxidation process. The strains were Clostridium senegalense, Desnuesiella massiliensis, Aeromonas taiwanensis, Psudoalteromonas peptidolytica, Aeromonas caviae, Romboutsia timonensis and Plasticicumulans lactativorans. The development of monitoring system was developed using Simulink block in the Matlab® software and non-parallel equation for removal of ammonium and manganese. The P (KP=0.1693) and I (KI= 0.0012) shows positive values while parameter D (KD=-11.63) shows negative value. The PI was used in the ammonium monitoring removal system due to response value of D was sensitive to noise measurement while the absence of I value caused the system failed to achieved its target values. On the other hand, P (KP=0.0716) and I (KI=0.00034) for manganese removal monitoring system shows positive values while D parameter (KD=-5.5916) shows negative values. Thus, PI was also used in the manganese removal monitoring system. 

The characterization of wastewater recycling industry was carried out on the pulp and paper effluent after the Dissolved Air Floatation process. The analysis showed that COD, SS, turbidity, ammonia, phosphate, and color were 1057 mg/L, 149 mg/L, 73 NTU, 4.1 mg/L, 0.03 mg/L and 121 Pt-Co, respectively. There were 14 AOX components detected in the pulp and recycled paper wastewater using GC-MS through Hs-SPME extraction. Among the AOX components are pentachlorophenol, 2, 2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 4-tert-Butylphenol, 4-methyl-2-nitrophenol and 2-chloro-5-methylphenol. In this study, three different treatment techniques were tested and compared, namely the integrated adsorption-biofilm (IAB) system with the addition of biomass and without biomass addition, and a sequencing batch reactor (SBR). The effluent from the pulp and recycled paper factory was used for treatment with COD concentration of 800-1300 mg/L. Hydraulic retention time (HRT) and COD:N:P ratio for each reactor were 100:5:1. The results showed that these three systems were able to remove COD (99%), turbidity (99%), NH3-N (90-100%), PO4-3-P (66-78%), 91%), and SS (97-99%). The kinetic analysis of the GAC used in the IAB reactor showed that the adsorber have a high adsorption rate and suitable for use in IAB reactors for the removal of contaminants from pulp and recycled paper wastewater.

Projek yang dijalankan adalah untuk menaiktaraf kualiti hidup komuniti orang asli di Kg. Orang Asli Ulu Chembong, Rembau, Negeri Sembilan, melalui penambahbaikan sistem bekalan air bersih. Sehingga kini, terdapat 44 buah rumah orang asli dan hanya 14 buah rumah sahaja yang mendapat bekalan air bersih daripada Syarikat Air Negeri Sembilan (SAINS), manakala selebihnya bergantung pada air bukit yang mengalir ke dalam sungai. Masalah bekalan air bersih berlaku apabila hari hujan yang mana empangan kecil untuk takungan air bukit menjadi keruh dan penduduk terputus bekalan air bersih untuk sementara waktu. Oleh itu, program yang akan dijalankan adalah bertujuan untuk mereka bentuk dan membina satu sistem rawatan untuk menyingkirkan partikel dan bendasing yang menyebabkan kekeruhan air bukit dan dengan itu dapat dibekalkan secara berterusan kepada penduduk orang asli.

In this research, characterization of water samples were carried out in order to analyze the concentration of TTHMs and was compared to drinking water and wastewater effluent standard limit. It was found that concentration of TTHMs in raw and effluent wastewater from pharmaceuticals and pulp and paper industry were 2589.24 and 1565.01 µg/L, 2008.40 and 1519.63 µg/L, respectively. In addition, the concentration of TTHMs in surface water such as Tasik Kejuruteraan and Alur Ilmu were found to be within the range of 1481.54-1520.96 µg/L and 2923.78-3724.05 µg/L, respectively. However, the concentrations of TTHMs in pipe water was unexpectedly higher; (1498.64 – 2288.46 µg/L) than the regulated standard limit. Based on the characterization results, the removal treatment was performed using native isolated bacteria. There were 4 isolated bacteria were identified with high resistance towards THMs.  These isolated bacteria were identified as Tsukamurella inchonensis sp., Klebsiella quasipneumoniae sp., Bacillus subtilis sp. and Bacillus methylotrophicus sp. The mixture of aforementioned bacteria was then used in degradation test of THMs. Inoculum size (5-15%), agitation speed (50-150 rpm) and initial concentration of THMs (200-3000 µg/L) were the parameter studied. The degradation test was carried out in 500 mL conical flask and was incubated at 37 ⁰C. Study on biodegradation shows that, the highest percentage removal of THMs group was chloroform followed by bromodichloromethane (BDCM), dibromochloromethane (DBCM) and bromoform. Test on 15% inoculum size for each agitation speed 100, 150 and 200 rpm resulted higher percentage removal followed by 10% and 5% inoculum size. This was believed due to higher bacteria quantity resulted higher potential of THMs biodegradation takes place, nad availability of bacteria surface area was higher at 15% compared to 5 and 10% inoculum size. Moreover, agitation speed at 150 rpm showed the highest THMs removal followed by 200 and 100 rpm. Therefore, it can be concluded that removal of THMs study via degradation process can be a good option and commercialized to ensure water free from THMs contamination.

Hasil kajian ini dapat memencilkan enam bakteria yang berpotensi dalam biojerapan mangan, namaun spesis Bacillus cereus menunjukkan kadar penjerapan yang tinggi berbanding spesis lain. Kajian ini menunjukkan bahawa kandungan Mn2+ dalam air minuman boleh disingkirkan secara berkesan menggunakan Bacillus cereus melalui proses biojerapan. Faktor kesan pH (Uji kaji A), kuantiti biopenjerap (Uji kaji B) dan kepekatan awal larutan Mn (Uji kaji C) diuji dalam ujian biojerapan Mn oleh spesis B. cereus. setiap faktor tersebut diuji dalam julat pH 3 – 9, kuantiti biopenjerap sebanyak 0.2 – 1.0 %w/v dan kepekatan awal Mn sebanyak 25 – 300 mg/L. Dalam kajian ini, pH 7-8 merupakan pH yang sesuai dalam proses biojerapan Mn oleh B. cereus. Apabila kepekatan awal larutan Mn2+ ditingkatkan daripada 25 sehingga 300 mg Mn2+/L, terdapat peningkatan biojerapan Mn daripada 6.6 kepada 33.8 mg Mn/g biojisim. Biopenjerap B. cereus merekodkan penjerapan Mn yang meningkat apabila kuantiti biopenjerap ditingkatkan daripada 0.2 kepada 0.4, 0.6, 0.8 dan 1.0% w/v, dengan penjerapan sebanyak 2.1, 3.8, 4.8, 5.4 dan 12.4 mg/g biojisim. Analisis kinetik dan isoterma untuk mengenalpasti mekanisma biojerapan Mn dilakukan dengan menjalankan analisis isoterma Freundlich, Langmuir, D-R, Temkin dan Redlich-Peterson (R-P). Manakala analisis kinetic biojerapan menggunakan kinetik pseudo-tertib pertama dan pseudo-tertib kedua. Biojerapan Mn2+ oleh B. cereus dipadankan secara lebih baik dengan model Langmuir-1 berbanding model isoterma lain dengan kapasiti biojerapan maksimum sebanyak 43.5 mg Mn2+/g biojisim. Manakala analisis kinetik menunjukkan bahawa model kinetik pseudo tertib pertama adalah lebih sesuai untuk menerangkan proses biojerapan oleh B. cereus. Selain itu, hasil analisis menggunakan isoterma D-R mendapati bahawa proses biojerapan Mn2+ oleh B. cereus berlaku secara mekanisma pertukaran ion antara kumpulan kimia berfungsi dan ion Mn2+.