Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2000.11a
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pp.452-455
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2000
There are increasingly important financial incentives and environmental consideration to improve the effluent quality of wastewater from domestic and industrial users. The activated sludge process is a widely used biological wastewater treatment process. The activated sludge process is complicated due to the many factors such as the variation of influent flowrate and concentration, the complexity of biological reactions and the various operation conditions. Nowadays, not only suspended solids and residual carbon, but also nitrogen and phosphorous concentration of the effluent water must be taken into account for the design and operation of wastewater treatment plants. Also, the effluent quality to be met are more stringent. Therefore, an intelligent control approach is required in order to successful biological nitrogen removal. In this paper, the strategies for dosage of extra carbon in the anoxic zone and DO concentration in the aerobic zone are presented and evaluated through the simulation using the denitrification layout of the IWA simulation benchmark implemented by Matlab$\^$/5.3/Simulink$\^$/3.0. The control strategy to achieve sufficient denitrification rates in an anoxic zone. Methanol is used as an external extra carbon source. The external extra carbon source is required for the nitrogen removal process because nitrogen and organic concentration are fluctuated in the influent flowrate. The dissolved oxygen is calculated by So concentration in the activated sludge model NO.1. The air flowrate of each aerobic reactor is intelligently controlled to achieve the predefined setpoints. Air flowrate is adjusted by the fuzzy logic controller that includes two inputs and one output. The objective function for the optimization procedure is designed to improve effluent quality and reduce the operating cost.
In this study, simulation results of nitrogen and phosphorus removals and microbial activities for an $A_2O$ process in wastewater treatment plant are presented by using Activated Sludge Models (ASMs). Simulations were performed using pre-calibrated model and layout implemented in GPS-X simulation software. The models were used to investigate variations of SRT, water temperature, DO and C/N ratio effect on nutrients removal and microbial activity. According to the simulated results, the successful nitrification required SRT higher than 10.3 days, whereas increase of $NO_3$-N loading in the anaerobic reactor caused phosphorus release by PAOs; the effluent $NH_4$-N showed rapid change between $12^{\circ}C$(21.7 mg/L) and $13^{\circ}C$(3.2 mg/L); the effluent phosphorus was increased up to 1.9 mg/L at water temperature of $25^{\circ}C$; the DO increase was positive for heterotrophs and autotrophs growths but negative for PAOs growth; the PAOs showed low activity when C/N ratio was lower than 2.5. The experimental results indicated that the calibrated models can assure the prediction quality of the ASMs and can be used to optimize the $A_2O$ process.
Simultaneous removal of phosphorus and nitrogen from wastewater was studied by the anaerobic-aerobic system of activated sludge. In the anaerobic stage, most of the influent glucose was removed and orthophosphate was released, when the nitrate and/or nitrite concentration in the wastewater was almost zero. The amount of the released phosphorus was found to be directly proportional to the amount of the removed glucose. When the ratio of phosphorus to glucose in the influent was less than 0.04, the phosphorus in the wastewater was almost completely removed during the aerobic state. Under the anaerobic condition, activated sludge released phosphate and excess removal of phosphate occurred during the aerobic condition. Namely, the stress received in anaerobic period stimulated the uptake of phosphorus in aerobic period. The amounts of phosphorus release in the anaerobic and uptake in the aerobic stage were less in proportional to the concentration of $NO_x-N$. Further, if the initial ratio of $NO_2-N$/glucose was less than 0.37, the inorganic nitrogen in the influent could be completely removed.
Polyhydroxyalkanoate (PHA) is a class of biodegradable plastics that have great potential applications in the near future. In this study, the micro-biodiversity and productivity of PHA-accumulating bacteria in activated sludge from a domestic wastewater treatment plant were investigated. A previously reported primer set and a self-designed primer set (phaCF1BO/phaCR2BO) were both used to amplify the PHA synthase (phaC) gene of isolated colonies. The new primers demonstrated higher sensitivity for phaC, and combining the PCR results of the two primer sets was able to widen the range of detected genera and raise the sensitivity to nearly 90%. Results showed that 85.3% of the identified bacteria were Gram-negative, with Ralstonia as the dominant genus, and 14.7% were Gram-positive. In addition, Zoogloea and Rhizobium contained the highest amounts of intracellular PHA. It is apparent that glucose was a better carbon source than pentone or tryptone for promoting PHA production in Micrococcus. Two different classes, class I and class II, of phaC were detected from alphaproteobacteria, betaproteobacteria, and gammaproteobacteria, indicating the wide diversity of PHA-accumulating bacteria in this particular sampling site. Simultaneous wastewater treatment and PHA production is promising by adopting the high PHA-accumulating bacteria isolated from activated sludge.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.3
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pp.2314-2320
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2015
MBR (Membrane Bio-Reactor) process is known to consume enormous energy to control membrane fouling. To solve this problem, electro-coagulation technique has been applied to MBR. A series of electro-coagulation was applied to activated sludge suspension under different current density condition. After the electro-coagulations, membrane filtration of the activated sludge suspensions was conducted to investigate the effect of electro-coagulation on the fouling. As current density increased 10 to 40A/m2, the total fouling resistance (Rc+Rf) decreased from 18 to 79%, showing that the electro-coagulation improved the membrane filtration efficiency. Both the organic concentration in bulk and the particles size distribution were not nearly changed before and after the electro-coagulation. The enhanced filtration efficiency might be due to the aluminum hydroxide generated from chemical precipitation, which can be acted as a dynamic membrane preventing a deposition of foulants on membrane surfaces.
An important factor in determining the design and treatment efficiency of wastewater treatment plants (WWTPs) is the quantity and quality of influent. These detailed and accurate information is essential for process control, diagnosis and operation, as well as the basis in designing the plant, selecting the process and determining the optimal capacity of each bioreactor. Probabilistic models are used to predict the wastewater quantity and quality of WWTPs, which are widely used to improve the design and operation of WWTPs. In this study, the optimal probability distribution of time series influent data was derived for predicting water quantity and quality, and wastewater influent data were generated using the Monte Carlo simulation analysis. In addition, we estimated various alternatives for the improvement of bioreactor operations based on present operation condition using the generated influent data and activated sludge model, and suggested the alternative that can operate the most effectively. Thus, the influent quantity and quality are highly correlated with the actual operation data, so that the actual WWTPs influent characteristics were well reproduced. Using this will improve the operating conditions of WWTPs, and a proposed improvement plan for the current TMS (Tele Monitoring System) effluent quality standards can be made.
A laboratory experiment was conducted to investigate nitrogen removal from plating wastewater by a soil reactor. A combination of soil, waste oyster shell and activated sludge were used as a loading media in a soil reactor. The addition of 20% waste oyster shell and activated sludge to the soil accelerated nitrification (88.6% ${NH_4}^{+}-N$ removal efficiency) and denitrification (84.3% ${NO_3}^{-}-N$ removal) in the soil reactor, respectively. In continuous removal, the influent ${NH_4}^{+}-N$ was mostly converted to nitrate nitrogen in the nitrification soil reactor and only a small amount of ${NH_4}^{+}-N$ was found in the effluent. When methanol was added as a carbon source to the denitrification soil reactor, the average removal efficiency of ${NO_3}^{-}-N$ significantly increased. The ${NO_3}^{-}-N$ removal by methanol addition in the denitrification soil reactor was mainly due to denitrification. The phosphorus was removed by the waste oyster shell media in the nitrification soil reactor. Moreover, the phosphorus removal in the denitrification soil reactor was achieved by synthesis of bacteria and the denitrification under anaerobic conditions. The approximate number of nitrifiers and denitrifiers was $3.3{\times}10^5\;MPN/g$ soil at a depth of $1{\sim}10\;cm$ and $3.3{\times}10^6\;MPN/g$ soil at a depth of $10{\sim}20\;cm$, respectively, in the soil reactor mixed with a waste oyster shell media and activated sludge.
Cheap and environmental sound biosorbent was made for the adsorption of arsenate using an waste activated sludge. The biosorbents were methylated in 9hours and 24 hours respectively for the better adsorption of arsenate. The amount adsorbed of arsenate(V) increased with increasing methylation time. The specific arsenate adsorption was 0.06mmol As(V)/g biomass when the biosorbent was methylated in 24 hours. The methylated biosorbents were also studied with pH 5, 7 and 9. The pH of the solution affect the amount of adsorption of arsenate of the biosorbent even though it was methylated. The specific arsenate adsorption of the biosorbent at pH 5 was best and it was three times greater than the amount of arsenate adsorbed at pH 9.
Denitrification is an important biological mechanism in wastewater treatment process because this process is technically to remove nitrogen from water to air. There have been lots of study about denitrification engineering and molecular biological research about denitrifying bacteria, respectively. However, combination of these researches was unusual and rare. This study is about the correlation between quantity of denitrifying bacteria and denitrification potential, and consists of NUR batch test as analysis method of denitrification potential and quantitative molecular analysis for denitrifying bacteria. Three reactors (A/O, MLE and A/O of nitrogen deficiency) are operated to get activated sludge with various denitrification potential. All samples which were acquired from reactors were measured denitrification potential by NUR test and NUiR test. Also, Real-time PCR was conducted for quantification of denitrifying bacteria composition in activated sludge. The various denitrification potentials were measured in the reactors. The denitrifiaction potential was the highest in MLE process and the reactor of the nitrogen deficiency showed the lowest. Genomic DNA of activated sludge was obtained and consequently, real-time PCRuse the primer sets of nirK and nirS were conducted to quantify genes involving denitrification reductase production. As the result of real-time PCR, nirK gene showed more significant influence on denitrification potential comapred with nirS gene.
Membrane fouling characteristics in the membrane-coupled activated sludge system were investigated. The influence of the floc size variation on the filtration resistance was analyzed using resistance-in-series model and mixed liquor was fractionated into three components to verify which component would give rise to a major contribution to the total resistance. The microbial floc size was rapidly reduced during the initial 4~6 hours of operation, and then decreased slightly but steadily, followed by leveling off at the size of 20 $\mu$m. The specific resistance of activated sludge increased with operation time, and measured values of specific resistance were matched well with the values estimated on the basis of the mean particle size in the mixed liquor. The contribution of soluble organics and cells to the total resistance was relativdy small compared with that of the supematant. Colloidal particles in the supematant showed much higher specific resistance than that of microbial floc, and played the most important role in the cake resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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