The purpose of this study was to investigate the effects of the hydraulic retention time (HRT) and organic loading rate (OLR) on microbial characteristics and treatment efficiency in sewage treatment using aerated submerged biological filter (ASBF) reactor. This reactor combines biodegradation of organic substrates by fixed biomass with a physical separation of biomass by filtration in a single reactor. Both simulated wastewater and domestic wastewater were used as feed solutions. The experimental conditions were a temperature of 17 to $27^{\circ}C$, a hydraulic retention time of 1 to 9hr, an organic loading rate of 0.47 to $3.84kg\;BOD/m^3{\cdot}day$ in ASBF reactor. This equipment could obtain a stable effluent quality in spite of high variation of influent loading rate. Total biomass concentration. biofilm thickness and biofilm mass increased an exponential function according to the increasing OLR. The relationships between water content and biofilm density were in inverse proportion. The percentage of backwash water to influent flow was almost 9%. The separation efficiency of biomass was the percentage of 91 to 92 in ASBF reactor. The sludge production rates in feed solutions of simulated wastewater and domestic wastewater were 0.14~0.26 kg VSS/kg BODrem, 0.43~0.48 kg VSS/kg BODrem, respectively.
The formation of microbial films(biofilm) by a non-sulfur phototrophic bacteria, Rhodopseudomonas capsulata, on inorganic media was studied. Porous ceramic beads(PCB) were superior to other immobilizing media for the biofilm formation in a packed-bed reactor. It was found that the formation of microbial films favored a lower hydraulic retention time, showing a higher ratio of cells attatched to the media to those suspended in the solution. The cell concentration in the biofilm reactor was as high as 11,400mg/l, which is 8-folds of the cell concentration in an ordinary suspended treatment. It was observed that the formation of micribial film by R. capsulata followed a general serial process of cell attachment, microcolony formation, and biofilm formation. The microbial films thus formed was very stable even for an extremely high volumetric BOD loading rate of 15gBOD/l day. The scanning electron micrographs of the microbial films showed that the cells were attached to both the surface and pores of the media.
The membrane biofilm reactor (MBfR) creates a natural partnership of a membrane and biofilm, because a gas-transfer membrane delivers a gaseous substrate to the biofilm that grows on the membrane's outer wall. $O_2$-based MBfRs (called membrane aerated biofilm reactors, or MABRs) have existed for much longer than $H_2$-based MBfRs, but the $O_2$-based MBfR is a versatile platform for reducing oxidized contaminants in many water-treatment settings: drinking water, ground water, wastewater, and agricultural drainage. Extensive bench-scale experimentation has proven that the $H_2$-based MBfR can reduce many oxidized contaminant to harmless or easily removed forms: e.g., ${NO_3}^-$ to $N_2$, ${ClO_4}^-$ to $H_2O$ and $Cl^-$, ${SeO_4}^{2-}$ to $Se^0$, and trichloroethene (TCE) to ethene and $Cl^-$. The MBfR has been tested at the pilot scale for ${NO_3}^-$ and ${ClO_4}^-$ and is now entering field-testing for many of the oxidized contaminants alone or in mixtures. For the MBfR to attain its full promise, several issues must be addressed by bench and field research: understanding interactions with mixtures of oxidized contaminants, treating waters with a high TDS concentration, developing modules that can be used in situ to augment pre-denitrification of wastewater, and keeping the capital costs low.
The purpose of this study is to investigate the performance of nitrogen removal using autotrophic microorganism in the Membrane-Attached Biofilm Reactor (MABR). The treatment system consists of an aerobic MABR (R1) for nitrification and an anaerobic MABR (R2) for hydrogenotrophic denitrification. Oxygen and hydrogen were supplied through the lumen of hollow-fiber membranes as electron acceptor and donor, respectively. In phase Ι, simultaneous organic carbon removal and nitrification were carried out successfully in R1. In phase II, to develop the biofilm on the hollow-fiber membrane surface and to acclimate the microbial community to autotrophic condition, R1 and R2 were operated independently. The MABRs, R1 and R2 were connected in series continuously in phase III and operated at HRT of 8 hr or 4 hr with $NH_4{^+}-N$ concentration of influent, from 150 to 200 mgN/L. The total nitrogen removal efficiency reached the maximum value of 99% at the volumetric nitrogen loading rate of $1.20kgN/m^3{\cdot}d$ in the combined MABR system with R1 and R2. The results in this study demonstrated that the combined MABR system could operate effectively for the removal of nitrogen in wastewater not containing organic materials and can be used stably as a high rate nitrogen removal technology.
This research discussed about the substrate transport phenomena in anaerobic biofilm. Three anaerobic fixed biofilm reactors were filled with the sludge of anaerobic digestor from Suyoung wastewater treatment plant. After 15 days of biofilm formation periods, suspended solids within the reactors were removed, and each fixed biofilm reactor was supplied with synthetic wastewater of different concentration of 8.00 mgTOC/L, 9.76 mgTOC/L and 18.97 mgTOC/L, respectively. The experimental results in conjunction with substrate transfer phenomena indicated that data - thickness, substrate removal rate. At the low influent substrate concentration(reactor 1 : 8.00 mgTOC/L, reactor 2 : 9.76 mgTOC/L), the rate of substrate utilization($k_v$), effective diffusivity($D_{eff}$) of substrate in biofilm were similar. While $k_v$ and $D_{eff}$ of the high influent substrate concentration(reactor 3 : 18.97 mgTOC/L) were higher than data in the reactors of the low influent substrate concentration.
A number of experiments were conducted in order to investigate the COD removal rate according to the biofilm thickness in a Fluidized-Bed Biofilm Reactor(FBBR). The following conditions were fixed during the experiments: superficial upflow velocity was 0.47cm/sec, operating temperature was $22{\pm}1{\circ}C$ and pH was about $7{\pm}0.1$. The synthetic wastewater based on glucose was used as a substrate. The COD removal efficiencies were shown as 73% and 95%, respectively, when organic loading rate was increased from $10kgCOD\;/\;{\textrm{m}^3}$.day to $80kgCOD\;/\;{\textrm{m}^3}$.day. Andrew's model of substrate removal rate which was commonly used in fixed-biofilm reactor was transformed and applied in this FBBR experiment to predict substrate removal rate and gave 85% agreement with the experimental values.
A sequencing batch biofilm reactor (SBBR) operated with a cycle of anaerobic - aerobic - anoxic - aerobic has been evaluated for the nutrient removal characteristics. The sponge-like moving media was filled to about 10% of reactor volume. The sewage was the major substrate while external synthetic carbon substrate was added to the anoxic stage to enhance the nitrogen removal. The operational results indicated that maximum T-N and T-P removal efficiencies were 97% and 94%, respectively were achieved, while COD removal of 92%. The observations of significant nitrogen removal in the first aerobic stage indicated that nitrogen removal behaviour in this SBBR was different to conventional SBR. Although the reasons for aerobic nitrogen removal has speculated to either simultaneous nitrification and denitrification or anoxic denitrification inside of the media, further researches are required to confirm the observation. The specific oxygen uptake rate (SOUR) test with biofilm and suspended growth sludge indicated that biofilm in SBBR played a major role to remove substrates.
An anaerobic sludge-aerobic fixed-bed biofilm(packed with ceramic support carrier of 1 inch size) reactor system was built up to treat textile wastewater. The efficiency of reactor system was examined by determining the effects of textile wastewater ratio(from 25% to 100% at HRT 24 h). The influent range of SCOD concentration and color were 1,036~1,357 mg/L, and 1,487~1,853 degree, respectively. When textile wastewater ratio was 100% and hydraulic retention time was 24 hours, SCOD removal efficiency by the anaerobic stage were 39.2% 100% and hydraulic retention time was 24 hours, SCOD removal efficiency by the anaerobic stage were 39.2% and the removal efficiency of the whole system were 75.8%. Color removal efficiency by the anaerobic stage were 45.4%(soluble color), and the removal efficiency of the whole system were 70.2%. In the A/A reactor system, the aerobic stage played an important role in removing both color and COD as well as anaerobic stage.
Microstructural examinations were performed on the anaerobic biofilm from reactor filled with PE support media. Optical microscope, SEM and fluorescent microscope were used for qualitative and morphological studies on the attached microorganism under anaerobic condition. Microorganisms were attached in crevices where protection from shear forces of surfaces where easy to contact with support media surface. A hypothesis for biofilm accumulation occurs on a surface such as polymer support media is presented schematically : 1st step ; cell-support media attachment, 2nd step ; cell-support media attachment and cell-cell attachment, 3rd step ; attached biofilm from neighboring crevices joins together and growing, 4th step ; mature and irregualar biofilm was formed. In SEM photographs, shape and structures of biofilm were observed, but microorganism species and methanogens were not identified. A large number of methanogenic bacteria were identified on the surface of PE substratum by fluorescence under 480nm of radiation and it was estimated that methanogenic bacteria was related to initial attachment of bacteria under anaerobic condition.
This study was performed to estimate the characteristics of the organic wastewater treatment and bed porosity with the circulation velocity in the anaerobic fluidized bed biofilm reactor. The results were as follows; 1. With Increasing circulation velocity the fluidized bed expanded smooth and with increasing initial particle volume the fluidized bed was increased. 2. With increasing circulation velocity the gasproduction was increased, but at 1.Scnt/sec of circulation velocity AFBBR showed the highest value of methane production rate per removed COD. Therefore, for the purpose of economical operation in AFBBR, 1.5cm/sec of circulation velocity was optimum 3. The microorganisms were colonized in the crevice of the media. 4. On fluidization, COD, VA,55 profiles with the reactor height were not showed. In conclusion, AFBBR suit the organic wastewater treatment's purpose, and at 1.5cm/sec of circulation velocity the system is economical in an energy Point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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