Because of the intensified environmental problems such as climate change and resource depletion, sewage treatment technology focused on energy management has recently attracted attention. The conversion of primary sludge from the primary sedimentation tank and excessive sludge from the secondary sedimentation tank into biogas is the key to energy-positive sewage treatment. In particular, the primary sedimentation tanks recover enriched biodegradable organic matter and anaerobic digestion process produces methane from the organic wastes for energy production. Such technologies for minimizing oxygen demand are leading the innovation regarding sewage treatment plants. However, sewage treatment facilities in Korea lack core technology and operational know-how. Actually, the energy potential of sewage is higher than sewage treatment energy consumption in the sewage treatment, but current processes are not adequately efficient in energy recovery. To improve this, it is possible to apply chemically enhanced primary treatment (CEPT), high-rate activated sludge (HRAS), and anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) to the primary sedimentation tank. To maximize the methane production of sewage treatment plants, organic wastes such as food waste and livestock manure can be digested. Additionally, mechanical pretreatment, thermal hydrolysis, and chemical pretreatment would enhance the methane conversion of organic waste. Power generation systems based on internal combustion engines are susceptible to heat source losses, requiring breakthrough energy conversion systems such as fuel cells. To realize the energy positive sewage treatment plant, primary organic matter recovery from sewage, biogas pretreatment, and co-digestion should be optimized in the energy management system based on the knowledge-based operation.
Domestic sewage treatment plants (STPs) consume about 0.5 % of total electric energy produced annually, which is equivalent to 207.7 billion Korean won per year. To minimize the energy consumption and as a way of mitigating the depletion of energy sources, the sewage treatment strategy should be improved to the level of "energy positive". The core processes for the energy positive sewage treatment include A-stage for energy recovery and B-stage for energy-efficient nitrogen removal. The integrated process is known as the A/B-process. In A-stage, chemically enhanced primary treatment (CEPT) or high rate activated sludge (HRAS) processes can be utilized by modifying the primary settling in the first stage of sewage treatment. CEPT utilizes chemical coagulation and flocculation, while HRAS applies returned activated sludge for the efficient recovery of organic contents. The two processes showed organic recovery efficiencies ranging from 60 to 70 %. At a given recovery efficiency of 80 %, 17.3 % of energy potential ($1,398kJ/m^3$) is recovered through the anaerobic digestion and combustion of methane. Besides, anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) can recover 85% of organic contents and generate $1,580kJ/m^3$ from the sewage. The recovered energy is equal to the amount of energy consumption by sewage treatment equipped with anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX)-based B-stage, $810{\sim}1,620kJ/m^3$. Therefore, it is possible to upgrade STPs as efficient as energy neutral. However, additional novel technologies, such as, fuel cell and co-digestion, should be applied to achieve "energy positive" sewage treatment.
By introducing chemically enhanced primary treatment (CEPT) in the first stage of sewage treatment, organic matter in sewage can be effectively recovered. Because CEPT sludge contains a high biodegradable organic matter in volatile solids (VS), it is feasible to convert the collected CEPT sludge into energy through anaerobic digestion. This study examined the properties and biochemical methane potential (BMP) of the CEPT sludge obtained from a sewage treatment plant located in an ocean area. The CEPT sludge contains a VS content of 37,597 mg/L, which is higher than that of excessive sludge (ES), i.e., 33,352 mg-VS/L. In the methane generation reaction, the lag period was as short as 1 to 2 days. The BMP for the CEPT sludge was 0.57 ㎥-CH4/kg-VSremoved which is better than that of ES, i.e., 0.36 ㎥-CH4/kg-VSremoved. Unfortunately, the CEPT sludge showed a high salinity as 0.56~0.75% probably due to the saline sewage. Due to the salinity, repeated BMP testing in a sequencing batch reactor showed significantly low methane production rates and BMPs. Also, the ES showed a strongly reduced BMP when the salinity was adjusted from 0.20 to 0.70% by NaCl. The ES mixture with higher CEPT content showed a better BMP, which is suitable for co-digestion. Besides, anaerobic digestion for 100% CEPT sludge can be a considerable option instead of co-digestion.
Background: A typical sewage treatment plant is designed for organic and nutrient removal from municipal sewage water and not targeted to eliminate micropollutants such as pesticides, pharmaceuticals, and nano-sized metals which become a big concern for sustainable human and ecological system and are mainly discharged from sewage treatment plant. Therefore, despite contaminant removal by wastewater treatment processes, there are still remaining environmental risks by untreated pollutants in STP (sewage treatment plant) effluents. This study performed aquatic toxicity tests of raw wastewater and treated effluents in two sewage treatment plants to evaluate toxicity reduction by wastewater treatment process and analyze concentration of contaminants to reveal potential toxic factors in STP effluents. Methods: Water samples were collected from each treatment steps of two STPs, and acute and chronic toxicity tests were conducted following USEPA (United States Environmental Protection Agency) and OECD (Organization for Economic Cooperation and Development) guidelines. Endpoints were immobility for mortality and reproduction effect for estrogenicity. Results: Acute $EC_{50}s$ (median effective concentration) of influents for Seungki (SK) and Jungnang (JN) STPs are $54.13{\pm}32.64%$ and $30.38{\pm}24.96%$, respectively, and reduced to $96.49{\pm}7.84%$ and 100%. Acute toxicity reduction was clearly correlated with SS (suspended solids) concentration because of filter feeding characteristics of test organisms. Chronic toxicity tests revealed that lethal effect was reduced and low concentration of influents showed higher number of neonates. However, toxicity reduction was not related to nutrient removal. Fecundity effect positively increased in treated wastewater compared to that in raw wastewater, and no significant differences were observed compared to the control group in JN final effluent implying potential effects of estrogenic compounds in the STP effluents. Conclusions: Conventional wastewater treatment process reduced some organics and nutritional compounds from wastewater, and it results in toxicity reduction in lethal effect and positive reproductive effect but not showing correlation. Unknown estrogenic compounds could be a reason causing the increase of brood size. This study suggests that pharmaceutical residues and nanoparticles in STP effluents are one of the major micropollutants and underline as one of estrogenic effect factors.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.9
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pp.486-491
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2017
The water discharged from sewage treatment plants has been considered to be useless, due to itslack of economic utility for small hydro power generation. Considering that most sewage treatment facilities have a water head of less than 2 meters and their flow rate is constant, it is necessary to develop a small hydro power generation device capable of maintaining stable power generation and efficiency. This paper presents the development of anintegrated small hydro power generation system and presents its performance evaluation and results. Then, the economics and use of the system for practical applications are suggested. As a result, it is foundthat the generator efficiency is 92%, the electric energy produced is 10kWh and the economic efficiency, as described by the B/C ratio,is 1.0 or more. Particularly, if the operating level of the generation device is maintained at 80% or more of the rated power, it is possible to secure its economic efficiency and, after 23 years, the investment cost will bereturned. The integrated hydro power generation device is expected to have a positive effect not only in terms of the water discharged from the sewage treatment plant, but also in terms of facilities capable of securing similar flow characteristics.
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.7
no.2
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pp.98-103
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2004
Recently, a New Great Harbour Bridge between Mokpo City and Koha Island is planned to be built across Mokpo Inner Harbour, and Namak New Town is under construction adjacent to Mokpo. Citizels' concorn of and participation in 「Campaign for Shaping Mokpo into Beautiful Seaport」 are necessary to match the view of Mokpo harbour with natural scenery beautifully and with marine environment harmoniously. Citizens'ㄹ levels of consciousness of coastal and marine environment were ascertained through questionnaire surveys of local citizenry attitudes and opinions, and citizenry action plans for the conservation of coastal and marine environments around Mokpo harbour are suggested on the basis of the results of questionnaire surveys. Citizens' voluntary participations in local policy for the control of marine wastes production and in a campaign for the collections of marine debris and wastes around beaches and coastal areas are required. The operation of municipal sewage treatment plants is to be performed effectively and efficiently, and to be monitored and evaluated periodically by the general public, the local federation for environmental movement or NGO. The development and performance of marine environmental education programs and an enlightenment campaign for environment preservation are to be incessantly done in cooperation with local residents. Only when local government of Mokpo collects the public opinions and continues to shape Mokpo into international beautiful seaport in the direction of a reflex of public opinion, coastal and marine environment around Mokpo harbour can be kept in good condition with citizens' positive participation in citizenry long-term practical action plans for environment conservation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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