A mathematical model for a three phase fluidized bed bioreactor (TFBBR) was proposed to describe oxygen utilization rate, biomass concentration and the removal efficiency of Chemical Oxygen Demand (COD) in wastewater treatment. The model consisted of the biofilm model to describe the oxygen uptake rate and the hydraulic model to describe flow characteristics to cause the oxygen distribution in the reactor. The biofilm model represented the oxygen uptake rate by individual bioparticle and the hydrodynamics of fluids presented an axial dispersion flow with back mixing in the liquid phase and a plug flow in the gas phase. The difference of setting velocity along the column height due to the distributions of size and number of bioparticle was considered. The proposed model was able to predict the biomass concentration and the dissolved oxygen concentration along the column height. The removal efficiency of COD was calculated based on the oxygen consumption amounts that were obtained from the dissolved oxygen concentration. The predicted oxygen concentration by the proposed model agreed reasonably well with experimental measurement in a TFBBR. The effects of various operating parameters on the oxygen concentration were simulated based on the proposed model. The media size and media density affected the performance of a TFBBR. The dissolved oxygen concentration was significantly affected by the superficial liquid velocity but the removal efficiency of COD was significantly affected by the superficial gas velocity.
Park, Woo-Shin;Ahn, Yoeng-Hee;Jung, Kyung-Ja;Tatavarty, Rameshwar;Kim, In-S.
Environmental Engineering Research
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v.10
no.4
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pp.191-198
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2005
A novel technology for the removal of nitrogen from wastewater, an autotrophic denitrification process with sulfur particles, has been developed. A respirometer was employed to monitor the nitrogen gas produced in the reactor, while 4',6-diamidino-2-phenylindole staining was employed to investigate the biomass distribution in terms of cell number according to the reactor height. From the respirometric monitoring, the denitrification reaction was defined as a first order reaction. The reactor was divided into 7 sections and biomass was analyzed in each section where cell number was ranged from $4.8\;{\times}\;10^6\;to\;8.7\;{\times}\;10^7$ cells/g dry weight of sulfur. Cells placed mostly in the lower layer ( < 10 cm of height). A function for biomass distribution was obtained with non-linear regression. Then a mathematical model has been developed by combining a plug-flow model with the biomass distribution function. The model could make a vertical profile of the up-flow packed-bed reactor resulting in a reasonable comparison with measured nitrate concentration with 5% of error range.
Soot particles emitted from combustion processes are often coated by non-absorbing organic materials, which enhance the global warming effect of soot particles. It is of importance to study the condensation characteristics of soot particles experimentally and theoretically to reduce the uncertainty of the climate impact of soot particles. In this study, the condensational growth of soot particles in a tubular coater was modeled by a one-dimensional (1D) plug flow model and a two-dimensional (2D) laminar flow model. The effects of 2D heat and mass transports on the predicted particle growth were investigated. The temperature and coating material vapor concentration distributions in radial direction, which the 1D model could not accounted for, affected substantially the particle growth in the coater. Under the simulated conditions, the differences between the temperatures and vapor concentrations near the wall and at the tube center were large. The neglect of these variations by the 1D model resulted in a large error in modeling the mass transfer and aerosol dynamics occurring in the coater. The 1D model predicted the average temperature and vapor concentration quite accurately but overestimated the average diameter of the growing particles considerably. At the outermost grid, at which condensation begins earliest due to the lowest temperature and saturation vapor concentration, condensing vapor was exhausted rapidly because of the competition between condensations on the wall and on the particle surface, decreasing the growth rate. At the center of the tube, on the other hand, the growth rate was low due to high temperature and saturation vapor concentration. The effects of Brownian diffusion and thermophoresis were not high enough to transport the coating material vapor quickly from the tube center to the wall. The 1D model based on perfect radial mixing could not take into account this phenomenon, resulting in a much higher growth rate than what the 2D model predicted. The result of this study indicates that contrary to a previous report for a thermodenuder, 2D heat and mass transports must be taken into account to model accurately the condensational particle growth in a coater.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.492-498
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2008
In this paper are described recent studies about variable nozzles, that are a rectangular type nozzle and an axisymmetric type nozzle, of the precooled turbojet engine(S-engine) which are developed for the demonstration of the key technologies for the propulsion system of the hypersonic airplane and the first stage propulsion of the TSTO space plane. For the rectangular nozzle, three types of C-shaped carbon/carbon composite cowls which includes subscale model of the precooled turbojet engine are fabricated and the fine attachment to the ramp is confirmed. For the firing of the S-engine, stainless steel cowl with concrete heat insulator are fabricated and tested for 20 sec. Axisymmetric variable plug nozzle which is made of C/C material is fabricated and pressurized by the cold flow test. The axisymmetric plug nozzle can be operative up to 0.57 MPa of nozzle inlet pressure.
The effects of acrylonitrile and acrylamide on the enzyme action of nitrile hydratase of Brevibacterium sp. CH1 and CH2 strains used for the biotransformations of nitriles were studied. The excessive substrate (acrylonitrile) and product (acrylamide) inhibited the enzyme activity competitively. In comparison with 0.2 mol/l of CH1 strain, the substrate inhibition of CH2 strain began to appear only at a high acrylonitrile concentration of 0.91 mol/l. In a packed bed reactor, dispersed plug flow model was proposed and this model was proved to be valid by the experiment. Also acrylamide productivity decreased sharply when acrylamide concentration in the substrate solution exceeded 20% (wt/v).
A numerical design analysis is conducted to search for an optimal shape of outlet in a rotating-disk CVD reactor. The goal is to suppress flow recirculation that has been found in a reactor having a sudden expansion of flow passage outside of the rotating disk. In order to streamline gas flow, the sidewall at which the flow in the Ekman layer is impinged, is tilted. The axisymmetric laminar flow and heat transfer in the reactor are simulated using the incompressible ideal gas model. For the conventional vertical sidewall, the flow recirculation forming in the corner region could be expanded into the interior to distort the upstream flow. The numerical results show that this unfavorable phenomenon inducing back flow could be dramatically suppressed by tilting the sidewall at a certain range of angle. The assessment of deviation in deposition rate based on the characteristic isotherm illustrates that the sidewall tilting may expand the domain of stable plug-like flow regime toward higher pressure. A physical interpretation is attempted to explain the mechanism to suppress flow recirculation.
Separation of VOCs(Volatile Organic Compounds) in Water Using Activated Carbon is known to be effective. Activated Carbon has been and will be employed in many water treatment plants. Simplified plug flow homogeneous surface diffusion model(PFHSDM) has been used to predict adsorption of organic matter. Finite Element Method(FEM) was used to analyze the model. Out of water quality control substances, benzene, toluene and tetrachloroethylene were used in the small column test. Film diffusion coefficients and surface diffusion coefficients were obtained from the column test, and were compared with the modeling results. Mc Cune, Williamson, William and Kataoka model, were compared with film diffusion coefficients obtained in the test. McCune model was fitted best for those VOCs used in this experiment. Film diffusion coefficients of VOCs obtained were benzene 0.265 cm/min, toluene 0.348 cm/min and tetrachloroethylene 0.298 cm/min. Surface diffusion coefficients of VOCs obtained were benzene $6.36{\times}10^{-8}cm^2/min$, toluene $3.20{\times}10-8cm2/min$, and tetrachloruethylene $4.94{\times}10^{-8}cm^2/min$.
Kinetic and effectiveness factors for methanol steam reforming using commercial copper-containing catalysts in a plug flow reactor were investigated over the temperature ranges of $180-250^{\circ}C$ at atmospheric pressure. The selectivity of $CO_2$/$H_2$ was almost 100%, and CO products were not observed under reaction conditions employed in this work. It was indicated that $CO_2$ was directly produced and CO was formed via the reverse water gas shift reaction after methanol steam reforming. The intrinsic kinetics for such reactions were well described by the Langmuir-Hinshelwood model based on the dual-site mechanism. The six parameters in this model, including the activation energy of 103kJ/mol, were estimated from diffusion-free data. The significant effect of internal diffusion was observed for temperature higher than $230^{\circ}C$ or particle sizes larger than 0.36mm. In the diflusion-limited case, this model combined with internal effectiveness factors was also found to be good agreement with experimental data.
Numerical simulations of high temperature catalytic combustion have been performed for the application to a gas turbine combustor. Dependences of inlet temperature and pressure on the distributions of temperature and species concentrations were investigated using plug flow model with detailed homogeneous and heterogeneous chemistries of methane-air mixtures. Honeycomb typecombustor deposited with Pt catalyst of 100mm in length and 26mm in diameter is used. The results show that rapid increase of temperature profile occurs earlier with the increase of inlet temperature and the decrease of inlet pressure. The condition which catalytic combustion is stabilized exists at certain range of inlet temperature and pressure. The state of catalytic combustion is also confirmed by the distributions of species concentration.
In the wastewater treatment experiment by anaerobic-aerobic packed bed unit, it was found that the high and stable removal efficiency of nitrogen could be obtained. The extent of nitrogen removal gradually decreased with the rise of recycle ratio and DO concentration. On the other hand, the extent of phosphorus increased with the increase of DO concentration. COD showed high removal efficiency over the entire range tested. The simulation of T-N behavior was carried out satisfactorily by using the kinetic equations for biofilm and the reactor model which considered the packed bed as a plug flow reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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