Kim, Dae-young;Moon, Jin-young;Baek, Jin-uk;Hwang, Yong-woo
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.19
no.2
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pp.200-208
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2005
In this study, a new submerged membrane bioreactor process packed with granular sulfur (MBR-GS) was operated to identify the biological nitrogen removal behaviors with plating wastewater containing high-strength $NO_3{^-}$ concentration. The continuous denitrification was carried out at $20^{\circ}C$ with various nitrogen loading rates using synthetic wastewater, which composed of $NO_3{^-}$ and $HCO_3{^-}$, but also actual plating wastewater, which was collected from the effluent of the H metal plating company. As a result, high-rate denitrification in the range of $0.8kg\;NO_3{^-}-N/m^3\;day$ was accomplished at nitrogen loading rate of $0.9kg\;NO_3{^-}-N/m^3\;day$ using synthetic wastewater. Also, higher-rate denitrification with actual plating wastewater was achieved up to $0.91kg\;NO_3{^-}-N/m^3\;day$ at the loading rate of $1.11kg\;NO_3{^-}-N/m^3\;day$. Additionally, continuous filtration was possible during up to 30 days without chemical cleaning in the range of 20 cmHg of transmembrane pressure. On the basis of the proposed stoichiometry, ${SO_4}^{2-}$ production could be estimated efficiently, while observed alkalinity consumption was somewhat lower than theoretical value. Consequently, a new process, MBR-GS is capable of high-rate autotrophic denitrification by compulsive flux and expected to be utilized as an alternative of renovation techniques for nitrogen removal from not only plating wastewater but also municipal wastewater with low C/N ratio.
In order to decrease the high costs of membrane process, we have tried to develop two alternatives to membrane; a cartridge type filter and a metal membrane were tested for the high permeation flux with low cost and low energy. This research mainly focused on three points; 1) operation with high permeation flux by using of a cartridge type filter and a metal membrane, 2) removals of the filterable organic materials (FOC) by pretreatments for the membrane fouling control, and 3) advanced wastewater treatment by SMBR process with intermittent aeration and high MLSS. An Intermittently aerated membrane bioreactor using a submerged micro filter (cartridge type) was applied in laboratory scale for the advanced wastewater treatment. To minimize membrane fouling, intermittent aeration was applied inside of the filter with $3.0kg_f/cm^2$. The experiments was conducted for 6 months with three different HRTs (8, 10, 12 hr) and high MLSS of 6,000 and 10,000mg/L. The filtration process could be operated up to 50 days with permeation flux of 500LMH. Regardless of the operating conditions, more than 95% of COD, BOD and SS were removed. Fast and complete nitrification was accomplished, and denitrification was appeared to be the rate-limiting step. More than 75% T-N could be removed due to the endogenous denitrification. T-P removal efficiency was increased to 80% under the condition of MLSS 10,000mg/L.
Min Hyeong, Kim;Eeung Mo, Koo;Hyeok, Kim;Hyun-Suk, Oh;Kun Yong, Chung
Membrane Journal
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v.32
no.6
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pp.465-474
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2022
The suction pressure was measured with respect to operational time by the backwashable flat sheet membrane module in membrane bioreactor (MBR). The membrane module having the nominal pore size of 0.2 ㎛ and the effective membrane area of 128cm2 was submerged in MLSS 8,000 mg/L active sludge aqueous solution. The suction pressure was observed with respect to permeation flux and the quorum quenching (QQ) treatment. The effects of FR and SFCO operation methods were compared and analyzed in the experimental groups: vacant bead (VB), BH4 and DKY-1 beads. The suction pressure reduction was the most effective for the permeation flux 40 L/m2 ⋅h with the injection of DKY-1 QQ beads. Also, the suction pressure reduction by the backwashing method was more than twice for using DKY-1 QQ beads.
This experiment was carried out for a laboratory scale activated sludge bioreactor equipped with submerged flat sheet membrane using the synthetic wastewater. The membrane system for the activated sludge solution of MLSS 5,000 mg/L was operated with constant permeate flux by continuously permeating and periodically 10 minute-permeating/2 minute-resting modes, respectively. The transmembrane pressure was measured as the permeate flux increased from 10 to $25L/m^2{\cdot}hr$ under the constant air flowrate 0.25 L/min. Also, the complete blocking, standard blocking, intermediate blocking, incompressible cake and linear compressible cake fouling models were retrofitted for the experimental data in order to determine the state of the membrane fouling. Because the transmembrane pressure fluctuated as a pulse shape for every period of 10 minute-permeating/2-minute resting mode, the membrane fouling models were separately applied for the maximum and minimum connecting lines. The linear compressible cake fouling model for the activated sludge cakes was the best fitted with the experimental results from the above five models.
Membrane biofouling is a critical operational problem that hinders the rapid commercialization of MBRs. Quorum quenching (QQ) has been investigated widely to control membrane biofouling and is accepted as a promising anti-fouling strategy. Various QQ strategies based on bacterial and enzymatic agents have been identified and applied successfully. Whereas, this study aimed to compare indigenously isolated QQ strain i.e., Enterobacter cloaca with well reported Rhodococcus sp. BH4. Both bacterial species were immobilized in polymeric beads and introduced to two different MBRs keeping the overall beads to volume ratio as 1%. Efficiencies of these strains were monitored in terms of prolonging the membrane filtration cycle of MBR, release of extra-cellular polymeric substances, membrane resistivity measurements and mineralization of signal molecules and permeate quality. Indigenous strain (Enterobacter cloaca) was added to $QQ-MBR_E$ while Rhodococcus sp. BH4 was introduced to $QQ-MBR_R$. QQ bacterial embedded beads showed enhanced filtration cycles up to 1.4 and 2.3 times for $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$ respectively as compared to control MBR (C-MBR). Soluble EPS concentration of 52 mg/L was observed in C-MBR while significantly lower EPS concentration of 20 and 10 mg/L was witnessed in $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$, respectively. Therefore, substantial reduction in biofouling showed the effectiveness of indigenous strain.
Membrane fouling at different solids retention times (SRT) (7, 12 and 20 days) was studied under well-controlled conditions in a laboratory-scale aerobic submerged membrane bioreactor under constant biomass concentration using a synthetic high strength wastewater. An increase in SRT was found to improve membrane performance and this correlated to changes in the total production of bound extracellular polymeric substances (EPS), and the composition and properties of bound EPS using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform-infrared spectroscopy (FTIR) and floc sizes. A larger amount of total bound EPS was found at the lowest SRT (7 days) tested but the ratio of proteins (PN) to carbohydrates (CH) in bound EPS increased with an increase in SRT. Similarly, the quantity of soluble microbial products (SMP) decreased with an increase in SRT and the SMP PN/CH ratio increased with an increase in SRT. SMP concentrations positively correlated to the percentage of membrane pore blocking resistance. The quantity of total bound EPS and total SMP positively corresponded to the membrane fouling rate, while the PN/CH ratio in the bound EPS and SMP negatively correlated to the membrane fouling rate. The results show that both the quantity and composition of bound EPS and SMP and floc sizes are important in controlling membrane fouling.
Sajadian, Zahra Sadat;Hazrati, Hossein;Rostamizadeh, Mohammad
Advances in nano research
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v.8
no.2
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pp.183-190
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2020
The objectives of this research were the reduction of membrane fouling and improvement of sludge properties by using synthesized H-ZSM-5 and NH4-ZSM-5 zeolites. These two nano zeolites were synthesized and added to the membrane bioreactor (MBR). Three similar MBRs with the same operational condition were used in order to evaluate their effect on the mentioned matters. The evaluated parameters were trans-membrane pressure (TMP), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), particle size distribution (PSD), soluble microbial product (SMP), extracellular polymeric substances (EPS) and, excitation-emission matrix (EEM). The MBR0 was without any additional zeolite while 0.4 g/L of H-ZSM-5 and NH4-ZSM-5 were added to MBRHZSM-5 and MBRNH4ZSM-5, respectively. The COD removal of the MBR0, MBRH-ZSM-5 and MBRNH4-ZSM-5 were 87.5%, 93.3% and 94.6%, respectively. The TMP of the MBRH-ZSM-5 was 45% less than MBR0 whereas the reduction for MBRNH4-ZSM-5 was 65.5%. Also results showed that both H-ZSM-5 and NH4-ZSM-5 caused reduction in protein and polysaccharide related EPS but the NH4-ZSM-5 had better performance toward the elimination of organic compounds.
Candida tropicalis, an osmophilic strain isolated from honeycomb, produced xylitol at a maximal volumetric production rate of 3.5 g $l^{-1}$$h^{-1}$ from an initial xylose concentration of 200 g $l^{-1}$. Even with a very high xylose concentration, e.g., 350 g $l^{-1}$, this strain produced xylitol at a moderate rate of 2.07 g $l^{-1}$$h^{-1}$. In a fed-batch fermentation of xylose and glucose, 260 g $l^{-1}$ of xylose was added, and xylitol production was 234 g $l^{-1}$ for 48 h, corresponding to a rate of 4.88 g $l^{-1}$$h^{-1}$. To increase the xylitol production rate, cells were recycled in a submerged membrane bioreactor with suction pressure and air sparging. In cell-recycle fermentation, the average concentration of xylitol produced per recycle round, total fermentation time, volumetric production rate, and product yield for ten rounds were 180 g $l^{-1}$, 195 h, 8.5 g $l^{-1}$$h^{-1}$, and 85%, respectively. When cell-recycle fermentation was started with the cell mass contratrated two-fold after batch fermentation and was performed for ten recycle rounds, we achieved a very high production rate of 12 g $l^{-1}$$h^{-1}$. The production rate and total amount of xylitol produced in cell-recycle fermentation were 3.4 and 11 times higher than in batch fermentation, respectively.
A membrane bioreactor (MBR) is an effective tool for wastewater treatment with recycling. MBR process has several advantages over conventional activated sludge process (ASP); reliability, compactness, and quality of treated water. The resulting high-quality and disinfected effluents suggest that MBR process can be suitable for the reused and recycling of wastewater. An anoxic/oxic (A/O) type MBR was applied to simultaneous removal of organics and nutrients in sewage. At first, the efficiency of submerged MBR process was investigated using a hollow fiber microfiltration membrane with a constant flux of $10.2L/m^2{\cdot}h$ at each solids retention time (SRT). Results showed that protein/carbohydrate (P/C) ratio increased and total extracellular polymeric substances (EPS) remained constant with SRT increased. Secondly, A/O type MBR with a reverse osmosis (RO) membrane was employed to treat the municipal wastewater. The performance of A/O type MBR-RO process is better for the treatment of organics and nutrients than ASP-MF-RO process in terms of consistent effluents quality.
In membrane bio-reactor (MBR), the aeration control is one of the important independent variables to decrease fouling and to save energy with shear stress change on the membrane surface. The paper was carried out for numerical simulation of 3-dimensional fluid flow phenomena of the cylindrical bioreactor with submerged flat membranes equipped in the center and supplied the air from the bottom by using the COMSOL program. The viscosity and temperature of solution were assumed to be constant, and the specific air demand based on permeate volume ($SAD_p$) defined as scouring air per permeate rates was used as a variable. The calculated CFD velocities were compared with those of the velocity meter measurement and video image analysis, respectively. The results were good agreement each other within 11% error. For fluid flow in the reactor the liquid velocity increased rapidly between the air diffuser and membrane module, but the velocity decreased during flowing of the membrane module. Also, the velocity increased as it was near from the reactor wall to the central axis. The calculated shear stress on the membrane surface showed the highest value at the center part of the module bottom side and increased as aeration rate increased. Especially, the wall shear stress increased dramatically as the aeration rate increased from 0.15 to 0.25 L/min.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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