본 연구에서는 UASB 반응조의 형상변화에 따른 입상슬러지의 물리 화학적 및 형태학적인 특성이 조사되었다. 또한 반응조내의 수소분압의 크기에 따른 반응조운전의 안정성이 조사되었다. 수소분압이 높게 유지된 수정개발된 UASB 반응조의 경우가 상대적으로 수소분압이 낮게 유지된 일반적인 UASB 반응조의 경우에 비해 입상슬러지의 침전성 및 미생물보유능이 더 우수하게 나타났다. 입상슬러지의 형성과 그 안정성에 수소분압이 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 입상슬러지의 화학적 조성식은 일반적인 UASB 반응조와 수정개발된 UASB 반응조가 각각 $C_7H_{12}O_{4.6}N$과 $C_5H_9O_3N$으로, 일반적인 미생물의 경험식인 $C_5H_7O_2N$과는 상이하게 나타났다. 특히 수정개발된 UASB 반응조의 경우 입상슬러지내에 질소성분이 일반적인 혐기성 미생물보다 높게 나타나, 입상슬러지의 발생기작으로서 polypeptide계 체외폴리머의 존재가능성을 보여주고 있다. 전자현미경을 이용한 형태화적 특성조사결과, 일반적인 반응조의 경우와는 달리 수소분압이 높게 유지된 수정개발된 UASB 반응조의 경우 입상슬러지의 표면에서는 Methanobrevibactor arboriphilus와 같은 크기와 형태를 한 수소이용메탄균의 성장이 다발을 이루며 관찰되었는데, 이러한 현상은 입상슬러지의 형성 메커니즘을 뒷받침해주고 있다. 우수한 입상슬러지의 형성을 위해서는 상대적인 수소분압의 크기에 따른 효과적인 상분리가 이루어져, acetogens과 수소이용메탄균들간의 공생관계가 잘 유지되도록 해주어야 할 것으로 사료된다. 수정개발된 UASB 반응조가 일반적인 UASB 반응조에 비하여 수소이용메탄균의 성장에 더욱 효과적인 환경을 제공하는 것으로 판단되며, 입상슬러지의 경영성과 반응조 전체의 유기물질 제거효율 뿐만 아니라, 운전의 안정성 측면에서도 더 우수한 것으로 사료된다.
Effect of organic loading rate on UASB performance was evaluated under the renditions of some surface area/reactor volume ratio and different reactor diameter. At the low leading rate of 0.4 kg $COD/m^3{\cdot}d$, reactor performance was not affected by reactor diameter. At the organic loading rate of 6 kg $COD/m^3{\cdot}d$, however, volatile acid accumulation and low COD removal efficiency is observed in reactor having 6.4 cm diameter, while volatile acid is not accumulated at all and high COD removal efficiency is observed in reactor having 3 cm diameter. Such a difference of reactor performance depending on reactor diameter can be explained that sludge bed can be fluidized by evolved gas bubble in narrow reactor, while sludge bed ran not be fluidized by evolved gas bubble only in wide reactor. At a high organic loading rate of 20 kg $COD/m^3{\cdot}d$, it can be judged that there is no relation between reactor configuration and reactor performance because all reactors showed very low COD removal efficiencies regardless of reactor diameter. Narrow and tall type reactor is favorable condition for making sludge bed fluidization at a constant surface area/reactor volume ratio. Thus, it can be judged that reactor configuration and sludge bed fluidization have great influence to reactor performance.
This study was carried out to treat the thermal elutriated acids of piggery wastewater using UASB process. The UASB reactor was operated at an organic loading rate (OLR) of $7.4\;kgCOD/m^3-day$ (6.5 ~ 9.0). During the start-up period, the low COD removal efficiency (20%) was caused by shock loading and instability in the reactor. It was mainly due to the high concentration amounts of ammonia nitrogen, which caused inhibitory and toxic effects to toward the anaerobic bacteria. In steady state, the UASB reactor showed a SCOD removal efficiency of 71% and a VS removal efficiency of 39%. The gas production and methane content were 1.3 L/day $(0.21\;m^3\;CH^4/kg$ COD removed) and 77%, respectively.
The basic mechanism of the granular sludge formation which is the most important factor in the start-up and stable operators is not confirmed yet. In this study, the effect of granular sludge formation was investigated with the different substrate concentrations and the various ratios of substrate supply/deficiency. The granular sludge formation in the UASB reactor was closely related to the substrate concentrations and the ratio of substrate supply/deficlency The granular sludge formation was not accelerated at low substrate concentration. It was convinced that granular sludge formation was accelerated when the substrate supply with high concentration was stopped at UASB reactor. From this experiment, it was estimated that granular sludge was formed by the combination of hydrogen utilizing bacteria that form hydrogen condition and acid forming bacteria at substrate deficit condition by mutual symbiosis. Though the removal efficiency of organic matter was decreased as the influent substrate concentration was Increased, the higher the influent substrate the better the granular sludge formation.
This paper presents the experimental results in five months operation from a combined anaerobic/oxic system treating swine waste with average concentrations in organic matter and nitrogen of 7,930 mgCOD/L and 671 mgTKN/L, respectively. The system was formed using an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor and oxic reactor connected in series with a recycling line of oxic effluents to UASB for its denitrification. The UASB reactor was operated at an organic volumetric loading rate (VLR) of $2.1{\sim}4.5\;kgTCOD/m^3$/day and the removal efficiency of TCOD was $66.3{\sim}85.4%$. The overall removal efficiency of TCOD was more than 99%. The oxic reactor was operated at a nitrogen VLR of $0.10{\sim}0.20\;kgTKN/m^3$/day and the nitrification efficiency was 75%. However, the complete denitrification was observed in the UASB reactor that was due to the optimal temperature and sufficient carbon source. The overall removal rate of TN was about 80%. About 76.2% of the influent COD mass was accountable in a COD mass balance at a level of VLR $3.64\;kgCOD/m^3$/day. The production rate of methane was $0.32\;LCH_4/gCOD_{removed}$ when influent organics, VLR, were recorded by $3.4{\sim}4.5\;kgCOD/m^3$/day.
Upflow anaerobic sludge blanket (UASB) system employs granular sludge to treat various wastewaters including landfill leachate. CH$_4$ production of the granules determines overall performance of a UASB reactor. Sludge granules are developed by self-granulation of microorganisms and dynamic balance between granule growth and decay results in coexistence of granules with different sizes in the reactor. In this study, granules taken from a laboratory-scale UASB reactor were classified into 4 groups based on their diameters and their Physicochemical characteristics we were investigated. Each group was analyzed for settling ability, specific methanogenic activity (SMA), and elemental content. Settling ability was proportional to granule diameter. suggesting effective detainment of larger granules in the reactor. When acetate or glucose was used as a substrate, all groups showed relatively slight difference in SMA. However SMA with a volatile fatty acid mixture showed significant increase with granule diameter, suggesting better establishment of syntrophic relationship in larger granules. Larger granules showed higher value of SMA upon environmental changes (i.e., PH, temperature, or toxicant concentration). Comparative analysis of elemental contents showed that content (dry weight %) of most tested elements (iron, calcium, phosphorus, zinc, nickel. and manganese) deceased with granule diameter, suggesting importance of these elements for initial granulation. Taken together, this study verified experimentally that Physicochemical Properties of granules are related to granule size distributions. Overall results of physicochemical characterization supports that larger.
본 연구에서는 주정폐액의 고율처리를 위하여 이상 UASB 공정을 시험하였다. 상분리는 반응조의 pH를 조절하므로써 가능하였다. 유입폐수의 SS 농도가 4.1g/l일 때 산형성조는 유기부하 16.5kg $COD/m^3.day$까지 운전이 가능하였고, 이때 산생성율은 3.9g HAc/l.day를 나타내었다. 메탄형성조는 유기부하 44kg $COD/m^3.day$까지 운전이 가능하였으며, 이때 COD 제거율은 80%이었고 비가스 생성율은 16.51/l.day이었다. 두 반응조에서 입상슬러지가 형성된 이후에는 알칼리도의 주입없이 메탄조유출수의 재순환으로 산형성조의 pH를 적절하게 유지할 수 있었다.
This research examined the treatment efficiency and methane production rate in treating slurry-type swine waste using UASB (upflow anaerobic sludge blanket) reactor. The UASB reactor was operated at an organics volumetric loading rate (VLR) of $2.6-15.7kgCOD/m^3/day$. A stepwise increase of the VLR resulted in a temporary deterioration in the COD removal rate in UASB reactor but recovered quickly. The COD removal rate were 65-70% for VLR up to $5 kgCOD/m^3/day$. When organics VLR was $10kgCOD/m^3/day$, the COD removal rate decreased sharply and there was loss of 17.537g of the seeding biomass due to sludge washout. This result indicated that the UASB system cannot be adapted to more than $10kgCOD/m^3/day$ of VLR. As the organic load increased from 2.6 to $15.7kgCOD/m^3/d$, the biogas production rate varied from 3.2 to 10.8 L/d and the methane conversion rate of the organic matter varied from 0.30 to $0.23m^3CH_4/kg\;COD_{removed}$. The methane content showed the range of 70.1-81.5% during the experimental period. The volatile solids (VS) removal efficiency was similar at the low VLR (< $5 kgCOD/m^3/day$), but it decreased sharply at the high VLR (> $5 kgCOD/m^3/day$). The VS reduction rate was, moreover, large those of COD. The result shows that hydraulic retention time above 2 days is essential in case of treating wastewater containing 1% of solids.
It is desirable to reduce the amounts of fresh water and reuse the recycled water in papermaking process. In an attempt to improve the efficiency of recycling water refining treatment and to enhance the productivity of OCC recycling mill, up flow anaerobic sludge blanket(UASB) reactor was developed and introduced to Korea recently. In order to maximize the operating efficiency and minimize the adverse side effects it is imperative to estimate and evaluate the total effects of new system, UASB on the whole OCC recycling process. This study was carried out with a view to investigate the effects of the high temperature and alkalinity of process water on the quality ad productivity of testliner of OCC recycling mill which is equipped with UASB reactor and almost closed. Another object of this study was searching for the best available use of UASB treated process water. The results were as follows; Reuse of UASB treated water characterized with high temp and alkalinity was useful to improve the strength and drainage properties of recycled OCC owing to its good points of promoting OCC disintegration and reducing the calcium hardness of process water. However, it might not be avoidable to induce the increase of dissolved solids in process water in accordance with direct introducing of UASB treated water into the former stage of OCC stock preparation. So it would be advisable to adopt the UASB treated water in the stage of clean, screened OCC stock.
This study was aimed to evaluate the effects of effluent recycling on the UASB reactor performances at the various organic loading rates and influent substrate concentrations. The organic removal efficiency of the reactors operated with effluent recycle were above 85%. However, the efficiencies of the reactors operated without the recycle were below 40% even though the effort to increase the efficiencies was made by changing the influent substrate concentrations and the organic loading rates, and introducing the effluent recycle at the final stage of the experiment. It was realized that the certain amount of effluent recycling from the start-up stage in UASB reactors seemed to be necessary to provide the effective contact chances between the substrate and granular sludge for better performances of the UASB process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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