Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.15
no.2
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pp.136-146
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2007
Landfill leachate was successfully treated in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors regardless of the addition of granular sludge. Initial operating period was significantly reduced by the addition of granular sludge. At hydraulic retention time (HRT) of one day, chemical oxygen demand (COD) removal rates in Control and Granule reactor were maintained over 90%, respectively with organic loading rate (OLR) of $4-8kgCOD/m^3.d$. During the experiment, the inorganic precipitates were accumulated in and around the sludge, and in the wall of the reactors were formed in both reactors regardless of addition of granular sludge. Specific methanogenic activity (SMA) increased as adaptation of microorganism to the substrate and OLR were increased. The maximum SMA value of the sludge for Granule reactor was about $0.57gCOD/g{\cdot}VSS{\cdot}.d$. The SMA value was not decreased because of excessive inorganic accumulation, however, it was needed to have pre-treatment process of influent to remove the inorganic metals.
The main objective of this study is to investigate the influence of hydraulic retention time (HRT) on biogas production during leachate treatment using an anaerobic reactor type Upflow Anaerobic Sludge Blanket. For this purpose, four HRTs ranging from 12 to 48 h were experienced. The obtained results showed that higher amount of biogas could be produced during longer HRTs. However, HRTs longer than 48 h could not affect clearly the biogas generation and considered as unnecessary given the small additional amount of biogas produced during the degradation process. A volume of $0.434L/L_{leachate}/d$ was achieved during the treatment with a HRT of 48 h. The higher biogas production, the smaller chemical oxygen demand (COD) values achieved. Besides, COD removal and biogas production positively correlate, showing that the active biomass has degraded effectively the organic load to produce biogas. Moreover, all the analyzed physicochemical parameters have experienced a decrease after 48 h except for the pH, which increased to approximately neutral value. More precisely, a decrease of 93.8%, 89.7%, 95%, 70%, 77%, and 84.4% was recorded for COD, electrical conductivity, total suspended solid, turbidity, $NH_4{^+}-N$, and $NO_3{^-}-N$, respectively.
Lab-scale experiments have been carried out to investigate the effect of F/R ratio of ASBR (Anaerobic Sequencing Batch Reactor) process on the removal of the organic matters in ammonia stripped swine wastewater. Three ASBR inoculated with sludge mixed with granular sludge of UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) and anaerobic digested sludge of municipal wastewater treatment plant were operated. Ammonia stripped swine wastewater was used as influent. Prior to conducting the experiments with varied conditions, the effect of increasing organic loading rate from 2.34 to $5.79gTCOD_{Cr}/L$-day at a fixed F/R ratio of 0.1 on the organic removal efficiency has been studied during start-up period. As the result of the experiment, under the condition of varied organic loadings, less than $4.14gTCOD_{Cr}/L$-day, the removed efficiency $TCOD_{Cr}$ of the ASBR process is 83% resulted from the mean value of effluent $TCOD_{Cr}$, 9,125 mg/L during the start-up period. Then ASBRs were operated with F/R ratio of 0.024, 0.303 and 0.91 respectively. Organic loading rate was increased from 4.56 to $15.43gTCOD_{Cr}/L$-day to investigate the effects of F/R ratio and organic loading rate on the organic removal efficiency. As the result of the experiment, less than $6.23gTCOD_{Cr}/L$/L-day, F/R ratio haven't an effect on the organic removal efficiency and the mean removal efficiency of TSS, $TCOD_{Cr}$ and $SCOD_{Cr}$ was about 80%, 86% and 78% at the all of F/R ratio. But as organic loading rate was increased from 8.54 to $12.04gTCOD_{Cr}/L$-day at the F/R ratio of 0.024, the removal efficiency of $SCOD_{Cr}$ decreased from 71% to 63%. The range of decreased removal efficiency of $SCOD_{Cr}$ at the F/R ratio of 0.024 was much more higher than at the F/R ratio of 0.303, 0.91. Thus, as organic loading rate was increased, ASBRs were operated with high F/R ratio to obtain high removal efficiency.
The total production of food waste was about 11,398ton/day('03) in Korea. Also, food waste was treated by landfill, incineration, reuse and anaerobic digestion. The method of food waste treatment depended primarily on landfill. However, the method of landfill causing social problems was prevented to treat food waste in the first of January 2005.12) Thus, anaerobic digestion is an important method to treat food waste because of possibility of energy recovery as methane gas. In this study, the possibility of food waste treatment containing high organic material and low pH in the one stage anaerobic reactor to save cost and time and energy recovery using $CH_{4}$ gas by the hybrid anaerobic reactor (HAR) was measured. The HAR was designed by combing the merits of the anaerobic filter (AF) to minimize the microorganism shock when food waste of very low pH was injected and up-flow anaerobic sludge blanket (UASB) to prevent from plugging and channeling phenomena by large suspended solids when semi solids were injected. Granule was packed in the section of HAR. The purpose of the BMP experiment was to measure the amount of methane generated when organic material was resolved under anaerobic conditions, to grasp bio resolution of organic material. Total accumulated methane production per VS amount was $0.471(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$. So, the value was about $81.2\%$ of theoretical methane production which was $0.58(m^{3}/\cal{kg}\;VS)$ by elementary analysis and organic matter removal velocity (K) was $0.18(d^{-1})$. From these results, food waste was treated by anaerobic treatment. From this study, $CH_{4}$ generation from food waste (11,398 ton/day) could be estimated. By using an energy conversion factor of Braun's study, $5.97KWh/m^{3}\;CH4,\;60\%\;of\;CH_{4}$ gas generation, the amount of total energy producing food waste is to 6,727MWh/day. It could be confirmed that energy recovery using $CH_{4}$ gas was possible. Above these results, food waste containing organic matters of high concentration could be treated in HRT 30 days under an anaerobic condition, using the hybrid anaerobic reactor and reuse of $CH_{4}$ gas was possible.
This study was aimed at using the Central Composite Design (CCD) and Box-Behnken Design (BBD) to compare the efficiency and to elucidate the main interacting parameters in the upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor, namely: Organic Loading Rate (OLR), Hydraulic Retention Times (HRT) and pH at a constant temperature of 35℃. Optimum HRT (15 h), OLR (3.5 kg.m-3.d-1) and pH (7) resulted in biogas production of 5,800 mL/d and COD removal of 80.8%. BBD produced a higher desirability efficiency of 94% as compared to the CCD which was 92%. The regression quadratic models developed with high R2 values of 0.961 and 0.978 for both CCD and BBD, respectively, demonstrated that the interaction models could be used to pilot the design space. BBD model developed was more reliable with a higher prediction of biogas production (5,955.4 ± 225.3 mL/d) and COD removal (81.5 ± 1.014%), much close to the experimental results at a 95% confidence level. CCD model predictions was greater in terms of COD removal (82.6 ± 1.06% > 80.8%) and biogas production (4,636.31 mL/d ± 439.81 < 5,800 mL/d) which was less than the experimental results. Therefore, RSM can be adapted for optimizing various wastewater treatment processes.
Anammox (Anaerobic Ammonium Oxidation) bacteria is recently discovered microorganism which can oxidize ammonium to nitrogen gas in the presence of nitrite under anaerobic conditions. The anammox process can save an energy for nitrification and need not require a carbon source for denitrification, however, the start-up periods takes a long time more than several months due to the long doubling time (approximately 11 days). In order to find the effects of seeding microorganisms, hydrazine, and nitrite concentration on the enhancement of the anammox activity, five kinds of microorganisms were selected. Among the several kinds of seeding microorganisms, the granule from acclimated microorganisms treating high concentration of ammonia nitrogen (A-1) and sludge from piggery wastewater treatment plant (A-2) were found to have a high anammox activity. In the case of A-1, the maximum nitrogen conversion rate represented 0.4 mg N/L-hr, and the amount of nitrite utilization was high compared to those of other seeding microorganisms. The A-4 represented a higher nitrogen conversion rate to 0.7 mg N/L-hr although the ammonium concentration in the serum bottle was high as 200 mg/L. Meanwhile, the anaerobic granule from UASB reactor treating distillery wastewater showed a low anammox activity due to the denitrification by the remained carbon sources in the granule. Hydrazine, intermediate product in anammox reaction, enhanced the anammox activity by representing 1.4 times of nitrogen gas was produced in the test bottle than that of control, when 0.4 mM of $N_2H_4$ was added to serum bottle which contains 5 mM of nitrite. The high concentration of nitrite (10 mM) resulted in the decrease of the anammox activity by showing lower production of nitrogen gas compared to that of 5 mM addition of nitrite concentration. As a result of FISH (Florescence In-Situ Hybridization) experiment, the Amx820 probe showed a more than 13% of anammox bacteria in a granule (A-1).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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