Direct membrane filtration (DMF) of wastewater has many advantages over conventional biological wastewater treatment processes. DMF is not only compact, but potentially energy efficient due to the lack of biological aeration. It also produces more biosolids that can be used to produce methane gas through anaerobic digestion. Most of ammoniacal nitrogen in wastewater is preserved in effluent and is used as fertilizer when effluent is recycled for irrigation. In this study, a technical feasibility of DMF was explored. Organic and nitrogen removal efficiencies were compared between DMF and membrane bioreactor (MBR). Despite the extremely high F/V ratio, e.g., $14.4kg\;COD/m^3/d$, DMF provided very high COD removal efficiencies at ~93%. Soluble microbial products (SMP) and extracellular polymeric substances (EPS) were less in DMF sludge, but membrane fouling rate was far greater than in MBR. The diversity of microbial community in DMF appeared very narrow based on the morphological observation using optical microscope. On the contrary, highly diverse microbial community was observed in the MBR. Microorganisms tended to form jelly globs and attach on reactor wall in DMF. FT-IR study revealed that the biological globs were structurally supported by feather-like materials made of secondary amines. Confocal laser scanning microscopy (CLSM) study showed microorganisms mainly resided on the external surface of microbial globs rather than the internal spaces.
This study induced biological denitrification and nitrification via a biofiltration process with the view of removing nitrogen from land-based fish farm effluent. To achieve this, we operated an aquaculture nitrogen-removal system that includes a denitrification and nitrification reactor [working volume 40 L, flow rate 64.8 L, HRT (hydraulic retention time) 14.8 h, HRT considering recycling of NOx 7.4 h]. In the continuous process, the nitrification rate of ammonium nitrogen exceeded 90% at a steady state and the denitrification efficiency exceeded 80% with recycling to a pre-anoxic reactor. In addition, the pH in the final effluent was lower with a low influent water alkalinity averaging 100 mg/L (as $CaCO_3$). For effective denitrification reactions, carbon must be supplied via particulate organic matter (POM) hydrolysis because of the low C/N (carbon/nitrogen) ratio in the water.
Ammonia accumulation is regarded as the limiting factor of the first priority in water qualities of aquatic culture systems. Nitrification efficiency and characteristics in seawater were evaluated using Rotating Biological Contactor (RBC) process as a part of the recycling water treatment facilities for marine fish culture system. Ammonia removal efficiency regarded 99.7 to $83.7\%$ at the ammonia surface loading rates of 48 to $393 mg/m^2$ -day. RBC process was able to withstand to the fluctuation of influent ammonia concentrations and loading and produced the stable effluent. The mathematical model on the fixed-film biological reactor developed by Kornegay seemed to be suitable to RBC process kinetic evaluation for the recycling water treatment of the marine fish culture system. Area capacity constant (P) and half-velocity constant (Ks) in the model were 0.188g/m^2$-day and 1.25mg/l, respectively.
Pretreatment of wastepaper using aqueous glycerol was investigated to enhance the enzymatic hydrolysis. The effects of four factors (solid/liquid ratio, glycerol concentration, acid concentration, and reaction time) on the dissolution yield, the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, and the enzymatic digestibility were examined at $150^{\circ}C$. The 1/8 of solid/liquid was determined to perform the reaction uniformly, and the 93% of glycerol concentration was found to be a minimum concentration to conduct the reaction under atmospheric pressure. Also, it was found that the acid concentration and reaction time were strongly related to the dissolution yield and the removal of cellulose, hemicellulose and lignin, but moderately to the enzymatic digestibility. At an optimum condition of $150^{\circ}C$, 1 h and 1% acid concentration, 56% and 49% of hemicellulose and lignin, respectively, were removed, while only 4% of cellulose was removed. The enzymatic digestibility at this condition was 86%, meaning that 83% of the glucan present in the initial substrate was converted to glucose. Compared to glycerol with ethylene glycol as a pretreatment solvent, glycerol is much cheaper than ethylene glycol, but ethylene glycol is superior to glycerol in delignification.
본 연구에서는 볏짚, 톱밥, 밤껍질, 땅콩껍질 등 목질계 바이오매스를 이용하여 전처리과정으로 산처리과정을 진행한 후 리그닌 함량변화를 측정하고, 이에 따른 셀룰로오스 에탄올로의 전환특성을 해석하였다. 목질계 바이오매스의 리그닌 함량을 측정한 결과 밤껍질 < 볏짚 < 톱밥 < 땅콩껍질 순으로 리그닌 함량이 높게 측정되었으며, 셀룰로오스 에탄올로의 전환특성은 땅콩껍질 < 톱밥 < 볏짚 < 밤껍질 순으로 우수한 것으로 나타나 산처리과정으로 리그닌의 제거가 필요한 것으로 나타났다. 또한 산처리과정에서 황산의 농도가 증가함에 따라 리그닌 함량이 감소하여 셀룰로오스 에탄올의 수율은 증가하였으며, 최적 황산의 농도는 20 wt%로 선정하였다.
During 20 days from November 4 to 28, 1980, the quantities of grease and oil, BOD (biological oxygen demand), COD (chemical oxygen demand), SS (suspended solid) were measured at Grit Chamber, Primary Sedimentation Tank, Secondary Sedimentation Tank in Chung Gye Chun sewage treatment plant. The results were as follows. 1. The average of grease and oil quantities were 251mg/l at Grit Chamber, 185mg/l at Primary Sedimentation Tank, 47mg/l at Secondary Sedimentation Tank. 2. In the secondary treatment for the removal of grease and oil, the removed quantities of grease and oil were increased according to increasing the quantities of influent grease and oil. The regression equation were as follows G.O.removed=0.731 G.O. influent+3.235 (r=0.887) 3. The average of grease and oil removal rate was 76.4% and the standard deviation of grease and oil removal rate daily was 10.6%. 4. G.O. (grease and oil) and BOD, COD, SS showed significant correlationship at Grit Chamber, Primary Sedimentation Tank, Secondary Sedimentation Tank. (P<0.05). 5. In the secondary treatment, effluent grease & oil and other parameters were analyzed by means of Stepwise multiple regression. Multple regression equation for estimates of effluent grease and oil were as follows. $GO_E=-9.1637+2.0380 SS_E+0.068 SS_I$ (r=0.778) 6. The correlative parameters for the effluent grease and oil seem to be the influent SS and the effluent SS. 7. It was estimated that the removal of grease and oil would be improved by means of improvement of suspended solids removal efficiency but it is necessary to inquire further into the study.
Aerated submerged bio-film (ASBF) pilot plant has been developed. The presented studies optimized an inexpensive method of enhanced wastewater treatment. The objectives of this research were to describe pilot scale experiments for efficient removal of dissolved organic and nitrogen compounds by using ASBF reactor in plug-flow reactor (PFR) and improve understanding of dissolved organic matter and nitrogen compounds removal rates with dynamic relationships between heterotrophs and autotrophs in the fixed-film reactor. This research explores the possibility of enhancing the performance of shallow wastewater treatment lagoons through the addition of specially designed structures. This direct gas-phase contact should increase the oxygen transfer rate into the bio-film, as well as increase the micro-climate mixing of water, nutrients, and waste products into and out of the bio-film. This research also investigated the efficiency of dissolved organic matter and ammonia nitrogen removals in the ASBF. As it was anticipated, nitrification activity was highest during periods when the flow rate was lower, but it seemed to decline during times when the flow rate was highest. And ammonia nitrogen removal rates were more sensitive than dissolved organic matter removal rates when flow rates exceeded 2.2 L/min.
Laboratory scale experiments were conducted to study the conversion of sludge from conventional activated sludge to nitrogen-phosphorus removal sludge using two types of sequencing batch reactor (SBR) systems, a conventional SBR and sequencing batch biofilm reactor (SBBR). The nitrogen and phosphorus removal characteristics were similar between SBR and SBBR and the removal efficiencies were very low when the influent TOC concentrations were low. The nitrogen and phosphorus removal efficiencies in SBR were 96% and 77.5%, respectively, which were higher than those in SBBR (88% and 42.5%) at the high influent TOC concentration. In SBBR, the simultaneous nitrification-denitrification was occurred because of the biofilm process. The variations of pH, DO concentration and ORP were changed as the variation of influent TOC concentration both in SBR and SBBR and their periodical characteristics were cleary shown at the high influent TOC concentration. Especially, the pH, DO concentration and ORP inflections, were cleary occurred in SBR compared with SBBR.
A series of laboratory scale experiments were performed to investigate the feasibility of membrane separation technology for natural rubber (NR) wastewater treatment and reuse. Three types of spiral wound membranes were employed in the cross-flow experiments. The NR wastewater pretreated by sand filtration and cartridge filtration was forced to pass through the ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) and reverse osmosis (RO) membranes successively. The UF retentate, which containing abundant proteins, can be used to produce fertilizer, while the NF retentate is rich in quebrachitol and can be used to extract quebrachitol. The permeate produced by the RO module was reused in the NR processing. Furthermore, about 0.1wt% quebrachitol was extracted from the NR wastewater. Besides, the effluent quality treated by the membrane processes was much better than that of the biological treatment. Especially for total dissolved solids (TDS) and total phosphorus (T-P), the removal efficiency improved 53.11% and 49.83% respectively. In addition, the removal efficiencies of biological oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD) exceeded 99%. The total nitrogen (T-N) and ammonia nitrogen (NH4-N) had approximately similar removal efficiency (93%). It was also found that there was a significant decrease in the T-P concentration in the effluent, the T-P was reduced from 200 mg/L to 0.34 mg/L. Generally, it was considered to be a challenging problem to solve for the biological processes. In brief, highly resource utilization and zero discharge was obtained by membrane separation system in the NR wastewater treatment.
이 연구는 EBPR(enhance biological phosphorus removal)의 혐기조건, 호기/무산소 조건 사이의 상호작용을 알아보고 인의 제거 속도와 인 제거에 미치는 영향인자들을 Batch-test로 조사하였다. 실험결과 무산소단계에서 인의 흡수율은 호기 단계보다 50% 정도 낮았고, 인 방출과 인 흡수의 상관관계는 다른 논문들에 비하여 낮았으며, 계수 b는 높았다. Batch-test의 측정 결과 다른 논문들에 비하여 인 방출과 인 흡수의 상관관계$(R^2=0.557)$는 낮았고 계수b (b=8.4049)는 높았다. 또한, 하수에서 인의 중요한 결합 파트너는 Ca, $Mg^{2+}$, Al, Fe 그리고 $K^+$인데 이 실험 결과 칼륨, 마그네슘 그리고 암모니움은 인과 함께 증감함으로써 인의 방출과 흡수에 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 즉, 혐기 단계에서 0.2 mol $K^+Ion$ / mol $PO_4-P$ Ion과 0.21 mol $Mg^{2+}Ion$ / mol $PO_4-P$ ion이 측정되어 인에 대한 칼륨 및 마그네슘의 비율은 1 : 5 정도임을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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