Two-stage membrane bioreactor using submerged hollow fiber membrane was applied in laboratory scale to treat nitrogen and phosphorus of domestic wastewater. Alum as the flocculant and adsorbent was added into the anaerobic basin of two-stage membrane bioreactor and mixed liquid of aerabic basin was recycled to the anaerobic basin for the purpose of nitrogen removal. Experiment was carried out to find removal efficient of phosphorous and nitrogen components in the mixed liquid, and the stability of the permeate flux and pressure of two-stage membrane bioreactor. In case of alum was added as the flocculant and adsorbent into the anaerobic basin, soluble phosphorus removal efficient was relatively higher and total permeate resistance(Rtot) was more increased out nitrogen removal efficient was lower as the result of lack of alkalinity and insufficient nitrification process than the case of alum was not added.
This study attempted to evaluate the process of self-forming dynamic membrane formation on mesh filter in membrane bioreactor with a two-stage method of batch (agitation) and continues (aeration) stage at different sludge concentrations. Four concentrations of activated sludge including $6{\pm}0.4$, $8{\pm}0.5$, $10{\pm}0.3$, $14{\pm}0.3g/L$ were used to demonstrate the optimal concentration of sludge for treating municipal wastewater and reducing fouling in dynamic membrane bioreactor. The formation time and effluent turbidity were decreased in the batch stage when increasing the activated sludge concentration. The minimum values of formation time and effluent turbidity were 14 min and 43 NTU for the optimum mixed liqueur suspended solids of $8{\pm}0.5g/L$, respectively. To improve operational condition and fouling reduction in the aeration stage, critical fluxes were measured for all concentrations by flux-step method. With increasing the sludge concentration, the relevant critical fluxes reduced. The optimum subcritical flux of $30L/m^2/h$ was applied as operating flux in the second stage. The maximum COD removal efficiency of 98% was achieved by the concentration of $8{\pm}0.5g/L$. Compressibility index of self-forming dynamic membrane and transmembrane pressure trend remained somewhat constant until the optimal concentration of $8{\pm}0.5g/L$ and thereafter they increased steeply.
Laboratory-scale membrane bioreactor added alum into the anaerobic basin as a flocculant and adsorbent was carried out to find removal efficient of nitrogen and phosphorus components in the mixed liquid and weather or not maintaining the stability for the permeate flux and pressure at various internal recycle conditions. It was found that denitrification efficient of maximum 65% was obtained when the ratio of internal recycle was 3Q. Additionally when the ratio of internal recycle was fixed at 3Q, $BOD_5$ and T-P concentration of permeate was much more reduced compared to not added alum in anaerobic basin but T-N concentration of permeate was relatively increased. In case of added alum as the flocculant and adsorbent in anaerobic basin, the permeate flux was maintained above $10{\ell}/m^2/hr$ but the permeate pressure was relatively higher than alum was not added in anaerobic basin.
A membrane bioreactor by sequentially alternating the inflow and by applying a two-stage coagulation control based on pre-coagulation was evaluated in terms of phosphorus removal efficiency and cost-savings. The MBR consisted of two identical alternative reaction tanks, followed by aerobic, anoxic and membrane tanks, where the wastewater and the internal return sludge alternatively flowed into each alternative reaction tank at every 2 hours. In the batch-operated alternative reaction tank, the initial concentration of nitrate rapidly decreased from 2.3 to 0.4 mg/L for only 20 minutes after stopping the inflow, followed by substantial release of phosphorus up to 4 mg/L under anaerobic condition. Jar test showed that the minimum alum doses to reduce the initial $PO_4$-P below 0.2 mg/L were 2 and 9 mol-Al/mol-P in the wastewater and the activated sludge from the membrane tank, respectively. It implies that a pre-coagulation in influent is more cost-efficient for phosphorus removal than the coagulation in the bioreactor. On the result of NUR test, there were little difference in terms of denitrification rate and contents of readily biodegradable COD between raw wastewater and pre-coagulated wastewater. When adding alum into the aerobic tank, alum doses above 26 mg/L as $Al_2O_3$ caused inhibitory effects on ammonia oxidation. Using the two-stage coagulation control based on pre-coagulation, the P concentration in the MBR effluent was kept below 0.2 mg/L with the alum of 2.7 mg/L as $Al_2O_3$, which was much lower than 5.1~7.4 mg/L as $Al_2O_3$ required for typical wastewater treatment plants. During the long-term operation of MBR, there was no change of the TMP increase rate before and after alum addition.
The two-stage enzyme reactor, packed with cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) immobilized on Amberite IRA 900, coupled with ultrafiltration membrane was investigated for continuous production of cyclodextrin (CD). 5% (w/v) of soluble starch was partially cyclized, in the 0.1 l first-stage immobilized enzyme reactor, up to CD conversion yield of 10% (w/w) at retention time of 0.56hr and 1.5 units of immobilized CGTase/1g of carrier. In the second stage main immobilized enzyme reactor capacity of 1.5 l, the maximum CD conversion yield of 39% (w/v) was achieved at retention time of 2.8hr and 0.47 unit of CGTase/1 g of carrier. Unreacted residual dextrin was fractionated with ultrafiltration membrane, and then, recycled into the second-stage main bioreactor to increase the CD conversion yield. The most suitable membrane size and the volume concentration ratio (concentrate: filterate) for recycling of unreacted residual dextrin were found to be 5K dalton and 4:6, respectively. CD conversion yield was increased about 3~4% upon co-immobilization of pulluanase along with CGTase. Spent Amberite IRA 900 can be reutilized consecutively more than 3 times for immobilization of CGTase after regeneration.
Domestic sewage treatment plants (STPs) consume about 0.5 % of total electric energy produced annually, which is equivalent to 207.7 billion Korean won per year. To minimize the energy consumption and as a way of mitigating the depletion of energy sources, the sewage treatment strategy should be improved to the level of "energy positive". The core processes for the energy positive sewage treatment include A-stage for energy recovery and B-stage for energy-efficient nitrogen removal. The integrated process is known as the A/B-process. In A-stage, chemically enhanced primary treatment (CEPT) or high rate activated sludge (HRAS) processes can be utilized by modifying the primary settling in the first stage of sewage treatment. CEPT utilizes chemical coagulation and flocculation, while HRAS applies returned activated sludge for the efficient recovery of organic contents. The two processes showed organic recovery efficiencies ranging from 60 to 70 %. At a given recovery efficiency of 80 %, 17.3 % of energy potential ($1,398kJ/m^3$) is recovered through the anaerobic digestion and combustion of methane. Besides, anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) can recover 85% of organic contents and generate $1,580kJ/m^3$ from the sewage. The recovered energy is equal to the amount of energy consumption by sewage treatment equipped with anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX)-based B-stage, $810{\sim}1,620kJ/m^3$. Therefore, it is possible to upgrade STPs as efficient as energy neutral. However, additional novel technologies, such as, fuel cell and co-digestion, should be applied to achieve "energy positive" sewage treatment.
Membrane bioreactors for wastewater treatment must operate for long periods without chemical cleaning. This study investigates the critical flux concept introduced by Field et al. as a means for achieving this goal. We conducted two series of tests: at fixed transmembrane pressure(TMP) and at fixed permeate flux. set by a volumetric pump on the permeate. Comparison of constant pressure and constants flux tests under same conditions showed that the critical flux is almost identical to the limiting or pressure independent flux obtained in constant pressure. More generally, constant flux procedure below the critical flux avoids overfouling of the membrane in the initial stage and is more advantageous for membrane bioreactor operation.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.20
no.3
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pp.21-24
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2012
In this study, Anaerobic Membrane Bioreactor(AnMBR) treating food waste leachate was operated to investigate treatment efficiency of anaerobic process, operational parameters and production of biogas. AnMBR was operated under the condition of filtration type of inside-out mode. AnMBR was operated under the condition that range of permeate flux was from 15 to 20 LMH and range of transmembrane pressure was from 1 to $3 kgf/cm^2$. It was not good that AnMBR was performed under direct connection between anaerobic reactor and external UF module. so, this connection method changed to indirect connection using buffer tank was placed between anaerobic reactor and UF external module. TCOD and SCOD values were that influent were about 113 g/L, 62 g/L and effluent were 25 g/L, 12 g/L, respectively. also TCOD and SCOD removal efficiency were 77% and 81%, respectively. but after added UF process, COD and SCOD removal efficiency was increased to 93% and 86%, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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