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.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.10
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pp.1055-1064
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2006
Extremely slow growing anammox(anaerobic ammonium oxidation) bacteria were cultivated using a combination of UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor seeded with anaerobic granular sludge and carbon-fiber cultivating reactor. After 180 days of continuous cultivation, average nitrogen removal rate showed 0.54 kg $N/m^3-day$ when 0.6 kg $N/m^3-day$ of nitrogen loading was applied. The black granule was changed to brown and red granule as continuous operation, and the red granule was highly dependant on the high anammox activity. Microbial community structure of red granule in the UASB reactor was analyzed by molecular methods such as gene cloning, phylogenetic tree analysis, and FISH(Fluorescence In Situ Hybridization) method. As a result of gene cloning and phylogenetic tree analysis, 5 kinds of phylum were found to be Planctomycetes, Proteobacteria, Acidobacteria, Chlorobi and Chloroflexi. 13 clones were matched to anammox bacteria among 51 clones in the red anammox granule. In-silico test which used cloning information and FISH probe of the AMX368 was conducted to detect the presence of anammox bacteria in the red anammox granule. As a result of in-silico test only one clone was exactly matched to AMX368 but 11 clones was mutated one base among 18 bases representing all 12 clones are anammox bacteria. A filamentous Chloroflexi might be related to the granulation of anammox bacteria. As a result of FISH analysis, anammox bacteria was abundant in the red anammox granule.
The purpose of this study is to get optimum operating factors of Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB) reactor by introducing methods that make it to reduce inhibition possible in each process wastewater treatment. The used substrates, concentrated corn starch liquid (CSL) wastewater, modified starch, filtering and decoloring wastewater, ion refining wastewater, and mixed wastewater including modified starch and not including modified starch, are generated from molasses process. The seeding sludge is the digested sludge that had been applied to molasses wastewater. Batch test to reduce the inhibition factors that might be existed in each wastewater was examined. Based on the this test, the optimum operating factors according to alkalinity and pH variation was studied through the continuous test using three 5.5 L UASB reactor. The first reactor added $NaHCO_3$ to control alkalinity. The hydraulic retention time (HRT) reduced to 8 hours and the organic loading rate increased gradually. The second reactor changed the pH of influent from 7.0 to 6.0 using NaOH. The third reactor was operated without changes to compare the above two reactors. As the result, the inhibition in concentrated CSL wastewater was removed by adding iron (II). When trace metals were added to mixed wastewater not including modified starch, the digestability by gas production rate increased to more fifty percentage than mixed wastewater that was not adding the trace metals. The reason that the inhibition did not decreased in spite of adding trace metals and nutrients was influenced by high concentration generated during the acid fermentation. The UASB reactors using the mixed wastewater with the most effective performance were operated as 500 mg/L as $CaCO_3$ alkalinity and 6.0 pH at steady state, and at this time, the gas production rates were 283 and 311mL gas/g $COD_{added}$. The COD removal rates were 84.7 and 86.3%, respectively.
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.
The coupling of anaerobic biological process and membrane separation could provide excellent suspended solids removal and better biomass retention for wastewater treatment. This coupling improves the biological treatment process while allowing for the recovery of energy through biogas. This review gives a basic description of the anaerobic wastewater treatment process, summarizes the state of the art of anaerobic membrane bioreactors (AnMBRs), and describes the current research trends and needs for the development of AnMBRs. The research interest on AnMBR has grown over the conventional anaerobic processes such as upflow anaerobic sludge blanket (UASB). Studies on AnMBRs have developed different reactor configurations to enhance performances. The AnMBR performances have achieved comparable status to other high rate anaerobic reactors. AnMBR is highly suitable for application with thermophilic anaerobic process to enhance performances. Studies indicate that the applications of AnMBR are not only limited to the high strength industrial wastewater treatment, but also for the municipal wastewater treatment. In recent years, there is a significant progress in the membrane fouling studies, which is a major concern in AnMBR application.
This research aims to remove nitrogen in the piggery wastewater by combined process with upflow anaerobic sludge blanket (UASB) and biofilm process. For the effective denitrification. anaerobic and anoxic reactors were connected to a reactor. The effluent of aerobix reactor was recycled equally with influent in the upper filter of anaerobic reactor for denitrification and outlet of UBF reactor was connected to the settling tank with $1.5{\;}{\ell}$ capacity and the settling sludge was repeatedly recycled to UASB zone. The organic loading rate of total reactor was operated from 0.4 to $3.1kgCOD/m^{3}/d$ and it was observed that the removal rate of TCOD was 80 to 95 percentage. Ammonia nitrogen was removed over 90 percentage in the less volumetric loading rate than $0.1{\;}kgN/m^{3}/d$. But because of non-limitation of organic materials, it was reduced to 70 percentage in the more volumetric loading rate than $0.6{\;}kgN/m^{3}/d$. But denitrification rate was observed 100 percentage in the all of loading rate. This is caused by the maintenance of optimum temperature, sufficient carbon source, and competition of electron acceptors. The results of COD mass balance at the $1.21{\;}kgCOD/m^{3}/d$ was observed with the 71.7% percentage of influent COD. It was revealed that the most part of organic materials was removed in the aerobic and the anaerobic reactor because 38.4 percentage was conversed into $CH_{4}$ gas and 11 percentage was removed in the aerobic reactor with cell synthesis and metabolism. Besides, 5.7% organics was used to denitrification reaction and 3.7% organics related to sulfate reduction.
The effluent from anaerobic digestion contains organic nitrogen and phosphorus, which are both required for growth of Spirulina platensis. Effluent (20%) from the upflow anaerobic sludge blanket (UASB) from a pig farm, supplemented with 4.5 g/l sodium bicarbonate ($NaHCO_3$) and 0.2 g/l urea fertilizer (46:0:0, N:P:K), was found to be not only a suitable medium for the growth of Spirulina platensis but also a low-cost alternative. Cost calculation showed that this medium is 4.4 times cheaper than modifized Zarrouk's medium. The average productivities of a semi-continuous culture grown under outdoor conditions in a 6-1 scale and a 100-1 pilot scale were 19.9 $g/m^2/d$ and 12 $g/m^2/d$, respectively. In addition, the biomass of organisms grown in UASB effluent contained approximately 57.9% protein, 1.12% $\gamma$-linolenic acid, and 19.5% phycocyanin. The average rates of bicarbonate, total nitrogen, and phosphorus removal were 380 mg/l/d, 34 mg/l/d, and 4 mg/l/d, respectively.
The purpose of this study was to investigate the biodegradability and performance of organic removal and methane production rate when treating piggery wastewater using a pilot scale two-phase anaerobic system operated up to a volumetric rate of $10m^3/day$. The pilot scale two-phase anaerobic process is consisted of a continuous-flow stirred-tank reactor (CFSTR) for the acidification phase and an Upflow Anaerobic Sludge Blanket reactor (UASB) for the methanogenesis. The acidogenic reactor played key roles in reducing the periodically applied shock-loading and in the acidification of the influent organics. The acidogenic CFSTR was operated at organic loading rates (OLR) between 1.8 and $14.4kgCOD/m^3{\cdot}day$, and the UASB reactor was operated between 0.5 and $5.6kgCOD/m^3{\cdot}day$. A stable maximum biogas production rate was $81m^3/day$ and the methane conversion rate of the organic matter varied from 0.30 to $0.42L\;CH_4/g\;COD_{removed}$(0.40) at hydraulic retention time (HRT) above 3.5days. The methane contents ranged from 73 to 82% during the experimental period. It is known that most of the removed organic matter was converted to methane gas, and the produced biogas might be high quality for its subsequent use.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.5
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pp.981-987
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2000
Upflow anaerobic sludge blanket(UASB) reactor was operated for treating swine wastewater containing high ammonia nitrogen to assess their performance and toxicity of free ammonia concentration. In the reactor, chemical oxygen demand(COD) removed about 70% at $2.6kgCOD/m^3.day$ of organic loading rate(OLR) and 3 days of hydraulic retention time (HRT), while it was decreased when OLR and HRT was maintained $7kg\;COD/m^3.day$ and 2 days, respectively. Also UASB reactor was evaluated the activity of methane producing bacteria(MPB) according to change of free ammonia concentrations, MPB activity of applied sludge in the 500 and $1000mg-N/{\ell}$ of free ammonia concentration was inhibited by 4% and 40%, respectively. This clearly showed that free ammonia concentration less than $500mg-N/{\ell}$ showed no inhibition to MPB in anaerobic treatment of organics, UASB reactor was stabilized easily less than $1000mgVSS/{\ell}$ due to degradation of organic solids by the high activities of anaerobes.
It has been mentioned that CSTR (Completely Stirred Tank Reactor) and UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) processes, the existing anaerobic processes, have problems in the treatment of highly concentrated particulate organic wastewater (HCPOW). Therefore, this paper discusses the treatment possibility of distillery wastewater which is a typical HCPOW using ADEPT (anaerobic Digestion Elutriated Phased Treatment) process. In the comparison of CSTR and ADEPT, ADEPT produced much higher gas than that of CSTR removing more organic matters and suspended solids in ADEPT process, ADEPT had no effect on the decrease in pH by volatile fatty acids and showed steady pH in spite of relatively short HRT. In the results of removal rate according to recycle ratios between 6Qin and 2Qin in ADEPT, 6Qin showed high removal rate during the operation time. Therefore it appears that ADEPT had an applicability for the treatment of distillery wastewater. ADEPT could be a economical process, due to the short HRT, the energy recovery by the methane production, and the utilization for carbon source of produced organic acid from the ADEPT-acid reactor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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