Geumhee, Kim;Jiho, Lee;Hyoju, Yang;Yun-Yeong, Lee;Yoonyong, Yang;Sungho, Choi;Moonsuk, Hur;Byounghee, Lee;Kyung-Suk, Cho
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.50
no.4
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pp.557-562
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2022
In this study we evaluated biohydrogen production potential as operational parameters (substrate, salt concentration, and temperature) using eight inoculum sources. While the volumetric biohydrogen production rate was significantly affected by temperature and inoculum sources, substrate and salt concentration did not have a significant effect on the biohydrogen production. Mesophilic temperature (37℃) was also found more appropriate for the hydrogen production than thermophilic temperature (50℃). Rate, while the eight inoculum sources, anaerobic digestion sludge exhibited the fastest biohydrogen production. The maximum production rate from anaerobic digestion sludge was 2,729 and 1,385 ml-H2·l-1·d-1 at mesophilic and thermophilic temperature, respectively.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.17
no.2
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pp.93-100
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2009
This research was performed to figure out the optimal mixing ratio of food- to livestock wastewater for the best degradation of organic matter in the anaerobic digestion. The presence of various microorganisms, such as Escherichia coli and Staphylococcus aureus, was also investigated in both wastewater in this process. Enteric bacteria were only found in livestock wastewater, whereas pathogenic bacteria like S. aureus were detected in both wastewater. The optimal mixing ratio of food- to livestock wastewater for the best mineralization was found to fifty to fifty, with reduction ratios of $BOD_5$, CODcr SS as 23.2%, 24.7%, 19.7%, respectively. Hygiene of the digested sludge was also analyzed by counting the number of total colonies and various pathogens. Enterobacteriaceae including E. coli were barely detected in 10 days after reaction. Meanwhile, S. aureus was gradually reduced during reaction, even showing 1,000~5,000 CFU/mL in final days.
Based on the activated sludge model, a simple aerobic digestion model which represents the aerobic sludge digestion by sequencing batch reactor(SBR) equipped with ultrasonicator was composed and performed in this study. The results are as follows. Aerobic digestion efficiency can be increased by adopting ultrasonic pretreatment. For the 5 days of SRT, 24 % of particulate component is predicted to be removed by ultrasonic pretreatment and aerobic digestion. This is 7 %p higher than that of conventional aerobic digestion. A Hybrid SBR aerobic digestion combined with ultrasonication shows higher digestion efficiency than aerobic digestion and ultrasonic pretreatment system. In case of this hybrid system, the digestion efficiency was predicted up to 49 % when the ultrasonication was performed every 2 hours, repeatedly. However, excessive treatment like every hours of ultrasonication in an aerobic digestion process results in adverse effect on TCOD removal because biomass disintegrated completely and the solubilized COD can not be used for the biomass synthesis again.
Kim, Sunghong;Lee, Inho;Yun, Jeongwon;Lee, Dongwoo
Journal of Korean Society of Water and Wastewater
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v.27
no.4
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pp.457-468
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2013
Based on the activated sludge model(ASM), a mathematical model which represents the aerobic sludge digestion by sequencing batch reactor(SBR) combined with ultrasonic treatment was composed and performed in this study. Aerobic digestion using sequencing batch reactor(SBR) equipped with ultrasound treatment was also experimented for the purpose of parameter calibration. Most of the presented kinetic parameters in ASM or ASM2 could be used for the aerobic digestion of sludge but the parameters related in hydrolysis and decay rate needed modification. Hydrolysis rate constant of organic matter in aerobic condition was estimated at $0.3day^{-1}$ and the maximum growth rate for autotrophs in aerobic condition was $0.618day^{-1}$. Solubilization reactions of particulate organics and nitrogen by ultrasonication was added in this kinetic model. The solubilization rate is considered to be proportional to the specific energy which is defined by specific ultrasound power and sonication time. The solubilization rate constant by ultrasonication was estimated at $0.202(W/L)^{-1}day^{-1}$ in this study. Autotrophs as well as heterotrophs also decomposed by ultrasonic treatment and the nitrification reaction was limited by the lack of autotrophs accumulation in the digester.
Using a developed mathematical model and calibrated kinetic constants, numerical experiments for a aerobic digestion of wastewater sludge by SBR aerobic digestion process combined with ultrasonication (USSBR) were performed in this study. It simulated well the phenomena of the decomposition of particulate organics and the release of organic nitrogen and transformation. To achieve 40 % of particulate organics removal, USSBR process requires only 6 days of SRT and 14 W/L of ultrasonic power whereas SBR aerobic digestion process requires 12 days of SRT. Based on the model simulation results, an empirical equation was presented here. This equation will be used to predict digestion efficiency for the given variables of SRT and ultrasonic power dose. USSBR aerobic digestion process can reduce the nitrogen concentration. The optimal operation strategy for the simultaneous removal of solids and soluble nitrogen in this process is estimated to 7 days of SRT with 14 W/L of ultrasonic power dose while anoxic period was 6 hours out of 24 hours of cycle time. In this condition, 40 % of particulate organics as well as 36 % of total nitrogen will be removed and the soluble nitrogen concentration of the centrate will be lower less then 40 mg/L.
Park, Sang-Min;Park, Noh-Back;Seo, Tae-Kyeong;Jun, Hang-Bae
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.6
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pp.628-636
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2008
Anaerobic denitrification in a two phase anaerobic digestion(TPAD) process combined with biological nutrients removal (BNR) system was studied for a piggery wastewater treatment. Denitrification efficiency and the effects of the nitrified effluent on acidification was investigated by recycling the nitrified effluent to the acidogenic reactor. Recycle of the nitrified effluent to the acidogenic reactor enhanced the conversion efficiency of the influent COD into volatile fatty acids(VFAs) in the TPAD-BNR system treating the piggery wastewater. Acidification rate of the acidogenic sludge acclimated with the nitrified effluent showed 6 times higher than that acclimated without it. VFA could be used for denitrification as carbon sources, however, nitrate could enhance acidification activity in the acidogenic reactor. VFA production rate was affected on the COD/Nitrate(COD/N) ratio, however, it depended much more whether the acidogenic sludge acclimated with nitrate or not. Denitrification with the acidogenic sludge acclimated without nitrified effluent followed zero-order reaction and the reaction rate constants were in the range of 1.31$\sim$1.90 mg/L$\cdot$h. Denitrification reaction rate constants of the acidogenic sludge acclimated with nitrified effluent were 3.30 mg/L$\cdot$h that showed almost twice of them evaluated from the previous tests. The stoichiometric ratios of utilized COD to removed nitrate showed similar in both tests which were in the range of 5.1$\sim$6.4 at COD/N ratio of 10.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.3
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pp.110-116
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2016
Biogas yields point of view, the possibility of reusing excess sludge treated by thermal pretreatment for the purpose of improving the efficiency of the anaerobic digestion process has been investigated in recent year. Thermal pretreatment technology was considered as a pretreatment technique to improve excess sludge properties because of the solubilization of particulate organics. As a view point of sludge reduction and recycle, however, many researchers focused on the ability of particulate hydrolysis and COD solubilization under a high temperature, and few reports have addressed on the physical/chemical characteristics changing. This research was performed to evaluate the effects of a various temperature and chemical additives on carbon formation and fractionation in treated slurry from thermal pretreatment. Based on the results, it was revealed that oxidants injection and temperature changing have significantly caused the change of carbon fractions in slurry from thermal pretreament. Especially, it was considered that the efficiencies of particle hydrolysis increased with the increase of the reaction temperature. Low molecular weight(Mw < 350 g/mol) organic carbon formation increased with the increase of oxidants injection. It was expected that results of this research will provide an overview of the characteristics of thermal pretreatement for excess sludge reduction and recycle.
Kim, Ji-Youn;Jeong, Haeng Soon;Woo, Dae-Sik;Kim, Sang-Min;Kim, In Soo;Lee, Jae-Hwa
Applied Chemistry for Engineering
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v.23
no.6
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pp.594-598
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2012
In the present study, biogas was produced from the anaerobic digestion of marine macroalgae (Laminaria japonica) biomass. The optimal anaerobic condition for producing the sludge was the freeze treatment at $-70^{\circ}C$ for 20 min. Total amounts of hydrogen and methane gas produced were 667.28 mL/L and 3420.24 mL/L, respectively, which were 2.7 and 3.4 times greater than that in the control group. Freeze treatment of sludge produced the maximum biogas under an initial optimum pH of 7.0 and the maximum biomass at an initial optimum pH of 8.0. We confirmed that biogas production was greatly reduced under acidic conditions compared to that under alkaline conditions. Sludge was freeze treated, and the biomass and sludge production was optimal the total amounts of hydrogen and methane gas produced were 643.73 mL/L and 4291.6 mL/L, respectively, which were 2.6 and 4.3 times greater than in the control group. Also the results showed that under optimal conditions in a 5-L bioreactor, a maximum of 1605.03 mL/L of hydrogen and 4593.71 mL/L of methane gas could be produced by the substrate contained in the marine macroalgae biomass.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.11
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pp.1038-1045
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2010
In this study, the anaerobic ultimate biodegradability and multiple decay rate of organic matter were evaluated according to various salt concentrations in seafood processing wastewater. The evaluation was also performed with various types of anaerobic bacteria and S/I (substrate/inoculum) ratios. After the S/I ratio was fixed at 0.9, the ultimate biodegradability values of the anaerobic digested sludge and granular sludge were became 72.0% and 92.0%, respectively. The multiple decay rate coefficients ($k_1$) coefficients of the anaerobic digested sludge and granular sludge were $0.0478{\sim}0.1252\;day^{-1}$ and $0.0667{\sim}0.1709\;day^{-1}$, respectively. The optimum S/I ratio of the seafood wastewater, which was determined based on the ultimate anaerobic biodegradability and gas production, was 0.9. The organic matter removal rate never became less than 85.0% under a 3,000 mg/L chloride concentration. The multiple decay rate coefficients ($k_1$) were $0.1603{\sim}0.1709\;day^{-1}$ under $3,000\;mgCl^-/L$, and $0.0492{\sim}0.0760\;day^{-1}$ in more than $6,000\;mgCl^-/L$. The multiple decay rate coefficients ($k_2$) were $0.0183{\sim}0.0348\;day^{-1}$ under $6,000\;mgCl^-/L$, and $0.0154\;day^{-1}$ at $9,000\;mgCl^-/L$. With increasing chloride concentrations, the reaction rate ($k_1$, $k_2$) and ratio of the rapidly degraded organic matter ($S_1$) decreased.
The purposes of this study were to examine applicability of waste egg shells as conditioning agent, to determine the optimum conditions for improving digested sludge dewaterability and to compare with before and after adding them. It estimated that the optimum conditions were dosage 30 g/L, particle size 10mesh, temp. $30^{\circ}C$, pH 7 and dewatering pressure $2.66{\pm}10^4{\;}N/m^2$. On the basis of induced optimum conditions, if adding waste egg shells in digested sludge, its specific resistance was $1.13{\pm}10^{12}{\;}m/kg$ and was low about 3 times than raw digested sludge $3.5{\pm}10^{12}{\;}m/kg $. Therefore, in view of waste recycling, it seemed that we could utilize waste egg shells as conditioning assent for improving dewaterability of digested sludge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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