Process modeling with activated sludge models (ASMs) is useful for the design and operational improvement of biological nutrient removal (BNR) processes. Effective utilization of ASMs requires the influent fraction analysis (IFA) of the wastewater treatment plant (WWTP). However, this is difficult due to the time and cost involved in the design and operation steps, thereby declining the simulation reliability. Harmony Search (HS) algorithm was utilized herein to determine the relationships between composite variables and state variables of the model IWA ASM1. Influent fraction analysis was used in estimating fractions of the state variables of the WWTP influent and its application to 9 wastewater treatment processes in South Korea. The results of influent $S_s$ and $Xs+X_{BH}$, which are the most sensitive variables for design of activated sludge process, are estimated within the error ranges of 8.9-14.2% and 3.8-6.4%, respectively. Utilizing the chemical oxygen demand (COD) fraction analysis for influent wastewater, it was possible to predict the concentrations of treated organic matter and nitrogen in 9 full scale BNR processes with high accuracy. In addition, the results of daily influent fraction analysis (D-IFA) method were superior to those of the constant influent fraction analysis (C-IFA) method.
The combined system of sequencing batch biofilm reactor (SBBR) and membrane SBR (MSBR) was operated with sewage to evaluate the COD utilization for biological nutrient removal (BNR). The SBBR was operated for nitrification reactor, while denitrifying PAO (dPAO) was cultivated in MSBR with anaerobic-anoxic operation. In the SBBR and MSBR system, the enhanced biological phosphorus removal (EBPR) was successfully achieved with higher N removal. The COD utilization in combined SBBR-MSBR system was significantly reduced compared to ordinary BNR (up to 3.1 g SCOD/g (N+P) and 1.6 g SCOD/g (N+P) with different C/N/P ratio). The results suggest that a dPAO process could effectively reduce carbon energy (=COD) requirement. The combination of oxic-SBBR and anaerobic-anoxic MSBR for dPAO utilization could be an attractive alternative to upgrade the process performance in weak sewage.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.1
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pp.1-6
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2006
Biological nutrient removal(BNR) process used in this study, which was packed with EPS(expanded polystylene) media, has more many advantages in aspect of reducing hydraulic retention time(HRT) of the process and having less effect of temperature in the winter season than commercial process in the present. Bench-scale study was performed using domestic wastewater. In the results, it was observed that the T-N removal efficiencies in HRT 6 hr and HRT 4 hr were 55% and 51%, respectively, showing the small reduction (about 4%) of T-N removal efficiency according to shortening of HRT. In comparison of T-N removal characteristic in summer and winter seasons, it showed that T-N removal efficiencies in summer and winter seasons were 65% and 54%, respectively, showing the 11% lower T-N removal efficiency in winter season than in summer season due to deterioration of nitrification in winter season. In the studies of influent loading rate and C/N ratio, the process showed stable effluent quality under the condition of broad influent loading rate and C/N ratio. Therefore, it is anticipated that the developed process in this study could be applicable to small wastewater treatment plant in nutrient removal.
Kim, Kwang-Soo;Seo, Gyu-Tae;Lee, Kyung-Ho;Kim, Nag-Ju
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.18
no.2
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pp.123-130
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2002
Bench scale experiments were carried out with two biological nutrient removal(BNR) units, A/O and $A^2O$ processes, to investigate the behavior of phosphorus in the system and to compare the characteristics of phosphorus removal in two BNR processes. To achieve this goal, COD/T-P and COD/TKN ratios of the influent was varied in the range of 23~64 and 5~24, respectively. In A/O process, influent COD/T-P ratio should be kept higher than 44mg/L to meet the final effluent T-P concentration lower than 1mg/L and in $A^2/O$ process, influent COD/T-P and COD/TKN ratios higher than 56 and 10, respectively, were required for good phosphorus release and uptake with no influence of nitrate nitrogen in return sludge. At this conditions, the rate of phosphorus release in the anaerobic basin should be kept higher than 0.1 kg S-P/kg MLVSS d In A/O process, the phosphorus content of anaerobic and aerobic sludges was increased as SRT of total system was becoming longer resulting in decreasing the difference of phosphorus content between two sludges while phosphorus release in anaerobic basin and phosphorus uptake in aerobic basin was not incident. In $A^2/O$ process, the phosphorus content of anaerobic and aerobic sludges were not increased with higher SRT of total system due to the relatively high nitrate concentration in return sludge. However, the difference of phosphorus content between anaerobic and aerobic sludges was incident when phosphorus release and uptake was observed.
Nitrogen is one of the major pollutants that should be removed by wastewater treatment systems. Biological nitrogen removal (BNR) is a key technology in advanced wastewater treatment systems operated by bacterial populations. Nitrification is the first step of microbiological processes in BNR system. Ammonia is oxidized to nitrite by ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and then nitrite is subsequently oxidized to nitrate by nitrite-oxidizing bacteria (NOB). The diversity of NOB in nitrification reactors of 3 BNR systems, Edited biological aerated filter system, Nutrient removal laboratory system, and the Rumination type sequencing batch reactor system, was investigated by terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) analysis of 16S rRNA genes. Cluster analysis of T-RF profiles showed that communities of Nitrobacter group in each system were different depending upon the process of systems. However, the clusters of Nitrospira group were divided by the habitat of aqueous and solid samples.
The objective of this study was to establish the optimal system operating strategies for nitrogen and phosphorus removal through model simulation system built for advanced wastewater treatment targeting on simultaneous temporal/special phase isolation BNR process. The simulation system was built with unit process modules using object modules in GPS-X code. The system was well verified by field experiment data. Simulation study was carried out to investigate performance response to design and operation parameters, i.e. hydraulic retention time (HRT), solids retention time (SRT), and cycle time. The process operated at HRTs of 10~15 hours, longer SRTs, and cycle time of 2 hours showed optimal removal of nitrogen. The HRTs of 10~15 hours, SRTs of 20~25 days, and longer cycle time was optimal for phosphorus removal. Both simulation and field studies showed that optimal operating strategies satisfying both the best nitrogen and phosphorus removals include HRTs ranged 10~15 hours, SRTs ranged 20~25 days, and cycle times of 4~8 hours. The simulation system with modularization of generalized components in BNR processes was, therefore, believed to be a powerful tool for establishing optimal strategies of advanced wastewater treatment.
Kim, Hong Tae;Sin, Seok U;O, Sang Hwa;Gwon, Seong Hyeon
Journal of Environmental Science International
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v.13
no.7
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pp.675-680
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2004
This study was conducted to remove organics and nutrients using 2 stage intermittent aeration reactor. First reactor, using suspended microbial growth in intermittent aeration instead of anaerobic reactor in the typical BNR process, used minimum carbon source to release P, and it was possible to reduce ammonia loading going to second reactor. In the second reactor, using moving media intermittent aeration, it was effective to reduce nitrate in non-aeration time by attached microorganisms having long retention time. In aeration time, nitrification and P uptake were taken place simultaneously. From the experiment, two major results were as follows. First, the removal of organics was more than 90%, and optimum aeration/non-aeration time ratio for organic removal was corresponded with aeration/non-aeration time ratio for nitrogen removal. Second, in the first reactor, optimum aeration/non-aeration time ratio was 15/75 (min.) because it was necessary to maintain 75 min. of non-aeration time to suppress of impediment of return nitrate and to lead release of phosphate. In the second reactor, optimum aeration/non-aeration time ratio was 45/90 (min.).
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.12
no.2
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pp.43-58
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1975
There are many reports on fatigue crack of metallic materials but most of them relate crack propagation rate to stress intensity factor. The problem of crack propagation is not yet clarified, especially the bridge between micro and macro phenomena In this experiment rotating bending fatigue tests have been carried out with smoothed specimen of rolled steel plates including 0.2% carbon under application of three stress conditions to investigate the slip band and the crack propagation behaviour. The results obtained are as follows; 1) The length of cracks which have grown at initial crack tips can be expressed as follows; $l=Ae^{BNr}$(A,B: constant, $N_r$: cycle ratio) $\frac{dl}{dN}=\frac{AB}{N_f}{\cdot}e^{BNr}$($N_f$:fatigue life) 2) The ratio of slipped grain number to total grain number is $S_f=7{\sigma}-5.6$-5.6{\sigma}_c$($\sigma$: stress amplitude) (${\sigma}_c$: fatigue limit) 3) When the fatigue process transfers from Stage I to Stage II, the crack which propagates into specimen changes its direction from that of the maximum shear stress to the direction of perpendicular to principal stress and this is same in the circumferential direction of specimen. the crack propagation behaviors of both sides of a crack are different each other when they approach to the grain boundary.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.21
no.3
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pp.82-92
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2013
The Intermittent Aeration MBR systems have the advantage of controlling reaction time by changing aeration period and are one of economic BNR systems since these processes do not require MLSS recirculation that demands capital and operation costs. In this study, two intermittent aeration MBR systems were studied by computer simulation: an intermittent aeration MBR system that had both 1hr/1hr and 4hr/4hr aeration/unaeration periods at intermittent reactor and NEW INTERMITTENT-process that was an energy saving process and certified as a new process by Korean government. Since DO concentration reached only at 0.23mg/L at intermittent reactor when it was aerated, the Intermittent aeration MBR system having 1hr/1hr aeration/unaeration period showed simultaneous nitrification/denitrification and had the highest nitrogen and phosphorus removal efficiencies that were 57% and 55%, respectively. Since this study was based on the constant influent flow and characteristics, more studies are needed to define the operational characteristics of intermittent aeration MBR systems under dynamic influent conditions.
Park, Jong-Bok;Lee, Han-Woong;Lee, Soo-Youn;Lee, Jung-Ok;Bang, Iel-Soo;Park, Eui-So;Park, Doo-Hyun;Park, Yong-Keun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.6
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pp.929-935
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2002
The 5-stage biological nutrient removal (BNR) process with step feed system showed a very stable organic carbon and nutrient removal efficiency ($87\%\;COD\,;79\%\;nitrogen,\;and\;87\%$ phosphorus) for an operation period of 2 years. In each stage at the pilot plant, microbial communities, which are important in removing nitrogen and phosphorus, were investigated using fluorescence in-situ hybridization (FISH) and 165 rDNA characterization. All tanks of 5-stage sludge had a similar composition of bacterial communities. The totat cell numbers of each reactor were found to be around $2.36-2.83{\times}10^9$ cells/ml. About $56.5-62.0\%$ of total 4,6-diamidino-2-phenylindol (DAPI) cells were hybridized to the bacterial-specific probe EUB388. Members of ${\beta}$-proteobacteria were the most abundant proteobacterial group, accounting for up to $20.6-26.7\%$. The high G+C Gram-positive bacterial group and Cytophaga-Flexibacter cluster counts were also found to be relatively high. The beta subclass proteobacteria did not accumulate a large amount of polyphosphate. The proportion of phosphorus-accumulating organisms (PAOs) in the total population of the sludge was almost $50\%$ in anoxic-1 tank. The high G+C Gram-positive bacteria and Cytophaga-Flexibacter cluster indicate a key role of denitrifying phosphorus-accumulating organisms (dPAOs). Both groups might be correlated with some other subclass of proteobacteria for enhancing nitrogen and phosphorus removal in this process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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