The objectives of this study are to analyze the energy independence plan and to propose a suitable sewage treatment plant in Korea. The total amount of electricity consumption for public sewage treatment plant was estimated as 1,182 GWh in 2007. It was estimated that total 16 sewage treatment plants with renewable energy systems produced electricity of 15.2 GWh per year, which could replaced 0.8% of total electricity used for sewage treatment. It was found that domestic sewage treatment plants with power generation plants by digestion gas were installed in 7 places and produced electricity of 13 GWh per year. It was also found that the power generation plants by digestion gas were the most cost-effective for sewage treatment out of the renewable energy systems based on the benefit-cost analysis.
The treatment of high-strength swine wastewater by anaerobic digestion combined with an aquatic plant system was investigated. Anaerobic digestion of swine wastewater gave volatile solids (VS) removal efficiencies of 43.3%, 52.1% and 54.5% for hydraulic retention times (HRTs) of 20, 30, 40 days, respectively. The removal efficiencies of VS, total chemical oxygen demand (TCOD) and soluble chemical oxygen demand (SCOD) decreased with increasing VS volumetric loading rate (VLR). Higher organic removal efficiency was observed at longer HRTs for the same VS volumetric loading rate. As VS volumetric loading rate increased, biogas production increased and the methane content of the biogas decreased. Experiments using duckweed (Lemna species) as an aquatic macrophyte gave the following results. In the case of nitrogen, removal efficiency was above 60% and effluent concentration was below 10.0 mg/L when the influent ammonia-N loading was about $1.0\;g/m^2/day$. In the case of phosphorus, removal efficiency was above 55% and effluent concentration was below 2.0 mg/L when the influent $PO_4$-P loading was about $0.15\;g/m^2/day$. In addition, crude protein and phosphorus content of duckweed biomass increased from 15.6% to 41.6% and from 0.8% to 1.6%, respectively, as the influent nutrient concentration increased. The treatment of high-strength swine wastewater by anaerobic digestion combined with an aquatic plant system offers good performance in terms of organics and nutrient removal for relatively low operation and maintenance costs. The results indicate that under appropriate operational conditions, the effluent quality is within the limits set by Korean discharge criteria.
Suresh, Arumuganainar;Choi, Hong Lim;Kim, Jae Hwan;Chung, In
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.17
no.4
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pp.112-121
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2009
To obtain basic design criteria for underground anaerobic digestion and enhance biogas production from swine slurry, a $20m^3$ underground anaerobic digester (UGAD) was constructed and operated at mesophilic ($31{\sim}37^{\circ}C$) temperature with an organic loading rate (OLR) at $23.6kgVS/m^3/day$. The average biogas and $CH_4$ production rate were observed at 8.62 and $5.78m^3/day$, respectively. The mean percentile of $CH_4$ and $CO_2$ were also observed at 67.5% and 19.6%. The relative biogas yield was explored at $733L/kg\;VS_{added}$ and $CH_4$ yield was at $495L/kg\;VS_{added}$ respectively. The removal rate of biochemical constituents and pathogens were noticed considerably at 68%, 74%, 79%, 86%, 89%, 81%, 55%, 79%, 98% and 100% on TS, VS, TSS, $BOD_5$, $TCOD_{cr}$, $SCOD_{cr}$, $NH_3-N$, available P, fecal coliforms and Salmonella, respectively. This study suggested that, the modified UGAD system is a greatly desirable for anaerobic digestion for swine slurry with regards to high methane yield and biodegradability.
Using the anaerobic digester gas as a fuel, fuel cells have the potential to provide significant environmental and economic benefits. A molten carbonate fuel cell power plant was installed in the municipal sewage works of Tancheon in Seoul. The fuel cell unit operates on anaerobic digester gas and provides power and heat for the sewage works. This is the first project of its kind in Korea. This article outlines the experiences of gas purification process with planning, installation and operation. The engineering and installation phase is described regarding to the special features of digester gas, for example impurities in gas composition. Such impurities would be harmful to fuel cells. Operational results from the field test with a gas purification process plant are presented in this paper.
The development of large-scale environmental friendly livestock complex in the reclaimed tideland is one of different alternatives to increase the competitiveness of internal livestock industry against an international opening markets as DDA and FTA in agricultural field. Recently, it is possible to introduce an environmental friendly livestock complex in the reclaimed tideland by an amendment of the acts for agricultural land. However more studies that are on the basis of nitrogen and phosphorus mass balance need to preserve the agricultural environments as the quality of agricultural water and soil in rural area. In this study, the reference for feasibility study is Whaong reclaimed tideland which located at Whaseong city, Gyeonggi Province, and a basic concept of environmental friendly livestock complex is the production of forage crops with the supply of liquid fertilizer and the production of bioenergy such as biogas by the recycling of pig slurry as a resource. The mass balance of nitrogen based on between forage crops such as maize, barley and liquid fertilizer supplied at the reclaimed tideland, and also it was estimated an economical efficiency as anaerobic digestion plant for treating pig slurry of $100m^3/day$ introduce in an environmental friendly livestock complex.
Anaerobic digestion (AD) has been widely used to valorize food waste (FW) because of its ability to convert organic carbon into $CH_4$ and $CO_2$. Korean FW has a high content of fruits and vegetables, and efficient hydrolysis of less biodegradable fibers is critical for its complete stabilization by AD. This study examined the digestates from different anaerobic digesters, namely Rs, Rr, and Rm, as the inocula for the AD of vegetable waste (VW) and cellulose (CL): Rs inoculated with anaerobic sludge from an AD plant, Rr inoculated with rumen fluid, and Rm inoculated with anaerobic sludge and augmented with rumen fluid. A total of six conditions ($3\;inocula{\times}2\;substrates$) were tested in serial subcultures. Biogas yield was higher in the runs inoculated with Rm than in the other runs for both VW (up to 1.10 L/g VS added) and CL (up to 1.05 L/g VS added), and so was biogas production rate. The inocula had different microbial community structures, and both substrate type and inoculum source had a significant effect on the formation and development of microbial community structures in the subcultures. The overall results suggest that the bioaugmentation with rumen microbial consortium has good potential to enhance the anaerobic biodegradability of VW, and thereby can help more efficiently digest high fiber-content Korean FW.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.18
no.2
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pp.76-83
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2010
We(Hansol EME Co. Ltd.) proceeded anaerobic digestion test for domestic food wastewater applying to two operating method for increasing of OLR. The methods are as follows. One was the rapidity operating method which was increasing the OLR continuously and rapidly and the other was the terraced operating method which was increasing the OLR having adaptation period for each step. As a result of this tests, the ratio of VFA/Alkalinity of the process was very unstable under the rapidity operating method then the volume of produced biogas was dramatically decreased. However the process was shown stable performance under the terraced operating method maintaining the ratio of VFA/Alkalinity less than 0.4. Also, the process was performing the biogas recovery of $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$ and the VS removal ratio of 85%. T-RFLP analysis about the community of bacteria and methanogen is also conducted to check the change of the microbial community according to the methods of OLR increasing operation. The microbial community was changed by the methods of OLR increasing operation according to the result of T-RFLP analysis. Although the anaerobic digestion test was executed by same pilot plant, the reactivity and the tolerance of microbial community for surrounding environment could be considerably changed by the operating method for the process.
Because of the intensified environmental problems such as climate change and resource depletion, sewage treatment technology focused on energy management has recently attracted attention. The conversion of primary sludge from the primary sedimentation tank and excessive sludge from the secondary sedimentation tank into biogas is the key to energy-positive sewage treatment. In particular, the primary sedimentation tanks recover enriched biodegradable organic matter and anaerobic digestion process produces methane from the organic wastes for energy production. Such technologies for minimizing oxygen demand are leading the innovation regarding sewage treatment plants. However, sewage treatment facilities in Korea lack core technology and operational know-how. Actually, the energy potential of sewage is higher than sewage treatment energy consumption in the sewage treatment, but current processes are not adequately efficient in energy recovery. To improve this, it is possible to apply chemically enhanced primary treatment (CEPT), high-rate activated sludge (HRAS), and anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) to the primary sedimentation tank. To maximize the methane production of sewage treatment plants, organic wastes such as food waste and livestock manure can be digested. Additionally, mechanical pretreatment, thermal hydrolysis, and chemical pretreatment would enhance the methane conversion of organic waste. Power generation systems based on internal combustion engines are susceptible to heat source losses, requiring breakthrough energy conversion systems such as fuel cells. To realize the energy positive sewage treatment plant, primary organic matter recovery from sewage, biogas pretreatment, and co-digestion should be optimized in the energy management system based on the knowledge-based operation.
This study was conducted to investigate the effects on chemical properties of soil and yield of chinese cabbage when the piggery liquid slurry (ADS) digested anaerobically in the biogas plant was sprinkled to the soils. Treatments were composed of non-nitrogen plot (PK), chemical fertilizer plot (NPK) and ADS plot, and were arranged by randomized block design with 3 replications. The ADS was an alkali (pH 8.6) fertilizer containing 0.55% of total nitrogen, optimal levels of phosphorus, potassium and other components. When based (100%) on the yield of chinese cabbage in the NPK, those of the ADS and the PK were 114% and 43%, respectively. The nitrogen absorption of chinese cabbage at 50-d after transplant was significantly greater (p<0.05) in the ADS than other treatment. Heavy metal contents of soil were not difference between before and after experiment. With supplementing phosphorus and potassium sources in it, the ADS should be an excellent fertilizer in cabbage culture.
In this paper, we carried out the process modelling and economical analysis of the 500 kg-H2/d-class green hydrogen production system process based on biomethane from the Food Bio Energy Center in Chungju. As a result of economic analysis, the NPV(Net present value) after 15 years of operation is 3.831 billion won, the PI(Profitability index method) is 1.42. It was found that the project of 500 kg-H2/d-class green hydrogen production system has a 20.25% of IRR, which is higher than social discount rate of 4.5% and feasibility is ensured.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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