Laboratory-scale investigation into initial anaerobic biofilm development was carried out by circulating mixed liquor from a steady-state anaerobic reactor through silicone tubing and then rerurning the mixed liquor to the reactor. The wall of the silicone tubing was the surface upon which anaerobic biofilm accumulation or development was monitored. Methanogenic bacteria accumulation was monitored by F$_{420}$ fluorescence (picomoles F$_{420}$/cm$^{2}$) of the extracted biofilm material. Biofilm accumulation was measured by the increase in COD of the extracted material ($\mu $g COD/cm$^{2}$). Experiments were conducted for 25 days, and biofilm analyses were performed at 5 days intervals. The results indicated that the initial rates of methangen and anaerobic biofilm accumulation increased with increasing organic loading rate and higher initial rates were observed for 15 days than 15 day liquid HRT or SRT. When the initial rates were plotted against the corresponding mixed liquor volatile suspended solids the difference between the results at the two HRT's became much less significant. Thus, the concentration of mixed liquor volatile suspended solids was found to be a very important parameter affecting initial anaerobic biofilm development. The ratio of methanogens to anaerobic biofilm was also investigated. The results showed that the ratio remained constant through the 25 days of each experiment and for high organic loading rates. Based on the results of this research, a reduction, a reduction of start-up period of anaerobic fixed film reactors might be achieved by maintaining a high organic loading and a large concentration of anaerobic microorganisms in the mixed liquor during the start-up period.
A number of experiments were conducted in order to investigate the COD removal rate according to the biofilm thickness in a Fluidized-Bed Biofilm Reactor(FBBR). The following conditions were fixed during the experiments: superficial upflow velocity was 0.47cm/sec, operating temperature was $22{\pm}1{\circ}C$ and pH was about $7{\pm}0.1$. The synthetic wastewater based on glucose was used as a substrate. The COD removal efficiencies were shown as 73% and 95%, respectively, when organic loading rate was increased from $10kgCOD\;/\;{\textrm{m}^3}$.day to $80kgCOD\;/\;{\textrm{m}^3}$.day. Andrew's model of substrate removal rate which was commonly used in fixed-biofilm reactor was transformed and applied in this FBBR experiment to predict substrate removal rate and gave 85% agreement with the experimental values.
A number of experiments to treat wastewater of a dye plant were conducted to investigate the basic design parameters and effluent characteristics for aerobic fixed biofilm reactor upon the variation of organic loading rate. The media used for this study were SARAN 4000 D with specific surface area $153m^2/m^3$, and 1000 D with specific surface area $307m^2/m^3$. The influent COD concentration ranged from 1250 to 4080 mg/L. Substrate removal and variation of biomass concentration were observed. At the beginning, the effluent quality was poor but improved as the time passed. However the effluent quality became seriously deteriorated when the media clogged. At influent COD of 1250mg/L, the effluent COD varied little, even if the organic loading rate increased from 0.63 to 2.5kg COD/$m^3$/day. It was also noted that the design parameters for activated sludge process could be applied to an aerobic fixed biofilm process under the experimental conditions.
This study investigated the effects of organic loading rates on simultaneous carbon and nitrogen removal in an innovative fixed-film aerobic bioreactor. The fixed-film bioreactor (FFB) was composed of a two-compartment aeration tank, in which a synthetic filamentous carrier was submerged as biofilm support media, and a settling tank which polyvinylidene media (Saran) was used as settling aid for suspended solids. Three different organic loading rates, ranging from 0.92-2.02 kg chemical oxygen demand/$m^3$/day were applied by varying hydraulic retention time (HRT). The total soluble organic carbon removal efficiencies were in the range of 90-97%. The removal efficiency of ammonia was found to be in the range of 70-84%. Total nitrogen removal efficiency was found to be in the range of 40-45%, which indicates that denitrification reactions occurred simultaneously in the attached biofilm on the fibrous media in the aeration tank. The settling performance of suspended solids was significantly improved due to the presence of Saran media in the settling compartment, even for a short HRT. The fixed-film aerobic bioreactor used in this study demonstrated efficient treatment efficiency even at higher organic loading rates and at short HRTs.
In this study, the porous glass media was utilized as biomass carrier, and the optimum characteristics of this new media in fixed bed biofilm process were investigated. The characteristics of media considered here are a void volume fraction, a specific surface area, and surface characteristics of media. The effect of surface roughness and material could be clearly demonstrated by the fact that the porous glass media showed a good potential for biofilm development. This might results from the fact that biofilm is initially formed in the surface cavities of the media is protect from the shear effect. Therefore, the microcolonies are not readily detached by the fluid shear. In the steady state, biofilm formation along the packing bed depth was different from media to media. The specific area was also an important factor for the attachment of microorganism on the media surface. The specific area was also an important factor for the attachment of microorganism on the media surface. In the case of porous glass media, about $100m^2/m^3$ was enough to obtain a good organic removal efficiency The organic removal efficiency could be improved by increasing the void volume fraction in the reactor, at least 80% was required to obtain a high removal efficiency and prevent clogging. From the analysis of kinetics study, the yield coefficient, Y, was 0.42 mgMLSS/mgSBOD, endogenous respiration coefficient, ke, was $0.12day^{-1}$ and substrate removel coefficient of Mckinney. km, was $16.8hr^{-1}$ for the porous glass media G-2
This research discussed about the substrate transport phenomena in anaerobic biofilm. Three anaerobic fixed biofilm reactors were filled with the sludge of anaerobic digestor from Suyoung wastewater treatment plant. After 15 days of biofilm formation periods, suspended solids within the reactors were removed, and each fixed biofilm reactor was supplied with synthetic wastewater of different concentration of 8.00 mgTOC/L, 9.76 mgTOC/L and 18.97 mgTOC/L, respectively. The experimental results in conjunction with substrate transfer phenomena indicated that data - thickness, substrate removal rate. At the low influent substrate concentration(reactor 1 : 8.00 mgTOC/L, reactor 2 : 9.76 mgTOC/L), the rate of substrate utilization($k_v$), effective diffusivity($D_{eff}$) of substrate in biofilm were similar. While $k_v$ and $D_{eff}$ of the high influent substrate concentration(reactor 3 : 18.97 mgTOC/L) were higher than data in the reactors of the low influent substrate concentration.
Using rotating biological contactor(RBC) with artificial endogenous stage and aerobic fixed biofilm reactor(AFBR), organic material removal and biological nitrification of piggery wastewater has been studied at a pilot plant. RBC was operated in the endogenous phase at a interval of every 25 days. The concentration of COD, BOD and TKN in influent wastewater were from 2,940 to 3,800 mg/L, from 1,190 to 1,850 mg/L and from 486 to 754 mg/L respectively. The maximum active biomass content represented as VSS per unit aera was $2.0mg/cm$^{2}$ and biofilm dry density of $17mg/cm^{3}$ was observed at biofilm thickness of $900{\;}{\mu}m$. It was observed that the pilot scale RBC/AFBR process exhibited 72 percentage to 93 percentage of BOD removal, In order to obtain more than 90 percentage of BOD removal, the organic loading rate to the RBC/AFBR process should be maintained less than $0.09{\;}m^{3}/m^{2}{\cdot}day(125.9g{;\}BOD/m^{3}{\cdot}d$. The TKN removal efficiencies was from 45.5 to 90.9 percentage according to vary influent loading rate, It was estimated that the RBC/AFBR process consumed approximately 6.2 mg/L(as $CaCO_{3}$) of alkalinity per 1 mg/L of $NH_{3}$-N oxidized as the nitrification took piace.
This study was carried out to treat textile wastewater using anaerobic sludge and aerobic fixed-bed biofilm reactor immobilized with Bacillus sp. dominated activated sludge(Bacillus sp. fraction : 81.5%). The range of influent con-centration of SCOD and soluble color were 1032-1507 mg/1, and 1239-1854 degree, respectively. Continuous treatment experiments were performed with variation of textile wastewater ratio at a same HRT. When textile wastewater ratio was 100%(HRT : 24 hours), The removal efficiency of SCOD and soluble color were 88% and 78%, respectively. When compare aerobic reactor of this study that was immobilized with Bacillus sp. dominated activated sludge to other study that was immobilized with activated sludge, SCOD and soluble color removal efficiency of this study showed a little higher efficiency than immobilized with activated sludge. The Bacillus sp. fraction of initial condition was 81.5%), but the fraction after operation was decreased to 31.8%).
This study was to discuss limiting factors influenced on the removal efficiencies of nitrogenous compounds investigated using the polypropyrene media which was to attach microorganism in order to apply the fixed-biofilm process. The main limiting factors are the hydraulic retention time (HRT), C/N ratio, $COD/NO_{3}-N$ ratio and temperature. The hydraulic retention time HRT were 6, 8, 10, 12 hrs and the C/N ratio range was 2.5-9.5. The $COD/NO_{3}-N$ ratio range was 3.2-21.9 and the temperature were 15, 20, 25, 30, $35^{\circ}C$, respectively. The results of this study are summerized as follows. 1. Hydraulic retention time (HRT) to obtain removal efficiencies of T-N higher than 85% had to be 10 hrs above. 2. The removal efficiencies of T-N decreased at C/N ratio from 6.2 to 4.8 in this anoxic-contact aeration system. 3. Denitrification rate decreased at $COD/NO$_{3}$-N$ ratio from 8.0 to 5.0 4. As temperature increased, removal efficiencies of T-N increased.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.1
no.1
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pp.43-51
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1981
A model of substrate utilization witbin bacterial films has been developed and simulated for a better understanding of fixed film treatment processes. The model consists of two parts, a deep biofilm and a thin biofilm, which are classified based on substrate penetration into the biofilm. Substrate concentration and flux within a biofilm can be computed from the model. Three dimensionless parameters, ${\phi}_1$, ${\phi}_2$ and $\bar{S}_b$ were obtained during model construction, and the substrate concentration and flux can be expressed in terms of these parameters. It has been found that an. increase of ${\phi}_1$ or a decrease of ${\phi}_2$ results in an increase of treatment efficiencies. It has also been found that systems maintaining high efficiencies belong to a deep biofilm. Among the constants involved, the mass transfer coefficient is the only controllable term and it depends Largely on fluid velocity near the biofilm surface. Substrate removal efficiency may be increased with an increase of fluid velocity for a biofilm of fixed depth. However, film depth is decreased due to sloughing with increasing velocity, and the system reaches a new steady state. Because changes in film depth are not well defined quantitatively yet, the efficiency can not be clearly described at a new steady state.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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