The advantage of simultaneous nitrification and denitrification (SND) is to reduce requirement of oxygen as well as tank volume. The fludized media was used in the oxic (aerobic) tank of Membrane-BNR to enhance the efficiency of SND. Nowadays, the interest of applying membrane to the wastewater treatment plant has been increased, which is proved by a lot of research published about the MBR. The Membrane-BNR, consisted of total 5 reactors might be called the compact process by using the fludized media and having short HRT of 6.5 hr. It could attain the further removal of not only the organics but also nutrients such as T-N and T-P. The mode A and B were identified with or without the step feed of influent. The mode A was classified with 3 modes according to the different DO concentration in the fludized media aerobic reactor, and the mode B with step feed was operated with the optimum DO condition. The step-feed was capable of improving TN removal efficiency under the domestic wastewater with the low ratio C/N. On the other hand, the efficiency of SND with the 1.0~1.5 mg/L DO in the oxic media tank was better than the one with below 1.0 mg/L, on which the nitrification did not happen enough, and with above 3.5 mg/L, on which the reduction of anoxic area in the tank happened. It means that the profitable nitrification should be performed prior to the denitrification step. The removal efficiency of nitrogen by SND was about 20% among of total denitrified nitrogen. And some organic carbon consumed could be reduced by the endogeneous denitrification.
Domestic sewage treatment plants (STPs) consume about 0.5 % of total electric energy produced annually, which is equivalent to 207.7 billion Korean won per year. To minimize the energy consumption and as a way of mitigating the depletion of energy sources, the sewage treatment strategy should be improved to the level of "energy positive". The core processes for the energy positive sewage treatment include A-stage for energy recovery and B-stage for energy-efficient nitrogen removal. The integrated process is known as the A/B-process. In A-stage, chemically enhanced primary treatment (CEPT) or high rate activated sludge (HRAS) processes can be utilized by modifying the primary settling in the first stage of sewage treatment. CEPT utilizes chemical coagulation and flocculation, while HRAS applies returned activated sludge for the efficient recovery of organic contents. The two processes showed organic recovery efficiencies ranging from 60 to 70 %. At a given recovery efficiency of 80 %, 17.3 % of energy potential ($1,398kJ/m^3$) is recovered through the anaerobic digestion and combustion of methane. Besides, anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) can recover 85% of organic contents and generate $1,580kJ/m^3$ from the sewage. The recovered energy is equal to the amount of energy consumption by sewage treatment equipped with anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX)-based B-stage, $810{\sim}1,620kJ/m^3$. Therefore, it is possible to upgrade STPs as efficient as energy neutral. However, additional novel technologies, such as, fuel cell and co-digestion, should be applied to achieve "energy positive" sewage treatment.
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 paper deals with the influence of chemical oxygen demand to nitrogen ratio ((COD/N) ratio) on the performance of an membrane bioreactor. We aim at establishing relations between COD/N ratio, organisms' distribution and sludge properties (specific resistance to filtration (SRF) and membrane fouling). It is also essential to define new criteria to characterize the autotrophic microorganisms, as the measurements of apparent removal rates of ammonium seem irrelevant to characterize their specific activity. Two experiments (A and B) have been carried on a 30 L lab scale membrane bioreactor with low COD/N ratio (2.3 and 1.5). The obtained results clearly indicate the role of the COD/N ratio on the biomass distribution and performance of the membrane bioreactor. New specific criteria for characterising the autotrophic microorganisms activity, is also defined as the ratio of maximum ammonium rate to the specific oxygen uptake rate in the endogenous state for autotrophic bacteria which seem to be constant whatever the operating conditions are. They are about 24.5 to 23.8 $gN-NH_4{^+}/gO_2$, for run A and B, respectively. Moreover, the filterability of the biological suspension appear significantly lower, specific resistance to filtration and membrane fouling rate are less than $10^{14}m^{-2}$ and $0.07\;10^{12}m^{-1}.d^{-1}$ respectively, than in conventional MBR confirming the adv < antage of the membrane bioreactor functioning under low COD/N ratio.
Park, Kihak;Lee, Hosik;Ha, Junsu;Kim, Keugtae;Lim, Chaeseung
Journal of Korean Society on Water Environment
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v.37
no.2
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pp.128-136
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2021
It is generally known that a wastewater treatment plant (WWTP) consumes immense energy even if it can produce energy. With an aim to increase the energy independence rate of WWTP from 3.5% in 2010 to 50% in 2030, the Korean government has invested enormous research funds. In this study, cost-effective operating alternatives were investigated by analyzing the energy efficiency and economic feasibility for biogas and power generation using new and renewable energy. Based on the US EPA Energy Conservation Measures and Korea ESCO projects, energy production and independence rate were also analyzed. The main energy consumption equipment in WWTP is the blower for aeration, discharge pump for effluent, and pump for influent. Considering the processes of WWTP, the specific energy consumption rate of the process using media and MBR was the lowest (0.549 kWh/㎥) and the highest (1.427 kWh/㎥), respectively. Energy-saving by enhancing anaerobic digester efficiency was turned out to be efficient when in conjunction with stable wastewater treatment. The result of economic analysis (B/C ratio) was 2.5 for digestive gas power generation, 0.86 for small hydropower, 0.49 for solar energy, and 0.15 for wind energy, respectively. Furthermore, it was observed that the energy independence rate could be enhanced by installing energy production facilities such as solar and small hydropower and reducing energy consumption via the replacement of high-efficiency operating.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.12
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pp.1113-1122
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2009
In order to find the way to solve the problem of sewage sludge discharge into the ocean, the sludge solubilization by ultrasonic and the improvement methods of wastewater treatment process were studied. In the membrane bioreactor the sludge retention time was stepwise increased from 5.1 day to 442 days where the biomass average concentration has been increased from $c_B$=3.4 $gTSSL^{-1}$ to $c_B$=14.5 $gTSSL^{-1}$ respectively. At the same time, the biomass yield coefficients were reduced from 0.5-0.7 at SRT=5.1 day to 0.005-0.007 at SRT=442 days which means the reduction of sludge production. Oxygen mass transfer coefficients and ${\alpha}$-factor were investigated with changing stirrer speed to find the relation between the high biomass concentration and aeration efficiency in the propeller loop reactor. As a result of sludge solubilization, the solubilization of sludge by ultrasound was increased with increasing energy input and it led to improved anaerobic digestion rate with more biogas production than that of nonsolubilized sewage sludge.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.11
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pp.7227-7236
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2015
The survey revealed that, due to the discharge characteristics of seafood wastewater, irregular inflow loads were caused, making it difficult to treat the wastewater safely. It is crucial for the operation of pressure and floating tanks for the treatment of high-concentration organic wastewater such as seafood wastewater. The survey of operation factors for the pressure and floating tanks revealed this: A/S ratio 0.05 (design criteria 0.01), the pressurized air pressure 8bar(design criteria 6bar), the pressure tank pressure 6bar (design criteria 4.5bar), and HRT 60sec(design criteria: 10sec). Also, the recirculation rate was changed to over 40%(design criteria: 30%), and the surface load rate was changed to under $13.7m^3/m^2{\cdot}hr$(design criteria: under $17.7m^3/m^2{\cdot}hr$); thus, compared to the initial design criteria, the operation factors were changed according to inflow characteristics, thus enhancing the pressure and floating tank performance. The survey of inflow load revealed BOD 140.7%, $COD_{Mn}$ 120.32%, and SS 106.3%, compared to the inflow design criteria, as well as T-N 135.5% and T-P173.3%, higher than the design criteria. The survey of the treatment facility annual operation cost revealed high portions in sludge treatment cost(27.7%) and chemicals costs(26.0%), and the sludge treatment cost will likely further increase due to the ban on ocean dumping. The unit cost for the treatment of seafood wastewater was found to be KRW 3,858 per ton, more than 27 times higher than the sewage treatment cost(KRW 142.6/ton), presumably because the seafood wastewater contains high-concentration organic substances and nutritive salts.
Kim Kwan-Yeop;Kim Jin-Mo;Kim Hyung-Soo;Lee Sang-Bek;Park Eugene;Bae Sung-Soo
Membrane Journal
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v.15
no.2
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pp.114-120
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2005
The purpose of this study is to obtain practical information about membrane coupled $ A_2O$ system for muncipal wastewater treatment. A flat-plate microfiltration (MF) module with a pore size $0.25\;{\mu}m$ was submerged into the aeration basin and treated water was filtrated through the membrane by continuous suction with low pressure. The system was operated with synthetic wastewater to find operational parameters of internal recycle ratio and maximum MLSS showing best water quality and long-term stability. The internal recycle was defined as type 1 for aerobic to anoxic tank and type 2 for anoxic to anaerobic tank, respectively When the flux was maintained at $0.015\;m^3/m^2/hr$ (15 LMH) with 2Q type 1 internal recycle ratio, the optimal operational setting were 10 internal recycle ratio for type 2 and maximum MLSS of 11,000 mg/L among tested conditions. At this condition, removal efficiencies of BOD, CODcr, T-N and T-P showed $97.3\%,\;94.2\%,\;64.0\%,\;63.0\%$, respectively.
Journal of Korea Spatial Information System Society
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v.8
no.2
s.17
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pp.53-73
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2006
Recently, the need for Location-Based Services (LBS) has increased due to the development of mobile devices, such as PDAs, cellular phones and GPS. As a moving object database that stores and manages the positions of moving objects is the core technology of LBS, the scheme for maintaining the main memory DBMS to the server is necessary to store and process frequent reported positions of moving objects efficiently. However, previous works on a moving object database have studied mostly a disk based moving object index that is not guaranteed to work efficiently in the main memory DBMS because these indexes did not consider characteristics of the main memory. It is necessary to study the main memory index scheme for a moving object database. In this paper, we propose the main memory index scheme based on the R-tree for storing and processing positions of moving objects efficiently in the main memory DBMS. The proposed index scheme, which uses a growing node structure, prevents the splitting cost from increasing by delaying the node splitting when a node overflows. The proposed scheme also improves the search performance by using a MergeAndSplit policy for reducing overlaps between nodes and a LargeDomainNodeSplit policy for reducing a ratio of a domain size occupied by node's MBRs. Our experiments show that the proposed index scheme outperforms the existing index scheme on the maximum 30% for range queries.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.5
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pp.519-524
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2005
Due to the low C/N ratio of domestic wastewater characteristic, addition of external carbon source for the effective N and P removal is necessary. High organic content of food waste can be used for the external carbon source in biological nutrient removal processes, The applicability of condensate of food waste (CFW), which is produced during the high-rate fermentation process, was examined in membrane bioreactor for the nutrient removal. Under the various operating conditions, nutrient removal efficiencies and membrane fouling characteristics were evaluated using synthetic wastewater. From nitrate utilization rate (NUR) test, denitrification rate was 0.19 g $NO_3-N/g$ VSS/day. With the addition of CFW increased, average removal efficiencies of T-N and T-P could be increased up to 64% and 41%, respectively. Also the optimal retention time was 3 hr/5 hr for anoxic/aerobic reactor. When applied to real sewage, membrane fouling resistance was increased up to 60%, which could be reduced from $10.4{\times}10^{12}m^{-1}$ to $5.9{\times}10^{12}m^{-1}$ with the control of influent suspended solid concentration. In summary, it was suggested that CFW could be used as an economical and effective carbon source for membrane assisted biological N and P removal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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