Sequencing Batch Reactor (SBR) is well adopted for community wastewater treatment for its simplicity, performance and various advantageous treatment options. SBR is now drawing attention for its process modification such as coupled with membrane bioreactor, reverse osmosis or applying different media to achieve high removal efficiency. This study focused on the improved efficiency of carbon, nitrogen and phosphorous removal by applying zeolite materials called bioceramics to the SBR. Two laboratory-scale SBR units were operated in the same operating conditions - one with bioceramics called Bioceramic SBR (BCSBR) and the other without bioceramics used as control. Routine monitoring of COD, TP, $NH_3-N$, $NO_3-N$ was performed throughout this study. COD removal was about 80% to 100% and phosphorous removal was about 60% in the process whereas $NH_3-N$ removal efficiency was found to be 99.9% in the BCSBR unit. Addition of bioceramics also improved sludge characteristics such as sludge dewaterability, specific gravity and particle size. BCSBR can withstand high ammonia shock loading leading to the better treatment capacity of high ammonia containing wastewater. The cause of improved removal efficiencies within the biological reactor could be attributed to the biochemosorption mechanisms of bioceramics. Absorption/adsorption or desorption capacity of bioceramics was tested through laboratory experiments.
본 연구에서는 소규모 처리공법으로서 질소와 인을 효율적으로 제거할 수 있으며, 관리 및 운전이 용이한 연속회분식반응조(SBR)공정의 영양염류 제거특성에 대하여 연구하였다. 특히, 질소의 탈질 및 인의 과잉섭취에 영향을 미치는, 무산소구간의 반복횟수에 따라 변화하는 용존산소, COD, 질소 및 인의 반응특성을 파악하여 SBR공정의 무산소-호기 구간반복에 따른 운전특성을 파악하고자 하였다. 이에 호기-무산소구간을 1~4회 반복하여 Run 1~4의 실험을 수행한 결과, 무산소구간의 반복횟수가 많아질수록 탈질을 위한 낮은 용존산소 유지가 어려운 것으로 나타났다. COD 제거율의 경우 운전에 상관없이 모두 91% 이상의 양호한 결과를 나타냈으나, 추가적인 무산소구간이 없을 때 효율이 약간 더 우수하였다. 질소제거에 있어서는 무산소구간이 2회 및 3회 반복되었을 때 약 68%의 높은 제거율을 나타냈으며, 배출되는 질소의 구성은 99% 이상이 $NOX^--N$ 이었다. 인 제거에 있어서는 무산소구간이 1회~3회 반복되었을 때 약 40%의 양호한 제거효율을 나타냈다.
본 연구는 생물학적 폐수 처리 공정인 연속 회분식 반응기(sequencing batch reactor, SBR)에서 질소 제거 최적화를 위해 활성 오니 공정모델(activated sludge model, ASM No.1, ASM1)과 반복 동적 프로그래밍(iterative dynamic programming, IDP)을 이용하여 SBR의 처리 기준을 만족하면서 최적 운전 조건을 탐색하고 하는 것을 목적으로 하였다. 연속 회분식 반응기의 최적화를 위해 에너지 최소화와 최소 회분 시간이 질소 처리의 농도 그래프의 면적과 비례하는 점을 이용하여 이를 고려한 새로운 performance index를 제안하였다. 회분 시간과 에너지에 대항하는 면적에 적절한 비중(weight)을 줌으로써 최소 회분 시간과 최소 에너지 문제를 동시에 고려하였다. SBR에서 IDP를 이용한 최적 운전서 최적 용존 산소 농도의 설정치가 전체 회분 시간과 전체 에너지 비용에 동시에 영향을 미침을 알 수 있었고 최적 운전시 기존의 운전 방법과 같은 유기물과 질소 제거가 가능하고 동시에 전체 비용을 20%까지 줄일 수 있었다. 더 나아가 공정이상으로 실제 공정이 모델과 다른 모델링 에러에 의해 잘못된 모사의 경우에도 IDP를 이용하여 다시 재최적화할 수 있음을 보였다.
This paper is concerned with the modeling and identification of sequencing batch reactor (SBR) via genetic algorithm based polynomial neural network (GA-based PNN). The model describes a biological SBR used in the wastewater treatment process fur nitrogen removal. A conventional polynomial neural network (PNN) is applied to construct a predictive model of SBR process fur nitrogen removal before. But the performances of PNN depend strongly on the number of input variables available to the model, the number of input variables and type (order) of the polynomials to each node. They must be fixed by the designer in advance before the architecture is constructed. So the trial and error method must go with heavy computation burden and low efficiency. To alleviate these problems, we propose GA-based PNN. The order of the polynomial, the number of input variables, and the optimum input variables are encoded as a chromosome and fitness of each chromosome is computed. Simulation results have shown that the complex SBR process can be modeled reasonably well by the present scheme with a much simpler structure compared with the conventional PNN model.
In this study, we investigated the buffering effect with different COD, $NH_4{^+}-N$ and TP shock loads on the performance of lab-scale Sequencing Batch Reactor(SBR) using synthetic wastewater. This study was operated under the following conditions : HRT, 12 hrs : MLSS, 2,000 mg/L : F/M ratio, $0.2kgCOD/kgMLSS{\cdot}d$ : SRT, 20days, and was increased by a factor, COD : ranging from 200-2000 mg/L, $NH_4{^+}-N$ : ranging from 30-300 mg/L, T-P : ranging from 5-50 mg/L in the reactor. As results, COD removal rate at different shock loads was decreased until 42.1%(stable state : 95%) and concentration with effluent was higher than 695 mg/L(at Run 6). In case of $NH_4{^+}-N$ removal rate was decreased until 35.8% from 97.0% and also T-P removal rate was decreased until 5.0%. Effluent concentrations of COD, $NH_4{^+}-N$ and T-P were rapidly increased according to shock loads and needed 3, 4 and 6 additional cycle times for recovering the stable condition.
한국항해항만학회 2006년도 International Symposium on GPS/GNSS Vol.1
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pp.315-320
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2006
There have been several problems in treating shipboard sewage due to special environmental conditions of ship, such as limited space, rolling and pitching, change of temperature and so on. It was suggested that Sequence Batch Reactor (SBR) might be suitable process for overcome these problems in terms of small size, high capacity of treating wastewater and full automation. In this study a SBR process was employed for biological treatment of organic wastes in the shipboard sewage. This process was able to remove nitrogen and phosphorus as well as organic matter efficiently. More than 95% of chemical oxygen demand(COD) were removed. In addition, about 97% of total nitrogen (T-N) was reduced. The total phosphorus(T-P) reduction averaged 93%. A disturbance operation caused by the treatment of Methylene Blue Active Substances(MBAS) was not observed.
The main purpose of this study is to evaluate the characteristics of three sets of traditional control methods (proportional, integral, and proportional - integral controls) through lab-scale biological reactor experiments. An increase in proportional gain ($K_c$) resulted in reduced dissolved oxygen (DO) offset under proportional control. An increase in integral time ($T_i$) resulted in a slower response in DO concentration with less oscillation, but took longer to get to the set point. P-I control showed more stable and efficient control of DO and airflow rates compared to either proportional control or integral control. Developed P-I control system was successfully applied to lab-scale Sequencing Batch Reactor (SBR) for treating industrial wastewater with high organic strength.
This study investigated the effects of various arsenite concentrations on bio-hydrogen production from molasses using a sequence batch reactor (SBR) operated in a series of three batch cycles. In the first batch cycle, hydrogen production was stimulated at arsenite concentrations lower than 2.0 mg/L, while inhibition occurred at arsenite concentration higher than 2.0 mg/L compared to the control. Hydrogen production decreased substantially during the second batch cycle, while no hydrogen was produced during the third batch cycle at all tested concentrations. The toxic density increased with respect to the increase in arsenite concentrations (6.0 > 1.6 > 1.0 > 0.5 mg/L) and operation cycles (third cycle > second cycle > first cycle). The presence of microorganisms such as Clostridium sp. MSTE9, Uncultured Dysgonomonas sp. clone MEC-4, Pseudomonas parafulva FS04, and Uncultured bacterium clone 584CL3e9 resulted in active stimulation of hydrogen production, however, it was unlikely that Enterobacter sp. sed221 was not related to hydrogen production. The tolerance of arsenite in hydrogen producing microorganisms decreased with the increase in induction time, which resulted in severing the inhibition of continuous hydrogen production.
The respirometric technique has been used to analyze the nitrification process in a sequencing batch reactor(SBR) treating municipal wastewater. Especially the profile of the respiration rate very well expressed the reaction characteristics of nitrification. As the nitrification process required a significant amount of oxygen for nitrogen oxidation, the respiration rate due to nitrification was high. The maximum nitrification respiration rate, which was about $50mg\;O_2/L{\cdot}h$ under the period of sufficient nitrification, was related directly to the nitrification reaction rate and showed the nitrifiers activity. The growth rate of nitrifiers is the most critical parameter in the design of the biological nutrient removal systems. On the basis of nitrification kinetics, the maximum specific growth rate of nitrifiers in the SBR was estimated as $0.91d^{-1}$ at $20^{\circ}C$, and the active biomass of nitrifiers was calculated as 23 mg VSS/L and it was about 2% of total biomass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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