To increase the efficiency of a two-stage anaerobic wastewater digestion system, various polymers were added to the methanogenic reactor as supports. The addition of polyurethane addition (6%, w/v) to the methanogenic reactor facilitated the organic loading rate (2-day Hydraulic Retention Time), higher than that of the conventional methanogenic reactor (6-day HRT). During the operation of the polyurethane-added reactor, a significant decrease in the organic mass in the effluent (COD 5-6 kg/l) was achieved, compared to that of the conventional reactor (COD 15-20 kg/l). The methane gas production rate also improved about 3-fold in the polyurethane-added reactor. More biomass was found to accumulate in the polyurethane-liquid phase (volatile solid, 26-28kg) than in the free-liquid phase (volatile solid, 5- 7 kg/l) after 90 days of operation. A scaled-up experiment with a polyurethane-added 2.5-1 reactor confirmed the previous results, and no adverse effects such as plugging or channeling due to decreased efficiency was observed even after 4 months of operation.
A pilot scale experiment was performed for a year to develop a two-phase anaerobic process for piggery wastewater treatment (COD: 6,000mg/L, BOD: 4,000mg/L, SS: 500mg/L, pH 8.4, alkalinity 6,000mg/L). The acidogenic reactor had a total volume of 3㎥, and the methanogenic reactor, an anaerobic up-flow sludge filter, combining a filter and a sludge bed, was also of total volume 3㎥(1.5㎥ of upper packing material). Temperatures of the acidogenic and methanogenic reactors kept at 20$^{\circ}C$ and 35$^{\circ}C$, respectively. When the pH of the acidogenic reactor was controlled at 6.0-7.0 with HCl, the COD removal efficiency increased from 50 to 80% over a period of six months, and as a result, the COD of the final effluent fell in the range of 1,000-1,500 mg/L. BOD removal efficiency over the same period was above 90%, and 300 to 400 mg/L was maintained in the final effluent. The average SS in the final effluent was 270 mg/L. The methane production was 0.32㎥ CH$_4$/kg COD(sub)removed and methane content of the methanogenic reactor was high value at 80-90%. When the pH of the acidogenic reactor was not controlled over the final two months, the pH reached 8.2 and acid conversion decreased compared with that of pH controlled, while COD removal was similar to the pH controlled operation. Without pH control, the methane content in the gas from methanogenic reactor improved to 90%, compared to 80% with pH control.
The diversity and distribution of methanogenic archaea in a four-compartment anaerobic baffled reactor (ABR) treating sugar refinery wastewater were investigated by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). At an organic loading rate of 5.33 kg $COD/m^3{\cdot}day$, the ABR could perform steadily with the mean chemical oxygen demand (COD) removal of 94.8% and the specific $CH_4$ yield of 0.21 l/g $COD_{removed}$. The $CH_4$ content in the biogas was increased along the compartments, whereas the percentage of $H_2$ was decreased, indicating the distribution characteristics of the methanogens occurred longitudinally down the ABR. A high phylogenetic and ecological diversity of methanogens was found in the ABR, and all the detected methanogens were classified into six groups, including Methanomicrobiales, Methanosarcinales, Methanobacteriales, Crenarchaeota, Arc I, and Unidentified. Among the methanogenic population, the acid-tolerant hydrogenotrophic methanogens including Methanoregula and Methanosphaerula dominated the first two compartments. In the last two compartments, the dominant methanogenic population was Methanosaeta, which was the major acetate oxidizer under methanogenic conditions and could promote the formation of granular sludge. The distribution of the hydrogenotrophic (acid-tolerant) and acetotrophic methanogens in sequence along the compartments allowed the ABR to perform more efficiently and steadily.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.22
no.4
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pp.629-637
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2000
A two-phase anaerobic reactor with a submerged microfiltration system was tested for its ability to produce methane energy from organic wastewater. A membrane separation system with periodic backwashing with compressed air was submerged in the acidogenic reactor. The cartridge type of microfiltration (MF) membrane with pore size of $0.5{\mu}m$ (mixed esters of cellulose) was tested. An AUBF (Anaerobic Upflow Sludge Bed Filter: 1/2 packed with plastic media) was used for the methanogenic reactor. Soluble starch was used as a substrate. The COD removal was investigated for various organic loading with synthetic wastewater of 5,000 mg starch/L. When the hydraulic retention time (HRT) of the acidogenic reactor was changed from 10 to 4.5 days, the organic loading rate (OLR) varied from 0.5 to $1.0kg\;COD/m^3-day$. When the HRT of the methanogenic reactor was changed from 2.8 to 0.5 days, the OLR varied from 0.8 to $5.8kg\;COD/m^3-day$. The acid conversion rate of the acidogenic reactor was over 80% in the 4~5 days of HRT. The overall COD removal efficiency of the methanogenic reactor showed over 95% (effluent COD was below 300 mg/L) under the highly fluctuating organic loading condition. A two-phase anaerobic reactor showed an excellent acid conversion rate from organic wastewater due to the higher biomass concentration than the conventional system. A methanogenic reactor combined with sludge bed and filter, showed an efficient COD and SS removal.
The purpose of this study is to investigate the performances of organic removal and methane recovery in the full scale two-phase anaerobic system. The full scale two-phase anaerobic system was consists of an acidogenic ABR (Anaerobic Baffled Reactor) and a methanognic UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) reactor. The volume of acidogenic and methanogenic reactors is designed to 28.3 $m^3$ and 75.3 $m^3$. The two-phase anaerobic system represented 60-82% of COD removal efficiency when the influent COD concentration was in the range of 7,150 to 16,270 mg/L after screening (average concentration is 10,280 mg/L). After steady-state, the effluent COD concentration in the methanogenic reactor showed 2,740 $\pm$ 330 mg/L by representing average COD removal efficiency was 71.4 $\pm$ 8.1% when the operating temperature was in the range of 19-32$^{\circ}C$. The effluent SCOD concentration was in the range of 2,000-3,000 mg/L at the steady state while the volatile fatty concentration was not detected in the effluent. Meanwhile, the COD removal efficiency in the acidogenic reactor showed less than 5%. The acidogenic reactor played key roles to reduce a shock-loading when periodic shock loading was applied and to acidify influent organics. Due to the high concentration of alkalinity and high pH in the effluent of the methanogenic reactor, over 80% of methane in the biogas was produced consistently. More than 70 % of methane was recovered from theoretical methane production of TCOD removed in this research. The produced gas can be directly used as a heat source to increase the reactor temperature.
The purpose of this study is to investigate the performances of organic removal and methane recovery by using a full scale two-phase anaerobic system. The full scale two-phase anaerobic process was consists of an acidogenic anaerobic baffled reactor (ABR) and a methanognic upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. The volumes of acidogenic and methanogenic reactors were designed to $28.3m^3$ and $75.3m^3$. The two-phase anaerobic system represented 60-82% of COD removal efficiency when the influent COD concentration was in the range of 7,150 to 16,270 mg/L after screening (average concentration is 10,280 mg/L). After steady-state, the effluent COD concentration in the methanogenic reactor showed $2,740{\pm}330 mg/L$ by representing average COD removal efficiency was $71.4{\pm}8.1%$ when the operating temperature was in the range of $19-32^{\circ}C$. The effluent SCOD concentration was in the range of 2,000-3,000 mg/L at the steady state while the volatile fatty acid concentration was not detected in the effluent. Meanwhile, the COD removal efficiency in the acidogenic reactor showed less than 5%. The acidogenic reactor played key roles to reduce a shock-loading when periodic shock loading was applied and to acidify influent organics. Due to the high concentration of alkalinity and high pH in the effluent of the methanogenic reactor, over 80% of methane in the biogas was produced consistently. More than 70% of methane was recovered from theoretical methane production of TCOD removed in this research. The produced gas can be directly used as a heat source to increase the reactor temperature.
Batch experiments were conducted to investigate the effect of electron donor on reductive dechlorination of 2,4,5-trichlorophenol by a methanogenic consortium. The methanogenic consortium was obtained from the anaerobic digester of a municipal wastewater treatment plant. The batch reactor containing methanogenic consortium was spiked with 2,4,6-trichlorophenol at 10 mg/$\ell$. Acetate, ethanol, glucose of methanol, each was added as an electron donor for methanogenic consortium. During the course of the experiments liquid samples were taken from the batch reactor to measure dechlorination rate and find the dechlorination pathway of 2,4,6-trichlorophenol. After incubation 2,4,6-trichlorophenol was first dechlorinated to 2,4-dichlorophenol and then to 4-chlorophenol. Phenol was not detected in the batch reactor the highest rate of dechlorination of 2,4,6-trichlorophenol was observed when ethanol was used as an electron donor.
For the recycling of swine takes 2 different steps in fermenting procedure, acidogenic reactor and methanogenic reactor, the activity of involved microbes can be maintained at the maximum level. This study showed applying 2 separate steps in anaerobic fermentation has improved fermenting efficiency over the conventional 1 step fermentation. Accordingly, the results are coincident with the hypothesis in which 2 steps acidogenic and methanogenic reactor fermentation is more efficient than conventional (1 step) fermentation that makes poisonous materials be obviate and abate. And the results also get the effective performance in the production of methane gas.
Methanogenic activity of granular sludge was monitored by specific methanogenic activity (SMA) assay and confocal laser scanning microscopy (CLSM) during start-up of a thermophilic UASB reactor. Autofluorescence by CLSM could visualize the methanogenic bacterial population inside sludge granules and its intensity was proportional to SMA. Considering the complex procedures of SMA measurement, fluorescence quantification by CLSM can be suggested as a routine technique measuring methanogenic activity in UASB granules.
A feasibility of a pilot scale two-phase anaerobic digestion with ultra filtration system treating garbage leachate were evaluated. The treatment system consisted of a thermophilic acidogenic reactor, a mesophilic methanogenic reactor, and an UF membrane. The average COD removal efficiency of the treatment system was 95% up to the OLR of 3.1 g COD/L/d. The higher COD removal efficiency with membrane unit resulted from the removal of some portion of soluble organics by membrane as well as particulate materials. When the membrane unit was in operation, bulk liquid in acidogenic and methanogenic reactors was partially interchanged, which maintained the acidogenic reactor pH over 5.0 without external chemical addition. Also, with the production of methane in the acidogenic reactor, the organic loading rate of the methanogenic reactor reduced. The initial flux of the membrane unit was $50{\sim}60L/m^2/hr$, but decreased to $5 L/m^2/hr$ after 95 days of operation due to clogging caused by particulate materials such as fibrous materials in garbage leachate. To prevent clogging caused by particulate materials, a pretreatment system such as screening is required. With the improvement with membrane unit operation, the two-phase anaerobic digestion with ultra filtration system is expected to have the possibility of treating garbage leachate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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