Although membrane bio-reactor (MBR) have shown high efficiency in organic removal, membrane fouling in MBRs restricts their widespread application because it reduces productivity and increases maintenance and operating costs. Extracellular polymeric substances (EPS) and soluble microbial products (SMP) are known as main microbial products to induce the membrane bio-fouling. In this work EPS and SMP formation-degradation was simulated with mathematical model based on the activated sludge model no. 1 (ASM1). For the precise modeling, experiment values of microbial kinetics in MBR were used instead of microbial kinetics offered in AMS1. Also to elucidate the effect of sludge retention time (SRT) on microbial kinetic parameters, three reactors were operated under different SRT (SRT 30, 60, 90 days).
As a result, it was found that MBR sludge have different microbial kinetic values as compared with the activated sludge process. Yield value, growth rate, and decay rate were dependent on the SRT among the various microbial kinetic parameters of MBRs. Yield value and growth rate were decreased from 0.56 to 0.43 and 3.25 $day^{-1}$ to 1.17 $day^{-1}$ with the increased SRT. On the contrary decay rate was increased from 0.60 $day^{-1}$ to 0.77 $day^{-1}$. These kinetic values were applied for EPS and SMP model, which was set up based on the unified theory. In this theory the apparently distinct products from the EPS and SMP were overlapped each other. In this model, the effect of SRT was not observed in SMP production but EPS production, and the experimental results showed good agreement with the simulation results. Finally for the exact modeling of EPS and SMP production in MBR, the use of ASM1 kinetic parameters is not recommended.
막 결합 생물반응조는 유기물 제거율이 높아 최근 많이 사용되고 있다. 하지만 막오염에 의해 유량이 감소하고, 유지비용이 많이 드는 단점이 있다. 특히 EPS와 SMP는 막오염의 주 원인으로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 EPS와 SMP의 발생을 예측하기 위하여 ASM1에 바탕을 둔 수학적 모델을 하였다. 좀 더 정확한 모델링을 하기 위해 ASM1에서 사용하는 동역학적 상수 대신 MBR 반응조를 운전하여 구한 동역학적 상수를 사용하였다. 또 SRT에 의한 영향을 평가하기 위해 SRT를 30, 60, 90일로 조절한 3개의 반응조를 운전하였다. 동역학적 상수를 평가해본 결과 ASM1에서 사용하는 값과 차이가 많았다. 또 동역학적 상수는 SRT에 많은 영향을 받았다. 미생물 수율과 성장속도는 SRT가 증가함에 따라 0.56~0.43, 3.25 $day^{-1}$ ~1.17 $day^{-1}$ 로 감소하였다. 하지만 미생물 감소속도는 SRT가 증가함에 따라 0.60 $day^{-1}$ ~ 0.77 $day^{-1}$ 로 증가하였다. 위의 동역학적 상수를 토대로 EPS와 SMP모델링을 하였다. 그 결과 EPS는 SRT에 영향을 받았지만, SMP는 SRT와 크게 연관이 없었다. 이 모델을 실험값과 매우 일치하였다. 따라서 정확한 EPS와 SMP 발생모델을 하기 위해서는 MBR의 동역학적 상수값을 사용해야 한다.
