Aerobic biodegradation of fish-meal wastewater from lab scale to large scale

Abstract

Fish meal 제조 공정에서 발생하는 폐수(wastewater)를 재이용하기 위해, 새로이 분리된 7종의 호열성 미생물을 사용하여 Fish meal wastewater(FMW)의 호기적 생분해를 lab-scale 생물반응기에서 실험하였다. 8배 희석된 FMW를 이용한 생분해 반응의 마지막 배양액의 아미노산 성분(12.54g/100 sample)은 생분해를 하지 않은 FMW보다 거의 두 배로 나타났다. 마지막 배양액의 아미노산 수준은 상업적인 비료와 거의 대등하였다. FMW를 32배로 더 희석하여 기질로써 사용되어졌을 때, 생분해된 마지막 배양액에서 나던 강한 불쾌한 냄새가 보다 더 줄어듦을 알 수 있었다. Lab-scale 생분해의 결과는 생분해된 FMW을 비료의 생산으로써 기대되는 가능성을 제공하였다. 실험실 단위 결과를 토대로, 원액의 FMW를 설계된 1-ton reactor에서 large-scale 생분해 반응을 수행하였다. 생분해반응을 하는 동안에, 액체 배양액 속의 DO 농도는 pH, ORP와 밀접한 관련이 있었다. DO값을 낮게 유지했을 때, pH가 증가하고 ORP는 감소했으며 암모니아 냄새가 강하게 나는 결과를 보였다. DO가 1mg/L 수치 이상 유지되는 상태에서는 FMW로부터 나던 처음의 생선 비린내가 꽤 괜찮은 냄새로 바뀌었다. 그러므로 액체 배양액의 DO 수치는 마지막 발효된 배양액의 특성에 결정적인 영향을 주는 것을 알 수 있었고, ORP는 FMW의 생분해에 있어서 작용 요소의 열쇠임을 알 수 있었다. Bioreactor로부터 얻은 마지막 배양액은 시장에 유통되는 기간 동안 액체비료로써 품질 유지가 요구되어졌다. 3% lactic acid의 첨가는 6개월 동안 잘 보존 할 수 있었던 반면, lactic acid를 낮은 농도로 첨가한 경우는 결국 부패작용으로 알맞게 보존 할 수가 없었다. 좋은 상태의 마지막 배양액을 사용했을 때는 1% lactic acid의 첨가는 6개원동안 간장 냄새가 나고 풍부한 아미노산과 함께 보관 할 수 있었다. Large-scale 생분해반응의 결과로부터, FMW의 재이용은 높은 경제적 가치를 야기함을 기대할 수 있다.

To reutilize the wastewater generated during the process of fish-meal production (FMW), seven thermophilic microorganisms were newly isolated and their characteristics of aerobic biodegradation of FMW were examined in a lab-scale bioreactor. It clearly showed that the amino-acid composition (12.54 g·100g sample-1) in the final broth of the biodegradation using 8-fold diluted FMW was almost twice that of non-biodegraded FMW. The levels of amino acids in the final broth were also comparable to those in a commercial fertilizer. When more (32-fold) diluted FMW was used as a substrate, phytotoxicity of biodegraded final broth was further reduced with disappearance of a strong unpleasant smell in the end. The results of the lab-scale biodegradation suggest the promising potential of biodegraded FMW for the production of fertilizer. From the laboratory results, a large-scale biodegradation using the original FMW was designed and carried out in a 1-ton reactor. During the biodegradation, the concentration of DO in the liquid broth was closely related to pH and the oxidation reduction potential (ORP) as well. Keeping a low level of DO resulted in both the increase of pH and the decrease of ORP with strong smell of ammonia. Under the maintenance of DO level over 1 mg·l-1, the initial fishy smell from the FMW was converted to a pleasant smell in the end with production of fairly good content of amino acids. Therefore, the DO level in the liquid broth was found to be decisive influence on the quality of final fermented broth, and ORP to be a key operation parameter in biodegradation of FMW. The final broth taken from the bioreactor is required to be maintained its quality as a liquid fertilizer, during the period of circulation in market. The addition of 3% lactic acid could preserve the final broth well for six months, whereas the addition of lower concentrations of lactic acids could not preserve properly and resulted in putrefaction in the end. When a good-quality final broth was used, the addition of 1% lactic acid could preserve it for six months with amino-acids enriched soy sauce-like smell. From the results of the large-scale biodegradation, the reutilization of FMW is expected to yield high economic value.