Темное брожение

Темное брожение – это ферментативное преобразование органического субстрата в биоводород . Это сложный процесс, осуществляемый различными группами бактерий , включающий серию биохимических реакций, состоящих из трех стадий, аналогичных анаэробному превращению . Темное брожение отличается от фотоферментации тем, что протекает без присутствия света .

Обзор

Ферментативные/гидролитические микроорганизмы гидролизуют сложные органические полимеры до мономеров, которые в дальнейшем превращаются в смесь низкомолекулярных органических кислот и спиртов за счет обязательного продуцирования ацидогенных бактерий. ^{[ нужна ссылка ]}

Использование сточных вод в качестве потенциального субстрата для производства биоводорода в последние годы вызывает значительный интерес, особенно в процессе темной ферментации. Промышленные сточные воды как ферментативный субстрат для производства H ₂ удовлетворяют большинству критериев, необходимых для выбора субстрата, а именно: доступность, стоимость и биоразлагаемость . ^[1]^[2] Сточные воды химических предприятий (Венката Мохан и др. , 2007a,b), сточные воды крупного рогатого скота (Танг и др. , 2008), сточные воды молочных производств (Венката Мохан и др., 2007c, Рай и др., 2012), сточные воды гидролизата крахмала ( Chen, et al. , 2008) и разработанные синтетические сточные воды (Venkata Mohan et al. , 2007a, 2008b), как сообщается, производят биоводород помимо очистки сточных вод в результате процессов темной ферментации с использованием селективно обогащенных смешанных культур в ацидофильных условиях. Различные сточные воды, а именно сточные воды бумажной фабрики (Идания и др. , 2005 г.), сточные воды крахмала (Чжан и др. , 2003 г.), сточные воды пищевой промышленности (Шин и др. , 2004 г., ван Гинкель и др. , 2005 г.) , бытовые сточные воды (Шин и др. , 2004, 2008e), сточные воды рисовых виноделен (Ю и др. , 2002), сточные воды винокуренных заводов и патоки (Рен и др. , 2007, Венката Мохан и др. , 2008a) , отходы пшеничной соломы (Fan, et al. , 2006) и сточные воды заводов по производству пальмового масла (Vijayaraghavan and Ahmed, 2006) изучались как ферментируемые субстраты для производства H ₂ наряду с очисткой сточных вод. Использование сточных вод в качестве ферментируемого субстрата облегчает как очистку сточных вод, за исключением H ₂ производства. Было обнаружено, что эффективность процесса производства H ₂ темного брожения зависит от предварительной обработки смешанных консорциумов, используемых в качестве биокатализатора , рабочего pH и скорости загрузки органических веществ, помимо характеристик сточных вод (Венката Мохан и др. , 2007d, 2008c, d, Виджая Бхаскар и др. , 2008d).

Несмотря на преимущества, основная проблема, наблюдаемая в процессах ферментативного производства H _{2 ,} заключается в относительно низкой эффективности преобразования энергии из органического источника. Типичный выход H ₂ находится в диапазоне от 1 до 2 моль H ₂ /моль глюкозы , в результате чего 80-90% исходной ХПК остается в сточных водах в виде различных летучих органических кислот (ЛЖК) и растворителей, таких как уксусная кислота . кислота , пропионовая кислота , масляная кислота и этанол . Даже в оптимальных условиях около 60-70% исходного органического вещества остается в растворе. о биоаугментации с помощью селективно обогащенных ацидогенных консорциумов для усиления продукции H ₂ Также сообщалось (Венката Мохан и др. , 2007b). Генерация и накопление растворимых кислотных метаболитов вызывает резкое падение рН системы и тормозит процесс продукции H ₂ . Использование неиспользованных источников углерода, присутствующих в ацидогенном процессе, для дополнительного производства биогаза поддерживает практическую применимость процесса. Одним из способов использования/восстановления оставшегося органического вещества в пригодной для использования форме является производство дополнительного H. ₂ путем терминальной интеграции фотоферментативных процессов производства H ₂ (Венката Мохан и др., 2008e, Рай и др., 2012) и метана путем интеграции ацидогенных процессов с терминальными метаногенными процессами. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Ссылки

^ Ангенент, Ларгус Т.; Карим, Хуршид; Аль-Даххан, Мутанна Х.; Ренн, Брайан А.; Домигес-Эспиноза, Роза (сентябрь 2004 г.). «Производство биоэнергетики и биохимикатов из промышленных и сельскохозяйственных сточных вод». Тенденции в биотехнологии . 22 (9): 477–485. дои : 10.1016/j.tibtech.2004.07.001 .
^ Капдан, Ильги Карапынар; Карги, Фикрет (март 2006 г.). «Производство биоводорода из отходов». Ферментные и микробные технологии . 38 (5): 569–582. doi : 10.1016/j.enzmictec.2005.09.015 .

Чен, С.-Д., Ли, К.-С., Ло, Ю.-К., Чен, В.-М., Ву, Ж.-Ф., Линь, К.-Ю., Чанг, Ж.-С., 2008, «Перийное и непрерывное производство биоводорода из гидролизата крахмала видами Clostridium». Международный журнал водородной энергетики 33 , 1803–1812 гг.
Даброк Б., Бахл Х., Готшалк Г., 1992. «Параметры, влияющие на производство растворителя Clostridium Pasteurianum», Appl Environ Microbiol , 58 , 1233-9.
Дас Д., Везироглу Т.Н., 2001. «Производство водорода биологическим процессом: обзор литературы». Международный журнал водородной энергетики 26 , 13-28
Дас, Д., 2008 г., «Международный семинар по технологии производства биоводорода» (IWBT 2008), 7–9 февраля 2008 г., ИИТ Харапгур. Международный журнал водородной энергетики 33 , 2627-8
Фан, Ю.Т., Чжан, Ю.Х., Чжан, С.Ф., Хоу, Х.В., Рен, Б.З., 2006. «Эффективное преобразование отходов пшеничной соломы в биоводород с помощью компоста из коровьего навоза». Биорес Технол 97 , 500-5
Ферчичи М., Крэбб Э., Гванг-Хун Г., Хинц В., Алмадиди А., 2005. «Влияние начального pH на производство водорода из сырной сыворотки». Дж. Биотехнология 120 , 402-9.
Идания, В.В., Ричард, С., Дерек, Р., Ноэми, Р.С., Гектор, МПВ, 2005. «Получение водорода посредством анаэробной ферментации отходов бумажной фабрики». Биорес Технол 96 , 1907–13 гг.
Капдан И.К., Карги Ф., 2006. «Производство биоводорода из отходов», Enzyme Microb Technol 38 , 569–82.
Ким Дж., Пак К., Ким Т.Х., Ли М., Ким С., Ким С., Сын Вук, Ли Дж., 2003. «Эффекты различных предварительных обработок для усиления анаэробных разложение отработанным активным илом». Дж. Биоски. Биоэнг 95 , 271-5
Кремер, Дж.Т., Бэгли, Д.М., 2007. «Повышение выхода ферментативного производства водорода». Биотехнология Лет 29 , 685–95
Логан, Бельгия, 2004. Тематическая статья: «Биологическое извлечение энергии из сточных вод: производство биоводорода и микробные топливные элементы». Энвайрон Сай Технол 38 , 160А-167А
Логан, Б.Е., О, С.Е., ван Гинкель, С., Ким, И.С., 2002. «Производство биологического водорода измеряется в анаэробных респирометрах периодического действия». Энвайрон Сай Технол 36 , 2530-5
Рай, Панкадж К., Сингх, С.П. и Астхана, Р.К. «Производство биоводорода из сточных вод сырной сыворотки в двухстадийном анаэробном процессе». Прикладная биохимия и биотехнология 2012, 167 (6) 1540-9
Рен, Н.К., Чуа, Х., Чан, С.Ю., Цанг, Ю.Ф., Ван, Ю.Дж., Син, Н., 2007. «Оценка оптимального типа ферментации для производства биоводорода в кислотогенных реакторах непрерывного действия», Biores Technol 98 , 1774. –80
Рой Чоудхури, С., Кокс, Д., Левандовски, М., 1988. «Производство водорода путем микробной ферментации». Международный журнал водородной энергетики 13 , 407-10.
Шин, Х.С., Юн, Дж.Х., Ким, Ш., 2004. «Производство водорода из пищевых отходов при анаэробном мезофильном и термофильном ацидогенезе». Международный журнал водородной энергетики 29 , 1355–1363 гг.
Спарлинг Р., Рисби Д., Поджи-Варальдо Х.М., 1997. «Производство водорода из ингибированных анаэробных компостеров». Международный журнал водородной энергетики 22 , 563–6.
Тан Г., Хуанг Дж., Сунь З., Тан К., Ян К., Лю Г., 2008. «Производство биоводорода из сточных вод крупного рогатого скота обогащенными анаэробными смешанными консорциумами: влияние температуры ферментации и pH ". J Biosci Bioengng. , 106 , 80-7
Вальдес-Васкес И., Риос-Леал Э., Муньос-Паес К.М., Кармона-Мартинес А., Поджи-Варальдо Х.М., 2006. «Влияние ингибирующей обработки, типа инокулята и температуры инкубации на партию Производство H2 из твердых органических отходов». Биотехнология Биоинж 95 , 342-9
ван Гинкель, ЮЗ, О, ЮВ, Логан. BE, 2005. «Производство биоводородного газа из пищевой промышленности и бытовых сточных вод». Международный журнал водородной энергетики 30 , 1535–1542 гг.
Венката Мохан, С., Виджая Бхаскар, Ю., Сарм, П.Н., 2007a. «Производство биоводорода путем химической очистки сточных вод с помощью селективно обогащенных анаэробных смешанных консорциумов в реакторе с биопленкой, работающем в периодическом прерывистом периодическом режиме». Вода Рез 41 , 2652–64
Венката Мохан С., Моханакришна Г., Вир Рагувулу С., Сарма, ПН, 2007б. «Увеличение производства биоводорода в результате химической очистки сточных вод в анаэробном секвенирующем биопленочном реакторе периодического действия (AnSBBR) путем биоаугментации селективно обогащенными анаэробными смешанными консорциумами, устойчивыми к канамицину». Международный журнал водородной энергетики 32 , 3284–92.
Венката Мохан, С., Лалит Бабу, В., Сарма, ПН, 2007c. «Анаэробное производство биоводорода при очистке сточных вод молочной промышленности в реакторе периодического действия (AnSBR): Влияние скорости загрузки органических веществ». Ферментные и микробные технологии 41(4) , 506-15.
Венката Мохан, С., Бхаскар, Ю.Б., Кришна, ТМ, Чандрасекхара Рао Н., Лалит Бабу В., Сарма, П.Н., 2007г. «Производство биоводорода из химических сточных вод в качестве субстрата селективно обогащенными анаэробными смешанными консорциумами: влияние pH ферментации и состава субстрата». Международный журнал водородной энергетики , 32 , 2286–95.
Венката Мохан С., Моханакришна Г., Раманайя С.В., Сарма П.Н., 2008a. «Одновременное производство биоводорода и очистка сточных вод в анаэробном периодическом реакторе периодического действия с биопленочной конфигурацией с использованием сточных вод дистиллерий». Международный журнал водородной энергетики 33(2) , 550-8
Венката Мохан С., Моханакришна Г., Раманайя С.В., Сарма П.Н., 2008b. «Интеграция ацидогенных и метаногенных процессов для одновременного производства биоводорода и метана при очистке сточных вод». Международный журнал водородной энергетики 33 , 2156–66.
Венката Мохан, С., Лалит Бабу, В., Сарма, ПН, 2008c. «Влияние различных методов предварительной обработки на анаэробную смешанную микрофлору для увеличения производства биоводорода с использованием сточных вод молочных предприятий в качестве субстрата». Биорес Технол 99 , 59-67
Венката Мохан, С., Лалит Бабу, В., Шрикант, С., Сарма, П.Н., 2008г. «Биоэлектрохимическое поведение ферментативного процесса получения водорода с функцией поддержания pH». Международный журнал водородной энергетики doi : 10.1016/j.ijhydene.2008.05.073
Венката Мохан, С., Шрикант, С., Динакар, П., Сарма, П.Н., 2008e. «Фотобиологическое производство водорода с помощью принятой смешанной культуры: анализ данных». Международный журнал водородной энергетики 33(2) , 559-69.
Венката Мохан, С., Моханакришна, Г., Редди, С.С., Раджу, Б.Д., Рама Рао, К.С., Сарма, П, Н., 2008f. «Самоиммобилизация ацидогенных смешанных консорциумов на мезопористом материале (SBA-15) и активированном угле для усиления ферментативного производства водорода». Международный журнал водородной энергетики doi : 10.1016/j.ijhydene.2008.07.096
Виджая Бхаскар, Ю., Венката Мохан С., Сарма, П.Н., 2008. «Влияние скорости загрузки субстрата в химические сточные воды на ферментативное производство биоводорода в реакторе периодического секвенирования с конфигурацией биопленки». Биорес Технол 99 , 6941–8
Виджаярагаван К., Ахмад Д., «Получение биоводорода из сточных вод заводов по производству пальмового масла с использованием анаэробного контактного фильтра». Международный журнал водородной энергетики 31 , 1284–91.
Ю, Х., Чжу, З., Ху, В., Чжан, Х., 2002. «Производство водорода из сточных вод рисового винодельческого завода в анаэробном реакторе с восходящим потоком с использованием смешанных анаэробных культур», International Journal of Hydrogen Energy 27 , 1359– 65
Чжан Т., Лю Х., Фанг Х.Х., 2003. «Производство биоводорода из крахмала в сточных водах в термофильных условиях». Дж. Энвирон Манаг 69 , 149-56
Чжу Х., Беланд М., 2006 г., «Оценка альтернативных методов получения семян, производящих водород, из переваренного осадка сточных вод». Международный журнал водородной энергетики 31 , 1980-8.

Внешние ссылки

Производство биоводорода из сточных вод

[1] Ангенент, Ларгус Т.; Карим, Хуршид; Аль-Даххан, Мутанна Х.; Ренн, Брайан А.; Домигес-Эспиноза, Роза (сентябрь 2004 г.). «Производство биоэнергетики и биохимикатов из промышленных и сельскохозяйственных сточных вод». Тенденции в биотехнологии . 22 (9): 477–485. дои : 10.1016/j.tibtech.2004.07.001 .

[2] Капдан, Ильги Карапынар; Карги, Фикрет (март 2006 г.). «Производство биоводорода из отходов». Ферментные и микробные технологии . 38 (5): 569–582. doi : 10.1016/j.enzmictec.2005.09.015 .

[1]

[2]