Темное брожение

Преобразование органического субстрата в биоводород

Темная ферментация — это ферментативное преобразование органического субстрата в биоводород . Это сложный процесс, проявляющийся различными группами бактерий , включающий ряд биохимических реакций, использующих три этапа, похожих на анаэробную конверсию . Темная ферментация отличается от фотоферментации тем, что она происходит без присутствия света .

Обзор

Ферментативные/гидролитические микроорганизмы гидролизуют сложные органические полимеры до мономеров, которые далее преобразуются в смесь низкомолекулярных органических кислот и спиртов под действием обязательно продуцирующих кислотогенных бактерий. ^{[ необходима ссылка ]}

Использование сточных вод в качестве потенциального субстрата для производства биоводорода привлекло значительный интерес в последние годы, особенно в процессе темной ферментации. Промышленные сточные воды в качестве ферментативного субстрата для производства H2 _{отвечают} большинству критериев, необходимых для выбора субстрата, а именно: доступность, стоимость и биоразлагаемость . ^{[1] [2]} Сообщалось , что химические сточные воды (Venkata Mohan и др. , 2007a,b), сточные воды крупного рогатого скота (Tang и др. , 2008), сточные воды молочных производств (Venkata Mohan и др. , 2007c, Rai и др., 2012), сточные воды гидролизата крахмала (Chen и др. , 2008) и сконструированные синтетические сточные воды (Venkata Mohan и др. , 2007a, 2008b) производят биоводород, помимо очистки сточных вод в процессах темной ферментации с использованием селективно обогащенных смешанных культур в ацидофильных условиях. Различные сточные воды, а именно сточные воды бумажной фабрики (Idania и др. , 2005), крахмальные стоки (Zhang и др. , 2003), сточные воды пищевой промышленности (Shin и др. , 2004, van Ginkel и др. , 2005), бытовые сточные воды (Shin и др. , 2004, 2008e), сточные воды рисовых виноделен (Yu и др. , 2002), сточные воды ликероводочных заводов и патоки (Ren и др. , 2007, Venkata Mohan и др. , 2008a), отходы пшеничной соломы (Fan и др. , 2006) и сточные воды заводов по производству пальмового масла (Vijayaraghavan и Ahmed, 2006) были изучены в качестве ферментируемых субстратов для производства H2 _наряду с очисткой сточных вод. Использование сточных вод в качестве ферментируемого субстрата облегчает как очистку сточных вод, так и производство H _2. Было обнаружено, что эффективность процесса темного ферментативного производства H ₂ зависит от предварительной обработки смешанных консорциумов, используемых в качестве биокатализатора , рабочего pH и скорости органической нагрузки, помимо характеристик сточных вод (Venkata Mohan et al. , 2007d, 2008c, d, Vijaya Bhaskar et al. , 2008d).

Несмотря на свои преимущества, основной проблемой, наблюдаемой при ферментативных процессах производства H _{2 ,} является относительно низкая эффективность преобразования энергии из органического источника. Типичные выходы H ₂ составляют от 1 до 2  моль H ₂ /моль глюкозы , что приводит к тому, что 80-90% исходного ХПК остается в сточных водах в виде различных летучих органических кислот (ЛЖК) и растворителей, таких как уксусная кислота , пропионовая кислота , масляная кислота и этанол . Даже при оптимальных условиях около 60-70% исходного органического вещества остается в растворе. Также сообщалось о биоаугментации с селективно обогащенными ацидогенными консорциумами для усиления производства H _{2 (Venkata Mohan} et al. , 2007b). Образование и накопление растворимых метаболитов кислот вызывает резкое падение pH системы и подавляет процесс производства H ₂ . Использование неиспользованных источников углерода , присутствующих в ацидогенном процессе, для дополнительного производства биогаза поддерживает практическую применимость процесса. Одним из способов использования/извлечения оставшегося органического вещества в пригодной для использования форме является производство дополнительного H ₂ путем терминальной интеграции фотоферментативных процессов производства H ₂ (Venkata Mohan et al. 2008e, Rai et al. 2012) и метана путем интеграции ацидогенных процессов в терминальные метаногенные процессы. ^{[ необходима цитата ]}

Смотрите также

• Биогаз
• Биоводород
• Биологическое производство водорода (водоросли)
• Биомасса
• Электрогидрогенез
• Ферментация (биохимия)
• Микробный топливный элемент

Ссылки

1. Angenent, Largus T.; Karim, Khursheed; Al-Dahhan, Muthanna H.; Wrenn, Brian A.; Domíguez-Espinosa, Rosa (сентябрь 2004 г.). «Производство биоэнергии и биохимикатов из промышленных и сельскохозяйственных сточных вод». Trends in Biotechnology . 22 (9): 477–485. doi :10.1016/j.tibtech.2004.07.001. PMID  15331229.
2. Капдан, Илги Карапинар; Карги, Фикрет (март 2006 г.). «Производство биоводорода из отходов». Enzyme and Microbial Technology . 38 (5): 569–582. doi :10.1016/j.enzmictec.2005.09.015.

• Chen, S.-D., Lee, K.-S., Lo, Y.-C., Chen, W.-M., Wu, J.-F., Lin, C.-Y., Chang, J.-S., 2008, «Периодическое и непрерывное производство биоводорода из гидролизата крахмала видами Clostridium». Международный журнал водородной энергетики 33 , 1803–12
• Даброк, Б., Бахл, Х., Готтшалк, Г., 1992. «Параметры, влияющие на выработку растворителя Clostridium pasteurianum», Appl Environ Microbiol , 58 , 1233-9
• Дас, Д., Везироглу, ТН, 2001. «Производство водорода биологическим способом: обзор литературы». Международный журнал водородной энергетики 26 , 13-28
• Дас, Д., 2008, "Международный семинар по технологии производства биоводорода" (IWBT 2008), 7–9 февраля 2008 г., ИИТ Харапгур. Международный журнал водородной энергетики 33 , 2627-8
• Fan, YT, Zhang, YH, Zhang, SF, Hou, HW., Ren, BZ., 2006. "Эффективное преобразование отходов пшеничной соломы в биоводородный газ с помощью компоста из коровьего навоза". Biores Technol 97 , 500-5
• Ферчичи, М., Краббе, Э., Гванг-Хун, Г., Хинц, В., Альмадиди, А., 2005. «Влияние начального pH на производство водорода из сырной сыворотки». J Biotechnol 120 , 402-9
• Идания, В.В., Ричард, С., Дерек, Р., Ноэми, Р.С., Гектор, МПВ, 2005. «Получение водорода путем анаэробной ферментации отходов бумажной фабрики». Biores Technol 96 , 1907–13
• Капдан, И.К., Карги, Ф., 2006. «Производство биоводорода из отходов», Enzyme Microb Technol 38 , 569–82
• Ким, Дж., Парк, К., Ким, ТХ., Ли, М., Ким, С., Ким, С., Сын-Вук., Ли, Дж., 2003. "Влияние различных предварительных обработок на улучшенное анаэробное сбраживание с использованием отработанного активированного ила". J. Biosci. Bioeng 95 , 271-5
• Kraemer, JT, Bagley, DM, 2007. «Улучшение выхода от ферментативного производства водорода». Biotechnol Let 29 , 685–95
• Логан, BE, 2004. Статья: «Биологическое извлечение энергии из сточных вод: производство биоводорода и микробные топливные элементы». Environ Sci Technol 38 , 160A-167A
• Логан, Б. Э., О, С. Э., ван Гинкель, С., Ким, И. С., 2002. «Биологическое производство водорода, измеренное в анаэробных респирометрах периодического действия». Environ Sci Technol 36 , 2530-5
• Рай, Панкадж К, Сингх, СП и Астана, РК. «Производство биоводорода из сточных вод сырной сыворотки в двухэтапном анаэробном процессе». Прикладная биохимия и биотехнология 2012, 167 (6) 1540-9
• Ren, NQ, Chua, H., Chan, SY, Tsang, YF, Wang, YJ, Sin, N., 2007. «Оценка оптимального типа ферментации для производства биоводорода в проточных ацидогенных реакторах», 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
• Shin, HS, Youn, JH, Kim, SH, 2004. «Производство водорода из пищевых отходов в анаэробном мезофильном и термофильном ацидогенезе». Международный журнал водородной энергетики 29 , 1355–63
• Sparling, R., Risbey, D., Poggi-Varaldo, HM, 1997. «Производство водорода из ингибированных анаэробных компостеров». Международный журнал водородной энергетики 22 , 563–6
• Tang, G., Huang, J., Sun, Z., Tang, Q., Yan, C., Liu, G., 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-Лиал, Э., Муньос-Паес, К.М., Кармона-Мартинес, А., Поджи-Варальдо, Х.М., 2006. «Влияние ингибирующей обработки, типа инокулята и температуры инкубации на серийное производство H2 из органических твердых отходов». Biotechnol Bioeng 95 , 342-9
• van Ginkel, SW, Oh, SE, Logan. BE, 2005. «Производство биоводородного газа из пищевых отходов и бытовых сточных вод». Международный журнал водородной энергетики 30 , 1535–42
• Venkata Mohan, S., Vijaya Bhaskar, Y., Sarm, PN, 2007a. «Производство биоводорода из химической очистки сточных вод с помощью селективно обогащенных анаэробных смешанных консорциумов в реакторе с биопленочной конфигурацией, работающем в периодическом прерывистом пакетном режиме». Water Res 41 , 2652–64
• Venkata Mohan, S., Mohanakrishna G., Veer Raghuvulu S., Sarma, PN, 2007b. «Улучшение производства биоводорода при химической очистке сточных вод в анаэробном секвенирующем периодическом биопленочном реакторе (AnSBBR) путем биоаугментации с селективно обогащенными канамицин-устойчивыми анаэробными смешанными консорциумами». Международный журнал водородной энергетики 32 , 3284–92
• Venkata Mohan, S., Lalit Babu, V., Sarma, PN, 2007c. "Анаэробное производство биоводорода из сточных вод молочной промышленности в реакторе периодического действия (AnSBR): влияние скорости органической загрузки". Enzyme and Microbial Technology 41(4) , 506-15
• Venkata Mohan, S., Bhaskar, YB, Krishna, TM, Chandrasekhara Rao N., Lalit Babu V., Sarma, PN, 2007d. «Производство биоводорода из химических сточных вод в качестве субстрата с помощью селективно обогащенных анаэробных смешанных консорциумов: влияние pH ферментации и состава субстрата». Международный журнал водородной энергетики , 32 , 2286–95
• Venkata Mohan, S., Mohanakrishna, G., Ramanaiah, SV, Sarma, PN, 2008a. «Одновременное производство биоводорода и очистка сточных вод в анаэробном периодическом прерывистом реакторе периодического действия с биопленочной конфигурацией с использованием сточных вод дистилляционного завода». Международный журнал водородной энергетики 33(2) , 550-8
• Venkata Mohan, S., Mohanakrishna, G., Ramanaiah, SV, Sarma, PN, 2008b. «Интеграция ацидогенных и метаногенных процессов для одновременного производства биоводорода и метана из сточных вод». Международный журнал водородной энергетики 33 , 2156–66
• Венката Мохан, С., Лалит Бабу, В., Сарма, П.Н., 2008c. «Влияние различных методов предварительной обработки на анаэробную смешанную микрофлору для повышения производства биоводорода с использованием молочных сточных вод в качестве субстрата». Biores Technol 99 , 59-67
• Venkata Mohan, S., Lalit Babu, V., Srikanth, S., Sarma, PN, 2008d. "Биоэлектрохимическое поведение процесса ферментативного производства водорода с функцией pH питания". Международный журнал водородной энергетики doi :10.1016/j.ijhydene.2008.05.073
• Venkata Mohan, S., Srikanth, S., Dinakar, P., Sarma, PN, 2008e. "Фотобиологическое производство водорода с помощью принятой смешанной культуры: анализ обертывания данных". Международный журнал водородной энергетики 33(2) , 559-69
• Venkata Mohan, S., Mohanakrishna, G., Reddy, SS, Raju, BD, Rama Rao, KS, Sarma, P, N., 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, Й., Венката Мохан С., Сарма, П. Н., 2008. «Влияние скорости загрузки субстрата химическими сточным водами на ферментативное производство биоводорода в реакторе периодического действия с биопленочной конфигурацией». Biores Technol 99 , 6941–8
• Виджаярагхаван, К., Ахмад, Д., «Получение биоводорода из отходов завода по производству пальмового масла с использованием анаэробного контактного фильтра». Международный журнал водородной энергетики 31 , 1284–91
• Юй, 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», Международный журнал водородной энергетики 27 , 1359–65
• Чжан, Т., Лю, Х., Фан, Х.Х.П., 2003. «Производство биоводорода из крахмала в сточных водах в термофильных условиях». J Environ Manag 69 , 149-56
• Чжу, Х., Беланд, М., 2006, «Оценка альтернативных методов подготовки семян, продуцирующих водород, из переработанного ила сточных вод». Международный журнал водородной энергетики 31 , 1980-8

Внешние ссылки

• Производство биоводорода из сточных вод