Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của Nồng độ Chất Substrate từ Chất Thải Trái Cây và pH lên Sản Xuất Biogas bởi Văn Hóa Phối Trộn
Tóm tắt
Biohydrogen đề cập đến quá trình sản xuất khí hydro (H2) từ các chất thải hữu cơ thông qua vi sinh vật để tạo ra các nguồn năng lượng tái tạo và bền vững cũng như cho các hoạt động tái chế. Nghiên cứu hiện tại nhằm mục đích lên men kỵ khí các chất thải hữu cơ, cụ thể là vỏ cam, lõi và xương trái cây, như một nguồn nguyên liệu đáng chú ý để sản xuất biohydrogen và khí methane với tỷ lệ thức ăn/microorganism (F/M) từ 1 đến 10 và nồng độ hợp chất ban đầu từ 20 đến 100 g tổng đường/l. Động học của quá trình lên men kỵ khí theo từng mẻ với văn hóa hỗn hợp từ giống mầm nước thải sinh hoạt và quá trình xử lý acid đã được nghiên cứu trong điều kiện nhiệt độ ấm (30 °C) và nhiệt độ cao (45–60 °C). Sản xuất biohydrogen thuận lợi đã được quan sát khi xử lý hỗn hợp chất nền hữu cơ 27 g VS/l với tiền xử lý acid H2SO4 0.3 N. Tiền xử lý acid với nồng độ chất nền 0.2 N cải thiện quá trình lên men với sản lượng tích lũy đạt 0.89 ml/g trong thể tích hydrogen từ 10 đến 45%. Quá trình lên men vỏ trái cây đã tạo ra tổng sản lượng khí ở mức 3.5 ml STP/gram VS, trong khi lên men lõi tạo ra tỷ lệ thể tích H2 dao động từ 5 đến 32%. Sản lượng hydrogen tối đa đã được quan sát đạt 57 ml/mg VS ở tỷ lệ F/M là 7 sau 44 giờ sôi kỵ khí trong điều kiện nhiệt độ cao. Ngược lại, trong điều kiện nhiệt độ ấm, tỷ lệ sản xuất hydrogen đạt 39 ml/mg VS tại khoảng F/M hẹp là 6 và mức giảm 46% VS. Tốc độ tiến triển đặc biệt cao nhất của văn hóa hỗn hợp đạt được tại 40 g tổng đường/l với pH 5.5 trong điều kiện nhiệt độ cao 55 °C. Do đó, công việc thực nghiệm được thiết lập tốt làm sáng tỏ một phương pháp độc đáo cho việc tạo ra H2 trong môi trường lên men kỵ khí được kiểm soát.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
M.L. Rivera, H.L. MacLean, B. McCabe, Implications of passive energy efficiency measures on life cycle greenhouse gas emissions of high-rise residential building envelopes. Energy Build. 249, 111202 (2021). https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.111202
C. Tisdell, Global warming and the future of Pacific Island countries. Int. J. Soc. Econ. 35, 889–903 (2008). https://doi.org/10.1108/03068290810911444
F. Johnsson, J. Kjärstad, J. Rootzén, The threat to climate change mitigation posed by the abundance of fossil fuels. Clim. Policy. 19, 258–274 (2019). https://doi.org/10.1080/14693062.2018.1483885
M. Zhang, Y. Fan, Y. Xing, C. Pan, G. Zhang, J. Lay, Enhanced biohydrogen production from cornstalk wastes with acidification pretreatment by mixed anaerobic cultures. Biomass Bioenergy 31, 250–254 (2007). https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2006.08.004
C.Y. Lin, C.H. Lay, Carbon/nitrogen-ratio effect on fermentative hydrogen production by mixed microflora. Int. J. Hydrog. Energy 29, 41–45 (2004). https://doi.org/10.1016/S0360-3199(03)00083-1
M. Momirlan, T.N. Veziroglu, Current status of hydrogen energy. Renew. Sustain. Energy Rev. 6, 141–179 (2002). https://doi.org/10.1016/S1364-0321(02)00004-7
V.M. Medisetty, R. Kumar, M.H. Ahmadi, D.V.N. Vo, A.A.V. Ochoa, R. Solanki, Overview on the current status of hydrogen energy research and development in India. Chem. Eng. Technol. 43, 613–624 (2020). https://doi.org/10.1002/ceat.201900496
L. Fan, Z. Tu, S.H. Chan, Recent development of hydrogen and fuel cell technologies: a review. Energy Rep. 7, 8421–8446 (2021). https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.08.003
J. Benemann, Hydrogen production: progress and prospects. Nat. Biotechnol. 14, 1101–1103 (1996)
C. Li, H.H.P. Fang, Fermentative hydrogen production from wastewater and solid wastes by mixed cultures. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 37, 1–39 (2007). https://doi.org/10.1080/10643380600729071
B. Xiao, J. Liu, Effects of various pretreatments on biohydrogen production from sewage sludge. Chin. Sci. Bull. 54, 2038–2044 (2009). https://doi.org/10.1007/s11434-009-0100-z
L.J. Thompson, V. Gray, D. Lindsay, A. Von Holy, Carbon:nitrogen:phosphorus ratios influence biofilm formation by enterobacter cloacae and Citrobacter freundii. J. Appl. Microbiol. 101, 1105–1113 (2006). https://doi.org/10.1111/j.1365-2672.2006.03003.x
A. Yoshida, T. Nishimura, H. Kawaguchi, M. Inui, H. Yukawa, Enhanced hydrogen production from glucose using ldh- and frd-inactivated Escherichia coli strains. Appl. Microbiol. Biotechnol. 73, 67–72 (2006). https://doi.org/10.1007/s00253-006-0456-9
J. Wongtanet, B.I. Sang, S.M. Lee, D. Pak, Biohydrogen production by fermentative process in continous stirred-tank reactor. Int. J. Green Energy 4, 385–395 (2007). https://doi.org/10.1080/15435070701465581
T. Jarunglumlert, C. Prommuak, N. Putmai, P. Pavasant, Scaling-up bio-hydrogen production from food waste: Feasibilities and challenges. Int. J. Hydrog. Energy 43, 634–648 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.10.013
N.H.M. Yasin, T. Mumtaz, M.A. Hassan, N. Abd Rahman, Food waste and food processing waste for biohydrogen production: a review. J. Environ. Manag. 130, 375–385 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.09.009
J. Wang, W. Wan, Factors influencing fermentative hydrogen production: a review. Int. J. Hydrog. Energy 34, 799–811 (2009). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.11.015
G.D. Zupančič, N. Uranjek-Ževart, M. Roš, Full-scale anaerobic co-digestion of organic waste and municipal sludge. Biomass Bioenerg. 32, 162–167 (2008). https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2007.07.006
L. De Baere, Anaerobic digestion of solid waste: state-of-the-art. Water Sci. Technol. 41, 283–290 (2000). https://doi.org/10.2166/wst.2000.0082
A. Khalid, M. Arshad, M. Anjum, T. Mahmood, L. Dawson, The anaerobic digestion of solid organic waste. Waste Manag. 31, 1737–1744 (2011). https://doi.org/10.1016/j.wasman.2011.03.021
A. Zaeni, P.E. Susilowati, H. Harlia, N. Rasmin, Anaerobic digestion of solid and liquid organic waste with microorganism from manure. IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. (2019). https://doi.org/10.1088/1755-1315/299/1/012063
Y. Li, S.Y. Park, J. Zhu, Solid-state anaerobic digestion for methane production from organic waste. Renew. Sustain. Energy Rev. 15, 821–826 (2011). https://doi.org/10.1016/j.rser.2010.07.042
S. Eker, M. Sarp, Hydrogen gas production from waste paper by dark fermentation: effects of initial substrate and biomass concentrations. Int. J. Hydrog. Energy 42, 2562–2568 (2017). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.04.020
D. Jiang, X. Ge, T. Zhang, H. Liu, Q. Zhang, Photo-fermentative hydrogen production from enzymatic hydrolysate of corn stalk pith with a photosynthetic consortium. Int. J. Hydrog. Energy 41, 16778–16785 (2016). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.07.129
K. Cahyari, A.M. Putri, E.D. Oktaviani, M.A. Hidayat, J.D. Norajsha, Biohydrogen production from pineapple waste: effect of substrate concentration and acid pretreatment. IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. (2018). https://doi.org/10.1088/1757-899X/358/1/012001
S. Feng, H.H. Ngo, W. Guo, M.A. Khan, S. Zhang, G. Luo, Y. Liu, D. An, X. Zhang, Fruit peel crude enzymes for enhancement of biohydrogen production from synthetic swine wastewater by improving biohydrogen-formation processes of dark fermentation. Bioresour. Technol. 372, 128670 (2023). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.128670
T.H. Kim, S.R. Lee, Y.K. Nam, J. Yang, C. Park, M. Lee, Disintegration of excess activated sludge by hydrogen peroxide oxidation. Desalination 246, 275–284 (2009). https://doi.org/10.1016/j.desal.2008.06.023
F.R. Hawkes, R. Dinsdale, D.L. Hawkes, I. Hussy, Sustainable fermentative hydrogen production: challenges for process optimisation. Int. J. Hydrog. Energy 27, 1339–1347 (2002). https://doi.org/10.1016/S0360-3199(02)00090-3
R. Wikandari, R. Millati, M.N. Cahyanto, M.J. Taherzadeh, Biogas production from citrus waste by membrane bioreactor. Membranes (Basel) 4, 596–607 (2014). https://doi.org/10.3390/membranes4030596
R. Wikandari, H. Nguyen, R. Millati, C. Niklasson, M.J. Taherzadeh, Improvement of biogas production from orange peel waste by leaching of limonene. Biomed. Res. Int. (2015). https://doi.org/10.1155/2015/494182
M. Pourbafrani, G. Forgács, I.S. Horváth, C. Niklasson, M.J. Taherzadeh, Production of biofuels, limonene and pectin from citrus wastes. Bioresour. Technol. 101, 4246–4250 (2010). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.01.077
M. Wilson, Recommended methods of manure analysis. Recomm. Methods Manure Anal. (2022). https://doi.org/10.24926/9781946135858
R.S. Chaurasiya, H. Umesh Hebbar, Extraction of bromelain from pineapple core and purification by RME and precipitation methods. Sep. Purif. Technol. 111, 90–97 (2013). https://doi.org/10.1016/j.seppur.2013.03.029
Y.J. Lee, T. Miyahara, T. Noike, Effect of pH on microbial hydrogen fermentation. J. Chem. Technol. Biotechnol. 77, 694–698 (2002). https://doi.org/10.1002/jctb.623