SCOPUS
SCIE
Process kinetic studies of biohydrogen production by co-fermentation of fruit-vegetable wastes and cottage cheese whey
저자
Basak, Bikram ; Fatima, Adiba ; Jeon, Byong-Hun ; Ganguly, Amit ; Chatterjee, Pradip Kumar ; Dey, Apurba
발행기관
학술지명
Energy for sustainable development(the journal of the International Energy Initiative)
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-주제어
등재정보
SCOPUS,SCIE
자료형태
학술저널
수록면
39-52(14쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>Hydrogen (H<SUB>2</SUB>) is considered as fuel for future and its biological production from renewable feedstocks is very promising. Dark fermentation of fruit-vegetable waste (FVW) and cottage cheese whey (CCW) for the production of H<SUB>2</SUB> constitutes a promising way for combining energy generation and lignocellulosic waste management. In this work, process kinetics of biohydrogen production via dark fermentation of FVW and CCW by pretreated anaerobic sludge inocula were investigated. To inhibit H<SUB>2</SUB> consuming methanogens, the effects of various inoculum pretreatment, viz., 2-bromoethanesulfonate, heat-shock, acid, alkali, UV, and ultrasonication on H<SUB>2</SUB>-production were investigated which revealed 2-bromoethanesulfonate, heat-shock and acid-treated inoculum resulted in maximum bioH<SUB>2</SUB> production and yield of 118.12 ± 1.05, 93.37 ± 1.3, 96.32 mMol/L and 1.66, 1.22 ± 0.01, 1.39 ± 0.02 mMol/gCOD<SUB>initial</SUB>, respectively. The effects of system initial pH, substrate to inoculum (<I>S</I> <SUB> <I>0</I> </SUB> <I>/X</I> <SUB> <I>0</I> </SUB>) and carbon to nitrogen (<I>C/N</I>) ratio on H<SUB>2</SUB>-production were evaluated which revealed maximum H<SUB>2</SUB> production and yield could be achieved at pH 7, <I>S</I> <SUB> <I>0</I> </SUB> <I>/X</I> <SUB> <I>0</I> </SUB> of 10.6 g<SUB>COD</SUB>/g<SUB>VS</SUB>, and <I>C/N</I> 26.8. Modified Gompertz model and Modified Logistic model were used to define various kinetic parameters pertaining to cumulative H<SUB>2</SUB>-production which showed high <I>R</I> <SUP>2</SUP> values (≥0.98). The influence of pH on H<SUB>2</SUB> and ethanol/volatile fatty acids production kinetics were evaluated using Andrew's and Ratkowsky's model showing relatively good <I>R</I> <SUP>2</SUP> values (≥0.62). Remarkably high production of ethanol (2.43 ± 0.28 mg/L) was noticed alongside H<SUB>2</SUB> production at pH 7 suggesting that bioethanol can be recovered at the end of fermentative H<SUB>2</SUB> production. Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism and 16s rDNA sequencing revealed dominance of 9 bacterial species such as <I>Escherichia coli</I>, <I>Clostridium butyricum</I>, <I>Streptococcus henryi</I>, and 6 others uncultured bacteroides. This research determined different kinetic parameters for an enhanced H<SUB>2</SUB> production strategy by co-fermentation of FVW and CCW providing an understanding of process behavior which will in turn help in the upscaling of the H<SUB>2</SUB>-production processes.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> Various inoculum pretreatments were evaluated to maximize H<SUB>2</SUB> production. </LI> <LI> Characterization of H<SUB>2</SUB> production from co-fermentation of fruit-vegetable waste and cheese whey. </LI> <LI> Kinetic analyses of H<SUB>2</SUB> production using various unstructured mathematical models. </LI> <LI> Microbial population analysis of consortium was conducted using t-RFLP and 16s rDNA sequencing. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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