Review of Continuous Fermentative Hydrogen-Producing Bioreactors from Complex Wastewater

Abstract

In recent years, the production of hydrogen through dark fermentation has become increasingly popular because it is a sustainable approach to produce clean energy. Thus, an evaluation of studies reported on hydrogen production from different complex wastewaters will be of immense importance in economizing production technologies. This work presents a review of the advances in the bioreactor and bioprocess design for biohydrogen production from different complex wastewaters. The biohydrogen production is discussed emphasizing the production metabolic pathways, bioreactor configuration and operation, organic loading rate (OLR), pretreatment of wastewater, as well as microbial diversity. Also, in this review, various bioreactor configurations and performance parameters including H 2 yield (HY) and hydrogen production rate (HPR) are evaluated and presented. The work concludes with challenges and prospects of biohydrogen production and claims for more systematic and comprehensive studies on the subject.

Impact of glucose concentration on productivity and yield of hydrogen production by the new isolate Clostridium beijerinckii Br21

“…H 2 accumulation in the batch reactors might also have inhibited fermentation and lowered the H 2 yields . However, as mentioned before, the same inverse effect for substrate concentration versus H 2 yield has been verified during the operation of continuous reactors, which do not accumulate H 2 inside the device …”

Production of Biofuels (H2&CH4) from Food Leftovers via Dual-Stage Anaerobic Digestion: Enhancement of Bioenergy Production and Determination of Metabolic Fingerprinting of Microbial Communities

“…Finally, methane is produced through methanogensis phase from H2 and CO2 consumption under anaerobic condition [16,17]. The operation conditions of the fermenters such as microbial load, pH, temperature, mixing, retention time and organic loading rate (OLR) are very important parameters to enhance the degradation efficiency processes [18,19]. Fermentative hydrogen production has been performed using a variety of global fermentation systems [20] and could be dynamically produced from different co-digestion between different substrates [21].…”

Otimização da produção de hidrogênio a partir de resíduos de banana: avaliação da diversidade de bactérias autóctones e distribuição funcional

“…Entretanto, quando aumentou a concentração de celobiose de 2,0 g.L -1 para 3,5, 5,0 e 6,5 g.L -1 verificou-se redução do YH2 para 80,08, 51,52 e 39,63 mL.g -1 , respectivamente. Alguns autores (Sharma e Li, 2009;Cappelletti et al, 2011;Rosa e Silva, 2017;Fonseca et al, 2018) também observaram diminuição do rendimento do hidrogênio quando aumentaram a concentração da fonte inicial de carbono. Esses autores concluíram que o aumento da concentração do substrato favorece a síntese de ácidos carboxílicos, por sua vez, o acúmulo destes ácidos pode levar a diminuição do pH e consequentemente inibição da biomassa fermentativa, justificando a diminuição do Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Programa de Pós-graduação em Hidráulica e Saneamento valor do pH inicial de 7 para abaixo de 5,0 nos ensaios com maior concentração de celobiose (2-6,5 g.L -1 ), enquanto no ensaio com menor concentração (0,5 g.L -1 ) o pH foi de 7 para 6,7 (Tabela 5.21).…”

“…A diminuição do rendimento de hidrogênio com aumento da concentração inicial de celobiose também pode ser justificada pela pressão parcial de H2 exercida no headspace, ou seja, o aumento da concentração de substrato de 0,5 para 6,5 g.L -1 proporcionou o aumento da produção de H2 de 1,72 para 17,25 mmol.L -1 , cerca de 10 vezes mais. A alta produção de H2 nesses ensaios pode ter contribuído com o aumento da pressão parcial de H2 inibindo as reações de fermentação refletindo em baixos rendimentos de hidrogênio (Rosa e Silva, 2017).…”