This study aims to find out optimum condition for hydrogen production and organic removal when treating food and swine wastewater together. For this purpose, various batch tests were conducted by changing mixture ratio from 6:4 (food wastewater:swine wastewater) to 1:9 without pretreatment process. For hydrogen production through anaerobic fermentation, the mixture ratios of R-1 (6:4), R-2 (5:5) and R-6 (1:9) were out of pH range appropriate for hydrogen production and mixture ratios of R-3 (4:6), R-4 (3:7), and R-5(2:8) showed appropriate hydrogen production where their pH ranges were 5.1~5.5. Especially in case of R-3, it consistently maintained appropriate pH range for hydrogen production for 72hr and produced maximum hydrogen. The characteristics of hydrogen production and cumulative hydrogen production according to each mixture ratio showed that R-1, R-2 and R-6 did not produce any hydrogen, and maximum hydrogen productions of R-3, R-4 and R-5 were 593ml, 419ml and 90ml, respectively. Total cumulative hydrogen productions of R-3, R-4 and R-5 were 1690ml, 425ml and 96ml, respectively. Based on previous results, it was concluded that, the most appropriate mixture ratio of food wastewater and swine wastewate rwas 4:6 (R-3). The experiment for COD removal rate to evaluate organic removal efficiency revealed that R-3, R-4 and R-5 showed high removal efficiencies during the highest hydrogen production amount and the highest efficiency was 41% with R-3.
This study was performed to optimize the integrated anaerobic digestion (AD) and microbial electrolysis cells (MECs) for the enhanced hydrogen production. The optimum operational conditions of integrated AD and MECs were obtained using response surface methodology. The optimum substrate concentration and operational pH were 10 g/L and 6.8, respectively. In the confirm test, 1.43 mol $H_2/mol$ hexose was achieved, which was 2.5 times higher than only AD. After 40 to 60 hour at seeding, the volatile fatty acids (VFAs) in reactor of AD were not changed. However the VFAs of reactor of AD-MECs were reduced by 61.3% (acetate: 76.4%, butyrate: 50.0%, lactate: 55.0%).
Escherichia cole NZN111, which is known as a pfl ldhA double mutant strin, was metabolically engineered to produce succinic acid by overexpressing malic enzyme into the E. coli controlled by a trc promoter. Fermentation studies were carried out in a LB medium by first growing cells aerobically to an $OD_{600}$ of 5. At this point, 0.01 mM IPTG was added to induce the overexpression of malic enzyme and the agitation speed was gradually lowered. When the culture $OD_{600}$ reached 11, a complete anaerobic condition was achieved by flushing with a $CO_3-H_2$ gas mixture. When NZN111(pTrcML) was cultured at $37^{\circ}C$, the final succinic acid concentration of 2.8 g/l could be obtained after 30 h of anaerobic cultivation. The fermentation results were analyzed by the calculation of metabolic fluxes. Metaolic flux analysis showed that about 85% of phosphoenolpyruvate (PEP) was converted to pyruvate, and further converted to malic acid by malic enzyme.
Volatile fatty acids (VFAs) production from marine brown algae, Saccharina japonica, was investigated in anaerobic dark fermentation. In order to evaluate the VFAs productivity, various experimental parameters (i.e., physicochemical pre-treatment, microorganism inoculation ratio, substrate concentration, and pH) were evaluated. According to the physicochemical pre-treatment methods, the maximum concentrations of VFAs were obtained in the order of sulfuric acid, subcritical water and subcritical water with lipid-extraction. Also, we investigated the operating parameters such as microorganism inoculation ratio (MV/M = 10 to 30), the substrate concentration (18.0 to 72.0 g/L) and pH (6.0 to 7.0) in sulfuric acid pre-treatment method. When the substrate concentrations were 18.0, 36.0, 54.0 and 72.0 g/L at $35^{\circ}C$, microorganism inoculation ratio 15, pH 7.0 for 372 hours, the maximum concentrations of VFAs were respectively 9.8, 13.9, 18.6 and 22.3 g/L. The change in VFAs concentrations was detected that acetic- and propionic acids increased according to increasing pH, while the butyric acid increased with decreasing pH. The VFAs obtained from concentration and separation process may be used as basic chemistry materials and bio-fuel, and they will expect to produce alternative energy of fossil fuel.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.12
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pp.1239-1244
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2008
In this study, PCR-DGGE was conducted to investigate the variations of microbial community according to pH conditions from pH 3 to pH 10 during anaerobic fermentation process of hydrogen production. Maximum hydrogen yield was 1.8 mol $H_2$/mol substrate at pH 5. The microbial growth rate was not proportional to the hydrogen production rate at each pH. Variations of microbial community was observed at each condition from PCR-DGGE experiment of 16s rDNA. Klebsiella was main species of the microbial community. Streptococcus and Clostridium were mainly contributed for hydrogen production.
The purpose of this study was to investigate the created liquid post-acid fermentation of usability of denitrification as exterior carbon sources by pH control. The time of acid fermentation of food waste, the slower loading capacity of organic matter, the faster decomposition rate, but the density of generation Volatile Fermentation Acids(VFAs), was weak and, $SBOD_{5}$ : ST-N rate and $SBOD_{5}/SCOD_{Cr}$ rate was low. Between TS and VS, VS was decreased to 4.5th day fast, and then was decreased slowly. 1.5 days after stating the experiments, $SCOD_{Cr}$, $SBOD_{5}$, STOC and $VFA_{s}$ was decreased of increased slowly, and then increased fast. And after showing the highest density, it was tended to decreased fast. At the time of $SBOD_{5}$ with the highest density, at $SBOD_{5}$ : ST-N ratio, $R_1$ was 303:1, $R_2$ was 319:1, $R_3$was the highest. After studying $SBOD_{5}$ : ST-N ratio and $SBOD_{5}/SCOD_{Cr}$ ratio, as a carbon source of biological denitrification it was profitable composition ratio.
Proceedings of the Korean Society for Applied Microbiology Conference
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1979.10a
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pp.246.1-246
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1979
A glucose-limited “pH-stat” continuous culture study of Lactobacillus bulgaricus NLS-4 in an anaerobic condition showed the marked effects of environmental pH on end products, fermentation blances and bioenergetic aspects of the organism. Lactic acid was the major end product of fermentation with minor products, such as acetic acid, formic acid and ethanol throughout the pH range tested. In acidic conditions below pH 6.5, a typi-cal pattern of homofermentation was revealed whereas in alkaline conditions, the metabolic pattern was changed from homofermentation to heterofermentation and led to acquire much energy. This metabolic change was likely due to the pH-dependent lactate dehydrogenase activity. Molar growth yields (Yglc=35.5-44.4) and YATP, $18.5\pm2.5$ in average which was 80% higher than the value ever postulated seemed to be accounted for less requirement of maintenance energy of the organism in the culture conditions.
An anaerobic acidogenic fermentation experiment was carried out in order to investigate the distribution of volatile acid products and gas generations with varing temperatures and pH values. The experiment was carried out using $1\%$ glucose as substrate and a pair of 3.5 liter vessle as bench scale batch reactors. The reactors were operated for 7 days at 25, 30 and $35^{\circ}C$ and at pH values of 4.0, 4.5, 5.0, 5.5 and 6.0 at each temperature conditions. Major products at all experiment pH's at $35^{\circ}C$ were acetic acids and butyric acids which together composed around $90^{\circ}F$ of total product acids. At higher pH values at $35^{\circ}C$, propionic acid reached around $10\%$. At all experiment conditions, 52 to $55\%$ of generated gases comprised of hydrogen gas and 45 to $48\%$ of carbon dioxide. With temperature increase from 25 to $35^{\circ}C$, the production rate of acetic acid increased 2.9 fold, butyric acid 22 fold, hydrogen gas 2.0 fold and carbon dioxide gas 2.3 fold. Optimum reaction conditions for highest production of acetic acid and hydrogen gas was determined to be pH 5.5 at $35^{\circ}C$.
Objective: Wheat bran (WB) and rice bran (RB) are the agricultural by-products used as poultry feed in many developing countries. However, their use for poultry feed is limited due to high fiber and the presence of anti-nutritional substances (e.g. ${\beta}-glucans$). The objective of this study was to develop a method to improve the quality of those brans by reducing the fiber content. Methods: A two-step fermentation method was developed where the second fermentation of first fermented dry bran was carried out. Fermentation was performed at a controlled environment for 3 h and 6 h (n = 6). The composition of brans, buffer solution and rumen liquor was maintained in a ratio of 1:2:3, respectively. Brans were analyzed for dry matter, crude fiber (CF), acid detergent fiber (ADF), neutral detergent fiber (NDF), and acid detergent lignin (ADL) content. Celluloses and hemicelluloses were calculated from the difference of ADF-ADL and NDF-ADF, respectively. Samples were compared by two-factor analysis of variance followed by Tukey's multiple comparison tests (p<0.05). Results: CF %, ADF % and cellulose tended to decrease and NDF % and hemicellulose content was reduced significantly (p<0.05). After the 1st fermentation step, NDF decreased $10.7%{\pm}0.55%$ after 3 h vs $17.0%{\pm}0.78%$ after 6 h in case of WB. Whereas, these values were $2.3%{\pm}0.30%$ (3 h) and $7.5%{\pm}0.69%$ (6 h) in case of RB. However, after the 2nd fermentation step, the decrease in the NDF content amounted to $9.1%{\pm}0.72%$ (3 h), $17.4%{\pm}1.13%$ (6 h) and $9.3%{\pm}0.46%$ (3 h), $10.0%{\pm}0.68%$ (6 h) in WB and RB, respectively. Cellulose and hemicellulose content was reduced up to $15.6%{\pm}0.85%$ (WB), $15.8%{\pm}2.20%$ (RB) and $36.6%{\pm}2.42%$ (WB), $15.9%{\pm}3.53%$ (RB), respectively after 2nd fermentation of 6 h. Conclusion: Two-step fermentation process improved the quality of the brans for their use in poultry feed.
The effects of various organic wastes on anaerobic fermentative hydrogen production were studied using enriched mixed microflora in batch tests. Rotten fruit, corn powder and organic wastewater enriched with sulfate (up to 1,000 mg/L) were used for experiments. Maximum hydrogen production (547.1 mL) was observed from rotten apple with initial substrate concentration of 132.2 g COD/L. The experimental result on sulfate enriched organic wastewater indicated that hydrogen production is not adversely influenced by relatively high sulfate concentration. Residual sulfate content remained at 96-98 % after 75 hours of reaction, which showed that no major sulfate reduction was occurred at pH 5.3-5.5 in the reactor. The volatile fatty acid (VFA) fractions produced during the reaction was in the order of butyrate > acetate > propionate in all experiments. The results of this study would be useful for controlling the conditions on fermentative hydrogen production using different feedstocks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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