Producción de hidrógeno por un cultivo fotoheterótrofo de BPNS usando efluentes de fermentación oscura como sustrato - Montiel Corona, Virginia (Universidad Autónoma Metropolitana, 2016)
The objective of this work was to study hydrogen production via photo - fermentation with a purple non - sulfur bacteria (BPNS) culture, using dark fermentation effluent (DFE) as substrate and alternative operating conditions that contribute to improving the hydrogen production and lower operating costs , as the use of an BPNS culture obtained from wastewater bodies, degassing methods alternative to using Ar, incubation under ambient conditions, addition of bicarbonate, use of light - dark cycles, sequencing batch operation under ligh t - dark cycles and operation of a photobioreactor of 18 L with intermittent agitation. The IZT culture had the same capacity to produce H 2 than pure Rhodobacter capsulatus culture. The highest production of H 2 (1478 ± 17 mL H 2 L - 1 with a COD removal of 89%) was obtained under indoor conditions by the IZT culture with reduced pressure and 250 mg L - 1 NaHCO 3 , followed by R . capsulatus (1252 ± 20 mL H 2 L - 1 with a COD removal of 65%) under the same conditions. Outdoor H 2 production was reduced to 883 ± 4 and 866 ± 46 mL H2 L _ 1 with IZT culture and R. capsulatus , respectively. Poly - 3 - hydroxybutyrate (PHB) accumulstion was 5% by weight for IZT and 29% by weight for R. capsulatus . Using light - dark cycles, IZT culture accumulated similar amounts of H 2 under continuous lighting and 60 and 30 minutes light - dark cycles. The maximum PaccumH 2 for IZT was 1340 mL H 2 L - 1 under 30 min cycle. R. capsulatus achieved PaccumH 2 of 720 mL L - 1 under continuous illumination and under light - dark cycles of 60, 30 and 15 minute s the PaccumH 2 decreased by 20%. Both cultures accumulated more PHB under the light - dark cycles: R. capsulatus tripled its production (250 ± 2 mgPHB g dw - 1 ) with the cycle of 30 minutes and IZT culture doubled it (143 ± 10 mgPHB g dw - 1 ) under the 15 minute c ycle. Subsequently H 2 production was conducted in sequencing batch mode with light - dark cycles using IZT culture. Best results were presented in treatments with a HRT of 15 days and a recharge volume of 50%. Treatment under cycles of 30 min held a stable p roduction of H 2 for 32 days, accumulating 2400 mL H 2 L - 1 . Treatment with a pattern 12 hours continuous light and 12 h light - dark cycles of 30 min remained in operation for 45 days and during this time the H 2 production was constant accumulating 3200 mL H 2 L - 1 . COD reduction remained around 60%. Additionally dark fermentation experiments using egg shell as a pH buffer were performed. DFE had sufficient alkalinity from the eggshell, allowing its use without adding any buffer or bicarbonate for photo - fermentat ion. Finally H 2 production in the 18 L plane photobioreactor, reach ed the same H 2 production ( 1160 mL H 2 L - 1 in 12 days ) obtained in the 120 mL serological bottles tests performed in batch, using intermittent agitation produced by means of recirculating flow of 750 ml min - 1 for six minutes every 1.5 hours. With regard to the identity of the IZT culture constituents microorganisms, it was found that it is mainly constituted by a bacterium with 99% similarity to R. palustris DX1. It can be concluded from t his work that it is poss i ble to use IZT and reduced pressure rather than a collection pure culture and argon to improve the H 2 production. Furthermore, the use of light - dark cycles, intermittent agitation and recovery of PHB can help lower operating costs.; El objetivo de este trabajo fue estudiar la producción de hidrógeno vía foto - fermentación con un cultivo de bacterias púrpuras no del a zufre (BPNS) utilizando como sustrato efluentes de fermentación oscura (DFE) y condiciones de operación alternativas que contribuyan a mejorar la producción de H 2 y a bajar los costos de operación, como la utilización de un cultivo de BPNS obtenido de cue rpos de aguas residuales, métodos de desgasificación alternos al uso de Ar, incubación en condiciones ambientales, adición de bicarbonato, utilización de ciclos luz - oscuridad, operación en lote secuencial bajo ciclos luz - oscuridad y operación de un fotobio rreactor de 18 L con agitado intermitente. Se obtuvo un cultivo de BPNS denominado IZT que tuvo la misma capacidad para producir H 2 que el cultivo puro de Rhodobacter capsulatu s. La producción más alta de H 2 (1478 ± 17 mL H 2 L - 1 con una remoción de DQO del 89%) se obtuvo bajo condiciones controladas de laboratorio por el cultivo IZT con presión reducida y 250 mg L - 1 de NaHCO 3 , seguido por R. capsulatus (1252 ± 20 mL H 2 L - 1 con una remoción de DQO del 65%) bajo las mismas condiciones. La producción de hidróg eno bajo condiciones ambientales fue menor, reduciéndose a 883 ± 4 y 866 ± 46 mL H 2 L - 1 con el cultivo IZT y R. capsulatus , respectivamente. La acumulación de poli - 3 - hydroxibutirato (PHB) fue de 5% en peso para el cultivo IZT y 29% para R. capsulatus Utilizando ciclos luz - oscuridad, el cultivo IZT acumuló cantidades similares de H 2 bajo iluminación continua y ciclos luz - oscuridad de 60 y 30 minutos. La máxima Pacum H 2 por IZT fue de 1340 mL H 2 L - 1 bajo el ciclo de 30 min. R. capsulatus alcanzó una Pac um H 2 de 720 mL H 2 L - 1 bajo iluminación continua y bajo ciclos luz - oscuridad de 60, 30 y 15 minutos la Pacum H 2 disminuyó en un 20%. A mbos cultivos acumularon más PHB bajo los ciclos luz - oscuridad: R. capsulatus triplicó su producción (250±2 mgPHB g peso se co - 1 ) con el ciclo de 30 minutos y el cultivo IZT la duplico (143±10 mgPHB g peso seco - 1 ) bajo el ciclo de 15 minutos. Posteriormente se llev ó a cabo la producción de H 2 en lote secuencial con ciclos luz - oscuridad y el cultivo IZT. Los mejores resultados se presentaron en los tratamientos con un TRH de 15 días y un volumen de recambio de 50%. El tratamiento bajo ciclos de 30 min sostuvo una producción de H 2 estable por 32 días, acumulando 2400 mL H 2 L - 1 . El tratamiento con un patrón de iluminación de 12 horas luz continua y 12 h con ciclos de luz - oscuridad de 30 min se mantuvo en operación por 45 días y durante este tiempo la producción de H 2 fue constante acumulando 3200 mL H 2 L - 1 , la rem oción de DQO se mantuvo alrededor del 60%. De manera adicional se realizaron experimentos de fermentación oscura utilizando cascarón de huevo como amortiguador de pH. Los DFE obtenidos tuvieron suficiente alcalinidad proveniente del cascarón de huevo, lo cual permitió utilizarlos sin la adición de buffer y bicarbonato en foto - fermentación. Finalmente la producción de H 2 en el fotobiorreactor plano escala de 18 L logró alcanzar los rendimientos de producción de H 2 (1153 mL H 2 L - 1 en 12 días) que se obtuvieron en los ensayos realizados en botellas serológicas de 120 mL en lote mediante la agitación intermitente del medio por recirculación a un flujo de 750 mL min - 1 por seis minutos cada 1.5 horas. Con respecto a la identidad de los microorganis mos constituyentes del cultivo IZT, se encontró que éste está constituido principalmente por una bacteria con 99% de similitud a R. palustris DX1 . De este trabajo se puede concluir que es posible la utilización del cultivo IZT y presión reducida en lugar de una cepa de colección y argón para mejorar la producción de H 2 . Además, la utilización de ciclos luz - oscuridad, agitación intermitente y la recuperación de PHB pueden contribuir a bajar los costos de operación.