Hydrogen and Methane Two-Stage Production Directly from Brewery Effluent by Anaerobic Fermentation

MBAA TQ vol. 42, no. 4, 2005, pp. 283-289  |  VIEW ARTICLE

Yutaka Mitani (1), Yuji Takamoto (1), Ryo Atsumi (1), Tetsuo Hiraga (2), and Naomichi Nishio (3). 1. Frontier Laboratories of Value Creation, Sapporo Breweries, Ltd., 10 Okatohme, Yaizu, Shizuoka, 425-0013 Japan. 2. Technology & Business Development Department, Shimadzu Co., 3-17-1 Azuma, Tsukuba, Ibaraki, 305-0031 Japan. 3. Department of Molecular Biotechnology, Graduate School of Advanced Science of Matter, Hiroshima University, 1-3-1 Kagamiyama, Higashihiroshima, 739-8530 Japan.

Methane fermentation using an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) process is extensively applied to the treatment of brewery effluents. However, the UASB process is not suited to efficiently process solid-containing effluents. Therefore, the feed solution requires a pretreatment to remove any suspended solid matter. For example, the pressed filtrate from the spent malt of the lauter tun contains a high density of suspended matter (chemical oxygen demand [COD], 30,000–60,000 mg/L). Physical removal of the suspended matter from this filtrate lowers the soluble COD concentration (10,000–30,000 mg/L). If it is possible to convert the suspended matter into biogas, more than twice the volume of biogas would be obtained from the waste of the lautering process. Some bacteria found from the anaerobic fermentation decompose high-molecular-weight polysaccharides into low-molecular-weight sugars and organic acids, generating hydrogen as a metabolite. In this paper, a bench-scale empirical study of hydrogen and methane two-stage production directly from brewery effluent, containing a high level of solid matter content, was carried out, resulting in about a 7% increase in the energy balance in terms of kilojoules per liter of supplied liquid due to the solubilization of the suspended solids occurred.
Keywords: biogas, biohydrogen, biomass, hydrogen fermentation, methane fermentation, two-stage fermentation


La fermentación de metano utilizando una cubierta de lodo anaeróbico de flujo hacia arriba (UASB) es extensamente aplicado al tratamiento de efluentes cerveceros. Este no es el más apropiado para eficientemente procesar efluentes con sólidos, por lo que se necesita un pretratamiento para remover los sólidos en suspensión. El líquido prensado del afrecho, por ejemplo, tiene una alta concentración de sólidos en suspensión (demanda química de oxígeno, DQO, de 30,000–60,000 mg/L); al remover los sólidos en suspensión se reduce el DQO a 10,000–30,000 mg/L. Si es posible convertir los sólidos en biogás, se podría obtener doble el volumen de biogás del efluente del proceso lauter. Algunas bacterias de la fermentación anaeróbica descomponen polisacáridos de alto peso molecular a azucares y ácidos orgánicos, generando hidrógeno como metabolito. Aquí se presenta un estudio empírico a pequeña escala donde se produjo hidrógeno y metano directamente de un efluente cervecero con un alto contenido de sólidos, dando un aumento de 7% en energía con respecto a los kilojoules/litro en el líquido, debido a la solubilización de los sólidos en suspensión.
Palabras claves: biogás, biohidrógeno, biomasa, fermentación de hidrógeno, fermentación de metano, fermentación de dos etapas


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