A fluidized bed reactor made of quartz with 0.055m I.D. and 1.0m in height was employed for the thermocatalytic decomposition of propane to produce $CO_2$-free hydrogen. The fluidized bed was proposed for the continuous withdraw of product carbons from the reactor. The propane decomposition rate used carbon black N33O as a catalyst. The propane decomposition reaction was carried out at the temperature range of $600{\sim}800^{\circ}C$, paropane gas velocity of $1.0 U_{mf}\;3.0U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 atm. Effect of operating parameters such as reaction temperature, gas velocity on the reaction rates was investigated. The carbon which was by-product of methane decomposition reaction was deposited on the catalyst surface that was observed by SEM. Resulting production in our experiment were not only hydrogen but also several by products such as methane, ethylene, ethane, and propylene.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.9
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pp.911-916
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2006
The influence of substrate concentration and hydraulic retention time(HRT) on the hydrogen production by anaerobic microflora was investigated by conducting three series of continuous experiments the individual influences of substrate concentration and HRT. In series I, substrate concentration was increased from 3 to 27 g-glucose/L keeping HRT at 8 hr. Series II and III carried out same condition with series I at HRT of 16 hr and 24 hr, respectively. The effects of HRT and substrate concentration on the hydrogen production yield were analyzed by quadratic model. The maximum hydrogen production yield of 2.05 mol $H_2/mol$ glucose was found at the HRT of 9.6 hr and the substrate concentration of 15.4 g/L. The relationship between HRT and substrate concentration on hydrogen production yield as displayed a saddle shape in the response surface plot. Optimum HRT and substrate concentration are observed at in the range of 5 and 14 hr, at between 13 and 17 g/L, respectively, for the hydrogen production yield being 2 mol $H_2/mol$ glucose. The concentrations of organic acids increased with the increase of the amount of glucose consumption. Acetic acid and butyric acid were the main by-products from the glucose degradation.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.31
no.6
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pp.434-441
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2009
The effect of varying sulfate concentration on continuous fermentative hydrogen production was studied using enriched mixed microflora in continuously fed reactor. Glucose was used as a model substrate for carbohydrates, and hydraulic retention time (HRT) was maintained at 1, 0.5, 0.25 day, respectively. Sulfate concentration was 0${\sim}$20,000 mg/L and the operating pH was maintained at 5.5. The experimental results indicate that hydrogen production is not affected by high sulfate concentration and shorter HRT of 0.25 day enhance hydrogen production. At HRT 1, 0.5, 0.25 day, the hydrogen production rate and hydrogen yield were 2.6, 4.6, 9.4 L/day, and 2.0, 1.8, 1.6 mol $H_2$/mol glucose, respectively. Residual sulfate content was 96${\sim}$98, 95${\sim}$97, and 94${\sim}$97% at HRT 1, 0.5, 0.25 day which show that no sulfate reduction occurred in the reactor during the experiments. Results of Fluorescence In Situ Hybridization (FISH) may indicate the presence of HPB (hydrogen producing bacteria) under all experimental conditions. However, SRB (sulfate reducing bacteria) were not found.
Paudel, Sachin;Seong, Chung Yeol;Park, Da Rang;Seo, Gyu Tae
Environmental Engineering Research
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v.19
no.4
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pp.387-393
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2014
The purpose of this study is to evaluate integrated anaerobic hydrogen fermentation and membrane bioreactor (MBR) for on-site domestic wastewater treatment and resource recovery. A synthetic wastewater (COD 17,000 mg/L) was used as artificial brown water which will be discharged from urine diversion toilet and fed into a continuous stirred tank reactor (CSTR) type anaerobic reactor with inclined plate. The effluent of anaerobic reactor mixed with real household grey water (COD 700 mg/L) was further treated by MBR for reuse. An optimum condition maintained in anaerobic reactor was HRT of 8 hrs, pH 5.5, SRT of 5 days and temperature of $37^{\circ}C$. COD removal of 98% was achieved from the overall system. Total gas production rate and hydrogen content was 4.6 L/day and 52.4% respectively. COD mass balance described the COD distribution in the system via reactor byproducts and effluent COD concentration. The results of this study asserts that, anaerobic hydrogen fermentation combined with MBR is a potent system in stabilizing waste strength and clean hydrogen recovery which could be implemented for onsite domestic wastewater treatment and reuse.
Hydrogen is promising a candidate for energy supporting the carbon neutrality policy for greenhouse gas reduction, which is being promoted in several countries, including Korea. Although challenging efforts-such as lowering the costs of green hydrogen production and fuel cells-remain, hydrogen fuel cell electric vehicles (FCEVs) are expected to play a significant role in the energy transition from fossil fuels to renewable energy. In line with this objective, the hydrogen FCEV working group in the International Organization for Standardization (ISO) compiled and revised international standards related to hydrogen refueling stations as of 2019. A well-established hydrogen quality management system based on the standard documents will increase the reliability of hydrogen charging stations and accelerate the use of FCEVs. In this study, among the published ISO standards and other references, the main requirements for managing charging stations and developing related techniques were summarized and explained. To respond preemptively to the growing FCEV market, a continuous hydrogen quality monitoring method suitable for use at hydrogen charging stations was proposed.
The thermocatalytic decomposition of methane is an environmentally attractive approach to $CO_2$-free production of hydrogen. The fluidized bed was proposed for the continuous withdraw of product carbon from the reactor. The usage of carbon black was reported as stable catalyst for decomposition of methane. Therfore, carbon black (DCC-N330) is used as catalyst. A fluidized bed reactor made of quartz with 0.055 m I.D. and 1.0 m in height was selected for the thermo-catalytic decomposition. The porpane-containg methnae decomposition reaction was operated at the temperature range of 850-900 $^{\circ}C$ methane gas velocity of 1.0 $U_{mf}$ and the operating pressure of 1.0 atm. In this work, propane was added as reactant to make methane conversion higher. Therefore we compared with methane conversion and pre-experiment methane conversion that using only methane as reactant. The carbon black, after experiment, was measured in particle size and surface area and analyzed surface of the carbon black by TEM.
Park, Ji-Young;Lee, Tae-Ho;Oh, You-Kwan;Kim, Jun-Rae;Seol, Eun-Hee;Jung, Gyoo-Yeol;Kim, Mi-Sun;Park, Sung-Hoon
KSBB Journal
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v.20
no.6
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pp.458-463
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2005
[ $H_2$ ] from CO and water was continuously produced in a trickle bed reactor(TBR) using Citrobacter amalonaticus Y19. When the strain C. was cultivated in a stirred-tank reactor under a chemoheterotrophic and aerobic condition, the high final cell concentration of 13 g/L was obtained at 10 hr. When the culture was switched to an anaerobic condition with the continuous supply of gaseous CO, CO-dependent hydrogenase was fully induced and its hydrogen production activity approached 16 mmol/g cell/hr in 60 hr. The fully induced C. amalonaticus Y19 cells were circulated through a TBR packed with polyurethane foam, and the TBR was operated for more than 20 days for $H_2$ production. As gas retention time decreased or inlet CO partial pressure increased, $H_2$ production rate increased but the conversion from CO to $H_2$ decreased. The maximum $H_2$ production rate obtained was 16 mmol/L/hr at the gas retention time of 25 min and the CO inlet partial pressure of 0.4 atm. The high $H_2$ production rate was attributed to the high cell density in the liquid phase circulating the TBR as well as the high surface area of polyurethane foam used as packing material of the TBR.
Park, Woo-Shin;Jang, Nam-J.;Hyun, Seung-H.;Kim, In-S.
Environmental Engineering Research
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v.10
no.4
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pp.181-190
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2005
Severe loss or hydrogen occurred in most anaerobic hydrogen fermentation reactors. Several selected methods were applied to suppress the consumption of hydrogen and increase the potential of production. As the first trial, pH shock was applied. The pH of reactor was dropped nearly to 3.0 by stopping alkalinity supply and on]y feeding glucose (5 g/L-d). As the pH was increase to $4.8{\pm}0.2,$ the degradation pathway was derived to solventogenesis resulting in disappearance of hydrogen in the headspace. In the aspect of bacterial community, methanogens weren't detected after 22 and 35 day, respectively. Even though, however, there was no methanogenic bacterium detected with fluorescence in-situ hybridization (FISH) method, hydrogen loss still occurred in the reactor showing a continuous increase of acetate when the pH was increased to $5.5{\pm}0.2$. This result was suggesting the possibility of the survival of spore fanning acetogenic bacteria enduring the severely acidic pH. As an alternative and additive method, nitrate was added in a batch experiment. It resulted in the increase of maximum hydrogen fraction from 29 (blank) to 61 % $(500\;mg\;NO_3/L)$. However, unfortunately, the loss of hydrogen occurred right after the depletion of nitrate by denitrification. In order to prevent the loss entangled with acetate formation, $CO_2$ scavenging in the headspace was applied to the hydrogen fermentation with heat-treated sludge since it was the primer of acetogenesis. As the $CO_2$ scavenging was applied, the maximum fraction of hydrogen was enhanced from 68 % to 87 %. And the loss of hydrogen could be protected effectively.
This study was conducted to investigate the effect of heat treatment on the start-up performance for anaerobic hydrogen fermentation of food waste. The result showed that hydrogen production was $0.61{\pm}0.31$ mol $H_2$/mol hexose with heat-treatment of food waste at $70^{\circ}C$ for 60 min whereas it was $0.36{\pm}0.31$ mol $H_2$/mol hexose without heat-treatment of one. The heat treatment of food waste enhanced hydrogen yield due probably to the increase of hydrolysis as well as the decrease of non-hydrogen fermentation microorganisms. The removal efficiency of carbohydrate in reactors regardless of heat treatment of food waste maintained over 90%. The hydrogen conversion efficiency from food waste was 1.7-6.3% with heat-treatment whereas it was 0.7-4.5% without heat-treatment. At the time of switchover from batch to continuous operation, lactate concentration was high compared to the n-butyrate concentration in anaerobic hydrogen fermentation reactor without heat-treatment. Anaerobic hydrogen fermentation of food waste with heat treatment was stable in start-up periods because lactate concentration could be maintained at a relatively low compared to n-butyrate concentration due to the decrease of non-hydrogen fermentation microorganisms.
Park, Sunhwa;Han, Kyungjin;Hong, Uijeon;Ahn, Hongil;Kim, Namhee;Kim, Hyunkoo;Kim, Taeseung;Kim, Young
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.17
no.5
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pp.49-55
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2012
A 1.28 L-batch reactor and continuous-flow stirred tank reactor (CFSTR) fed with formate and trichloroethene (TCE) were operated for 120 days and 56 days, respectively, to study the effect of formate as electron donor on anaerobic reductive dechlorination (ARD) of TCE to cis-1,2-dichloroethylene (c-DCE), vinyl chloride (VC), and ethylene (ETH). In batch reactor, injected 60 ${\mu}mol$ TCE was completely degraded in the presence of 20% hydrogen gas ($H_2$) in less than 8 days by anaerobic dechlorination mixed-culture (300 mg-soluble protein), Evanite Culture with ability to completely degrade tetrachloroethene (PCE) and -TCE to ETH under anaerobic conditions. Once the formate was used as electron donor instead of hydrogen gas in batch or chemostat system, the TCE-dechlorination rate decreased and acetate production rate increased. It indicates that the concentration of hydrogen produced in both systems is possibly more close to threshold for homoacetogenesis process. Soluble protein concentration of Evanite culture during the batch test increased from 300 mg to 688 mg for 120 days. Through the protein monitoring, we confirmed an increase of microbial population during the reactor operation. In CFSTR test, TCE was fed continuously at 9.9 ppm (75.38 ${\mu}mol/L$) and the influent formate feed concentration increased stepwise from 1.3 mmol/L to 14.3 mmol/L. Injected TCE was accumulated at 18 days of HRT, but TCE was completely degraded at 36 days of HRT without accumulation of the injected-TCE during the left of experiment period, getting $H_2$ from fermentative hydrogen production of injected formate. Although c-DCE was also accumulated for 23 days after beginning of CFSTR operation, it reached steady-state in the presence of excessive formate. We also evaluated microbial dynamic of the culture at different chemical state in the reactor by DGGE (denaturing gradient gel electrophoresis).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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