Chapter 8
Biohydrogen Production Through Mixed
Culture Dark Anaerobic Fermentation
of Industrial Waste
Abdollah Hajizadeh, Noori M. Cata Saady, Sohrab Zendehboudi,
Rajinikanth Rajagopal, and Yung-Tse Hung
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
1.1 Quantities of the Organic Waste Suitable for H 2 Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
1.2 General Description of Anaerobic Digestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
1.3 Mixed Culture Hydrogen Dark Fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
2 Metabolic Pathways of Dark Hydrogen Fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
3 Industrial Wastewater Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
3.1 Food Waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
3.2 The Organic Fraction of Municipal Solid Waste (OFMSW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
3.3 Food Processing Wastewater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
3.4 Biodiesel Industrial Waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
3.5 Dairy Wastewater and Cheese Whey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
3.6 Manure from Livestock Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
4 Inocula for Hydrogen Production from Waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
4.1 Sources of Inocula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
4.2 Culture Pretreatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
4.3 Organic Loading Rate (OLR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
4.4 Comparative Studies on the Effects of Pretreatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
A. Hajizadeh · S. Zendehboudi
Department of Process Engineering, The Memorial University of Newfoundland, St. John’s,
NL, Canada
e-mail: ahajizadeh@mun.ca; szendehboudi@mun.ca
N. M. C. Saady (*)
Department of Civil Engineering, The Memorial University of Newfoundland, St. John’s, NL,
Canada
e-mail: nsaady@mun.ca
R. Rajagopal
Agriculture and Agri-Food Canada, Science and Technology Branch, Sherbrooke Research and
Development Centre, Quebec, QC, Canada
e-mail: rajinikanth.rajagopal@canada.ca
Y.-T. Hung
Department of Civil and Environmental Engineering, Cleveland State University, Cleveland,
OH, USA
© Springer Nature Switzerland AG 2021
L. K. Wang, M. -H. S. Wang, Y. -T. Hung, N. K. Shammas (eds.), Integrated Natural
Resources Management, Handbook of Environmental Engineering 20,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-55172-8_8
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Biohydrogen Production Through Mixed
Culture Dark Anaerobic Fermentation
of Industrial Waste
Abdollah Hajizadeh, Noori M. Cata Saady, Sohrab Zendehboudi,
Rajinikanth Rajagopal, and Yung-Tse Hung
Contents
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
1.1 Quantities of the Organic Waste Suitable for H 2 Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
1.2 General Description of Anaerobic Digestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
1.3 Mixed Culture Hydrogen Dark Fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332
2 Metabolic Pathways of Dark Hydrogen Fermentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
3 Industrial Wastewater Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
3.1 Food Waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
3.2 The Organic Fraction of Municipal Solid Waste (OFMSW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
3.3 Food Processing Wastewater . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338
3.4 Biodiesel Industrial Waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
3.5 Dairy Wastewater and Cheese Whey . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344
3.6 Manure from Livestock Industry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346
4 Inocula for Hydrogen Production from Waste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
4.1 Sources of Inocula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347
4.2 Culture Pretreatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350
4.3 Organic Loading Rate (OLR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
4.4 Comparative Studies on the Effects of Pretreatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352
A. Hajizadeh · S. Zendehboudi
Department of Process Engineering, The Memorial University of Newfoundland, St. John’s,
NL, Canada
e-mail: ahajizadeh@mun.ca; szendehboudi@mun.ca
N. M. C. Saady (*)
Department of Civil Engineering, The Memorial University of Newfoundland, St. John’s, NL,
Canada
e-mail: nsaady@mun.ca
R. Rajagopal
Agriculture and Agri-Food Canada, Science and Technology Branch, Sherbrooke Research and
Development Centre, Quebec, QC, Canada
e-mail: rajinikanth.rajagopal@canada.ca
Y.-T. Hung
Department of Civil and Environmental Engineering, Cleveland State University, Cleveland,
OH, USA
© Springer Nature Switzerland AG 2021
L. K. Wang, M. -H. S. Wang, Y. -T. Hung, N. K. Shammas (eds.), Integrated Natural
Resources Management, Handbook of Environmental Engineering 20,
https://doi.org/10.1007/978-3-030-55172-8_8
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