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Exoelectrogenic Anaerobic Granular Sludge for Simultaneous Electricity Generation and Wastewater Treatment

微生物燃料电池 废水 化学 阳极 污水处理 环境科学 制浆造纸工业 有机质 生化工程 环境工程 有机化学 电极 工程类 物理化学
作者
Nannan Zhao,Laura Treu,Irini Angelidaki,Yifeng Zhang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:53 (20): 12130-12140 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b03395
摘要

A thick and electroactive biofilm is the key to the successful development of microbial electrochemical systems and technologies (METs). In this study, intact anaerobic granular sludge (AGS), which is a spherical and dense microbial association, was successfully demonstrated as a novel and efficient biocatalyst in METs such as microbial fuel cells. Three different strategies were explored to shift the microbial composition of AGS from methanogenic to exoelectrogenic microbes, including varying the external resistance and organic loading and manipulating the anode potential. Among all the strategies, only with positive anode potential, AGS was successfully shifted from methanogenic to exoelectrogenic conditions, as indicated by the significantly high current response (10.32 A/m2) and 100% removal of organic carbon from wastewater. Moreover, the AGS bioanode showed no significant decrease in current generation and organic removal at pH 5, indicating good tolerance of AGS to acidic conditions. Finally, 16S rRNA sequencing revealed the enrichment of exoelectrogens and inhibition of methanogens in the microbial community of AGS after anode potential control. This study provides a proof of concept for extracting electrical energy from organic wastes by exoelectrogenic AGS along with simultaneous wastewater treatment and meanwhile opens up a new paradigm to create an efficient and cost-effective exoelectrogenic biocatalyst for boosting the industrial application of METs.
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