Determination of the fractions of syntrophically oxidized acetate in a mesophilic methanogenic reactor through an 12C and 13C isotope-based kinetic model

产甲烷 化学 中层 厌氧消化 稳定同位素比值 同位素分馏 环境化学 分馏 碳同位素 古细菌 生物量(生态学) 色谱法 甲烷 有机化学 生物化学 总有机碳 细菌 生态学 生物 遗传学 物理 基因 量子力学
作者
Tito Gehring,Andrea Niedermayr,Stephan Berzio,Adrian Immenhauser,Marc Wichern,Manfred Lübken
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:102: 362-373 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.watres.2016.06.038
摘要

In order to accurately describe the carbon flow in anaerobic digestion processes, this work investigates the acetate degradation pathways through the use of stable carbon isotope analysis and a mathematical model. Batch assays using labeled (13)C acetate were employed to distinguish the acetate consumption through methanogenic Archaea and acetate-oxidizing Bacteria. Suspended and sessile biomass, with over 400 days of retention time, from a mesophilic (36.5 °C) upflow anaerobic filter was used as inocula in these assays. A three-process model for acetoclastic methanogenesis and syntrophic acetate oxidation (SAO) was developed to allow for a precise quantification of the SAO contribution. The model distinguishes carbon atoms in light and heavy isotopes, (12)C and (13)C, respectively, which permitted the simulation of the isotope ratios variation in addition to gas production, gas composition and acetate concentrations. The model indicated oxidized fractions of acetate between 7 and 18%. Due to the low free ammonia inhibition potential for the acetoclastic methanogens in these assays these findings point to the biomass retention times as a driven factor for the SAO pathway. The isotope-based kinetic model developed here also describes the δ(13)C variations in unlabeled assays accurately and has the potential to determine biological (13)C fractionation factors.
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