Poorly conductive biochar boosting extracellular electron transfer for efficient volatile fatty acids oxidation via redox-mediated mechanism

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作者
Gaojun Wang,Yao Xing,Guohao Liu,Yuxi Chu,Gaofei Yao,Qian Li,Rong Chen
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:809: 151113-151113 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2021.151113
摘要

This study explored the performances, and associated mechanisms of biochar promoting volatile fatty acids (VFA) oxidation via extracellular electron transfer (EET) pathway. It was found that in a bioelectrochemical system, adding biochar suspension remarkably enhanced electricity generation whatever acetate or propionate used as an electron donor. The maximum current density in biochar-assisted groups reached 1.6-2.2 A/m2, which were 69.2-220.0% higher than that of control groups. The lower electrical resistance of anode in biochar-assisted groups was potentially attributed to the formed biofilm dominated by electro-active Geobacteraceae, and the electron donor type depending on dominant genus. In specific, with biochar assistance, Desulfuromonas enriched from 1.1% to 25.0% when acetate as an electron donor, and the relative abundance of Geobacter increased from 4.6% to 31.7% as dominant genus in propionate-added group. Electrochemical analysis uncovered that biochar hardly elevated sludge electrical conductivity, while the excellent redox-based electron exchange transfer capacity likely made biochar as a transient electron acceptor, which was more accessible than anode to support the metabolism of electroactive bacteria in the initial stage. Meanwhile, the porous surface area of biochar particle likely provided a "bridge" between suspended sludge and anode, to support a more directional evolution of electroactive bacteria on anode. This dual-function of biochar achieved a sustainable VFA oxidation via EET-based pathway.
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