Afvalwater Afgeleide Elektroactieve Microbiële Biofilms: Groei, Onderhoud en Basis Karakterisering

Het algemene doel van deze procedure is om een anodische elektroactieve microbiële biofilm te laten groeien uit afvalwater inoculaat en om de bio elektro katalytische eigenschappen ervan te karakteriseren. Dit wordt bereikt door eerst een potentiaalstatisch bestuurde bio-elektrochemische fed batch reactor te installeren en te starten. De tweede stap is om de stroomproductie te controleren met behulp van Krono Pyrometrie.

Vervolgens wordt het medium regelmatig vervangen na substraatuitputting totdat een reproduceerbare maximale stroomdichtheid wordt bereikt, wat een stabiele biofilmvorming vertegenwoordigt. De laatste stap is om de extracellulaire elektronenoverdracht van elektroactieve bacteriën te bestuderen met behulp van cyclische vol telemetrie tijdens de aanwezigheid en afwezigheid van het substraat. Uiteindelijk biedt gegevensanalyse fundamentele inzichten in de microbiële elektronenoverdrachtsthermodynamic en maakt het mogelijk om het formele potentieel van mogelijke en actuele extracellulaire elektronenoverdrachtssites te bepalen.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat men direct inzicht kan krijgen in de elektronenoverdracht tussen micro-organismen en vaste elektroden en dus fundamentele informatie kan afleiden over de microbiële extracellulaire elektronenoverdracht. Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn bij de methode worstelen met de juiste parameterkeuze en de juiste interpretatie van de afgeleide grafiek. Tijdens gegevensverzameling en gegevensanalyse kunnen ernstige fouten worden gemaakt.

Voordat u met deze procedure begint, bereidt u een geschikte hoeveelheid van het groeimedium voor met behulp van een fosfaatbuffer, inclusief verdere voedingsstoffen volgens de volgende referentie. Gebruik 10 millimolar natriumacetaat als substraat. Voeg één milliliter primair afvalwater toe per 20 milliliter groeimedium als inoculum.

Steekt vervolgens een naald in het medium en spoel het minimaal een half uur met stikstof. Om het te de-aereren tijdens het spoelen met stikstof, meet de grootte van de elektrode voor de drie-elektrode setup. Plaats de werkelektrode, de tegenelektrode en de referentie-elektrode in een aangepaste vierhalsige, 250 milliliter ronde bodemkolf via siliconen pluggen.

Wickel de siliconen pluggen met paraform om het systeem af te sluiten terwijl het met stikstof wordt gespoeld. Giet 250 milliliter van het groeimedium en inoculum mengsel door de monsterpoort in de reactor. Sluit de monsterpoort met een siliconen plug en sluit deze luchtdicht met perfil.

Plaats het vat in een temperatuur gecontroleerde kamer van 35 graden Celsius om constante omgevingsomstandigheden te garanderen. Verbind vervolgens de elektroden met de respectieve kabels van de potentiaal stat. Open de software om de potentiaal stat te besturen en kies de techniek.

Chrono pyrometrie. Stel de werkelektrode in op een constant potentieel van 0,2 volt voor een duurtijd van 500 uur met registratie elke 600 seconden, start vervolgens de chrono pyrometrie en observeer de grafiek van de gemeten stroom over tijd. Na het berekenen van de voorkeursstroomdichtheden, plot de gemeten stroomdichtheid als functie van de tijd.

Nadat de oxidatieve stroom een plateau bereikt en terugkeert naar nul stroom, pauzeert u de chrono ampère metrische meting voor een mediumuitwisseling. Breng daarom het vat over in een laminaire stromingsbox en spoel het systeem met stikstof. Laat het medium voorzichtig leeg lopen en vul het aan met vers gede-aereerd medium na aanvulling van het medium.

Sluit de monsterpoort en sluit deze af met paraform. Herhaal de vorige stappen totdat de maximale oxidatieve stroom een stabiele toestand bereikt. Neem na elke groeicyclus een monster van één milliliter van de verse en de vervangen mediumoplossingen voor substraatanalyse door HPLC. Om extracellulaire elektronenoverdracht te bestuderen, selecteert u de techniek cyclische vol telemetrie in de potentiaal stat controlerende software.

Stel vervolgens het initiële potentieel EI van de werkelektrode in op negatief 0,5 volt ten opzichte van de referentie-elektrode, het toppotentieel E een op 0,3 volt en het eindpotentieel E twee op negatief 0,5 volt. Gebruik een scan snelheid van één millivolt per seconde. Start het experiment en neem minimaal drie cycli op om een reproduceerbare cv te verkrijgen.

Na het berekenen van de voorkeursstroomdichtheden, plot de gemeten stroomdichtheid als functie van het potentieel van de werkelektrode. Uit de chrono ampère metrische metingen kunnen de maximale stroomdichtheid en de Kula-efficiëntie worden gemeten. Hier wordt een typische chronometrische biofilmgroeicurve van verschillende groeicycli weergegeven met behulp van een fed batch reactor.

Na de initiële latentiefase begint een eerste stroomdichtheidsmaximum, waarna de stroom afneemt tot bijna nul stroomstroom als gevolg van substraatuitputting. Na substraataanvulling. De stroomdichtheid neemt weer toe met een hogere maximale stroomdichtheid.

Na verschillende groeicycli is de maximale stroomdichtheid constant, wat duidt op een stabiele biofilmvorming. Aangezien de stabiele maximale stroomdichtheidswaarde afhankelijk is van verschillende parameters.

Het wordt vaak beschouwd als een kenmerk van elektroactieve microbiële biofilm elektrode systemen. Het tweede operationele kenmerk is de omische efficiëntie, wat het aantal elektronen is dat wordt geregistreerd als elektrische stroom per fed batch cyclus in verhouding tot het theoretische maximale aantal elektronen. Zie het tekstprotocol voor details over hoe de oproepen efficiëntie, de elektrische stroom en het theoretische maximale aantal elektronen te berekenen.

Hier is een typische CV voor niet-turnovercondities. Bij een hoge scansnelheid is de CV van een biofilm voor hoge scansnelheden waarbij slechts één piekpaar en dus één formele potentiaal EF kan worden geïdentificeerd, hier afgebeeld. In het algemeen kan het formele potentieel van een redoxkoppel worden berekend uit de piekpotentiaal van de oxidatiepiek EPA en de reductiepiek van de respectieve soort EPC.

Door de rekenkundige gemiddelde te vormen, zie het tekstprotocol voor details over hoe de formele potentiaal te berekenen. Bij het toepassen van een voldoende lage scansnelheid op de identieke biofilm, kunnen tot vier redoxparen worden geïdentificeerd. De niet-turnover CV