Precise portrayal of microscopic processes of wastewater biofilm formation: Taking SiO2 as the model carrier

生物膜 化学 废水 粘附 化学工程 环境工程 环境科学 细菌 生物 工程类 有机化学 遗传学
作者
Ying Y. Zhao,Shanshan Zhu,Xuan Fan,Xuxiang Zhang,Hongqiang Ren,Hui Huang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:849: 157776-157776 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2022.157776
摘要

Precise characterization of the microscopic processes of wastewater biofilm formation is essential for regulating biofilm behavior. Nevertheless, it remains a great challenge. This study investigated biofilm formation on SiO2 carriers under gradually increasing shear force combining the extended Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (XDLVO) theory in a Couette-Taylor reactor, and precisely revealed the micro-interface interaction and species colonization during biofilm formation. The results indicated that bacterial reversible adhesion distance on SiO2 carrier surface was 3.06 ± 0.48 nm. Meanwhile, the secondary minimum of total XDLVO interaction energy could be used as a novel indicator to distinguish biofilm formation stages. The revealed biofilm formation stages were also confirmed by the electrochemical analysis. Additionally, the pioneer species that colonized at first were Comamonadaceae, Azospira, Flavobacterium and Azonexus, while keystone species such as Hydrogenophaga, AKYH767, Aquimonas and Ignavibacterium determined the stability of microbial community. In conclusion, this study provided a methodological example to study wastewater biofilm micro-interface behavior through the integration of an experimental platform as well as multiple monitoring and analysis methods, which opened up new perspectives for biofilm research and provided useful guidance for the regulation of biofilm-related treatment processes and new technology development.

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