Interspecies cooperation-driven photogenerated electron transfer processes and efficient multi-pathway nitrogen removal in the g-C3N4-anammox consortia biohybrid system

厌氧氨氧化菌 电子转移 氮气 化学 环境化学 化学工程 光化学 反硝化 工程类 有机化学 反硝化细菌
作者
Tingjun Dong,Li Zhang,Shiwei Hao,Jiachun Yang,Yongzhen Peng
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:255: 121532-121532 被引量:27
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121532
摘要

Photocatalytic materials-microbial biohybrid systems pave the way for solar-driven wastewater nitrogen removal. In this study, interspecies cooperation in photogenerated electron transfer and efficient nitrogen removal mechanism in the g-C3N4-anammox consortia biohybrid system were first deciphered. The results indicated that the essential extracellular electron carriers (cytochrome c and flavin) for anammox genomes were provided by associated bacteria (BACT3 and CHLO2). This cooperation, regulated by the ArcAB system and electron transfer flavoprotein, made anammox bacteria the primary photogenerated electron sink. Furthermore, an efficient photogenerated electron harness was used to construct a reductive glycine pathway (rGlyP) in anammox bacteria inventively, which coexisted with the Wood–Ljungdahl pathway (WLP), constituting a dual-pathway carbon fixation model, rGlyP-WLP. Carbon fixation products efficiently contributed to the tricarboxylic acid cycle, while inhibiting electron diversion in anabolism. Photogenerated electrons were targeted channeled into nitrogen metabolism-available electron carriers, enhancing anammox and dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) processes. Moreover, ammonia assimilation by the glycine cleavage system in rGlyP established an alternative ammonia removal route. Ultimately, multi-pathway nitrogen removal involving anammox, DNRA, and rGlyP achieved 100% ammonia removal and 94.25% total nitrogen removal efficiency. This study has expanded understanding of anammox metabolic diversity, enhancing its potential application in carbon-neutral wastewater treatment.
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