Zero-valent iron enhanced methane production of anaerobic digestion by reinforcing microbial electron bifurcation coupled with direct inter-species electron transfer

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作者
Pengshuai Zhang,Jingxin Zhang,Tengyu Zhang,Lizhi Zhang,Yiliang He
出处
期刊:Water Research [Elsevier]
卷期号:255: 121428-121428 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121428
摘要

Zero-valent iron (ZVI) can facilitate methanogens of anaerobic digestion (AD). However, the impact of ZVI on the micro-energetic strategies of AD microorganisms remains uncertain. This study aimed to elucidate the development of an energy conservation model involving direct interspecies electron transfer (DIET) and electron bifurcate (EB) by using four types of ZVI. Overall, the ZVI addition resulted in a substantial increase in methane production (1.26 to 2.18 times higher), and the effect of boron (B) doped ZVI was particularly pronounced. The underlying mechanism may be the formation of energy harvest pathway related to DIET. In detail, B-doped ZVI could enhance its interfacial binding to cytochrome c. Decreased polar solvation energy from 20.473 to 1.509 kJ/mol is beneficial for electron transfer, thereby augmenting the flavin-bounded Cytc activity and DIET process. Besides, ZVI-enhanced EB enzyme activity like HdrA2B2C2-MvhAGD could improve the EB process, which can couple with DIET for electron transfer and energy conservation. Energy analysis based on EB-coupled DIET metabolism pathways demonstrated that the ATP saved in this coupled model theoretically line in 0.25 to 0.5 mol ATP/mol substrate. Overall, this study offers valuable insights into microbial energetic strategies pertaining to the utilization of conductive materials, with the target of enhancing methane recovery efficiency from organic waste.
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