Study of the role of the biofilm exopolymeric substances (EPS) in the electricity production of a microbial electrolysis cell inoculated with a salt marsh sediment.
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Language
en
Pages
60
Series
Abstract
Bioelectrochemical systems (BES) are one of the biotechnological approaches that could become competitive biorefineries for a sustainable development. These systems have the potential to valorise a wide range of substances, from liquid organic waste to syngas to the production of organic acids, hydrogen gas and electricity, among others. Most of these technologies have an electroactive biofilms (EAB) growing at solid electrode surfaces. The fundamental understanding of EAB is therefore an essential topic of research to boost BES performances. One of the objectives of the project MICROBE is to improve the durability of the electrochemical activity of multi-species EAB for long-term applications on BES. As part of this project, the aim of this work is to elucidate the role of the exopolymeric matrix (EPS) on the electrical performance of microbial bioanodes. Feeding BES with different acetate concentrations (10, 20, 40, 100 mM), alternative substrate sources (glucose, formate and butyrate), and changing the media of the reactors, it was found that (using confocal laser scanning microscopy, CLSM) the proteins ratio on the biofilm matrix has a strong positive effect on the current production (p=0.002) while polysaccharides ratio negatively affected it (p=0.027). Moreover, an image processing algorithm was developed to overcome common obstacles found in CLSM image processing of microelectrode-grown cylindrical biofilms, with a potential to study more structural characteristics of EAB and their influence on electron transfer mechanisms.Bioelektrokemialliset järjestelmät (BES) ovat yksi bioteknologisista lähestymistavoista, joista voisi tulla kilpailukykyisiä biojalostamoja kestävän kehityksen edistämiseksi. Näillä järjestelmillä voidaan hyödyntää monenlaisia aineita nestemäisestä orgaanisesta jätteestä synteesikaasuun ja tuottaa muun muassa orgaanisia happoja, vetykaasua ja sähköä. Useimmissa näistä teknologioista elektroaktiiviset biofilmit (EAB) kasvavat kiinteiden elektrodien pinnoilla. EAB:n perustavanlaatuinen ymmärtäminen on sen vuoksi olennainen tutkimusaihe BES-järjestelmien suorituskyvyn parantamiseksi. Yksi MICROBE-hankkeen tavoitteista on parantaa monilajisen EAB:n sähkökemiallisen aktiivisuuden kestävyyttä, jotta sitä voitaisiin käyttää pitkällä aikavälillä BES-järjestelmissä. Osana tätä hanketta tämän työn tavoitteena on selvittää eksopolymeerisen matriisin (EPS) merkitystä mikrobiologisten bioanodien sähköiseen suorituskykyyn. Syöttämällä BES:iin erilaisia asetaattipitoisuuksia (10, 20, 40, 100 mM), vaihtoehtoisia substraattilähteitä (glukoosi, formiaatti ja butyraatti) ja muuttamalla reaktoreiden väliaineita havaittiin (konfokaalisen laserkeilausmikroskopian (CLSM) avulla), että proteiinien suhteella biofilmimatriisissa on voimakas positiivinen vaikutus virran tuotantoon (p=0,002), kun taas polysakkaridien suhde vaikutti siihen negatiivisesti (p=0,027). Lisäksi kehitettiin kuvankäsittelyalgoritmi, jolla voitettiin yleiset esteet, joita esiintyy mikroelektrodilla kasvatettujen lieriömäisten biofilmien CLSM-kuvien käsittelyssä, ja jonka avulla voidaan tutkia enemmän EAB:n rakenteellisia ominaisuuksia ja niiden vaikutusta elektroninsiirtomekanismeihin.Description
Supervisor
Scheller, SilvanThesis advisor
Erable, BenjaminSaulou-Berion, Claire