22 Nov Biofilm formation of Ancylobacter sp. TS-1 on different granular materials and its ability for chemolithoautotrophic As(III)-oxidation at high concentrations
Title | Biofilm formation of Ancylobacter sp. TS-1 on different granular materials and its ability for chemolithoautotrophic As(III)-oxidation at high concentrations/ Formación de biopelículas de Ancylobacter sp. TS-1 en diferentes materiales granulares y su capacidad para la oxidación quimiolitoautotrófica de As (III) a altas concentraciones |
| Author | Enzo Leiva-Aravena, Mario A. Vera, Robert Nerenberg, Eduardo D. Leiva, Ignacio T. Vargas. |
| Line(s) | Critical Resources/ Recursos Críticos |
| Year of Publication | 2021 |
| Journal Title | Journal of Hazardous Materials |
| Keywords | Arsenic, Arsenite oxidation, Chemolithoautotrophic arsenite-oxidizing (CAO) bacteria, Biofilm, Graphite, Zeolite, Arsénico, oxidación de arsenito, oxidación de arsenito quimiolitoautotrófica (CAO) bacterias, biopelícula, grafito, zeolita |
| Abstract | The oxidation of arsenic (As) is a key step in its removal from water, and biological oxidation may provide a cost-effective and sustainable method. The biofilm-formation ability of Ancylobacter sp. TS-1, a novel chemolithoautotrophic As oxidizer, was studied for four materials: polypropylene, graphite, sand, and zeolite. After seven days under batch mixotrophic conditions, with high concentrations of As(III) (225 mg·L−1), biofilm formation was detected on all materials except for polypropylene. The results demonstrate As(III)-oxidation of TS-1 biofilms and suggest that the number of active cells was similar for graphite, sand, and zeolite. However, the biofilm biomass follows the specific surface area of each material: 7.0, 2.4, and 0.4 mg VSS·cm−3 for zeolite, sand, and graphite, respectively. Therefore, the observed biofilm-biomass differences were probably associated with different amounts of EPS and inert biomass. Lastly, As(III)-oxidation kinetics were assessed for the biofilms formed on graphite and zeolite under chemolithoautotrophic conditions. The normalized oxidation rate for biofilms formed on these materials was 3.6 and 1.0 mg·L−1·h−1·cm−3, resulting among the highest reported values for As(III)-oxidizing biofilms operated at high-As(III) concentrations. Our findings suggest that biofilm reactors based on Ancylobacter sp. TS-1 are highly promising for their utilization in As(III)-oxidation pre-treatment of high-As(III) polluted waters. La oxidación del arsénico (As) es un paso clave en su eliminación del agua, y la oxidación biológica puede proporcionar un método rentable y sostenible. La capacidad de formación de biopelículas de Ancylobacter sp. TS-1, un nuevo oxidante quimiolitoautotrófico como, se estudió para cuatro materiales: polipropileno, grafito, arena y zeolita. Después de siete días en condiciones mixotróficas por lotes, con altas concentraciones de As (III) (225 mg · L − 1), se detectó la formación de biopelículas en todos los materiales excepto en el polipropileno. Los resultados demuestran la oxidación de As (III) de las biopelículas de TS-1 y sugieren que el número de células activas fue similar para el grafito, la arena y la zeolita. Sin embargo, la biomasa de la biopelícula sigue el área de superficie específica de cada material: 7,0, 2,4 y 0,4 mg VSS · cm − 3 para zeolita, arena y grafito, respectivamente. Por lo tanto, las diferencias observadas entre biopelículas y biomasa probablemente se asociaron con diferentes cantidades de EPS y biomasa inerte. Por último, se evaluó la cinética de oxidación de As (III) para las biopelículas formadas sobre grafito y zeolita en condiciones quimiolitoautotróficas. La tasa de oxidación normalizada para las biopelículas formadas en estos materiales fue de 3.6 y 1.0 mg · L − 1 · h − 1 · cm − 3, resultando entre los valores más altos reportados para las biopelículas oxidantes de As (III) operadas a altas concentraciones de As (III) concentraciones. Nuestros hallazgos sugieren que los reactores de biopelícula basados en Ancylobacter sp. Los TS-1 son muy prometedores por su utilización en el pretratamiento de oxidación con As (III) de aguas contaminadas con alto contenido de As (III). |
| Doi | https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126733 |
| Corresponding Author | Ignacio Vargas itvargas@ing.puc.cl |