Repositorio
Institucional

Rubilar, Olga

Stimulating volatile fatty acid production in anaerobic digestion: Bacterial community shifts induced by nano-zero valent iron and magnetite nanoparticles

ELSEVIER

ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY & INNOVATION

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The production of volatile fatty acids (VFA) through anaerobic digestion has gained significant attention due to its potential benefits for renewable energy, biofuel production, waste valorization, bioproduct synthesis, and wastewater treatment. Nano-zero valent iron (nZVI) and magnetite nanoparticles (Fe3O4-NPs) have been identified as effective nanomaterials for enhancing methane production, although their application in stimulating VFA production remains underexplored. This study aimed to increase VFA production by adding nZVI, Fe3O4-NPs, and nZVI/Fe3O4-NPs while investigating the associated changes in bacterial communities. AD of glucose was performed using municipal wastewater sludge over 25 days, with the sludge amended with 400 mg L-1 of nanoparticles. Total DNA samples were collected post-digestion to analyze bacterial community shifts. Results showed a significant enhancement of VFA production by both nZVI and Fe3O4-NPs, with the highest output in the Fe3O4-NPs treatment (811.7 mg COD L-1), followed by nZVI (769.9 mg COD L-1) and combined nZVI/Fe3O4-NPs (455.7 mg COD L-1). This significant enhancement highlights the potential of these nanoparticles in waste-to-energy anaerobic digestion systems. Propionic acid was predominant in nZVI, whereas acetic acid was most abundant in Fe3O4-NPs. Microbial community analysis revealed Firmicutes as the most abundant phylum across treatments, with varying effects due to nZVI and Fe3O4-NPs.La producción de ácidos grasos volátiles (AGV) mediante digestión anaeróbica ha captado gran atención debido a sus potenciales beneficios para la energía renovable, la producción de biocombustibles, la valorización de residuos, la síntesis de bioproductos y el tratamiento de aguas residuales. El hierro de valencia cero nanométrico (nZVI) y las nanopartículas de magnetita (Fe3O4-NPs) se han identificado como nanomateriales eficaces para mejorar la producción de metano, aunque su aplicación en la estimulación de la producción de AGV aún no se ha explorado en profundidad. Este estudio tuvo como objetivo aumentar la producción de AGV mediante la adición de nZVI, Fe3O4-NPs y nZVI/Fe3O4-NPs, investigando al mismo tiempo los cambios asociados en las comunidades bacterianas. La digestión anaeróbica de glucosa se realizó utilizando lodos de aguas residuales municipales durante 25 días, con los lodos enmendados con 400 mg L-1 de nanopartículas. Se recolectaron muestras de ADN total después de la digestión para analizar los cambios en la comunidad bacteriana. Los resultados mostraron una mejora significativa en la producción de AGV tanto por nZVI como por Fe3O4-NPs, con el mayor rendimiento en el tratamiento con Fe3O4-NPs (811,7 mg DQO L-1), seguido de nZVI (769,9 mg DQO L-1) y la combinación de nZVI/Fe3O4-NPs (455,7 mg DQO L-1). Esta mejora significativa resalta el potencial de estas nanopartículas en sistemas de digestión anaeróbica de residuos a energía. El ácido propiónico fue predominante en nZVI, mientras que el ácido acético fue el más abundante en Fe3O4-NPs. El análisis de la comunidad microbiana reveló que Firmicutes fue el filo más abundante en todos los tratamientos, con efectos variables debido a nZVI y Fe3O4-NPs.

artículo original

Iron nanoparticles

Anaerobic digestion

Volatile fatty acid

Microbial communities

10.1016/j.eti.2025.104585

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ABUNDANCE

SLUDGE

ABUNDANCE

SLUDGE

Biotecnología Ambiental

Biorremediación

Microbiología

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acceso abierto

WOS:001608058000001

Stimulating volatile fatty acid production in anaerobic digestion: Bacterial community shifts induced by nano-zero valent iron and magnetite nanoparticles

artículo original

ELSEVIER

ENVIRONMENTAL TECHNOLOGY & INNOVATION

Biotechnology & Applied Microbiology

Engineering, Environmental

Environmental Sciences

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2352-1864

Chilean Association of Science and Development (ANID)#University of La Frontera#Portuguese Foundation of Science and Technology (FCT)(Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia (FCT))

Chilean Association of Science and Development (ANID) [ANID/FONDAP/1523A0001]

University of La Frontera [1231521, ANID21202184, ANID/FONDAP/15130015, 3230478, ATE220038]

Portuguese Foundation of Science and Technology (FCT) [PP24-0007, ANID/FOVI220003]

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