•Microbial synergistic and antagonistic effect does exist among diverse microbial strains in MFC.
•Microbial synergistic and antagonistic effect can directly influence key performances of MFC.
•Microbial synergistic effect improves performance of MFC but antagonistic effect degrades it.
•Petroleum hydrocarbons degradation by different microbial strains is different.
亮点
•MFC中不同微生物菌株之间存在微生物协同和拮抗作用。
•微生物协同和拮抗作用可直接影响MFC的关键性能。
•微生物协同作用可提高MFC的性能，而拮抗作用则降低其性能。
•不同微生物菌株对石油烃的降解作用不同。
Abstract
This study provides a preliminary investigation of the synergistic and antagonistic effects of different microbial strains and their influence on electricity generation and wastewater treatment performances in microbial fuel cells (MFCs). Microbial metabolic characteristics of petroleum hydrocarbon pollutants are studied simultaneously to provide further insight into how microbial synergistic and antagonistic effects influence MFCs. We observed a synergistic effect between Paenibacillus sp. and Deinococcus sp. and an antagonistic effect between Microbacterium sp. and Paenibacillus sp. and Deinococcus sp. The microbial synergistic and antagonistic effects significantly influenced MFC performance directly. The best MFC performance was observed with Paenibacillus sp. + Deinococcus sp. due to their synergistic effect, where the power density output reached 102.93 mW m−3, and the oil removal rate was 85.56 ± 1.10%. However, the performances of MFCs inoculated with Microbacterium sp. were considerably poorer because of its antagonistic effect on the other microbial strains, where the lowest power density output was 24.93 mW m−3, and the oil removal rate was 65.88 ± 1.10%. The degradation characteristics of petroleum hydrocarbons differ between microbial strains; thus, the relative results can provide further insight into how microbial synergistic and antagonistic effects influence MFCs.
摘要
本研究初步探讨了不同微生物菌株的协同和拮抗作用及其对微生物燃料电池（MFC）发电和废水处理性能的影响。同时研究了石油烃污染物的微生物代谢特性，以进一步了解微生物协同和拮抗作用如何影响MFC。我们观察到Paenibacillus sp.和Deinococcus sp.之间存在协同作用，而Microbacterium sp.与Paenibacillus sp.和Deinococcus sp.之间存在拮抗作用。微生物的协同和拮抗作用直接显著影响MFC的性能。由于它们的协同作用，Paenibacillus sp.+Deinococcus sp.的MFC性能最好，其中功率密度输出达到102.93 mW m−3，油去除率为85.56±1.10％。然而，接种Microbacterium sp.的MFCs由于对其他微生物菌株的拮抗作用，性能较差，最低功率密度输出为24.93 mW m−3，油去除率为65.88±1.10%。不同微生物菌株对石油烃的降解特性不同，因此相关结果可以进一步了解微生物的协同和拮抗作用如何影响MFCs。
图1. MFC双室示意图。1阳极；2阴极；3活性炭；4数据记录器；5电阻箱；6 PEM；7曝气器；8气泵；9计算机。
图 2. a. 接种了微杆菌属 (MFC-M)、类芽孢杆菌属 (MFC-P) 和奇球菌属 (MFC-D) 的 MFC 的极化曲线。(● MFC-P 的电压；■MFC-M 的电压；▲MFC-D 的电压；○MFC-P 的功率密度；□MFC-M 的功率密度；△ MFC-D 的功率密度)。
b. 接种了微杆菌属 + 类芽孢杆菌属 (MFC-M + P)、微杆菌属 + 奇球菌属 (MFC-M + D)、类芽孢杆菌属 + 奇球菌属 (MFC-P + D) 和微杆菌属 + 类芽孢杆菌属+奇球菌属（MFC-M + P + D）的 MFC 的极化曲线。 （▲MFC-P + D的电压；●MFC-M + D的电压；▼MFC-M + P + D的电压；■MFC-M + P电压；△MFC-P + D功率密度；○MFC-M + D功率密度；▽ MFC-M + P + D电压；□MFC-M + P功率密度）。
c. 各MFC的阳极电位曲线（■MFC-M阳极电位；●MFC-P阳极电位；▲MFC-D阳极电位；▼MFC-M + P阳极电位；◤MFC-M + D阳极电位；◥MFC P + D阳极电位；◆MFC-M + P + D阳极电位）。
表1 MFC 废水处理效率
表2 废水中有机组分相对含量的变化
图 3. a. 代谢物对接种了微杆菌属 (MFC-M) 的 MFC 的影响。
b. 代谢物对接种了类芽孢杆菌属 (MFC-P) 的 MFC 的影响。
c. 代谢物对接种了奇球菌属 (MFC-D) 的 MFC 的影响。
d. 代谢物对接种了微杆菌属 + 类芽孢杆菌属 (MFC-M + P) 的 MFC 的影响。
e. 代谢物对接种了微杆菌属 + 奇异球菌属 (MFC-M + D) 的 MFC 的影响。
f. 代谢物对接种了类芽孢杆菌属 + 奇异球菌属 (MFC-P + D) 的 MFC 的影响。
g. 代谢物对接种了微杆菌属+类芽孢杆菌属+奇异菌属（MFC M + P + D）的 MFC 的影响 。
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自王敬敬科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-2675068-1450363.html?mobile=1
收藏
