生物电化学反应器水力调控机制的多尺度研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51878637
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    穆杨
  • 依托单位：
    中国科学技术大学
  • 学科分类：
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Bioelectrochemical technology could not only treat various kinds of wastewater but also recover energy and resource from wastewater, but it is still in the laboratory research stage and has not yet been applied in particle due to scaling up problems. Hydrodynamic characteristics significantly affect the mass transfer and microbial metabolic processes of different bioreactors for wastewater treatment and thus play a crucial role in their scaling up and engineering applications. However, at present the research on the hydrodynamic characteristics of bioelectrochemical reactors as well as their regulation mechanisms is still very limited. This project aims to study the hydrodynamic characteristics of the bioelectrochemical reactors from the microscopic to the mesoscopic scale through a combination of experiments and simulations. The regulatory mechanisms of hydraulic shear on the electroactive bacteria on the electrode will be explored, and the effect of hydraulic shear on the ion exchange membrane fouling will also be investigated. Moreover, the influence of both the anodic and cathodic hydrodynamic conditions on the performance of bioelectrochemical reactors was clarified. Based on the above results, the methods of optimizing the hydraulic conditions of bioelectrochemical reactors will be established. The results from this project would provide theoretical basis and technical support for the scaling up and engineering application of bioelectrochemical reactors.
生物电化学技术不仅能够处理各种不同类型的废水而且可以从废水中回收部分能源、资源，但仍处于实验室研究阶段，尚未实现工程化应用。水动力学特性显著影响废水生物处理反应器的传质和微生物代谢过程，在反应器的放大及工程应用中起着至关重要的作用。然而，目前对生物电化学反应器水动力学特性及其调控机制的研究还十分有限。本项目拟通过实验和模拟相结合的方法从微观尺度到介观尺度研究生物电化学反应器的水动力学特性，揭示水力剪切对电极上电活性细菌的调控机制，明晰生物电化学反应器中离子交换膜污染的水力学作用机理，阐明水力条件对生物电化学反应器阴阳两极室的影响规律，建立优化生物电化学反应器水力条件的方法，为生物电化学反应器的工程化应用提供理论基础和技术支持。

结项摘要

针对生物电化学反应器水动力学特性及其调控机制不清的问题，本项目通过实验和模拟相结合的方法从微观尺度到宏观尺度，发展了基于粒子图像速度仪的电极表面流场研究手段，定量表征了生物电化学反应器电极表面的水力剪切强度，揭示了水力剪切对电极表面电活性微生物成膜及电子传递过程的调控机制，阐明了营养物质限制下水动力特性对电极生物膜异质性及膜污染的影响规律，解析了电极热处理强化电活性微生物成膜及抗水力剪切的微观机理，明晰了水动力学特性对生物电化学反应器和电膜生物反应器性能的宏观调控规律；项目的研究成果为生物电化学反应器的工程化应用提供了较为重要的理论基础和技术支持。该项目实施4年以来，相关研究成果已经在国际SCI源等高水平刊物上发表论文21篇，授权中国发明专利2项，申请中国发明专利1项；项目主持人获得了国家杰出青年科学基金资助，入选了科技部“中青年科技创新领军人才”；已培养2名博士和1名硕士毕业生，另有1名博士生即将毕业。

项目成果

期刊论文数量（21）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（3）
Nano-sized Zero-Valent Iron Coupled with Sulfidation and Ferrous Implantation Enhances the Reduction–Oxidation Removal of Iodinated Contrast Medium
纳米零价铁结合硫化和亚铁注入增强碘造影剂的还原氧化去除
  • DOI：
    10.1021/acsestwater.1c00199
  • 发表时间：
    2021-08
  • 期刊：
    ACS ES&T Water
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Zhou Guannan;Chen Jia-Qi;He Chuan-Shu;Ding Rongrong;Mu Yang
  • 通讯作者：
    Mu Yang
Electrical stimulation enhancing anaerobic digestion under ammonia inhibition: A comprehensive investigation including proteomic analysis
电刺激增强氨抑制下的厌氧消化：包括蛋白质组分析在内的综合研究
  • DOI：
    10.1016/j.envres.2022.113006
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Environmental Research
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    Zhi-Jun Zhao;Yi-Ran Wang;Yi-Xuan Wang;Wei Zhang;Zheng-Hao Li;Yang Mu
  • 通讯作者：
    Yang Mu
Efficient bioanode from poultry feather wastes-derived N-doped activated carbon: Performance and mechanisms
来自家禽羽毛废物的氮掺杂活性炭的高效生物阳极：性能和机制
  • DOI：
    10.1016/j.jclepro.2020.122012
  • 发表时间：
    2020-10
  • 期刊：
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子：
    11.1
  • 作者：
    Wang Y.-X.;Li W.-Q.;He C.-S.;Zhou G.-N.;Yang H.-Y.;Han J.-C.;Huang S.-Q.;Mu Y.
  • 通讯作者：
    Mu Y.
Enhanced reductive reactivity of zero-valent iron (ZVI) for pollutant removal by natural organic matters (NOMs) under aerobic conditions: Correlation between NOM properties and ZVI activity
有氧条件下增强零价铁 (ZVI) 的还原反应性，用于天然有机物 (NOM) 去除污染物：NOM 特性与 ZVI 活性之间的相关性
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2021.149812
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Science of The Total Environment
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Chuan-Shu He;Rong-Rong Ding;Jia-Qi Chen;Guan-Nan Zhou;Yang Mu
  • 通讯作者：
    Yang Mu
Generation of iodinated trihalomethanes during chloramination in the presence of solid copper corrosion products
在存在固体铜腐蚀产物的情况下氯胺化过程中产生碘化三卤甲烷
  • DOI：
    10.1016/j.watres.2022.118630
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Water Research
  • 影响因子：
    12.8
  • 作者：
    Jing Wang;Jie Zhang;Jing Liu;Nan-Nan Hou;Qi Li;Guan-Nan Zhou;Ke-Wan Li;Yang Mu
  • 通讯作者：
    Yang Mu

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新鲜周期宫内外妊娠相关指标的比较
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  • 作者：
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    陈巍

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废水处理与资源化
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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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