生物电化学强化污泥堆肥的微生物种间互作及病原菌定向抑制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51608155
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1006.固废资源转化与安全处置
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

A novel method is introduced to realize sludge resource and energy reclamation using bioelectrochemical system which combines both organic waste treatment and energy recovery. The results of our earlier studies showed that the sludge stabilization was promoted by using dewatered sludge to produce electricity. But the efficiency improvements of electricity production and sludge composting are still in the bottleneck, the in-depth and systematic theoretical guidance is lack, especially some key scientific problems remain unsolved in the aspects of the strengthening mechanism of sludge compost by BES and the mechanism of interactions between microbial species. In this study, BES enhanced sludge composting system is set up, the substrate conditions and operating parameters effects on the sludge electricity generation and composting would be studied, and bioelectrochemical regulatory mechanism in the BES enhanced sludge composting process could be confirmed. The high-throughput sequencing, BIOLOG ECO plate and other methods are used to deeply analyze microbial species interaction mechanism and metabolic fingerprint characteristics during the sludge composting process enhanced by BES, to find out the function and status of different microorganism species, and to reveal the evolution behavior of the dominant microorganism, functional microorganism and pathogenic microorganism during the sludge electricity generation and composting process. The structure and function of microflora would be optimized by adjusting the BES operational parameters in order to accelerate sludge stabilization, improve the efficiency of electricity generation, and inhibit the growth of pathogenic microorganism.
生物电化学系统(Bioelectrochemical System,BES)可兼顾有机废物处理和能源回收,为污泥的资源化和能源化提供了新思路。申请者前期研究表明利用脱水污泥进行产电的同时可促进污泥稳定化,但其产电堆肥效能的提高还处于瓶颈期,缺乏系统深入的理论指导,特别是在BES强化污泥堆肥机理和微生物种间互作机制方面仍存在一些关键性的科学问题亟待解决。本研究构建了BES强化污泥堆肥系统,深入研究底物条件、运行参数对污泥产电堆肥效能的影响,建立BES强化污泥堆肥的调控机制。利用高通量测序和BIOLOG ECO板等方法,深度解析BES强化污泥堆肥过程中的微生物种间互作机制和代谢指纹特征,揭示不同微生物种群在产电同步堆肥过程中的地位和功能,以及优势种群、功能种群和病原微生物的演化行为。通过优化BES运行参数,进而优化微生物的群落结构和功能,达到加速污泥稳定化,提高产电效率,抑制病原菌生长的目的。

结项摘要

污泥产量大,处置难是国内外污水处理厂普遍存在的难题。利用微生物电化学系统(BES)阳极强化污泥降解,以电能形式回收污泥有机物中蕴藏的化学能,并原位利用生物电能进行脱盐是一种新型的污泥能源化和资源化技术。本研究通过优化微生物电化学系统结构和阳极底物组成,达到提高污泥产电、脱盐、堆肥效能的目的。利用宏基因组测序技术解析不同底物条件、不同运行阶段阳极污泥中微生物种群结构的演化行为。进一步基于阴极和阳极的电化学行为特征,研究阴极材料优化策略。研究结果表明:BES处理后的脱水污泥有机质、植物毒性明显降低,腐殖酸和速效养分含量增加明显,重金属赋存形态向更稳定的残留态转化。污泥底物添加了餐厨垃圾的BES在产电、堆肥效能方面明显好于添加农田秸秆。高通量测序结果显示,Proteobacteria是阳极底物中占绝对优势的菌门。Betaproteobacteria为优势纲。单一污泥为底物时,Rhodanobacter为优势菌属,其中的优势菌种为Rhodanobacter_sp._Soil772。添加餐厨垃圾和农田秸秆时,优势菌属分别由初期的Ardenticatena和Dechloromonas转化为末期的Pirellula,优势种属均由运行初期的Ardenticatena_noname转化为运行末期的Pirellula_staleyi。其中部分人类致病微生物丰度降低明显。在阴极电极表面沉积Ni和Co后可明显提高ORR活性,特别是镍纳米阵列结构,可有效促进阴极反应速率,提高系统性能。本研究对促进污泥安全有效的资源化能源化利用具有重要的科学意义。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Electrochemical Nucleation and Growth of Cobalt from Methanesulfonic Acid Electrolyte
甲磺酸电解液中钴的电化学成核和生长
  • DOI:
    10.1149/2.0191816jes
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of the Electrochemical Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Kong Delong;Zheng Zhen;Meng Fanyu;Li Ning;Li Deyu
  • 通讯作者:
    Li Deyu
Simultaneous sludge degradation, desalination and bioelectricity generation in two-phase microbial desalination cells
两相微生物脱盐池同时进行污泥降解、脱盐和生物发电
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2018.12.063
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Meng Fanyu;Zhao Qingliang;Zheng Zhen;Wei Liangliang;Wang Kun;Jiang Junqiu;Ding Jing;Na Xiaolin
  • 通讯作者:
    Na Xiaolin

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨丽丽
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  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    肖文贵;喻泽文;潘晓东;孟繁宇
  • 通讯作者:
    孟繁宇

其他文献

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表面纳米化泡沫阳极MES多维度加速污泥稳定的协同增效机制
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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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