基于微藻营养模式和氮丰度转换处理高氨氮废水技术及机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51668044
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Treatment of ammonium (NH4+-N) rich wastewater is a world-wide challenge, traditional method of activated sludge removes NH4+-N through nitrification- denitrification process, which has high organic carbon requirements and could generally be satisfied only with addition of external carbon source. Construction and operation of the indispensable aeration equipment further increased the cost of wastewater treatment. Photoautotrophy, mixotrophy, and heterotrophy are the three major trophic modes for microalgae. Most microalgae only grow photoautotrophically, some can grow heterotrophically and/or mixotrophically. Nitrogen (N) is an important element influencing the growth of microalgae, synthesis of N required compounds such as protein, nucleic acid, and chlorophyll are generally impeded under N deprivation, causing the growth of microalgae significantly slowed down or even to a halt. Meanwhile, carbon metabolism pathways would shift from protein synthesis to lipid or starch synthesis, as storage for energy and carbon source. Previous studies only focused on the growth and cell composition of microalgae after N deprivation, growth and NH4+-N uptake after recovering from N deprivation has rarely been researched. Therefore, this thesis studied a three-stage high NH4+-N wastewater treatment process was proposed by using selected high-N tolerant mciroalgae as model, utilizing the advantageous strain’s trophic mode and N sufficiency/deprivation conversion to enhance NH4+-N removal. And various approaches were attempted to optimize the proposed three-stage process, deeper mechanism analysis by using transcriptomics and proteomics were also carried out. All these studies would have great practical significances on improving biomass productivity for biofuel production and offering a new solution for effective ammonium rich wastewater treatment.
高氨氮废水净化是世界范围的一大难题,传统活性污泥法通过硝化-反硝化去除氨氮,需外加有机碳源。曝气设备建设运营、有机碳源的投加均增加了废水处理成本。菌藻系统或单纯微藻系统的引入,有望成为解决传统活性污泥处理高NH4+-N废水局限的新思路。本项目拟以筛选的耐受高NH4+-N废水藻株为对象,将营养模式与氮丰度转换相结合,分三阶段培养微藻,即丰氮异养/混养-氮饥饿异养/混养-高氮自养模式,并对照全阶段自养和无氮饥饿阶段的培养组,明确微藻营养模式和氮丰度转换的高NH4+-N去除潜能与细胞组分变化特征,围绕异养/混养-自养和氮饥饿-丰氮转换过程,研究微藻营养模式和氮丰度转换与微藻利用、吸收高NH4+-N的相互关系和关键优化因素,同时通过比较转录组及蛋白质组学揭示微藻高效吸收氨氮的代谢流变化规律和分子调控机制,为需找合理、经济和高效的基于微藻高NH4+-N废水处理方法奠定理论基础和提供可行的技术新思路。

结项摘要

高氨氮废水净化是世界范围的一大难题,传统活性污泥法通过硝化-反硝化去除氨氮,需外加有机碳源。曝气设备建设运营、有机碳源的投加均增加了废水处理成本。菌藻系统或单纯微藻系统的引入,有望成为解决传统活性污泥处理高NH4+-N废水局限的新思路。本项目拟以筛选的耐受高NH4+-N废水藻株为对象,将营养模式与氮丰度转换相结合,分三阶段培养微藻,明确微藻营养模式和氮丰度转换的高NH4+-N去除潜能与细胞组分变化特征,围绕氮丰度和营养模式转换过程,研究微藻营养模式和氮丰度转换与微藻利用、吸收高NH4+-N的相互关系和关键优化因素,同时通过比较转录组及蛋白质组学揭示微藻高效吸收氨氮的代谢流变化规律和分子调控机制。结果显示筛选获得的三株耐高氨氮淡水藻Chlorella sorokiniana、Scenedesmus sp.、Chlorella vulgaris在同一葡萄糖浓度下,兼养条件下的生物量高于自养、异养生物量之和,即兼养时存在自养与异养的协同效应;其脂质含量差异为C. vulgaris > C. sorokiniana > Scenedesmus sp.,接种生长期对三种微藻自养、异养、兼养生长特性及脂质含量有明显影响。营养模式与氮丰度转换处理显示氮饥饿组UMN266 Chlorella sorokiniana对NH4+-N去除比丰氮组有明显优势,氮丰度相同时异养组的NH4+-N去除普遍高于兼养组;优化实验结果表明提高光照强度并外加无机碳源时,可显著促进UMN266的生长以及对NH4+-N的去除;原种异养流程各组的NH4+-N去除能力不如原种自养流程。从垃圾渗滤液中筛选的藻株显示NCU7藻株具有较强的氨氮耐受性及氮丰度变化适应性,不同营养模式下,NCU7藻株的生长速度关系为兼养>异养>自养,氮饥饿处理组微藻对氨氮的去除能力高于丰氮组,而相同的氮饥饿条件下营养模式处理组微藻对NH4+-N的去除能力为兼养组>异养组>自养组;第3阶段转高氮兼养时,再次表明兼养缺氮(M,DN)处理组效果最佳,且氨氮去除率达100%。这表明在实际工程应用中,最后阶段更适合采用兼养培养,实现微藻对氨氮的高效去除,该工作对利用微藻处理高氨氮废水工程化应用提供了理论基础及数据支撑,具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(25)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Life cycle assessment of industrial scale production of spirulina tablets
工业规模生产螺旋藻片的生命周期评估
  • DOI:
    10.1016/j.algal.2018.07.013
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Algal Research-Biomass Biofuels and Bioproducts
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Ye Chensong;Mu Dongyan;Horowitz Naomi;Xue Zhonglin;Chen Jie;Xue Mingxiong;Zhou Yu;Klutts Megan;Zhou Wenguang
  • 通讯作者:
    Zhou Wenguang
Use of microalgae to recycle nutrients in aqueous phase derived from hydrothermal liquefaction process
利用微藻回收水热液化过程中水相中的营养物质
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2018.01.121
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Leng Lijian;Li Jun;Wen Zhiyou;Zhou Wenguang
  • 通讯作者:
    Zhou Wenguang
Use of microalgae based technology for the removal of antibiotics from wastewater: A review
使用基于微藻的技术去除废水中的抗生素:综述
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2019.124680
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Lijian Leng;Liang Wei;Qin Xiong;Siyu Xu;Wenting Li;Sen Lv;Qian Lu;Liping Wan;Zhiyou Wen;Wenguang Zhou
  • 通讯作者:
    Wenguang Zhou
Beneficial synergistic effect on bio-oil production from co-liquefaction of sewage sludge and lignocellulosic biomass
污水污泥和木质纤维素生物质共液化生产生物油的有益协同效应
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2017.12.018
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Leng Lijian;Li Jun;Yuan Xingzhong;Li Jingjing;Han Pei;Hong Yuchun;Wei Feng;Zhou Wenguang
  • 通讯作者:
    Zhou Wenguang
Microalgae screening under CO2 stress: Growth and micro-nutrients removal efficiency
CO2 胁迫下的微藻筛选:生长和微量营养物去除效率
  • DOI:
    10.1016/j.jphotobiol.2017.03.021
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Photochemistry and Photobiology B-Biology
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Hussain Fida;Shah Syed Zahir;Zhou Wenguang;Iqbal Munawar
  • 通讯作者:
    Iqbal Munawar

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其他文献

藻菌固定化在畜禽养殖废水深度处理中的参数优化
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    环境工程
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  • 作者:
    肖丛亮;郭远涛;刘亮;辛佳期;卓梦琼;刘强;周文广;李昆
  • 通讯作者:
    李昆
60 kV双断口直流真空断路器换流回路参数优化分析
  • DOI:
    10.13922/j.cnki.cjovst.2017.09.08
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    周文广;刘晓明;黄翀阳;邹积岩
  • 通讯作者:
    邹积岩
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    河北大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王龙龙;周文广;张连水;李晓莉;周川;史亚芳
  • 通讯作者:
    史亚芳
60 kV 双断口直流真空 断路器换流回路参数优化分析
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周文广;刘晓明;黄翀阳;邹积岩
  • 通讯作者:
    邹积岩

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周文广的其他基金

微藻两段水热耦合液化水相循环利用过程中氮的迁移转化机理与调控机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
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    2019
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  • 项目类别:
    地区科学基金项目

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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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