基于电极生物载体的复合型反硝化工艺技术及电极的多元作用机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51878009
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    60.0万
  • 负责人：
    崔丹
  • 依托单位：
    北京工业大学
  • 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

Nitrogen removal is crucial to guarantee water security and the safe reuse of wastewater. Denitrification is an important step for nitrogen removal. Especially, the biological denitrification process has obtained more attentions due to its characteristics of low cost, high efficiency and environmental friendly. However, the current biological technology is usually limited to the lack of carbon source (endogenous electron donor), which brings big challenge for wastewater treatment. Thus, it is urgent to develop new and practical denitrification technologies to improve the water quality. .This study will develop a new hybrid denitrification process built-in with electrode bio-carrier basing on the pathway of electrode autotrophic denitrification, which dominated by bio-electrochemical system, and establish a new method that coupling heterotrophic denitrification with electrode autotrophic denitrification. The multifunction of electrode bio-carrier in the hybrid system will be comprehensively investigated in the view of hydrodynamics, micro electric field control and microbial synergy. And through some specific index of fluid model, bio-electrochemistry and microorganism, the contribution of electrode bio-carrier to the denitrification process will be respectively quantified from the three aspects. In addition, the denitrification pathway by using the electrons directly from electrode and through extracellular electron transfer will be revealed. Moreover, the synergy mechanism of electrodic and other bacteria for denitrification enhancement will be analyzed. This study intends to provide theoretical and technical basis for the scaling-up and application of the hybrid denitrification process.
污水深度脱氮是保障水安全和实现废水安全回用的重要前提，其中，反硝化是废水脱氮的重要环节，生物反硝化由于具有成本低、效率高和环境友好性的特点而备受青睐，但现有生物技术受限于内源电子供体不足（碳源不足）的现象十分严重，使废水达标排放面临巨大挑战，亟待开发实用性强的反硝化技术。.本研究基于生物电化学系统主导的电极自养反硝化新途径，构建内置电极生物载体的复合型反硝化工艺技术，建立电极自养反硝化耦合异养反硝化脱氮的新方法，并对该系统中电极生物载体的多元作用机制提出分解剖析的研究思路，从流态强化、微电场调控和功能微生物协同作用三个方面逐层揭示。选取流态、生物电化学、微生物的特异性指标，分别量化电极生物载体对反硝化过程的贡献，明晰电极作为电子供体及通过胞外电子传递强化反硝化的途径，解析电极活性微生物与其它微生物通过种间协作对反硝化的强化机制，为复合型反硝化工艺的规模化应用提供理论和技术基础。

结项摘要

废水深度脱氮是保障水安全和实现废水安全回用的重要前提，其中，反硝化是废水脱氮的重要环节，生物反硝化由于具有成本低、效率高和环境友好性的特点而备受青睐，但现有生物技术受限于内源电子供体不足（碳源不足）的现象十分严重，使废水达标排放面临巨大挑战，亟待开发实用性强的反硝化技术。.本研究以构建高效的内置电极载体的复合型反硝化工艺，并全面解析电极生物载体的多元作用机制为总体目标。主要完成以下内容【1】通过计算流体力学模拟（CFD）和响应曲面（RSM）优化，解析了电极生物载体基于流态优化对反硝化的增效机制；【2】通过探究不同电位调控下，不同C/N比污水的反硝化性能，明晰电极作为电子供体的自养反硝化途径及对反硝化的强化贡献；【3】通过电极材料的修饰，进一步提高电极的电化学性能及生物相容性；【4】通过对电极表面电活性生物膜结构、组成、功能的分析，揭示了电极生物载体对复合型反硝化工艺中微生物群落结构和功能演替的影响规律。通过对电极生物载体多元作用机制的进一步揭示，对复合型反硝化工艺的设计、调控和规模化应用，提供理论和技术指导，进而推动废水深度净化和再生回用的进程。.项目执行期间发表SCI收录论文9篇，均为JCR一区；获授权中国发明专利5项，申请中国发明专利3项，申请PCT专利3项，申请美国发明专利2项。培养硕士研究生2人，本科生2人，项目负责人晋升副教授职称，项目参与人晋升副高级职称4人。

项目成果

期刊论文数量（9）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（10）
Microalgae-bacteria tandem-type ponds simultaneously removing ammonia nitrogen and phosphorus towards municipal wastewater advanced treatment.
微藻-细菌串联池同时去除氨氮和磷，用于城市污水深度处理。
  • DOI：
    10.1016/j.envres.2022.114076
  • 发表时间：
    2022-08
  • 期刊：
    Environmental Research
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    Zhuochao Liu;Yanni Geng;Yakun Zhang;Dan Cui;Liming Yang;Zhensheng Xiong;Spyros G. Pavlostathis;Penghui Shao;Xubiao Luo
  • 通讯作者：
    Xubiao Luo
Recent advancements in azo dye decolorization in bio-electrochemical systems (BESs): Insights into decolorization mechanism and practical application
生物电化学系统（BES）中偶氮染料脱色的最新进展：脱色机制和实际应用的见解
  • DOI：
    10.1016/j.watres.2021.117512
  • 发表时间：
    2021-08-09
  • 期刊：
    WATER RESEARCH
  • 影响因子：
    12.8
  • 作者：
    Cui, Min-Hua;Liu, Wen-Zong;Cui, Dan
  • 通讯作者：
    Cui, Dan
Corrected response surface methodology for microalgae towards optimized ammonia nitrogen removal: A case of rare earth mining tailings wastewater in Southern Jiangxi, China
微藻修正响应面法优化氨氮去除：以中国赣南稀土尾矿废水为例
  • DOI：
    10.1016/j.jclepro.2022.130998
  • 发表时间：
    2022-02
  • 期刊：
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子：
    11.1
  • 作者：
    Liming Yang;Yanni Geng;Dan Cui;Zhuochao Liu;Zhensheng Xiong;Spyros G. Pavlostathis;Penghui Shao;Xubiao Luo
  • 通讯作者：
    Xubiao Luo
Hybrid bioreactor built-in with fixed bio-carriers for denitrification with low C/N ratio: optimization based on hydrodynamic characteristics
内置固定生物载体的低碳氮反硝化混合生物反应器：基于水动力特性的优化
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2023
  • 期刊：
    Environmental Research
  • 影响因子：
    8.3
  • 作者：
    Ke-Wen Wang;Wen-Zong Liu;Da-Kang;Yu-Xiang Zhang;Dan Cui
  • 通讯作者：
    Dan Cui
Enhanced ammonia nitrogen removal from actual rare earth element tailings (REEs) wastewater by microalgae-bacteria symbiosis system (MBS): Ratio optimization of microalgae to bacteria and mechanism analysis
微藻-细菌共生系统（MBS）强化实际稀土元素尾矿（REE）废水中氨氮的去除：微藻与细菌的比例优化及机理分析
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2022.128304
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Zhuochao Liu;Dan Cui;Yuanqi Liu;Haiyu Wang;Liming Yang;Houxing Chen;Genping Qiu;Zhensheng Xiong;Penghui Shao;Xubiao Luo
  • 通讯作者：
    Xubiao Luo

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  • 发表时间：
    2022
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  • 作者：
    王乐;李淑娟;李言;崔丹
  • 通讯作者：
    崔丹

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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

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          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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