厌氧氨氧化工艺的固碳潜力及机理研究

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基本信息

  • 批准号：
    51668013
  • 项目类别：
    地区科学基金项目
  • 资助金额：
    40.0万
  • 负责人：
    张文杰
  • 依托单位：
    桂林理工大学
  • 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

ANaerobic AMMonia Oxidation (anammox) process has carbon sequestration ability, however, the potential and mechanism of carbon sequestration are unknown. In this study, the patented one-stage anammox reactor and two-stage anammox reactor are suggested to be used to investigate the potential and mechanism of carbon sequestration of anammox process. The effects of substrates and operating parameters on carbon sequestration are suggested to be performed. Mathematical models of carbon fixation, substrates (NH4-N, NO2-N, NO3-N and trace elements) and operating parameters (temperature, dissolved oxygen (DO), pH, HRT (Hydraulic retention time), LV (Linear velocity), etc.) are expected be established. And the results will be validated by the verified experiment. The C14 tracking method, fluorescence Quantitative PCR and laser scanning confocal microscopy are used to deduce the mechanism of carbon sequestration of anammox process. Based on the expected results, anammox process with high carbon sequestration will be designed, and subsequent experiment will be carried out to verify the results. The results obtained in this paper will be of great significance to the selection and optimization of anaerobic ammonium oxidation process.
厌氧氨氧化工艺具有一定的固碳能力，但其固碳潜力及机理不明。故本课题拟通过实验室已有的具有自主知识产权的一体式厌氧氨氧化工艺和分体式厌氧氨氧化工艺分别进行实验，研究基质、运行参数对工艺固碳能力的影响；建立固碳量与基质(NH4-N、NO2-N、NO3-N、微量元素等)、运行参数(温度、DO、pH、HRT、LV、污泥负荷等)的数学模型，并对该模型进行实验验证；采用C14示踪法分析无机碳在厌氧氨氧化工艺中的迁移转化路径，并结合荧光定量PCR分析仪、激光共聚焦活细胞工作站等手段所得到的污泥菌相变化及空间结构分析结果，推导厌氧氨氧化工艺的固碳机理；以工艺固碳机理为基础，根据固碳量与基质、运行参数的数学模型，设计高固碳能力的厌氧氨氧化工艺，并通过实验加以验证。本课题预期所得到的成果，将对厌氧氨氧化工艺选择及优化起到重要的指导意义。

结项摘要

厌氧氨氧化工艺具有一定的固碳能力，但其固碳潜力及机理不明。本课题通过研究基质、运行参数对工艺固碳能力的影响，建立了固碳量与基质、运行参数的数学模型，并对该模型进行了实验验证。采用13C示踪法对进水中无机碳进行了13C标记，根据放射性强度分别计算了其在污泥、出水、尾气中的含量，确定了无机碳的迁移路径；采用荧光定量PCR分析仪、激光共聚焦活细胞工作站等手段对微生物菌相构成进行了分析，推导了微生物的无机碳生命代谢机理，最终确立了工艺的固碳机理，主要研究结果如下：.1、证实了短程硝化、厌氧氨氧化反应的固碳能力。.2、短程硝化阶段和厌氧氨氧化阶段中的固碳量和基质浓度呈现正相关.工艺与基质浓度呈现正相关，且显著性水平良好；在厌氧氨氧化阶段，进水氨氮浓度相较于亚氮浓度对IC消耗量的影响更大。.3、厌氧氨氧化工艺固碳能力与运行条件相关，主要与HRT、温度呈现较为显著的相关性.理论上短程硝化-厌氧氨氧化的最佳运行参数是短程硝化温度为29-31 ℃、HRT=14 h；厌氧氨氧化阶段温度为34-36 ℃、HRT=33.4 h。.4、系统的固碳率与氮素的去除量之间存在着正相关性.系统固碳率跟氮素的去除量相关，氮素的去除量越多，固碳率越高，最高固碳率约为12.93%。.5、短程硝化细菌中存在遵循卡尔文循环固碳途径的功能基因.实验确定了短程硝化细菌中存在遵循卡尔文循环固碳途径的功能基因，且该基因丰度对氮素的响应度比对其他基质大。 .6、厌氧氨氧化菌存在遵循卡尔文循环固碳途径的功能基因.厌氧氨氧化菌存在遵循卡尔文循环固碳途径的功能基因，cbbLR1基因丰度与氮素浓度之间呈显著相关，与IC浓度之间的相关性不明显，说明该基因丰度对氮素的响应度比IC大。.7、确认了反应器内的优势种群.厌氧氨氧化阶段和亚硝化阶段的污泥样品中均存在固碳功能基因cbbLR1，且在生长过程中均存在卡尔文循环固碳途径；但并未检测出利用乙酰-CoA途径还原固定CO2功能基因的存在，有待进一步的研究发现。.厌氧氨氧化工艺的低碳排放特征有助于污水处理厂实现“碳中和”，如能够充分利用厌氧氨氧化工艺的固碳能力，污水处理厂还有望成为“固碳工厂”，本研究针对于厌氧氨氧化工艺的固碳潜力及机理的相关研究结果，为开发高固碳能力的厌氧氨氧化工艺提供了重要的理论基础。

项目成果

期刊论文数量（18）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（6）
Effects of inorganic carbon on the nitrous oxide emissions and microbial diversity of an anaerobic ammonia oxidation reactor
无机碳对厌氧氨氧化反应器一氧化二氮排放及微生物多样性的影响
  • DOI：
    10.1016/j.biortech.2017.11.027
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    Bioresource Technology
  • 影响因子：
    11.4
  • 作者：
    Zhang Wenjie;Wang Dunqiu;Jin Yue
  • 通讯作者：
    Jin Yue
Effects of NH4+-N and NO2--N on carbon fixation in an anaerobic tor ammonium oxidation reactor
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  • 发表时间：
    2019-07-01
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    8.7
  • 作者：
    Wang, Huaqin;Han, Jun;Zhang, Wenjie
  • 通讯作者：
    Zhang, Wenjie
Effect of Hydraulic Retention Time on Carbon Sequestration during the Two-Stage Anammox Process
两阶段厌氧氨氧化过程中水力停留时间对碳封存的影响
  • DOI：
    10.3390/pr7100717
  • 发表时间：
    2019-10-01
  • 期刊：
    PROCESSES
  • 影响因子：
    3.5
  • 作者：
    Ma, Xueyan;Liu, Xiaoning;Zhang, Wenjie
  • 通讯作者：
    Zhang, Wenjie
Effect of nitrite concentration on the growth and microbial diversity of anaerobic ammonia oxidation (anammox) sludge
亚硝酸盐浓度对厌氧氨氧化（anammox）污泥生长和微生物多样性的影响
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2020-03-01
  • 期刊：
    DESALINATION AND WATER TREATMENT
  • 影响因子：
    1.1
  • 作者：
    Liu, Xiaoning;Jin, Yue;Zhang, Wenjie
  • 通讯作者：
    Zhang, Wenjie
C-MBR工艺处理高盐度采油生产废水中试研究
  • DOI：
    10.16796/j.cnki.1000-3770.2019.03.026
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    水处理技术
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王泽正;刘小宁;王敦球;张文杰
  • 通讯作者：
    张文杰

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  • 通讯作者：
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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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