基于三维荧光指纹的污水处理系统有机物迁移转化特性表征

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21407147
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2017-12-31

项目摘要

Higher treatment efficiency and smarter operational management are urgently required in China’s wastewater treatment plants. Rapid, sensitive, and comprehensive online monitoring of the whole process state is of great importane in this regard. Three-dimensional excitation-emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy is suggested as a novel online monitoring tool for wastewater treatment systems, giving fingerprints of dissolved organic matter (DOM) which is closely related to the process state. The present project aims to establish the relationship between EEM fingerprints and DOM behaviors in wastewater treatment systems, so that EEM fingerprints could serve as an indicator of the process state. The DOM properties of particular interest, that could be closely involved in the migration and transformation of DOM during the process of wastewater treatment, include hydrophobicity, acidity, molecular weight, biodegradability, mean oxidation state, etc. The dependency of EEM fingerprints on DOM properties will be systematically investigated by characterizing DOM fractions of varied properties, with the mechanisms to be elucidated using fluorescence theories. EEM fingerprints will then be related to different wastewater treatment processes, to identify their specific or common roles in indicating DOM behaviors. Finally, a case study will be performed based on a practical wastewater treatment plant, to examine the indicative role of EEM fingerprints during long-term operation with dynamic fluctuations. Statistical relationship between EEM fingerprints and DOM properties will be explored, to identify the EEM parameters with good reliability and sensitivity that could be feasible for online monitoring. This project could promisingly provide theoretical and experimental foundations for the development of EEM-based online monitoring strategies and techniques for wastewater treatment systems.
目前我国污水处理厂普遍存在运行管理粗放低效的问题,对工艺状态进行全面快速的在线监测,是提升污水处理效率和稳定性的重要策略。本项目提出以三维荧光光谱为工具,通过系统表征溶解性有机物的迁移转化特性,达到指示工艺状态的目的,从而为污水厂在线监测提供新的思路。项目通过对三维荧光图谱进行拓展解析,重点考察荧光指纹对有机物迁移转化过程中亲疏水性、酸碱性、分子量、可生化性、平均氧化态等性质变化的指示作用。首先通过间歇试验对有机物性质进行分级表征,揭示荧光指纹随有机物性质变化的基本规律,利用荧光理论论证其合理性;其次建立荧光指纹与工艺过程的联系,探讨荧光指纹的指示作用对于不同工艺过程的特殊性与普遍性;最后以典型污水厂为案例,长期跟踪监测工艺动态,探索荧光指纹与有机物性质之间的统计学相关关系,优选具有灵敏可靠响应的荧光指纹信息。本项目旨在为基于三维荧光光谱的污水厂在线监测技术开发与功能拓展提供理论支持。

结项摘要

本项目的目标是系统表征污水处理系统中溶解性有机物(DOM)的三维荧光指纹特征与迁移转化特性之间的关系,从而为基于荧光指纹的污水厂工艺运行状态在线监测提供新的思路。首先在方法层面对三维荧光光谱进行拓展解析,提取DOM荧光量子产率、比荧光强度(单位总有机碳的荧光强度)、Stokes位移、激发态能级等深层图谱信息。通过间歇试验对DOM性质进行分级表征,初步发现以下规律:与亲水组分相比,疏水组分具有更高的量子产率和Stokes位移;与大分子组分相比,小分子组分具有更高的荧光团密度。从荧光激发和发射过程中能量变化的角度,对此规律进行了解析。进而以DOM分级过程中的临界保留因子作为控制参数,对DOM的亲疏水性进行了细化表征,发现亲疏水程度与比荧光强度、荧光区域积分贡献率和荧光指数之间存在显著的协同变化趋势。以此为基础,横向调研了全国10座污水处理厂的DOM,验证了平均Stokes位移与DOM亲疏水组分分布之间、比荧光强度与DOM分子量分布之间存在显著的统计学相关关系,这些荧光特性可作为指示污水厂DOM性质变化的潜力指标。最后以两座污水厂为案例,对工艺动态和DOM性质进行了为期半年的跟踪监测,提出了荧光商的指标,用于指示工艺过程中DOM降解、代谢、固液分配、膜污染等方面的迁移转化特性,具有指示工艺状态的潜在意义。本项目的研究结果可为基于三维荧光光谱的污水厂在线监测技术开发与功能拓展提供一定的理论依据。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(0)
Fluorescent properties of dissolved organic matter as a function of hydrophobicity and molecular weight: case studies from two membrane bioreactors and an oxidation ditch
溶解有机物的荧光特性与疏水性和分子量的关系:两个膜生物反应器和氧化沟的案例研究
  • DOI:
    10.1039/c5ra23167a
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Kang Xiao;Jian-Yu Sun;Yue-Xiao Shen;Shuai Liang;Peng Liang;Xiao-Mao Wang;Xia Huang
  • 通讯作者:
    Xia Huang
不同临界保留因子下天然有机物亲疏水组分光谱特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    穆思图;刘春;王舒;樊慧菊;韩秉均;肖康
  • 通讯作者:
    肖康
Fluorescence quotient of excitation–emission matrices as a potential indicator of organic matter behavior in membrane bioreactors
激发发射矩阵的荧光商作为膜生物反应器中有机物行为的潜在指标
  • DOI:
    10.1039/c7ew00270j
  • 发表时间:
    2018-02
  • 期刊:
    Environmental Science: Water Research & Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Kang Xiao;Shuai Liang;Aihua Xiao;Ting Lei;Jihua Tan;Xiaomao Wang;Xia Huang
  • 通讯作者:
    Xia Huang

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其他文献

青藏高原藏羚羊朊蛋白基因及氨基酸序列分析
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    --
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    疾病监测
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    高利萍;肖康;周伟;王园;董小平;石琦
  • 通讯作者:
    石琦

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肖康的其他基金

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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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