反硝化厌氧甲烷氧化碳减排耦合厌氧氨氧化共脱氮机制及工艺调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51778173
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 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:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The organic pollutants in municipal sewage contain large amounts of chemical energy, which could be captured and subsequently converted to renewable energy through anaerobic digestion. This enables energy self-sufficient and carbon-neutral operation of wastewater treatment plants to achieve sustainable sewage treatment, which meets the strategic demands of greenhouse gas mitigation and ecological environmental protection energy of the 13th national five-year plan. However, the sustainable development of sewage treatment is greatly limited by the competition of organic carbon between energy recovery and nitrogen removal from wastewater, and also restricted by massive methane emission during anaerobic energy recovery. This project will combine the microorganisms with complementary functions of nitrogen removal— denitrifying anaerobic methane oxidation and anaerobic ammonium oxidation. The interaction and synergic competition among functional microorganisms will be investigated to develop coupling and matching mechanism; membrane biofilm reactor will be designed and optimized, the fast start-up strategy of coupling process will be established and the operation parameters will be optimized. The biofilm structure, the microbial population and the substrate distribution profile in the biofilm will be investigated to develop a dynamic biofilm model, and then the model will be used to simulate and optimize the operating conditions, to provide guide for operation and regulation of the coupling process and construct a high efficiency nitrogen removal and methane emission mitigation process. This project will effectively solve competition of organic carbon between energy production and nitrogen removal, maximise energy recovery from wastewater, and use methane as resource to reduce greenhouse gas emissions, which will make positive contributions to sustainable wastewater treatment.
城市污水中有机污染物蕴含丰富的能量,通过有机物的捕获和厌氧消化回收可再生能源,达到污水处理能源自给和碳中和运行,实现污水处理可持续发展,符合国家“十三五”温室气体减排和生态环境保护的战略需求。然而,污水高效脱氮与能量回收之间的有机碳竞争和厌氧能源回收过程中溶解甲烷大量无序排放限制了可持续污水处理的发展。本课题拟将脱氮功能互补的反硝化厌氧甲烷氧化和厌氧氨氧化微生物耦合,研究功能微生物之间交互作用规律,建立耦合匹配机制;优化设计膜生物膜反应器,开发耦合工艺快速挂膜启动策略,优化工艺运行与调控;解析生物膜结构、微生物种群和膜内基质分布规律,建立动态生物膜模型,模拟优化操作条件,指导耦合工艺运行和调控,构建高效脱氮同步甲烷减排工艺,有效解决高效脱氮与能源回收之间的有机碳竞争,最大限度实现废水中的能源回收,同时资源化利用溶解甲烷,减少温室气体排放,为可持续污水处理做出积极贡献。

结项摘要

反硝化厌氧甲烷氧化(DAMO)耦联反硝化和厌氧甲烷氧化过程,能够为污水生物脱氮新工艺的设计与发展提供契机。揭示DAMO功能微生物的脱氮潜能及代谢机理并建立工艺调控策略对加快其实际应用具有重要的推动作用。本项目构建了节能高效的DAMO脱氮体系,解析了DAMO功能微生物代谢途径机制,推动了DAMO工程化应用,并揭示了其在生物地球元素循环中的关键作用。.成功地富集了DAMO耦合Anammox培养物;构建了适用于DAMO耦合Anammox悬浮污泥形式的脱氮工艺,即膜曝气膜生物反应器(MAMBR),在启动200天内到达了2500 mg N/L/d的TN去除速率;基于悬浮耦合系统建立了DAMO絮状污泥脱氮过程的数值模型,解析了DAMO微生物生长特征并提出了脱氮性能优化的策略;探索了“三段进水法”启动策略运行膜生物膜反应器(MBfR),显著地缩短了启动时间并提升了TN去除速率。.构建了基于亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程的脱氮工艺,在低浓度亚硝酸盐50 mg N/L的反应器中实现接近400 mg N/L/d的脱氮速率,而在高浓度亚硝酸盐1000 mg N/L的反应器中脱氮速率接近997 mg N/L/d;发现了NC10细菌在高低浓度条件下在“种”水平上出现生态位的分化。.构建了基于硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程的脱氮工艺,在进水硝酸盐浓度1000 mg N/L运行条件下MBfR可实现1013 mg N/L/d的硝酸盐还原速率;发现了该体系内存在NO2-诱导ANME-2d古菌催化发生硝酸盐异化还原为铵过程(DNRA);并解析了AOM耦合硝酸盐和硫酸盐同步还原过程的脱氮性能及其驱动碳-氮-硫转化的关键过程。

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(7)
Microbial methane emissions from the non-methanogenesis processes: A critical review
非产甲烷过程中的微生物甲烷排放:严格审查
  • DOI:
    10.1016/j.scitotenv.2021.151362
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Science of the Total Environment
  • 影响因子:
    9.8
  • 作者:
    Liu Lu-Yao;Xie Guo-Jun;Ding Jie;Liu Bing-Feng;Xing De-Feng;Ren Nan-Qi;Wang Qilin
  • 通讯作者:
    Wang Qilin
Fe(III)-mediated anaerobic ammonium oxidation: A novel microbial nitrogen cycle pathway and potential applications
Fe(III)介导的厌氧氨氧化:一种新型的微生物氮循环途径和潜在应用
  • DOI:
    10.1080/10643389.2021.1903788
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Critical Reviews in Environmental Science and Technology
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Xin Tan;Guo-Jun Xie;Wen-Bo Nie;De-Feng Xing;Bing-Feng Liu;Jie Ding;Nan-Qi Ren
  • 通讯作者:
    Nan-Qi Ren
Sulfate dependent ammonium oxidation: A microbial process linked nitrogen with sulfur cycle and potential application
硫酸盐依赖性铵氧化:将氮与硫循环联系起来的微生物过程及其潜在应用
  • DOI:
    10.1016/j.envres.2020.110282
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL RESEARCH
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Liu, Lu-Yao;Xie, Guo-Jun;Ren, Nan-Qi
  • 通讯作者:
    Ren, Nan-Qi
Anaerobic Oxidation of Methane Coupled with Dissimilatory Nitrate Reduction to Ammonium Fuels Anaerobic Ammonium Oxidation
甲烷厌氧氧化与异化硝酸盐还原制铵燃料 厌氧氨氧化
  • DOI:
    10.1021/acs.est.0c02664
  • 发表时间:
    2021-01-19
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Nie, Wen-Bo;Ding, Jie;Ren, Nan-Qi
  • 通讯作者:
    Ren, Nan-Qi
Granular Sludge Coupling Nitrate/Nitrite Dependent Anaerobic Methane Oxidation with Anammox: from Proof-of-Concept to High Rate Nitrogen Removal
颗粒污泥与厌氧氨氧化耦合硝酸盐/亚硝酸盐依赖性厌氧甲烷氧化:从概念验证到高速脱氮
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b02528
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Fan Sheng-Qiang;Xie Guo-Jun;Lu Yang;Liu Bing-Feng;Xing De-Feng;Han Hong-Jun;Yuan Zhiguo;Ren Nan-Qi
  • 通讯作者:
    Ren Nan-Qi

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其他文献

Simultaneous nutrition removal and high-efficiency biomass and lipid accumulation by microalgae using anaerobic digested effluent from cattle manure combined with municipal wastewater
利用牛粪厌氧消化出水与城市废水结合,微藻同时去除营养和高效生物量和脂质积累
  • DOI:
    10.1186/s13068-019-1553-1
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Biotechnology for Biofuels
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    罗淋;任宏宇;裴轩瑗;谢国俊;邢德峰;戴英奇;任南琪;刘冰峰
  • 通讯作者:
    刘冰峰
Enhanced lipid productivity of an oleaginous microalgal mutant strain Scenedesmus sp. Z-4 and the underlying differences responsible for its superior lipid accumulation over wild strain Scenedesmus sp. MC-1
产油微藻突变株栅藻的脂质生产力增强。
  • DOI:
    10.1016/j.algal.2019.101618
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Algal Research
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马超;任宏宇;邢德峰;谢国俊;任南琪;刘冰峰
  • 通讯作者:
    刘冰峰

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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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