固体缓释碳源协同短程硝化反硝化生物膜脱氮调控及运行机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21906064
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0604.水污染与控制化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

At present, the influent carbon source concentration of China’s urban sewage treatment plants is generally low, resulting in the difficulty in the continuous and stable reaching the standard of the effluent total nitrogen (TN). Solid slow-release carbon source is often used as denitrification carbon source and biological filler by combination of partial nitrification-denitrification biofilm based on nitrite pathway, which is one of the effective ways to solve the shortage of carbon source and efficient removal of total nitrogen in WWTP. However, the optimization regulation, nitrogen transformation and operation mechanism of the process still need to be further studied. Therefore, this project intends to apply a sequencing batch biofilm reactor to achieve the optimal operating conditions of slow-release carbon source synergistic partial nitrification biofilm through regulating system parameters, and the inhibition mechanism of nitrite oxidizing bacteria (NOB) will be also analyzed. Next, the key components and physicochemical characteristics of extracellular polymer substances (EPS) during the formation process of slow-release carbon source synergistic partial nitrification biofilm will be analyzed. Moreover, the characteristics of biofilm formation will be explored. Additionally, the characteristics and bioavailability of dissolved organic nitrogen (DON) in the slow-release carbon source synergistic partial nitrification biofilm will be analyzed by using chemical analysis and spectroscopic approach. In the end, the key functional genes and dominant population evolution of biofilm will be investigated by using modern molecular biology to confirm the microbial mechanism. This research result of the project is of guiding significance for promoting the development and application of new biotechnology.
目前,我国城镇污水厂进水碳源浓度普遍偏低,致使出水总氮难以持续稳定达标。利用固体缓释碳源作为反硝化碳源和生物填料,构建基于亚硝酸盐途径的短程硝化反硝化生物膜脱氮工艺,是解决污水厂碳源不足和总氮高效去除的有效途径之一。但该工艺的优化调控、氮污染物形态转化和运行机制等问题仍需进一步深入研究。基于此,本项目拟采用序批式生物膜反应器,通过调控系统参数,建立固体缓释碳源协同短程硝化生物膜的最佳运行条件,明确亚硝酸盐氧化菌(NOB)抑制机制;分析生物膜形成过程中微生物胞外聚合物(EPS)关键组分和物化特性,探索其形成特性;采用化学分析与光谱表征相结合的手段,分析短程硝化系统中溶解性有机氮(DON)生成特性和生物有效性,明确其化学结构和分子构成;在此基础上,通过分子生物学技术明确短程硝化生物膜脱氮关键功能基因和优势种群演变,揭示其微生物作用机制。本项目的研究成果对推动新型生物技术发展和应用具有指导意义。

结项摘要

针对污水处理厂进水碳源低、碳源投加不易控制和总氮难以稳定达标的技术难题,本项目构建了基于亚硝酸盐途径的缓释碳源反硝化耦合短流程生物脱氮系统,并解析了氮化合物形态转化及相关的微生物作用机制。主要研究结论如下:(1)缓释碳源耦合短程硝化工艺稳定运行阶段氨氮去除率95%以上,亚硝酸盐积累率(NAR)达到94%,总无机氮去除率85%以上;(2)构建了缓释碳源耦合短程硝化-厌氧氨氧化(PNA)脱氮系统,进一步降低运行能耗和缓释碳源投加量,氨氮和总无机氮去除率分别高达99.7±0.2%和98.4±1.0%;(3)PBS缓释碳源投加前后,PNA系统的溶解性有机氮(DON)出水由1.0降低到0.6 mg/L,出水DON/TDN比例由2.8%增加到41.2%,高分辨质谱表明木质素和蛋白质是最丰富的DON分子,具有大分子量、不饱和性和芳香结构的DON在投加缓释碳源后优先被分解和利用;(4)缓释碳源的投加未影响PNA系统中Candidatus_Jettenia(17.7%)的主导地位,并提高了Denitratisoma(2.2%)、Thauera(3.3%)等反硝化菌丰度;代谢组学检测出225个差异代谢物,主要集中在嘧啶代谢,氨基酸代谢、芳香族化合物降解和维生素代谢等代谢途径。本项目的研究成果对推动低碳氮比废水的处理和应用以及理解该工艺的氮化合物形态转化机制,提供理论支持和技术参考。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Aerobic biodegradation of p-nitrophenol in a nitrifying sludge bioreactor: System performance, sludge property and microbial community shift
硝化污泥生物反应器中对硝基苯酚的好氧生物降解:系统性能、污泥特性和微生物群落变化。
  • DOI:
    10.1016/j.jenvman.2020.110542
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    JOURNAL OF ENVIRONMENTAL MANAGEMENT
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Mingrun Li;Dong Wei;Liangguo Yan;Qingwei Yang;Lulu Liu;Weiying Xu;Bin Du;Qian Wang;Hongxun Hou
  • 通讯作者:
    Hongxun Hou
Enhancing 2,6-dichlorophenol degradation and nitrate removal in the nano-zero-valent iron (nZVI) solid-phase denitrification system
增强纳米零价铁 (nZVI) 固相反硝化系统中 2,6-二氯苯酚的降解和硝酸盐去除
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2021.132249
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Chemosphere
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Mingrun Li;Dong Wei;Zhaoran Zhang;Dawei Fan;Bin Du;Huiping Zeng;Dong Li;Jie Zhang
  • 通讯作者:
    Jie Zhang
Solid slow-release carbon source assembled microbial fuel cell for promoting superior nitrogen removal in an aerobic granular sludge bioreactor
固体缓释碳源组装微生物燃料电池用于促进好氧颗粒污泥生物反应器中的高效脱氮
  • DOI:
    10.1016/j.jenvman.2022.116430
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Environmental Management
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    Chuanfu Zhao;Yibing Wang;Shuangyu Meng;Wenhao Zhang;Xinwen Zhang;Liangguo Yan;Qin Wei;Dong Wei
  • 通讯作者:
    Dong Wei
Aerobic biodegradation of 2,6-dichlorophenol in a nitrifying granular sludge reactor: System performance and microbial community evolution
硝化颗粒污泥反应器中 2,6-二氯苯酚的好氧生物降解:系统性能和微生物群落进化
  • DOI:
    10.1016/j.jwpe.2020.101524
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Water Process Engineering
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Dong Wei;Mingrun Li;Qianqian Meng;Liangguo Yan;Rui Feng;Yongfang Zhang;Dawei Fan;Xuehui Pang;Bin Du;Qin Wei
  • 通讯作者:
    Qin Wei
Coupling of submersible microbial fuel cell into aerobic granular sludge bioreactor for ciprofloxacin stress alleviation: Performance and mechanism
潜水式微生物燃料电池与好氧颗粒污泥生物反应器耦合用于缓解环丙沙星应激:性能和机制
  • DOI:
    10.1016/j.jclepro.2022.133902
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Chuanfu Zhao;Shuangyu Meng;Liangguo Yan;Xinwen Zhang;Qin Wei;Dong Wei
  • 通讯作者:
    Dong Wei

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其他文献

基于细胞组学技术提高胶球藻C-169中性脂染色的有效性
  • DOI:
    10.13982/j.mfst.1673-9078.2016.9.004
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    现代食品科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏东;李露
  • 通讯作者:
    李露
新疆楼兰地区雅丹地貌差异性侵蚀特征分析
  • DOI:
    10.7522/j.issn.1000-694x.2015.00214
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国沙漠
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林永崇;穆桂金;秦小光;赵雪;许冰;贾红娟;张磊;阮秋荣;吴勇;魏东;王春雪;邵会秋
  • 通讯作者:
    邵会秋
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏东;刘侃;丁荣军;胡伟;陈泳丹
  • 通讯作者:
    陈泳丹
优化营养方式强化蛋白核小球藻生物量及蛋白质和叶绿素生产
  • DOI:
    10.13982/j.mfst.1673-9078.2017.4.025
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    现代食品科技
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏东;张会贞;陈娇敏
  • 通讯作者:
    陈娇敏
海洋地磁参量实时测量野值的在线辨识与改正
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    地球物理学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐遵义;魏东;晏磊
  • 通讯作者:
    晏磊

其他文献

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魏东的其他基金

缓释碳源反硝化协同厌氧氨氧化系统溶解性有机氮生成机制及控制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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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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