微藻生物能源生产中膜收获和营养元素及水回用过程关键工艺技术研究

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基本信息

  • 批准号：
    51678561
  • 项目类别：
    面上项目
  • 资助金额：
    52.0万
  • 负责人：
    陈勇生
  • 依托单位：
    中国科学院水生生物研究所
  • 学科分类：
    E10.环境工程
  • 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

The largeamount water footprint and high cost of microalgal harvesting impede the commercialization of microalgal biofuels. Membrane technology has demonstrated its great potential in bothmicroalgal harvesting and nutrient/ water recycling. However, during membrane harvesting process, fouling of the membrane by the complexity of Algogenic Organic Matter (AOM) from various microalgal strains and their culture conditionsremains the biggest challenge which reduces membrane flux dramatically. In this study, we propose to evaluate the fouling characteristics of AOM from different microalgal strains based on the membrane flux decline and backwashing recovery. Different membrane materials will be tested to understand the influence of membrane characteristics on the fouling. The bi-directional flow with air assisted backwashing will be then developed for the membrane fouling mitigation. A methodology will be established for the evaluation of the involution of water quality of the recycled media, and thus provide a practical protocol for the recycling of membrane filtered culture media.Techno-economic analysis model will be used to optimize the technology operation conditions. The conduct of this project would provide scientific insight, which has many important economic and social benefits.
高效的膜分离技术是具有潜在解决微藻生物能源规模化生产中微藻收获与水足迹问题的关键技术。但是，高密度微藻培养液中的藻源型有机物(AOM）成分及特性的多样，是膜污染的主要因子。本项目以三种典型能源微藻为研究对象，通过对AOM的分析表征及膜收获实验，探明不同藻种及培养条件下AOM的变化规律，以及AOM的膜污染特性，以期找出造成膜污染的共性问题；进而从膜材料和双向流及气助反洗等膜组件操作工艺设计和优化，来找出缓解膜污染的有效对策；通过系统分析利用回收的水及营养元素作为培养基对微藻生长和油脂浓度的抑制效果，找出培养液中AOM的组分与浓度与其抑制作用之间的定量关系，建立适合微藻生长的回用水标准指标和工艺评估系统；结合技术经济模型中的水足迹分析，确定微藻生物能源生产中最佳中试生产工艺。该项目的开展将为推进微藻生物能源的大规模生产提供科学指导，具有重要的经济和社会效益。

结项摘要

微藻生物能源生产中膜收获和营养元素及水回用过程关键工艺技术在于膜污染的控制以及回用水中的抑制剂的有效去除。膜收获过程中藻源型有机物造成的膜污染，降低了膜收获微藻生物质和水回用的效率，增加了微藻生物能源生产的成本。抑制作用的存在影响到了微藻生长及油脂积累，然而回用微藻培养液中哪些组分有抑制作用，如何去除却鲜有研究。本项目建立了藻源型有机物中抑制组分的分离方法，以尖状栅藻S.acuminatus为例，揭示了培养液中藻源型有机物种类与浓度不同生长时期的动态变化关系及其抑制作用；研究了藻源型有机物的膜污染特性，建立了纳米Fe2O3改性提升PVC超滤膜的膜收获微藻性能的方法，Fe2O3掺入量为1.0%的微藻收获膜过滤平均通量增加了66%。在膜工艺上，利用气助反洗、双向流等膜操作控制了膜污染，提高了微藻膜收获过程的效率。通过分析回用培养液对尖状栅藻生长和脂质积累的影响，发现与新鲜培养液相比，回用1次，2次和3次的培养液中细胞内油脂含量均有一定的下降，且回用培养液对尖状栅藻细胞内油脂积累有一定的抑制作用；进一步地研究了培养条件及回收策略对培养液回用效果的影响，与新鲜培养液相比，指数期的回用培养液促进了藻的生长，而源于平台期和衰亡期的回用培养液皆显著地抑制了藻的生长（P<0.05）；发现在较后生长时期收获的培养液更容易产生抑制作用，这种规律与腐殖质类物质的含量具有正相关关系，表明腐殖质类物质可能是一个重要的藻生长抑制物质；建立了高级氧化去除回用水中抑制剂的方法。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Improving antifouling performance for the harvesting of Scenedesmus acuminatus using Fe2O3 nanoparticles incorporated PVC nanocomposite membranes
使用掺有 Fe2O3 纳米粒子的 PVC 纳米复合膜提高收集尖栅藻的防污性能
  • DOI：
    10.1002/app.47685
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Applied Polymer Science
  • 影响因子：
    3
  • 作者：
    Liu Qingling;Demirel Elif;Chen Yong;Gong Ting;Zhang Xuezhi;Chen Yongsheng
  • 通讯作者：
    Chen Yongsheng
Harvesting of Scenedesmus acuminatus using ultrafiltration membranes operated in alternative feed directions
使用以替代进料方向操作的超滤膜收获尖锐栅藻
  • DOI：
    10.1016/j.jbiosc.2019.01.007
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Journal of Bioscience and Bioengineering
  • 影响因子：
    2.8
  • 作者：
    Yang Li;Wang Lan;Ren Sumeng;Pan Bo;Li Jing;Zhang Xuezhi;Chen Yongsheng;Hu Qiang
  • 通讯作者：
    Hu Qiang
Ultrafiltration and microfiltration membrane performance, cleaning, and flux recovery for microalgal harvesting
用于微藻收获的超滤和微滤膜性能、清洁和通量恢复
  • DOI：
    10.1007/s10811-020-02204-2
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Journal of Applied Phycology
  • 影响因子：
    3.3
  • 作者：
    Rui Liu;Lan Wang;Li Yang;Qingling Liu;Yunxiao Gao;Jing Ye;Jingrong Xiao;Qiang Hu;Xuezhi Zhang
  • 通讯作者：
    Xuezhi Zhang
Influence of growth phase on the harvesting of Scenedesmus acuminatus using ultrafiltration
生长阶段对超滤收获尖栅藻的影响
  • DOI：
    10.1016/j.scitotenv.2019.01.020
  • 发表时间：
    2019-04-10
  • 期刊：
    SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT
  • 影响因子：
    9.8
  • 作者：
    Ye, Jing;Sha, Jun;Chen, Yongsheng
  • 通讯作者：
    Chen, Yongsheng
The inhibition effect of recycled Scenedesmus acuminatus culture media: Influence of growth phase, inhibitor identification and removal
再生尖栅藻培养基的抑制效果：生长期的影响、抑制剂的识别和去除
  • DOI：
    10.1016/j.algal.2019.101612
  • 发表时间：
    2019-09-01
  • 期刊：
    ALGAL RESEARCH-BIOMASS BIOFUELS AND BIOPRODUCTS
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Sha, Jun;Lu, Zhiying;Zhang, Xuezhi
  • 通讯作者：
    Zhang, Xuezhi

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其他文献

甘蔗与斑茅BC1分子鉴定、抗黑穗病和花叶病初步评价
  • DOI：
    10.11926/jtsb.3926
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    热带亚热带植物学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    吴小斌;王勤南;凌秋平;杨湛端;陈勇生;黄俊坚;吴嘉云;李奇伟
  • 通讯作者：
    李奇伟
2，4-二氯酚降解菌的分离及其特性
  • DOI：
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  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    环境科学学报
  • 影响因子：
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  • 作者：
    陈勇生;庄源益;戴树桂;蔡宝立
  • 通讯作者：
    蔡宝立

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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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