复合污染环境下粪便好氧堆肥过程次生污染物强化削减技术及微生物机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51878214
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1006.固废资源转化与安全处置
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Antibiotics and heavy metals are widely used as feed additives in intensive animal husbandry in order to prevent diseases and promote growth, leading to a large amount of antibiotics and heavy metals residue in animal manure. The complex pollution resulting from these residual pollutants not only affects the aerobic composting process, but also induce the secondary pollutants production (such as greenhouse gases and antibiotic resistance genes). The mechanism concerning the generation and reduction of secondary pollutants under complex pollution environment during the animal manure composting process is not clear. Therefore, present project firstly aims to explore the changing regulations of residual pollutants and secondary pollutants under complex pollution environment, and illustrate the synergistic effect of antibiotics and heavy metals on secondary pollutants through chromatographic analysis and molecular biological analysis methods. Secondly, the project attempt to enhance the remove of antibiotics in the initial composting period and the high efficient passivation of heavy metals based on the pile heating rate regulation and biochar amendment, respectively. Thirdly, this project further studies the variations in bacterial community throughout the composting period, and explain the changing regulations of functional genes correlated to greenhouse gases and antibiotic resistance genes. Lastly, the project attempts to optimize the operation of composting process to realize the environmental friendly composting process, high efficient and safe reuse of composting product. The results of the present project are expected to provide ecological safe composting product of animal manure, and improve the soil environmental quality in China.
为防治畜禽病疫和催促其生长,规模化养殖场常在饲料中添加抗生素和重金属,从而导致养殖场粪便中含有大量的抗生素及重金属残留。这些残留物质形成的复合污染不但影响好氧堆肥腐熟过程,也会带来温室气体及抗性基因等次生污染物的环境排放。本课题针对复合污染环境下粪便好氧堆肥过程次生污染物产生及减控机制不清晰的问题,采用色谱分析、分子生物学分析相结合的手段,在探究复合污染环境下堆肥过程残留污染物及次生污染物的变化规律的基础上,解析堆肥过程抗生素和重金属对次生污染物产生的影响;基于堆体升温速率调控及生物炭投加的堆肥改良工艺,强化堆肥初期抗生素去除及重金属高效钝化,进一步研究堆肥工艺全过程菌群变化,解析温室气体释放相关功能基因及抗性基因变化规律,反馈优化改良堆肥工艺的运行,最终实现堆肥过程环境友好及堆肥产品安全农用。本课题的研究有助于提供生态安全的畜禽粪便堆肥产品,也将不断改善我国土壤环境质量。

结项摘要

在畜禽养殖业中,为了治疗和预防疾病,促进动物的生长,提高饲养效率,抗生素和重金属常被添加于饲料中,畜禽粪便中的重金属和抗生素残留可能会影响好氧堆肥体系中的氮素转化和堆肥过程抗生素抗性基因(ARGs)的迁移转化,进而引起温室气体及ARGs等次生污染物的环境排放,但复合污染环境下粪便好氧堆肥过程次生污染物产生及减控机制尚不清晰。因此,本项目研究抗生素和重金属复合污染下堆肥体系中氮素转化及ARGs迁移转化机制,并提出次生污染物减控技术。课题组发表论文10篇,国家发明专利1项,获省科技进步二等奖1项,完成研究的指标要求。.首先研究抗生素和重金属残留猪粪堆肥过程中的氮素转化规律,表明不同类型抗生素共存时可以降低NH3的累计释放量和N2O的释放速率。重金属和抗生素共存也会促进N2O的释放;其次监测抗生素和重金属残留猪粪堆肥过程中ARGs丰度的变化,分析微生物种群结构、MGEs及MRGs对ARGs变化的贡献,解析了抗生素和重金属存在对ARGs迁移转化的影响。这些残留物质形成的复合污染不但影响好氧堆肥腐熟过程,也会带来温室气体及抗性基因等次生污染物的环境排放;同时探究了高温期强化和不同粒径生物碳对氮素过程的影响及ARGs的削减效能,表明高温期强化和投加生物碳均不能有效削减堆肥产品的ARGs丰度,堆肥后期ARGs的反弹是造成不同研究中堆肥产品ARGs削减效果差异的主要因素。提出并优化了臭氧技术,削减堆肥产品中的ARGs,结合胞内、胞外ARGs和MGEs、以及潜在宿主细菌丰度的变化解析其削减过程,在堆肥降温期投加低剂量的臭氧是削减堆肥产品ARGs残留及微生物发生水平基因转移能力的有效途径。.本课题研究抗生素和重金属复合污染环境下畜禽粪便堆肥过程中温室气体及ARGs转移转化机制,并在此基础上开展污染防控工作,对降低环境中的温室气体排放及细菌耐药性均具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Variation of heavy metal speciation, antibiotic degradation, and potential horizontal gene transfer during pig manure composting under different chlortetracycline concentration
不同金霉素浓度下猪粪堆肥过程中重金属形态、抗生素降解和潜在水平基因转移的变化
  • DOI:
    10.1007/s11356-020-10557-x
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    王瑶;温沁雪;陈志强;季业
  • 通讯作者:
    季业
Effects of lime amendment on the organic substances changes, antibiotics removal, and heavy metals speciation transformation during swine manure composting
石灰改良剂对猪粪堆肥过程中有机物变化、抗生素去除及重金属形态转化的影响
  • DOI:
    10.1016/j.chemosphere.2020.128342
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
    CHEMOSPHERE
  • 影响因子:
    8.8
  • 作者:
    Chen, Zhiqiang;Fu, Qiqi;Wu, Yiqi
  • 通讯作者:
    Wu, Yiqi
Microbial community competition rather than high-temperature predominates ARGs elimination in swine manure composting
猪粪堆肥中 ARG 的消除主要是微生物群落竞争而非高温
  • DOI:
    10.1016/j.jhazmat.2021.127149
  • 发表时间:
    2021-09-13
  • 期刊:
    JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Chen, Zhiqiang;Fu, Qiqi;Guo, Jingbo
  • 通讯作者:
    Guo, Jingbo
Impacts of Cu and Zn on the performance, microbial community dynamics and resistance genes variations during mesophilic and thermophilic anaerobic digestion of swine manure
Cu和Zn对猪粪中温和高温厌氧消化性能、微生物群落动态和抗性基因变化的影响
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2020.123554
  • 发表时间:
    2020-09-01
  • 期刊:
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Yang, Shuo;Wen, Qinxue;Chen, Zhiqiang
  • 通讯作者:
    Chen, Zhiqiang
猪粪堆肥过程中可培养耐药菌的抗性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    哈尔滨工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王瑶;马广玉;陈志强;温沁雪;马放
  • 通讯作者:
    马放

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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈志强;吴晓波;严晓浪
  • 通讯作者:
    严晓浪

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陈志强的其他基金

养殖场粪便好氧堆肥过程中抗性基因的分布与削减机制研究
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AI项目解读示例

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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