Investigating the structure and function of the microbiome underpinning anaerobic digestion for resource recovery from carbon-rich, nutrient-rich ferm

研究支持厌氧消化的微生物组的结构和功能,以从富含碳、营养丰富的微生物中回收资源

基本信息

  • 批准号:
    2381897
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

We aim to maximise resource recovery from carbon-rich, nutrient-rich fermentation wastewater using anaerobic digestion (AD) by investigating microbiome structure and function under different operational parameters. We will first characterise the physicochemical composition of samples provided from Quorn(TM) as a representative fermentation wastewater. We will measure chemical oxygen demand, total nitrogen, nitrites, nitrates, ammonium, sulfate, phosphates, total and volatile solids, protein concentration, amino acid content, sugar and sugar alcohol content, and pH. We then aim to assess biodegradability by conducting biomethane potential tests, measuring experimental biogas production against theoretical biogas production. To do so, we will use AD 1L semi-continuous batch reactors with inoculum obtained from a UK-based food waste plant. We will assess general reactor functionality and stability by measuring biogas composition (methane: carbon dioxide) pH, and volatile fatty acid content.To gain insight into the role of structure and function of the core microbial community underpinning AD reactions we will operate continuous treatment reactors (CSTR) paired with a metagenomic approach. We will use two different case studies to address our aims:1) Single stage 5L CSTR reactors operating at increasing organic loading rates (OLR) to gain insight into the core microbiome's stability, function and structure underpinning the AD of Quorn fermentation wastewater. This will also give insight into microbiome adaptation to stress conditions and identify optimum OLR. 2) 2-stage CSTR reactors to gain insight into the functional groups of the microbiome underpinning the fermentation and methanogenesis phases of AD. Reactor performance, stability and microbiome insights will be compared to single stage to identify potential functional species within each stage. We will then use a pangenomic approach to investigate functionality of key species identified in the case studies.
我们的目标是通过研究不同操作参数下的微生物组结构和功能,最大限度地利用厌氧消化(AD)从富含碳、营养丰富的发酵废水中回收资源。我们将首先分析Quorn(TM)提供的样品的物理化学组成,作为代表性的发酵废水。我们将测量化学需氧量,总氮,亚硝酸盐,硝酸盐,铵,硫酸盐,磷酸盐,总固体和挥发性固体,蛋白质浓度,氨基酸含量,糖和糖醇含量,和pH值。然后,我们的目标是通过进行生物甲烷潜力测试,测量实验沼气产量对理论沼气产量评估生物降解性。为此,我们将使用AD 1L半连续分批反应器,接种物来自英国的食品垃圾厂。我们将通过测量沼气成分(甲烷:二氧化碳)pH值和挥发性脂肪酸含量来评估反应器的一般功能和稳定性。为了深入了解支撑AD反应的核心微生物群落的结构和功能,我们将运行连续处理反应器(CSTR),并结合宏基因组学方法。我们将使用两个不同的案例研究来实现我们的目标:1)单级5L CSTR反应器在不断增加的有机负荷率(OLR)下运行,以深入了解支撑Quorn发酵废水AD的核心微生物组的稳定性,功能和结构。这也将使人们深入了解微生物组对压力条件的适应,并确定最佳的OLR。2)2级CSTR反应器,以深入了解支撑AD发酵和产甲烷阶段的微生物组的功能群。将反应器性能、稳定性和微生物组见解与单个阶段进行比较,以确定每个阶段内的潜在功能物种。然后,我们将使用泛基因组学方法来研究案例研究中确定的关键物种的功能。

项目成果

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知道了