Engineered Anammox Biofilms for Low-Energy Wastewater Remediation and Environmental Protection

用于低能耗废水修复和环境保护的工程厌氧氨氧化生物膜

基本信息

  • 批准号:
    2891771
  • 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:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

According to the UK Environment Agency, there are continuing problems with the discharge of NH4+ and NO3- from wastewater to the environment, causing harm to aquatic ecology, drinking water resources, and human health. In municipal wastewater treatment, combinations of nitrifying and denitrifying bacteria are commonly used to convert NH4+ to NO3- and then to N2 gas. But the aerobic NH4+ oxidation processes consume huge amounts of energy (for aeration) and are costly. An attractive alternative is to use anaerobic ammonia oxidation (annamox) bacteria, which provide a "shortcut" by converting NH4+ and NO2- directly to N2. A key benefit is that anammox processes are anaerobic, meaning no energy-consuming aeration is needed. A partial nitrification/anammox process is estimated to require 0.3 g-O2/g-N - much less than the 4.57 g-O2/g-N used in conventional nitrification/nitrification. Moreover, annamox uses no external organic carbon, thus reducing the energy consumption by 60% plus saving cost on external chemicals. Although anammox is a promising alternative to tackle an acute environmental problem, its application is currently limited to high NH4+ concentration wastewater (side-stream from sludge digestate). Applications to mainstream sewage treatment and nature-based solutions (e.g., constructed wetland) poses several challenges, especially how to immobilize the anammox bacteria and maintain their activity. Naturally-occurring biofilms are the most suitable "habitat" for anammox growth, due to long retention times, protective matrix, and intra-/inter-species interactions. Unfortunately, natural anammox biofilm growth is slow. Mature anammox biofilms easily disintegrate and lose their activity, especially in the UK's low temperature wastewater.Our breakthrough idea is to develop a type of "synthetic biofilm" by encapsulating anammox bacteria in a water-based polymer to make an engineered "biocoating." We hypothesise that our biocoatings will protect the bacteria mechanically, will increase their adhesion to carriers inside of bioreactors, and will seed natural biofilm growth on their surfaces. We will add electrically-conducting nanoparticles (ECNP), e.g. nanowires and C nanotubes, to provide bridges to stimulate extra-cellular electron transfer (EET) to accelerate the NH4+ oxidation rates in the anammox process. We speculate the ECNP will provide conducting pathways to external electron acceptors (other than NO2-), thereby halting the production of the harmful greenhouse gas, N2O. There are no prior reports of anammox biocoatings, which confirms the research novelty. We have recent experience with other bacterial species in biocoatings.
据英国环境署称,废水中NH 4+和NO3-的排放问题持续存在,对水生生态、饮用水资源和人类健康造成危害。在城市污水处理中,硝化细菌和反硝化细菌的组合通常用于将NH 4+转化为NO3-,然后转化为N2气体。但是好氧NH 4+氧化过程消耗大量的能量(用于曝气)并且是昂贵的。一个有吸引力的替代方案是使用厌氧氨氧化(annamox)细菌,它通过将NH 4+和NO2-直接转化为N2提供了一条“捷径”。一个关键的好处是厌氧氨氧化工艺是厌氧的,这意味着不需要消耗能源的曝气。部分硝化/厌氧氨氧化工艺估计需要0.3 g-O2/g-N -远低于常规硝化/硝化中使用的4.57 g-O2/g-N。此外,annamox不使用外部有机碳,因此减少了60%的能源消耗,并节省了外部化学品的成本。 虽然厌氧氨氧化是一种很有前途的替代方案,以解决严重的环境问题,其应用目前仅限于高NH 4+浓度废水(侧流从污泥厌氧状态)。应用于主流污水处理和基于自然的解决方案(例如,人工湿地)提出了一些挑战,特别是如何培养厌氧氨氧化细菌并保持其活性。由于保留时间长、保护性基质以及种内/种间相互作用,天然存在的生物膜是anammox生长最合适的“栖息地”。不幸的是,天然厌氧氨氧化生物膜生长缓慢。成熟的厌氧氨氧化生物膜很容易分解并失去活性,特别是在英国的低温废水中。我们的突破性想法是开发一种“合成生物膜”,将厌氧氨氧化细菌包裹在水基聚合物中,制成工程“生物涂层”。“我们假设我们的生物涂层将机械地保护细菌,增加它们对生物反应器内载体的粘附,并在其表面上种植自然生物膜生长。我们将添加导电纳米颗粒(ECNP),例如纳米线和碳纳米管,以提供桥梁来刺激细胞外电子转移(EET),从而加速厌氧氨氧化过程中的NH 4+氧化速率。我们推测ECNP将提供传导途径到外部电子受体(NO2-除外),从而阻止有害温室气体N2 O的产生。之前没有关于厌氧氨氧化生物涂层的报道,这证实了研究的新奇。我们最近有在生物涂层中使用其他细菌物种的经验。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

吉治仁志 他: "トランスジェニックマウスによるTIMP-1の線維化促進機序"最新医学. 55. 1781-1787 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等:“转基因小鼠中 TIMP-1 的促纤维化机制”现代医学 55. 1781-1787 (2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
LiDAR Implementations for Autonomous Vehicle Applications
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
生命分子工学・海洋生命工学研究室
生物分子工程/海洋生物技术实验室
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
吉治仁志 他: "イラスト医学&サイエンスシリーズ血管の分子医学"羊土社(渋谷正史編). 125 (2000)
Hitoshi Yoshiji 等人:“血管医学与科学系列分子医学图解”Yodosha(涉谷正志编辑)125(2000)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Effect of manidipine hydrochloride,a calcium antagonist,on isoproterenol-induced left ventricular hypertrophy: "Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,K.,Teragaki,M.,Iwao,H.and Yoshikawa,J." Jpn Circ J. 62(1). 47-52 (1998)
钙拮抗剂盐酸马尼地平对异丙肾上腺素引起的左心室肥厚的影响:“Yoshiyama,M.,Takeuchi,K.,Kim,S.,Hanatani,A.,Omura,T.,Toda,I.,Akioka,
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:

的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('', 18)}}的其他基金

An implantable biosensor microsystem for real-time measurement of circulating biomarkers
用于实时测量循环生物标志物的植入式生物传感器微系统
  • 批准号:
    2901954
  • 财政年份:
    2028
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Exploiting the polysaccharide breakdown capacity of the human gut microbiome to develop environmentally sustainable dishwashing solutions
利用人类肠道微生物群的多糖分解能力来开发环境可持续的洗碗解决方案
  • 批准号:
    2896097
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
A Robot that Swims Through Granular Materials
可以在颗粒材料中游动的机器人
  • 批准号:
    2780268
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Likelihood and impact of severe space weather events on the resilience of nuclear power and safeguards monitoring.
严重空间天气事件对核电和保障监督的恢复力的可能性和影响。
  • 批准号:
    2908918
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Proton, alpha and gamma irradiation assisted stress corrosion cracking: understanding the fuel-stainless steel interface
质子、α 和 γ 辐照辅助应力腐蚀开裂:了解燃料-不锈钢界面
  • 批准号:
    2908693
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Field Assisted Sintering of Nuclear Fuel Simulants
核燃料模拟物的现场辅助烧结
  • 批准号:
    2908917
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Assessment of new fatigue capable titanium alloys for aerospace applications
评估用于航空航天应用的新型抗疲劳钛合金
  • 批准号:
    2879438
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Developing a 3D printed skin model using a Dextran - Collagen hydrogel to analyse the cellular and epigenetic effects of interleukin-17 inhibitors in
使用右旋糖酐-胶原蛋白水凝胶开发 3D 打印皮肤模型,以分析白细胞介素 17 抑制剂的细胞和表观遗传效应
  • 批准号:
    2890513
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
CDT year 1 so TBC in Oct 2024
CDT 第 1 年,预计 2024 年 10 月
  • 批准号:
    2879865
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Understanding the interplay between the gut microbiome, behavior and urbanisation in wild birds
了解野生鸟类肠道微生物组、行为和城市化之间的相互作用
  • 批准号:
    2876993
  • 财政年份:
    2027
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship

相似国自然基金

高NO2-积累的短程反硝化/Anammox工艺N2O产生特性与调控机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Anammox-DAMO用于厌氧消化液深度脱氮及甲烷减排的微生物互作机制与调控方法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
g-C3N4光催化材料协同anammox强化污水多途径脱氮作用机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
一段式PN-ANAMMOX-DAMO生物膜实现垃圾渗滤液厌氧出水自养深度脱氮协同溶解甲烷去除调控及分子机制解析
  • 批准号:
    52100053
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
硫代硫酸盐自养反硝化与Anammox耦合生物脱氮的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
城市污水内源短程反硝化协同短程硝化强化主流Anammox深度脱氮及作用机制
  • 批准号:
    42107427
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
NO驱动的Anammox生物脱氮路径与生物膜形成机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
三江平原包气带耦合多电子受体ANAMMOX脱氮过程与机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Anammox-DAMO组合工艺处理垃圾焚烧渗沥液高效脱氮机制与优化运行研究
  • 批准号:
    51978053
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于功能菌群代谢调控实现产甲烷ANAMMOX除碳脱氮耦合体系研究
  • 批准号:
    51878011
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

海水・淡水Anammox混合培養系の部分亜硝酸化-Anammox-脱窒法への展開
部分亚硝酸盐氧化-厌氧氨氧化-反硝化法海水/淡水厌氧氨氧化混合培养系统的开发
  • 批准号:
    23K22898
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Collaborative Research: Shedding Light on The Microbial Ecologyand Ecophysiology of Electroactive Anammox Communities
合作研究:揭示电活性厌氧氨氧化群落的微生物生态学和生态生理学
  • 批准号:
    2327516
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Shedding Light on The Microbial Ecologyand Ecophysiology of Electroactive Anammox Communities
合作研究:揭示电活性厌氧氨氧化群落的微生物生态学和生态生理学
  • 批准号:
    2327515
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
海水・淡水Anammox混合培養系の部分亜硝酸化-Anammox-脱窒法への展開
部分亚硝酸盐氧化-厌氧氨氧化-反硝化法海水/淡水厌氧氨氧化混合培养系统的开发
  • 批准号:
    22H01628
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Nitrogen removal by a 2 inflow non-aerated nitritation/anammox reactor using carbon fiber media
使用碳纤维介质通过 2 流入非曝气亚硝化/厌氧氨氧化反应器脱氮
  • 批准号:
    21K12291
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Innovative and sustainable landfill waste management using the anammox reaction
利用厌氧氨氧化反应进行创新且可持续的垃圾填埋场废物管理
  • 批准号:
    2589566
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Studentship
Development of anammox and anoxic-aerobic granular biomass for advanced wastewater treatment at low temperatures
开发用于低温高级废水处理的厌氧氨氧化和缺氧-好氧颗粒生物质
  • 批准号:
    RGPIN-2017-05501
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Collaborative Research: NSF-BSF: Mainstream deammonification by ion exchange and bioregeneration via partial nitritation/anammox
合作研究:NSF-BSF:通过离子交换进行主流脱氨,并通过部分亚硝化/厌氧氨氧化进行生物再生
  • 批准号:
    2000980
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NSF-BSF: Mainstream deammonification by ion exchange and bioregeneration via partial nitritation/anammox
合作研究:NSF-BSF:通过离子交换进行主流脱氨,并通过部分亚硝化/厌氧氨氧化进行生物再生
  • 批准号:
    2000761
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Innovative nitrogen removal by marine anammox bacteria in recirculating aquaculture systems
循环水产养殖系统中海洋厌氧氨氧化菌的创新脱氮
  • 批准号:
    20KK0244
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了