Elucidating mechanisms for enhanced anaerobic bioremediation in the presence of carbonaceous materials using an integrated material science and molecular microbial ecology approach

使用综合材料科学和分子微生物生态学方法阐明在碳质材料存在下增强厌氧生物修复的机制

基本信息

  • 批准号:
    10322188
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 29.16万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2026-10-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY: Halogenated compounds, including legacy pollutants (e.g., chlorinated ethenes (CEs), polychlorinated biphenyls) and emerging contaminants (e.g., 1,2,3-trichloropropane), are frequently en- countered at Superfund sites. A common bioremediation strategy for halogenated pollutants in groundwater and sediments is anaerobic reductive dehalogenation by organohalide-respiring bacteria (OHRB). Although effective, OHRB-driven bioremediation strategies are often incomplete in field applications. An emerging reme- diation strategy involving amendment of pyrogenic carbonaceous matter (PCM; e.g., activated carbon (AC)) to the subsurface offers a potential solution to problems with OHRB-driven bioremediation. Recent research high- lights the potential for PCM to promote synergistic interactions among OHRB and the auxiliary microbial com- munity and subsequently improve OHRB-driven bioremediation efficacy. However, the underlying mechanisms of how PCM properties best support microbial network interactions, and thereby enhance OHRB performance and contaminant biodegradation remain unknown. These unknowns limit our ability to optimize OHRB perfor- mance in bioremediation strategies where PCM is used. This proposal is aimed at closing the knowledge gap concerning specific surface effects of PCM on the performance of pollutant-degrading microorganisms, espe- cially OHRB. The central hypothesis is that key PCM properties will shape microbial community structure and drive the expression of metabolic functions associated with reductive dehalogenation processes. Elucidat- ing positive impacts between PCM and OHRB will allow for the development of tailored PCM that foster syner- gistic microbial network interactions and facilitate more effective and sustainable bioremediation. The hypothe- sis is based on preliminary data showing that OHRB-driven CE biotransformation performance was improved in the presence of biochar, OHRB were attached to carbon surfaces, and that PCM-like tunable polymer net- works can be successfully synthesized. Guided by these preliminary data, we will test the hypothesis by 1) providing a tunable platform for synthesis of PCM-like polymer membranes where surface charge and redox- active properties are varied individually, 2) quantifying the effects of PCM surface properties on microbial net- work interactions and subsequent performance of an organohalide-respiring mixed culture and, 3) developing tailored PCM for enhanced anaerobic bioremediation and contaminant mixture retention and validating material performance in microcosms. The proposed research is innovative because we will use a tunable platform to change material surface properties and employ advanced molecular microbial ecology tools to assess the im- pacts of these properties on microbial community structure, function, and activity including OHRB. Outcomes of this project will benefit human health and realize economic benefits by reducing human exposure to halo- genated pollutants in the environment and demonstrating the potential for more effective and sustainable re- mediation approaches that combine tailored PCM and OHRB.
项目摘要:卤化化合物,包括遗产污染物(例如,氯化乙烯 (CES),多氯联苯)和新兴污染物(例如1,2,3-三氯丙丙烷)经常是 在超级基金站点进行反击。地下水中卤素污染物的常见生物修复策略 沉积物和沉积物是通过有机甲甲化的细菌(OHRB)通过厌氧还原性去盐化。虽然 在现场应用中,有效的,由OHRB驱动的生物修复策略通常不完整。新兴 涉及重生碳质物质修订(PCM;例如,活性炭(AC))的依据策略 地下为OHRB驱动的生物修复问题提供了潜在的解决方案。最近的研究高 点亮PCM的潜力,可以促进OHRB和辅助微生物相互作用之间的协同相互作用 城市,随后提高了OHRB驱动的生物修复功效。但是,基本机制 PCM属性如何最好地支持微生物网络交互,从而增强OHRB性能 并且污染物生物降解仍然未知。这些未知数限制了我们优化ohrb perfor的能力 - 使用PCM的生物修复策略中的Mance。该建议旨在缩小知识差距 关于PCM对污染物降解的微生物的性能的特定表面影响, ohrb。中心假设是关键PCM属性将塑造微生物群落结构和 驱动与还原性脱酰化过程相关的代谢功能的表达。 el PCM和OHRB之间的积极影响将允许开发量身定制的PCM,从而促进Syners- 吉斯·微生物网络相互作用,并促进更有效和可持续的生物修复。假设 - SIS基于初步数据,表明OHRB驱动的CE生物转化性能得到了改善 在存在生物炭的情况下,OHRB附着在碳表面上,并且类似PCM的可调聚合物网络 可以成功合成作品。在这些初步数据的指导下,我们将通过1测试该假设) 提供一个可调平台,用于合成PCM样聚合物膜,在该膜中表面电荷和氧化还原 主动特性是单独变化的,2)量化PCM表面特性对微生物净的影响 工作相互作用以及随后的有机甲质体的混合文化的表现,3) 量身定制的PCM可增强厌氧生物修复和污染物混合物保留和验证材料 缩影的性能。拟议的研究具有创新性,因为我们将使用可调平台进行 改变材料表面特性,并采用先进的分子微生物生态学工具来评估IM 这些特性在微生物群落结构,功能和活动(包括OHRB)上的条约。结果 该项目将有益于人类健康,并通过减少人类暴露于光晕的方式来实现经济利益。 环境中的构成污染物,并证明了更有效和可持续的重新污染物 结合了量身定制的PCM和OHRB的调解方法。

项目成果

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