Opening a functional genomic window on anaerobic wastewater digestion processes at municipal scales

打开市政规模厌氧废水消化过程的功能基因组窗口

基本信息

  • 批准号:
    515073-2017
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 5.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Anaerobic digestion of wastewater is catalyzed by microbial community metabolism resulting in theconversion of solid and dissolved wastes into potentially useful products including methane (CH4), also knownas biogas, a high-value and renewable energy and material resource. Commercial-scale anaerobic digesters,unfortunately, suffer from low conversion efficiencies, variability in CH4 yields and solid residues that can becostly to remove. These limitations confound profitability and arise primarily from limitations in currentcapacity to control microbial metabolic fluxes in the digester milieu. Recent advances in high-throughputsequencing technologies are enabling unprecedented access to the genetic blueprints underlying microbialmetabolism at the individual, population and community levels in wastewater treatment ecosystems. Initialinvestigations have identified direct links between physical and chemical parameters including loading rates,substrate types, residence times, temperature, and metal concentrations, and microbial community structure andfunction. However, effective management and optimization strategies require time-resolved insight into therelationships between operating parameters, performance metrics, and microbial community metabolism. Inpartnership with Metro Vancouver, we will develop this insight through time-series analysis of the anaerobicdigester and solids contact tank at the Lulu Island wastewater treatment plant in Richmond, BC usinghigh-throughput sequencing approaches. Resulting multi-omic (DNA and RNA) data sets will be used toprofile microbial community structure and activity, and model metabolic potential. This information will becombined with operating parameters and performance metrics to promote process configurations that increaseCH4 yields with reduced solids. Metro Vancouver is investing over $1 million CAD in a pilot plant as well as$13 Million CAD into a plant upgrade to feed CH4 from the anaerobic digester into a natural gas distributionfacility. The current project is integral to maximizing return on this investment by providing the data necessaryto model and manipulate underlying microbial interactions driving CH4 production at Lulu Island.
废水的厌氧消化是由微生物群落代谢催化的,导致固体和溶解废物转化为潜在有用的产品,包括甲烷(CH4),也称为沼气,一种高价值的可再生能源和材料资源。不幸的是,商业规模的厌氧消化器存在转化效率低、CH 4产量不稳定以及去除固体残留物成本高的问题。这些限制混淆了盈利能力,主要是由于控制消化器环境中微生物代谢通量的电流能力的限制。高通量测序技术的最新进展使人们能够前所未有地获得废水处理生态系统中个人、群体和社区层面微生物代谢的基因蓝图。初步调查已经确定了物理和化学参数之间的直接联系,包括加载速率,基质类型,停留时间,温度和金属浓度,以及微生物群落结构和功能。然而,有效的管理和优化策略需要对操作参数、性能指标和微生物群落代谢之间的关系进行时间分辨。与Metro温哥华合作,我们将使用高通量测序方法,通过对位于不列颠哥伦比亚省里士满的露露岛污水处理厂的厌氧消化池和固体接触池进行时间序列分析,来开发这种见解。由此产生的多组学(DNA和RNA)数据集将用于分析微生物群落结构和活性,并模拟代谢潜力。这些信息将与操作参数和性能指标结合起来,以促进在减少固体的情况下增加甲烷产量的工艺配置。温哥华地铁公司正在投资100多万加元建设一个试验工厂,并投资1300万加元进行工厂升级,将甲烷从厌氧消化器输送到天然气分配设施。目前的项目是通过提供必要的数据来模拟和操纵驱动露露岛甲烷生产的潜在微生物相互作用,从而最大限度地提高这项投资的回报率。

项目成果

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