亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化群落演替机理及工艺强化研究
批准号:
51478415
项目类别:
面上项目
资助金额:
83.0 万元
负责人:
胡宝兰
依托单位:
学科分类:
E1002.城市污水处理与资源化
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
何崭飞、沈李东、刘帅、耿莎、王薇、任红星、刘岩
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中文摘要
以亚硝酸盐为电子受体氧化甲烷的亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化(N-DAMO)是最近环境科学与工程领域的一个重大发现,以此为基础研发的N-DAMO工艺由于可实现对亚硝酸盐和甲烷两种污染物的同步去除而在环境工程领域具有很高的开发应用价值。但在前期的研究中发现,尽管采用无机培养基,获得的N-DAMO富集物中总伴生有反硝化菌,反硝化菌的存在降低了N-DAMO菌的富集度,并影响该工艺的脱氮除碳效果,目前对这类伴生菌没有相关研究。搞清楚反硝化菌和N-DAMO菌的伴生关系,阐明群落演替机理;在此基础上建立N-DAMO数学模型,利用模型优化反应器设计和运行,强化N-DAMO工艺并建立反应器运行评价和控制系统,为该工艺的工程化应用提供理论依据。搞清反硝化菌和N-DAMO菌的伴生关系,不仅可以丰富微生物学内容,也有助于该工艺的开发应用,推动新型低耗的厌氧生物脱氮除碳工艺同时减少温室气体N2O和甲烷的排放。
英文摘要
Nitrite-dependent anaerobic methane oxidation (N-DAMO) is a newly discovered bioprocess, which is catalyzed by M.oxyfera bacteria that anaerobically oxidize methane coupled with nitrite reduction. N-DAMO is a potential process in environmental engineering for simultaneous removal of methane and nitrogenous compounds. However, the previous works show that it's not possible to eliminate denitrifying bacteria from the N-DAMO enrichment in spite of that inorganic medium was used. The survived denitrifying bacteria decrease the abundance of N-DAMO bacteria and impact the performance of process, and succeeded in escaping from the previous researchers' attention. In this work, it will study on the associated relationship between N-DAMO and denitrifying bacteria and the mechanism of community succession in the N-DAMO enrichment. On the basis of the previous results, an N-DAMO mathematical model will be developed to optimize the design and operation of N-DAMO reactor and to establish an evaluation and control system of N-DAMO reactor. This work will provide theoretical foundation for the engineering application of the novel N-DAMO process, and is also useful for reducing the emissions of greenhouse gases, methane and N2O, and expanding the knowledge of microbiology.
亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化(N-DAMO)过程是近年来微生物生态学领域和环境科学与工程领域的重大发现,以此为基础研发的N-DAMO工艺可实现对亚硝酸盐和甲烷两种污染物的同步去除,具有很高的开发应用价值。探明反硝化菌和N-DAMO菌的伴生关系,阐明群落演替机理,在此基础上建立N-DAMO数学模型,优化反应器设计和运行,强化N-DAMO工艺并建立反应器运行评价和控制系统,不仅可以丰富微生物学内容,也有助于该工艺的开发应用,推动新型低耗的厌氧生物脱氮除碳工艺同时减少温室气体一氧化二氮和甲烷的排放。通过研究本项目已圆满完成了计划任务,取得以下成果:探明了N-DAMO细菌与反硝化菌之间的伴生关系;探明了N-DAMO细菌对金属元素Fe和Cu的需求量;富集了嗜盐N-DAMO细菌并研究了其基本生理特性;优化了N-DAMO菌生长的环境条件;富集获得了N-DAMO菌新种,并且观察到了蜂窝状N-DAMO微菌落;优化了NC10门特异性引物,并提出灵敏度更高的PCR方案;探明了生长因子对N-DAMO过程及其功能微生物的影响,并进一步优化培养基配方;研究了水-第二液相体系对N-DAMO细菌富集培养的影响;探明了DAMO微生物在完成反硝化型厌氧甲烷氧化过程中对于甲烷的竞争机制;探明了不同污泥浓度对甲烷驱动的亚硝酸盐还原反应器内微生物群落结构和功能基因的影响;在机理解析及条件优化的基础上,强化并调控了N-DAMO的工艺运行和富集培养,明显加快了N-DAMO微生物的富集培养速度并明显提升了N-DAMO反应器的运行负荷,为该工艺的工程化应用提供了很好的理论依据。本项目目前共发表学术论文12篇,其中被SCI收录10篇,另有修改和在审论文4篇;授权/申请专利12项,其中发明专利6项;培养博士研究生2名,硕士研究生4名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Nitrogen removal from wastewater by anaerobic methane-driven denitrification in a lab-scale reactor: heterotrophic denitrifiers associated with denitrifying methanotrophs
在实验室规模反应器中通过厌氧甲烷驱动的反硝化从废水中脱氮:与反硝化甲烷氧化菌相关的异养反硝化菌
DOI:10.1007/s00253-015-6939-9
发表时间:2015-12-01
期刊:APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
影响因子:5
作者:He, Zhanfei;Wang, Jiaqi;Hu, Baolan
通讯作者:Hu, Baolan
DOI:--
发表时间:2016
期刊:浙江大学学报(农业与生命科学版)
影响因子:--
作者:蔡朝阳;何崭飞;胡宝兰
通讯作者:胡宝兰
A novel denitrifying methanotroph of the NC10 phylum and its microcolony.
NC10门的新型反硝化甲烷氧化菌及其小菌落
DOI:10.1038/srep32241
发表时间:2016-09-01
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:He Z;Cai C;Wang J;Xu X;Zheng P;Jetten MS;Hu B
通讯作者:Hu B
Improved PCR primers to amplify 16S rRNA genes from NC10 bacteria
改进的 PCR 引物可扩增 NC10 细菌的 16S rRNA 基因
DOI:10.1007/s00253-016-7477-9
发表时间:2016-06-01
期刊:APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
影响因子:5
作者:He, Zhanfei;Wang, Jiaqi;Hu, Baolan
通讯作者:Hu, Baolan
Regulation of coastal methane sinks by a structured gradient of microbial methane oxidizers
通过微生物甲烷氧化剂的结构化梯度调节沿海甲烷汇
DOI:10.1016/j.envpol.2018.10.057
发表时间:2019-01-01
期刊:ENVIRONMENTAL POLLUTION
影响因子:8.9
作者:He, Zhanfei;Wang, Jiaqi;Hu, Baolan
通讯作者:Hu, Baolan
典型湿地中comammox的功能及其生态位形成机制研究
- 批准号:41773074
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:69.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:胡宝兰
- 依托单位:
舟山海岛潮间带氮循环关键环节微生物种群多样性及其对环境变化的响应机制
- 批准号:41276109
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:82.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:胡宝兰
- 依托单位:
反硝化型甲烷厌氧氧化机理及工艺调控策略的研究
- 批准号:51108408
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:胡宝兰
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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