基于硫铁矿自养反硝化的地下水硝酸盐去除机理与工艺研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51578519
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1002.城市污水处理与资源化
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The nitrate-contaminated groundwater has represented a potential risk for public health and water security, therefore it becomes a hot research area to select the appropriate electron donors for nitrate biological removal from groundwater. Based on our studies, it was proved that pyrite-based autotrophic denitrification showed high nitrate removal efficiency and low sulfate accumulation. However, the mechanism for pyrite-based autotrophic denitrification is lacked. In this project, by the analysis of the kind and type of the product during denitrification, the transfer and transform of pyrite is illustrated, and the interaction between pyrite and microorganism is explained, so the related denitrification model is built. By use of the clone library, microbial community during denitrification process is analyzed and the relationship between S. denitrificans and T. denitrificans is illustrated. By detecting the gene segment of denitrifying enzyme, the electron transfer mechanism is explained. By means of the calculation of microbial population and the denitrifying gene abundance, the relationship between S. denitrificans and T. denitrificans in the pyrite-based autotrophic and heterotrophic denitrification system is revealed, so the synergistic denitrification process and the related adjustment mechanism are established. With the study of this project, the theoretical foundation for utilization of pyrite-based autotrophic denitrification in nitrate-contaminated groundwater remediation will be established, which will play a positive role in the research for groundwater treatment techniques.
地下水硝酸盐污染威胁居民饮水安全与健康,对电子供体材料的探讨是地下水反硝化领域的研究热点。本课题组已经证明以硫铁矿为电子供体的自养反硝化过程效率高、硫酸盐积累少,但其作用机理尚不明确。本项目通过硫铁矿反硝化过程产物及形态学分析,解析硫铁矿在反硝化过程中的形态转化及微生物与硫铁矿之间的相互作用,建立硫铁矿自养反硝化过程的脱氮模型;利用克隆文库手段分析反硝化系统中微生物菌群结构及变化,解析S. denitrificans与T. denitrificans的相互关系;通过分析反硝化相关酶的编码基因片段,阐明两种细菌在反硝化过程中的电子传递机制;通过分析微生物数量及与反硝化相关的基因片段丰度,阐述硫铁矿自养-异养协同反硝化系统中两种微生物的共存关系,建立硫铁矿自养-异养协同反硝化工艺与调控机制。该研究将为硫铁矿自养反硝化在地下水硝酸盐处理中的应用奠定理论基础,对推动地下水处理工艺研究产生积极作用。

结项摘要

当前,地下水硝酸盐的污染日趋严重,为了满足我国的生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006)和世界卫生组织(WHO)制定的饮用水水质准则(第四版),开发出简单、高效、适用性强的含硝酸盐氮地下水的处理技术,具有重大的社会、经济和环境意义。.本项目使用硫铁矿作为自养反硝化的电子供体,从硫铁矿的遴选开始,比较了不同粒径和不同投加量硫铁矿的反硝化性能,并分析了硫铁矿系统的微生物群落结构。此外,为了构建硫铁矿自养反硝化生物反应器,评估了辅助填料(陶粒、白云石、麦饭石和磷矿石)对硫铁矿自养反硝化性能的影响。此外,在硫铁矿自养反硝化性能研究的基础上,将硫铁矿自养和异养反硝化结合,开发了协同反硝化工艺,并比较了不同碳源(葡萄糖、富里酸、锯末)添加下的反硝化性能。.通过上述研究,本项目得出以下重要结果:1、硫铁矿的粒径会显著影响反硝化速率,粒径越小反硝化速率越高;2、硫铁矿的投加量会影响反硝化进行的程度,硫铁矿的最佳投加量为75 g/L;3、硫铁矿自养反硝化系统中起反硝化作用的主要菌种是T. denitrificans和S. denitrificans;4、化学计量关系的氨氮投加量有利于提高硫铁矿自养反硝化的反硝化速率;5、白云石的添加有利于降低出水硫酸盐浓度;6、麦饭石和磷矿石的添加有利于提高硝酸盐氮及总氮去除率; 7、向硫铁矿自养系统中添加葡萄糖可以显著提升硝酸盐的去除率及去除速率;8、向硫铁矿自养系统中添加锯末,构建协同反硝化系统有利于促进硝酸盐的完全还原,并且锯末异养反硝化过程产生的CO2等无机碳源可以满足硫铁矿自养过程所需,并且可以维持pH的稳定;9、在锯末-硫铁矿系统中添加少量的硫磺有利于促进反硝化效率,并且可以提高系统的抗硝酸盐负荷和水力负荷能力;10、在运行初期向锯末-硫铁矿/硫磺系统中补充无机碳源,有利于提高反应器的脱氮性能。

项目成果

期刊论文数量(35)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Effect of sawdust dosage and hydraulic retention time (HRT) on nitrate removal in sawdust/pyrite mixotrophic denitrification (SPMD) systems
锯末用量和水力停留时间 (HRT) 对锯末/黄铁矿混养反硝化 (SPMD) 系统中硝酸盐去除的影响
  • DOI:
    10.1039/c8ew00748a
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    Environmental Science-Water Research & Technology
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Jin Shunlong;Feng Chuanping;Tong Shuang;Chen Nan;Liu Hengyuan;Zhao Jiamin
  • 通讯作者:
    Zhao Jiamin
Effect of Fe(II) on reactivity of heterotrophic denitrifiers in the remediation of nitrate- and Fe(II)-contaminated groundwater
Fe(II) 对硝酸盐和 Fe(II) 污染地下水修复中异养反硝化菌反应性的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ecoenv.2018.09.104
  • 发表时间:
    2018-12-30
  • 期刊:
    ECOTOXICOLOGY AND ENVIRONMENTAL SAFETY
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Liu, Ying;Feng, Chuanping;Hao, Chunbo
  • 通讯作者:
    Hao, Chunbo
Stimulation impact of electric currents on heterotrophic denitrifying microbial viability and denitrification performance in high concentration nitrate-contaminated wastewater
电流刺激对高浓度硝酸盐污染废水中异养反硝化微生物活力和反硝化性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jes.2018.09.014
  • 发表时间:
    2019-03-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Tong, Shuang;Liu, Hengyuan;Zhu, Ming
  • 通讯作者:
    Zhu, Ming
Enhancement of rice bran as carbon and microbial sources on the nitrate removal from groundwater
米糠作为碳源和微生物源增强地下水中硝酸盐的去除
  • DOI:
    10.1016/j.bej.2018.07.010
  • 发表时间:
    2019-08-15
  • 期刊:
    BIOCHEMICAL ENGINEERING JOURNAL
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Hou, Tingting;Chen, Nan;Feng, Chuanping
  • 通讯作者:
    Feng, Chuanping
Denitrification of synthetic nitrate-contaminated groundwater combined with rice washing drainage treatment
合成硝酸盐污染地下水反硝化联合洗米排水处理
  • DOI:
    10.1016/j.ecoleng.2016.06.043
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    ECOLOGICAL ENGINEERING
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    He, Qiaochong;Feng, Chuanping;Hao, Chunbo
  • 通讯作者:
    Hao, Chunbo

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微曝气生物滤池-多级土壤渗滤系统强化脱氮处理新运粮河水
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微曝气生物滤池-固相碳源反硝化生物滤池强化脱氮处理新运粮河水的示范工程研究
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  • 作者:
    朱擎;杨飞飞;芦婷;冯传平;吴为中
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    吴为中
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海积平原区浅层地下水污染在线监测预警指标的确定——以天津市某简易生活垃圾填埋场为例
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  • 作者:
    雷抗;李瑞;李鸣晓;戴昕;孟繁华;姜玉;马武明;张莺;冯传平;席北斗
  • 通讯作者:
    席北斗

其他文献

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农业废弃物与畜产养殖废水混合发酵能源回收技术的基础研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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