课题基金 / 基金详情

强化不同胞外电子途径的污水中异化铁还原磷回收机制研究

批准号:
52070140
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
李楠
依托单位:
学科分类:
城市污水处理与资源化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李楠

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
污水中磷的资源转化与回收是“城市污水再生与资源化”的重要组成部分,对于同步解决水体富营养化和磷资源危机两大全球性环境问题具有重要意义。蓝铁石广泛存在于污水处理的消化污泥中,可作为污水处理厂的“磷汇”,其合成与回收是环境领域近年来关注热点。厌氧微生物异化铁还原是蓝铁石合成的核心机制,而微生物电子转移是铁还原的关键科学问题。本研究尝试解析异化铁还原的磷回收过程电子转移驱动的物质迁移转化规律与微生物作用的成核机制,识别蓝铁石合成的关键功能微生物、功能基因和功能蛋白,揭示微生物代谢分子机制。基于厌氧微生物胞外呼吸基本原理,分别提出间接和直接电子传递途径下蓝铁石回收强化调控机制。识别促进间接电子传递的关键电子穿梭体,解析其对微生物代谢分子机制的正向与逆向反馈。考察微生物-矿物间以及微生物种间直接电子传递促进异化铁还原机制。基于上述成果建立污水蓝铁石强化回收的调控策略,指导蓝铁石回收工艺的优化运行。
英文摘要
Phosphorus transformation and recovery from wastewater is an important part of "urban sewage regeneration and recycling". It is of great significance to solve the two global environmental problems of eutrophication and phosphorus resource crisis simultaneously. Large amount of vivianite exists in digested sludge, which can serve as "phosphorus sink" of wastewater treatment plants (WWTPs). The potential of vivianite production in phosphorus recovery has been recognized recently. The dissimilated iron reduction (DIR) is the main mechanism for vivianite production, and microbial electron transfer is the key scientific problem of DIR. In this study, we attempt to analyze the elements migration and.transformation in DIR driven by electron transfer, identify the key functional microorganisms, functional genes and functional proteins, and reveal the microbial metabolic molecular mechanism for DIR and vivianite production. Based on the extracellular respiration mechanism of anaerobic microorganisms, the enhanced regulation mechanisms of vivianite recovery through indirect and direct electron transport pathways are expected to be proposed. We try to identify the key electrons shuttles which promote indirect electron transfer and analyze their positive and negative feedback to microbial metabolic molecular mechanism. We investigate the enhancement of DIR by direct electron transfer, including direct electron transfer between dissimilatory metal reduction bacteria (DMRB) and minerals, as well as between different microorganisms. Besides, we try to establish control strategies through different extracellular electron transfer pathway for vivianite recovery from wastewater, which is benefit to optimize operation of wastewater treatment process for phosphorus recovery.
本项目针对污水中微生物降解有机物-铁还原-蓝铁石合成过程中的物质流与电子转移规律开展研究,结合微生物厌氧胞外呼吸的基本原理,提出不同电子传递途径下蓝铁石回收的强化调控策略。.在间接电子传递强化机制方面,发现了富里酸是促进蓝铁石合成的“间接电子传递”关键电子穿梭体。微量富里酸通过调节铁转运蛋白基因和铁硫转运蛋白基因的表达,进而促进了铁还原以及亚铁离子和磷酸盐离子的结合。通过EPS的逐层剥离,发现剥离EPS后,铁还原率、还原速率和蓝铁石回收率分别降低了33%、37%和30%。紧密结合EPS(TB-EPS)在铁还原及生物诱导成矿过程中发挥着至关重要的作用,在蓝铁石形成过程中贡献率为28-51%,对铁还原贡献率为34-55%。.在直接电子传递强化机制方面,通过电化学、光谱学和生物学分析手段,从多个角度分析了纳米磁铁矿强化微生物铁还原合成蓝铁石的机制。纳米磁铁矿以其良好的导电性和较小的粒径,为微生物和电子受体提供了更多的接触位点,作为“电子导管”形成了连贯的导电通路,大幅提高了电子传递的速率和效率,促进了铁还原和蓝铁石结晶过程。加入纳米磁铁矿后反应体系拥有更高的还原活性和更好的电荷储存能力。不仅如此,纳米磁铁矿的添加促进了微生物生长代谢,提高了EPS中蛋白质和多糖的含量,促进了腐殖酸的分泌,这些物质相互交绕在微生物和电子受体之间,架构起庞大而紧密的电子传递网络,促进微生物与电子受体的通讯连接,提高胞外电子传递能力,从而促进了铁还原和蓝铁石合成。零价铁也可以强化直接电子传递促进蓝铁石合成。纳米零价铁的加入可以显著提高可溶PO43-的转化速率和效率,将磷回收率达到了80%,相对于对照组提高了24%。.基于上述工作,申请人在本项目研究期间,在Water Res., 环境科学学报 等国内外环境领域顶级期刊上发表相关论 19篇,申请专利 3 项。基于申请人的学术贡献,受邀在 5 次国际国内会议上做特邀学术报告 (Invited speaker)。申请人获得教育部自然科学二等奖等奖励,并获得教育部青年长江学者计划的支持。
“热”转“冷”——基于仿生递送体系的动脉粥样硬化免疫微环境重塑策略及机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    李楠
  • 依托单位:
污水中碳基载体强化微生物异化还原合成蓝铁石的磷回收机制研究
  • 批准号:
    51778408
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    李楠
  • 依托单位:
多项式系统求解中奇异点问题的理论与算法研究
  • 批准号:
    11601378
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    18.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    李楠
  • 依托单位:
MAI/H2O2/NIR三重应答脂质体改善“缺氧”肿瘤的PDT效果的研究
  • 批准号:
    81503016
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    17.9万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    李楠
  • 依托单位:
国内基金
海外基金