全國科普月 | 生命科學新突破：生物科技賦能美麗中國

近日，在全國首個科普月主場活動中，由中國科協(xié)青少年科技中心（中國科協(xié)科普活動中心）攜手中國環(huán)境科學學會策劃“智匯青春·科創(chuàng)成果向未來”主題展。同濟大學和中山大學的本科生科研團隊，在污泥和抗生素廢水無害化處理和資源化利用中取得成果。

同濟大學團隊：“點泥成金”的技術(shù)突破

城市污水處理過程產(chǎn)生的污泥含有大量有機質(zhì)，且氮磷鉀等植物營養(yǎng)元素豐富，具有資源轉(zhuǎn)化潛力。按照傳統(tǒng)的處理方式，污泥的處理費用占據(jù)整個污水處理過程近一半，且大量持續(xù)的焚燒將難以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。在城市化和雙碳目標的大背景下，污泥的無害化處理、特別是資源化處理處置已成為當下智慧城市和無廢城市建設(shè)的必然選擇。厭氧消化可實現(xiàn)污泥中有機質(zhì)向甲烷的轉(zhuǎn)化，并富集緩釋碳源，逐漸成為污泥處理的主流技術(shù)。然而，污泥獨特的物質(zhì)屬性和厭氧微生物低代謝活性導致的低效性成為該技術(shù)的發(fā)展問題。

科研團隊考慮到，生物代謝的本質(zhì)是以微生物主導的氧化還原反應，因此，采用電化學增效反應底物與微生物間的電子轉(zhuǎn)移過程，能夠有效的增速厭氧微生物代謝，加速污泥的厭氧消化效率，這具有科學性與可行性，并具備一定研究基礎(chǔ)。該新型厭氧反應器通過優(yōu)化消化反應電子傳遞過程，并富集篩選活性微生物，從而有效地提升污泥的厭氧消化效率，使沼氣的產(chǎn)生速率提升20%。消化產(chǎn)生的沼氣可替代化石燃料進行燃燒發(fā)電，消化后的污泥則可作為植物營養(yǎng)土在園林綠化與花卉養(yǎng)殖方面進行土地利用。

中山大學團隊：“果凍屋”凈化廢水的新路徑

城市污水處理關(guān)乎人民群眾的公共健康和城市水生生態(tài)，常規(guī)污水處理對抗生素殘留的去除率有限，中山大學的學生們通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外對“水凝膠技術(shù)”和“生物處理技術(shù)”應用于含抗生素廢水都有探索，但能將二者結(jié)合起來的研究和實踐較少。在老師的啟發(fā)下，學生團隊提出了“把水凝膠做成微生物新家”的構(gòu)想，既能為微生物提供穩(wěn)定環(huán)境，又能有效治理污水。

在設(shè)計“果凍屋”時，團隊并不滿足于單一的微生物載體功能，而是把承載微生物、加快降解過程、促進能量回收和實現(xiàn)外部可控調(diào)節(jié)等功能打包結(jié)合，形成多功能協(xié)同系統(tǒng)。為此，他們利用水凝膠微孔結(jié)構(gòu)對微生物進行封裝，既保證了微生物的穩(wěn)定附著，又保持了良好的物質(zhì)交換。研發(fā)團隊還嵌入導電組分活性炭，建立了電子通道，加速了微生物的代謝過程，讓廢水處理具備回收潛力。特別是其中的紅外響應設(shè)計讓“果凍屋”小球能夠在外場作用下調(diào)節(jié)溫度，提升了反應速率和系統(tǒng)可控。

該系統(tǒng)最大的難點在于，如何保持多功能的同時，不破壞微生物的活性，因為導電材料和功能填料的配比會影響微生物的生長環(huán)境。團隊反復調(diào)整劑量配比，最終讓“果凍屋”真正具備了多功能一體化的優(yōu)勢。

目前，團隊已經(jīng)在嘗試中試規(guī)模的反應器實驗，并積極尋求與污水處理企業(yè)的合作，以期通過試點示范把科研成果逐步推向產(chǎn)業(yè)化應用。

課外科技創(chuàng)新項目：超越課堂的成長禮物

無論是同濟大學的污泥無害化處理，亦或是中山大學的污水處理“果凍屋”科研創(chuàng)新，靈感均來自課堂之外的探索與跨學科實踐。這些項目不僅鍛煉了學生綜合運用知識解決實際問題的能力，也實現(xiàn)了“知行合一”。

廣大學子在展示現(xiàn)場對科研團隊取得的成績表達敬意的同時，也對課外科技創(chuàng)新項目產(chǎn)生了濃厚的興趣。這場身臨其境的真實和生動的講解，讓生物科技知識得以普及，也使得科學精神得以傳播。

來源：科普中國