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，由中國科協青少年科技中心（中國科協科普活動中心）攜手中國環境科學學會策劃“智匯青春·科創成果向未來”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”的技術突破

城市污水處理過程產生的污泥含有大量有機質，且氮磷鉀等植物營養元素豐富，具有資源轉化潛力。按照傳統的處理方式，污泥的處理費用占據整個污水處理過程近一半，且大量持續的焚燒將難以實現生態系統的物質循環。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的必然選擇。厭氧消化可實現污泥中有機質向甲烷的轉化，并富集緩釋碳源，逐漸成為污泥處理的主流技術。然而，污泥獨特的物質屬性和厭氧微生物低代謝活性導致的低效性成為該技術的發展問題。

科研團隊考慮到，生物代謝的本質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。該新型厭氧反應器通過優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，使沼氣的產生速率提升20%。消化產生的沼氣可替代化石燃料進行燃燒發電，消化后的污泥則可作為植物營養土在園林綠化與花卉養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

城市污水處理關乎人民群眾的公共健康和城市水生生態，常規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現，國內外對“水凝膠技術”和“生物處理技術”應用于含抗生素廢水都有探索，但能將二者結合起來的研究和實踐較少。在老師的啟發下，學生團隊提出了“把水凝膠做成微生物新家”的構想，既能為微生物提供穩定環境，又能有效治理污水。

在設計“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外部可控調節等功能打包結合，形成多功能協同系統。為此，他們利用水凝膠微孔結構對微生物進行封裝，既保證了微生物的穩定附著，又保持了良好的物質交換。研發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計讓“果凍屋”小球能夠在外場作用下調節溫度，提升了反應速率和系統可控。

該系統最大的難點在于，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境。團隊反復調整劑量配比，最終讓“果凍屋”真正具備了多功能一體化的優勢。

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

課外科技創新項目：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，也實現了“知行合一”。

廣大學子在展示現場對科研團隊取得的成績表達敬意的同時，也對課外科技創新項目產生了濃厚的興趣。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