城市化进程在给广大人民群众的生活带来便利的同时，也产生了大量废水和污泥。数据显示，我国每年污泥产量超过6000万吨（以80%含水率计）。如何高效处理并再利用这些巨量的废水和污泥，是成为建设“无废城市”的最重要课题，也为生物科技助力“美丽中国”提供了广阔舞台。

近日，在全国首个科普月主场活动中，由中国科协青少年科技中心（中国科协科普活动中心）携手中国环境科学学会精心策划的“智汇青春·科创成果向未来”主题展吸引众多观众。其中城市污泥和废水无害处理及重复利用项目备受关注。同济大学和中山大学的本科生科研团队，突破重重难关，在污泥和抗生素废水无害化处理和资源化利用中取得重大突破。不仅让科创成果“接地气”，更展现出青年学子们的强大创新能力。

同济大学团队：“点泥成金”的技术突破

城市污水处理过程产生的污泥含有大量有机质，且氮磷钾等植物营养元素丰富，具有巨大资源转化潜力。按照传统的处理方式，污泥的处理费用占据整个污水处理过程近一半，且大量持续的焚烧将难以实现生态系统的物质循环。在城市化和双碳目标的大背景下，污泥的无害化处理、特别是资源化处理处置已成为当下智慧城市和无废城市建设的必然选择。厌氧消化可实现污泥中有机质向甲烷的转化，并富集缓释碳源，逐渐成为污泥处理的主流技术。然而，污泥独特的物质属性和厌氧微生物低代谢活性导致的低效性成为该技术的发展瓶颈。

面对技术瓶颈与同行质疑，同济大学研究生团队坚持“高级厌氧消化”的污泥处理技术创新之路。尽管其面临厌氧消化低效性的挑战，但团队成员们坚信，在持续的技术革新之下，以厌氧消化为代表的资源化处理技术是解决目前污泥处理困境的最佳出路。

科研团队考虑到，生物代谢的本质是以微生物主导的氧化还原反应，因此，采用电化学增效反应底物与微生物间的电子转移过程，能够有效的增速厌氧微生物代谢，加速污泥的厌氧消化效率，这具有科学性与可行性，并具备一定研究基础。于是，在团队成员的共同努力下，污泥的厌氧消化技术创新取得了重大突破，同济大学导师戴晓虎（第一作者）和宋奇（第二作者）的创新成果——新型厌氧反应器获得了发明专利！

该新型厌氧反应器通过优化消化反应电子传递过程，并富集筛选活性微生物，从而有效地提升污泥的厌氧消化效率，使沼气的产生速率提升20%。消化产生的沼气可替代化石燃料进行燃烧发电，消化后的污泥则可作为植物营养土在园林绿化与花卉养殖方面进行土地利用。通过生物质清洁能源回收和产物利用形成的碳补偿，使得该技术对双碳目标的实现具有重要意义。

中山大学团队：“果冻屋”净化废水的新路径

城市污水处理关乎人民群众的公共健康和城市水生生态，特别是抗生素排放会威胁水生生态和公共健康，常规污水处理对抗生素残留的去除率有限，中山大学的学生们通过查阅文献发现，国内外对“水凝胶技术”和“生物处理技术”应用于含抗生素废水都有探索，但能将二者结合起来的研究和实践较少。在老师的启发下，学生团队提出了“把水凝胶做成微生物新家”的构想，既能为微生物提供稳定环境，又能有效治理污水。于是，微生物“果冻屋”的构想呼之欲出。

在早期制备水凝胶小球时，材料强度不足，小球在反应器运行中很快破碎，微生物直接流失，实验数据几乎归零。当时团队都很沮丧，但士气依然高昂，他们一起复盘，进行反复测试，优化配方，最终提高了材料的力学稳定性。团队的导师尹老师提醒学生们，不要只盯着“失败结果”，要把每次错误当作宝贵的“试验信息”。

在设计“果冻屋”时，团队并不满足于单一的微生物载体功能，而是把承载微生物、加快降解过程、促进能量回收和实现外部可控调节等功能打包结合，形成多功能协同系统。为此，他们利用水凝胶微孔结构对微生物进行封装，既保证了微生物的稳定附着，又保持了良好的物质交换。研发团队还嵌入导电组分活性炭，建立了电子通道，加速了微生物的代谢过程，让废水处理具备回收潜力。特别是其中的红外响应设计让“果冻屋”小球能够在外场作用下调节温度，提升了反应速率和系统可控。

该系统最大的难点在于，如何保持多功能的同时，不破坏微生物的活性，因为导电材料和功能填料的配比会影响微生物的生长环境。团队反复调整剂量配比，最终让“果冻屋”真正具备了多功能一体化的独特优势。中山大学科研团队的研究成果登上了知名国际期刊的封面，这不仅是对他们成果的认可，更是对他们持之以恒的努力的褒奖。

面对获得的成绩，中山大学的研发团队并没有停下研发的脚步，他们深知，要让“果冻屋”走进实际污水处理场景，还有很长的路要走。目前，团队已经在尝试中试规模的反应器实验，并积极寻求与污水处理企业的合作，以期通过试点示范把科研成果逐步推向产业化应用。

课外科技创新项目：超越课堂的成长礼物

无论是同济大学的污泥无害化处理，亦或是中山大学的污水处理“果冻屋”科研创新，灵感均来自课堂之外的探索与跨学科实践。这些项目不仅锻炼了学生综合运用知识解决实际问题的能力，也实现了“知行合一”。

广大学子在展示现场对科研团队取得的成绩表达敬意的同时，也对课外科技创新项目产生了浓厚的兴趣。这场身临其境的真实和生动的讲解，让生物科技知识得以普及，也使得科学精神得以传播。

作者：中国科协青少年科技中心(科普活动中心)

来源: 中国科协青少年科技中心(科普活动中心)