創(chuàng)新農(nóng)廢治理技術(shù)

創(chuàng)新農(nóng)廢治理技術(shù) 致力綠色低碳發(fā)展

中國創(chuàng)投網(wǎng) 張麗麗 / 時間：2024-10-16 10:43:45

——記阜陽師范大學(xué)盛良全教授

中國創(chuàng)投網(wǎng)10月15日訊：自古以來，我國都是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，改革開放至今，隨著我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，主要農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和貿(mào)易量等指標(biāo)都走向了世界前列。然而，現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)廢棄物卻未能得到合理利用，不僅污染了生態(tài)環(huán)境，也嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。如果能實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物污染治理與資源化循環(huán)利用，將有效緩解生態(tài)環(huán)境污染問題，也將助力推動我國新農(nóng)村建設(shè)，快速實現(xiàn)國家綠色發(fā)展與雙碳戰(zhàn)略。

阜陽師范大學(xué)化學(xué)學(xué)科帶頭人、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與污染防控工程技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)人盛良全教授，他主要的研究方向就是：農(nóng)作物秸稈循環(huán)利用、畜禽廢棄物資源化利用、農(nóng)業(yè)污染物的監(jiān)測及降解，在這些領(lǐng)域均已取得了重要進(jìn)展。近年來，盛良全帶領(lǐng)團(tuán)隊主要從事生物質(zhì)循環(huán)利用相關(guān)領(lǐng)域的研究工作，并取得了一系列創(chuàng)新性的科研成果。同時，他積極參與產(chǎn)學(xué)研合作，相關(guān)農(nóng)作物秸桿綜合利用系列研究成果現(xiàn)已在國內(nèi)多家企業(yè)推廣應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

創(chuàng)新科研 建樹頗豐

1965年10月，盛良全生于安徽太湖，1988年7月畢業(yè)于武漢大學(xué)化學(xué)系，2003年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系獲得博士學(xué)位。2004年進(jìn)入阜陽師范學(xué)院，并獲得教授任職資格，主講分析化學(xué)、儀器分析等課程，此后長期從事科研教學(xué)一線工作。2011年入選安徽省第八批學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人選。曾擔(dān)任中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士生導(dǎo)師，國家海洋局第三海洋研究所兼職研究員，阜陽師范大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院院長。現(xiàn)任安徽省生物質(zhì)轉(zhuǎn)化與污染防控工程技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)人、碩士生導(dǎo)師，安徽大學(xué)博士生導(dǎo)師。

安徽省是我國的農(nóng)業(yè)大省，每年可收集利用的秸稈總量達(dá)4400多萬噸，但大部分的秸稈都沒有得到合理的利用。為此，盛良全帶領(lǐng)團(tuán)隊通過對農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化為低聚木糖的關(guān)鍵技術(shù)集成與示范進(jìn)行研究，對秸稈綜合利用的聯(lián)產(chǎn)模式工藝進(jìn)行探討，為秸稈高值化加工和應(yīng)用開辟了新途徑。

針對目前國內(nèi)農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化功能性低聚糖工藝中轉(zhuǎn)化率低、成本高、純度低及所剩廢渣不能有效處理等問題，盛良全團(tuán)隊采用化學(xué)與酶水解法聯(lián)用技術(shù)、混合固態(tài)酶的培養(yǎng)技術(shù)發(fā)酵生產(chǎn)木聚糖酶、酶固定化技術(shù)、多層膜分離技術(shù)從秸稈等農(nóng)林廢棄物中提取分離低聚木糖。建成了年產(chǎn)10噸的低聚木糖中試生產(chǎn)線1條，形成了穩(wěn)定的自水解-酶解工藝路線。獲得的低聚木糖達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，純度達(dá)90%以上。此外，團(tuán)隊開展農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化低聚木糖生物有機(jī)肥聯(lián)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)的示范與推廣，以文勝生物為示范基地，完善技術(shù)聯(lián)產(chǎn)的工藝模式，帶動了勞動力就業(yè)。據(jù)了解，該項成果帶動安徽省文勝生物工程股份有限公司研發(fā)投入大于300萬元，拉動產(chǎn)業(yè)投資大于500萬元。建立了安徽省文勝生物工程股份有限公司等多個科技示范點。同時，團(tuán)隊還將所有關(guān)鍵技術(shù)整理成一本技術(shù)指導(dǎo)性手冊，起到了快速推廣技術(shù)應(yīng)用的作用。

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)廢棄物污染治理與循環(huán)利用是國家綠色發(fā)展與雙碳戰(zhàn)略的重要方向，堆肥正是農(nóng)業(yè)廢棄物無害化、減量化和資源化最重要的途徑。盛良全介紹，腐殖酸作為堆肥終端產(chǎn)物，在化肥減量增效、土壤修復(fù)、改善植物生長及土壤肥力方面發(fā)揮著重要作用，調(diào)控好氧堆肥腐殖酸形成是有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展和產(chǎn)品提質(zhì)增效的重要保障。但一直以來，秸稈和畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥過程中存在著碳氮損失大、次生污染嚴(yán)重、腐殖酸轉(zhuǎn)化率不高、堆肥品位低、肥料產(chǎn)品效益低等難題。

針對于此，盛良全牽頭聯(lián)合江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、安徽省文勝生物工程股份有限公司和南京寧糧生物工程有限公司組成了攻關(guān)團(tuán)隊，經(jīng)過多年研究，在堆肥腐殖化調(diào)控機(jī)制、高效轉(zhuǎn)化技術(shù)與富含腐殖酸產(chǎn)品開發(fā)方面取得了突破。他們的研究闡明了堆肥過程關(guān)鍵組分與酶對腐殖酸形成的調(diào)控機(jī)制，創(chuàng)建了功能微生物與納米Mn耦合定向腐殖化堆肥新技術(shù)，并開發(fā)了促生長提品質(zhì)的腐殖酸類功能性肥料新產(chǎn)品?；谠摮晒邪l(fā)富含腐殖酸的高品位有機(jī)肥料和水溶性腐殖酸類肥料新產(chǎn)品共7個，近3年推廣應(yīng)用面積累計達(dá)1000萬畝，銷售收入達(dá)10.5億元，累計處理農(nóng)業(yè)廢棄物50萬噸以上，減少碳損失2.5萬噸以上，減少氮損失1280噸以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)、社會及生態(tài)效益。

優(yōu)化技術(shù) 產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

從18世紀(jì)中期至今，人類經(jīng)歷了四次工業(yè)革命，大大提升了生產(chǎn)和生活水平，但同時，隨著新型工業(yè)和人類活動對水資源的污染愈來愈嚴(yán)重，對人的健康也構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。最近在地表水、地下水以及飲用水中檢測出了大量的有機(jī)物質(zhì)，如人體藥品、獸藥、個人護(hù)理用品等，即使它們以微量存在也會對人體健康甚至整個生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重危害。因此，亟待開發(fā)綠色環(huán)保高效的新型功能材料用于快速去除環(huán)境中的有機(jī)污染物。

近年來，盛良全帶領(lǐng)團(tuán)隊通過在熱解氣氛中深度還原四氧化三鈷，成功地合成了具有豐富氧空位的超高活性鈷氧催化劑。該催化劑活化過氧一硫酸鹽對磺胺嘧啶降解的速率常數(shù)為6.02 /min分別是鈷氧基材料通過氬氣氣氛得到的產(chǎn)物和未還原的效果的37.6倍和86倍，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有Fenton-like系統(tǒng)在文獻(xiàn)中報道。一系列表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)超高活性鈷氧催化劑材料中明顯存在富氧缺陷，其形貌、結(jié)構(gòu)和表面電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。EPR和自由基鑒定實驗證實，單線態(tài)氧和超氧自由基對磺胺嘧啶的降解起主要作用。此外，密度泛函理論計算表明，氧空位作用于超高活性鈷氧催化劑可以有效調(diào)節(jié)表面電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)吸附能，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移活化過氧一硫酸鹽，從而顯著提高催化活性。

談及未來擬開展的工作，盛良全表示，首先是生物質(zhì)低聚糖技術(shù)研發(fā)與優(yōu)化，功能評價與應(yīng)用體系完善，產(chǎn)業(yè)化推廣與示范。繼續(xù)優(yōu)化低聚糖用酶的性能，提高酶的催化效率、穩(wěn)定性和特異性，降低生產(chǎn)成本。通過分子改造、定向進(jìn)化等技術(shù)手段，開發(fā)新型高效酶制劑，滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的需求。研究更高效、環(huán)保的產(chǎn)品精制工藝，提高低聚糖產(chǎn)品的純度和品質(zhì)，滿足食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)Ω咂焚|(zhì)低聚糖的需求。建立更加完善的低聚糖功能評價與應(yīng)用體系，深入研究低聚糖在維持腸道微生態(tài)平衡、增強(qiáng)免疫力等方面的作用機(jī)制，拓展其在功能性食品、保健品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。并依托研究成果和技術(shù)積累，建設(shè)低聚糖產(chǎn)業(yè)化示范基地，推動低聚糖生產(chǎn)技術(shù)的成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，開展低聚糖生產(chǎn)技術(shù)的培訓(xùn)和服務(wù)工作，為企業(yè)提供技術(shù)咨詢、工藝優(yōu)化、設(shè)備選型等全方位的支持，促進(jìn)低聚糖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

其次是生物質(zhì)有機(jī)肥轉(zhuǎn)化機(jī)制深入研究，降低成本、擴(kuò)大應(yīng)用。圍繞秸稈和畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物在堆肥原料預(yù)處理、堆肥工藝參數(shù)、腐殖酸定向調(diào)控技術(shù)，以及生物腐殖酸與高腐殖酸含量有機(jī)肥料新產(chǎn)品開發(fā)以及產(chǎn)品推廣應(yīng)用等方面形成了較為完整的體系。前期主要對提高腐殖酸產(chǎn)量的堆肥工藝技術(shù)參數(shù)等進(jìn)行進(jìn)行優(yōu)化，此外，生物腐殖酸提取、純化階段步驟繁瑣，還有待研究開發(fā)更加簡便操作步驟與方法。后續(xù)還需要進(jìn)一步研發(fā)產(chǎn)品類別，并擴(kuò)大各類產(chǎn)品在不同地區(qū)、不同土壤、不同作物上的應(yīng)用范圍，增強(qiáng)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力，增產(chǎn)增效。該技術(shù)希望三年內(nèi)解決。

最后，盛良全表示，未來需要解決落實生物質(zhì)污染物治理重大需求及監(jiān)測-防控-資源化體系構(gòu)建技術(shù)難題。目前，隨著人類活動對環(huán)境的持續(xù)影響、更多化學(xué)物質(zhì)的生產(chǎn)和使用等，出現(xiàn)了四大新污染物，即“持久性有機(jī)污染物、內(nèi)分泌干擾物、抗生素和微塑料”，它們都是具有生物毒性、環(huán)境持久性、生物累積性等特征的有毒有害化學(xué)物質(zhì)。其中，生物質(zhì)污染物作為一種持久性的有機(jī)污染物，正是當(dāng)前普遍關(guān)注和重點管控的四大新污染物之一，開展新污染物監(jiān)測、防控和治理技術(shù)則是解決皖北生態(tài)環(huán)境治理的關(guān)鍵并能提供關(guān)鍵性技術(shù)。對此，盛良全將帶領(lǐng)團(tuán)隊圍繞皖北生物質(zhì)污染物溯源、開發(fā)生物質(zhì)污染物的監(jiān)測與綠色降解技術(shù)，滿足新型污染綜合治理的重大需求。

迄今，盛良全已經(jīng)負(fù)責(zé)主持國家自然科學(xué)基金項目和國際海域資源調(diào)查與開發(fā)“十二五”課題重大項目子課題、省科技重大專項等多項國家和省部級研究項目，以**、第二、第四完成人獲得安徽省科學(xué)技術(shù)獎三等獎4項;總計發(fā)表科研論文100余篇，SCI收錄80余篇，并參編專著多部;授權(quán)國家發(fā)明專利10余項。

農(nóng)為邦本，本固邦寧?？萍寂d農(nóng)，就是要變“廢”為“寶”，盛良全將繼續(xù)帶領(lǐng)團(tuán)隊創(chuàng)新研發(fā)，不斷攻破技術(shù)難關(guān)，有力推進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物污染治理，堅持監(jiān)測與修復(fù)“雙管齊下”，解決農(nóng)業(yè)污染難題，改善生態(tài)環(huán)境，為建設(shè)實現(xiàn)美麗中國夢貢獻(xiàn)力量。