創(chuàng)新農廢治理技術

創(chuàng)新農廢治理技術 致力綠色低碳發(fā)展

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

——記阜陽師范大學盛良全教授

中國創(chuàng)投網10月15日訊：自古以來，我國都是傳統(tǒng)的農業(yè)大國，改革開放至今，隨著我國現(xiàn)代化農業(yè)快速發(fā)展，主要農產品產量和貿易量等指標都走向了世界前列。然而，現(xiàn)代化農業(yè)廢棄物卻未能得到合理利用，不僅污染了生態(tài)環(huán)境，也嚴重制約了我國農業(yè)循環(huán)經濟發(fā)展。如果能實現(xiàn)農業(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村建設，快速實現(xiàn)國家綠色發(fā)展與雙碳戰(zhàn)略。

阜陽師范大學化學學科帶頭人、生物質轉化與污染防控工程技術研究中心負責人盛良全教授，他主要的研究方向就是：農作物秸稈循環(huán)利用、畜禽廢棄物資源化利用、農業(yè)污染物的監(jiān)測及降解，在這些領域均已取得了重要進展。近年來，盛良全帶領團隊主要從事生物質循環(huán)利用相關領域的研究工作，并取得了一系列創(chuàng)新性的科研成果。同時，他積極參與產學研合作，相關農作物秸桿綜合利用系列研究成果現(xiàn)已在國內多家企業(yè)推廣應用，產生了顯著的經濟效益和社會效益。

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)于武漢大學化學系，2003年畢業(yè)于中國科學技術大學化學系獲得博士學位。2004年進入阜陽師范學院，并獲得教授任職資格，主講分析化學、儀器分析等課程，此后長期從事科研教學一線工作。2011年入選安徽省第八批學術技術帶頭人后備人選。曾擔任中國科學技術大學碩士生導師，國家海洋局第三海洋研究所兼職研究員，阜陽師范大學化學與材料工程學院院長?，F(xiàn)任安徽省生物質轉化與污染防控工程技術研究中心負責人、碩士生導師，安徽大學博士生導師。

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

針對目前國內農作物秸稈轉化功能性低聚糖工藝中轉化率低、成本高、純度低及所剩廢渣不能有效處理等問題，盛良全團隊采用化學與酶水解法聯(lián)用技術、混合固態(tài)酶的培養(yǎng)技術發(fā)酵生產木聚糖酶、酶固定化技術、多層膜分離技術從秸稈等農林廢棄物中提取分離低聚木糖。建成了年產10噸的低聚木糖中試生產線1條，形成了穩(wěn)定的自水解-酶解工藝路線。獲得的低聚木糖達到國家標準，純度達90%以上。此外，團隊開展農作物秸稈轉化低聚木糖生物有機肥聯(lián)產的關鍵技術的示范與推廣，以文勝生物為示范基地，完善技術聯(lián)產的工藝模式，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，團隊還將所有關鍵技術整理成一本技術指導性手冊，起到了快速推廣技術應用的作用。

當前，農業(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物，在化肥減量增效、土壤修復、改善植物生長及土壤肥力方面發(fā)揮著重要作用，調控好氧堆肥腐殖酸形成是有機肥產業(yè)健康發(fā)展和產品提質增效的重要保障。但一直以來，秸稈和畜禽糞便等農業(yè)廢棄物堆肥過程中存在著碳氮損失大、次生污染嚴重、腐殖酸轉化率不高、堆肥品位低、肥料產品效益低等難題。

針對于此，盛良全牽頭聯(lián)合江蘇省農業(yè)科學院、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團隊，經過多年研究，在堆肥腐殖化調控機制、高效轉化技術與富含腐殖酸產品開發(fā)方面取得了突破。他們的研究闡明了堆肥過程關鍵組分與酶對腐殖酸形成的調控機制，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，并開發(fā)了促生長提品質的腐殖酸類功能性肥料新產品?；谠摮晒邪l(fā)富含腐殖酸的高品位有機肥料和水溶性腐殖酸類肥料新產品共7個，近3年推廣應用面積累計達1000萬畝，銷售收入達10.5億元，累計處理農業(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，取得了顯著的經濟、社會及生態(tài)效益。

優(yōu)化技術 產業(yè)應用

從18世紀中期至今，人類經歷了四次工業(yè)革命，大大提升了生產和生活水平，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重，對人的健康也構成了嚴重威脅。最近在地表水、地下水以及飲用水中檢測出了大量的有機物質，如人體藥品、獸藥、個人護理用品等，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)構成嚴重危害。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)境中的有機污染物。

近年來，盛良全帶領團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物和未還原的效果的37.6倍和86倍，遠高于現(xiàn)有Fenton-like系統(tǒng)在文獻中報道。一系列表征結果發(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、結構和表面電子結構發(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節(jié)表面電子結構，增強吸附能，促進電子轉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，首先是生物質低聚糖技術研發(fā)與優(yōu)化，功能評價與應用體系完善，產業(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，降低生產成本。通過分子改造、定向進化等技術手段，開發(fā)新型高效酶制劑，滿足大規(guī)模工業(yè)生產的需求。研究更高效、環(huán)保的產品精制工藝，提高低聚糖產品的純度和品質，滿足食品、醫(yī)藥等領域對高品質低聚糖的需求。建立更加完善的低聚糖功能評價與應用體系，深入研究低聚糖在維持腸道微生態(tài)平衡、增強免疫力等方面的作用機制，拓展其在功能性食品、保健品、醫(yī)藥等領域的應用范圍。并依托研究成果和技術積累，建設低聚糖產業(yè)化示范基地，推動低聚糖生產技術的成果轉化和產業(yè)化應用，開展低聚糖生產技術的培訓和服務工作，為企業(yè)提供技術咨詢、工藝優(yōu)化、設備選型等全方位的支持，促進低聚糖產業(yè)的快速發(fā)展。

其次是生物質有機肥轉化機制深入研究，降低成本、擴大應用。圍繞秸稈和畜禽糞便等農業(yè)廢棄物在堆肥原料預處理、堆肥工藝參數(shù)、腐殖酸定向調控技術，以及生物腐殖酸與高腐殖酸含量有機肥料新產品開發(fā)以及產品推廣應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量的堆肥工藝技術參數(shù)等進行進行優(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)還需要進一步研發(fā)產品類別，并擴大各類產品在不同地區(qū)、不同土壤、不同作物上的應用范圍，增強產品的生產能力，增產增效。該技術希望三年內解決。

最后，盛良全表示，未來需要解決落實生物質污染物治理重大需求及監(jiān)測-防控-資源化體系構建技術難題。目前，隨著人類活動對環(huán)境的持續(xù)影響、更多化學物質的生產和使用等，出現(xiàn)了四大新污染物，即“持久性有機污染物、內分泌干擾物、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物質。其中，生物質污染物作為一種持久性的有機污染物，正是當前普遍關注和重點管控的四大新污染物之一，開展新污染物監(jiān)測、防控和治理技術則是解決皖北生態(tài)環(huán)境治理的關鍵并能提供關鍵性技術。對此，盛良全將帶領團隊圍繞皖北生物質污染物溯源、開發(fā)生物質污染物的監(jiān)測與綠色降解技術，滿足新型污染綜合治理的重大需求。

迄今，盛良全已經負責主持國家自然科學基金項目和國際海域資源調查與開發(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技術獎三等獎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;授權國家發(fā)明專利10余項。

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