2024年度海南省科学技术奖提名公示内容

项目名称

生物处理过程抗胁迫特征与调控机制及方法

提名奖项及等级

海南省自然科学奖一等奖

提名者

海南大学

项目简介（1200字以内）

本项目属于水污染控制领域，面向国家生态文明建设重大战略与海南省水污染防治攻坚战的迫切需求。高效稳定的生物处理技术（包括活性污泥、厌氧消化、光生物生态处理）在水污染控制与资源化领域发挥着关键支撑作用，已在市政、养殖、石油、化工、制药等行业中广泛应用。生物处理技术应用中普遍面临盐度、重金属、抗生素、溶解氧等典型逆境胁迫的严峻挑战，这往往导致处理过程效能急剧下降甚至系统崩溃。生物处理过程中胁迫的多元性、响应的非线性及场景的复杂性，严重阻碍了其调控方法的优化与机制的探明。因此，生物处理过程抗胁迫特征与调控机制及方法等科学问题的系统深入研究，已成为保障国家生态环境安全和上述行业可持续发展的关键。

本项目针对上述重大需求，在国家国际科技合作专项、国家自然科学基金等项目支持下，紧密围绕生物处理过程抗胁迫特征与调控机制及方法，开展了系统深入的研究，取得了系列创新成果。主要科学发现包括：

1、发现了盐度胁迫下活性污泥微生物自适应性现象，揭示了盐度和溶解氧胁迫强度与群落功能冗余度的非线性规律；阐明了限氧条件短程硝化与典型新污染物去除的耦合机制；发明了延长曝气耦合耐盐菌剂强化污染物去除性能的方法，破解高盐废水脱氮除磷瓶颈。成果已在市政、养殖、化工等行业广泛应用。

2、发现了典型抗生素和重金属导致光生物生态处理系统Hormesis效应的动态响应现象；揭示了在浮萍/微藻系统中“促生长-控释溶解性有机物-强化除污”的Hormesis动态响应规律；阐明了低剂量胁迫激活抗氧化酶以清除活性氧物种的Hormesis动态响应的分子机制；建立了基于营养物质去除动力学的Hormesis定量评估模型；发明了γ辐射预处理破解木质纤维素生物转化的技术，实现了废水营养物质高效回收和生物质能源转化。成果已在养殖、市政等行业规模化应用。

3、发现了产甲烷菌对重金属剂量的耐受反常现象；揭示了高锰环境驱动的污染物降解协同产甲烷增效的非线性特征；揭示了异化锰还原与产甲烷过程的逆向能量耦合规律；阐明了微生物-锰互作的“电子传递重构”异常适应机制；形成了锰基导电材料强化胁迫耐受的调控策略，解决了厌氧消化过程中的多阶段协同效应差、体系易失稳、崩溃等技术瓶颈问题。成果已在市政、化工等行业应用。

提名书

相关内容

[1] Zhou Qi, Li Xiang, Lin Yan, Yang Chunping, Tang Wenchang, Wu Shaohua, Li Dehao, Lou Wei. Effects of copper ions on removal of nutrients from swine wastewater and release of dissolved organic matters in duckweed systems. Water Research, 2019, 158: 171-181.

[2] Wang Linli, Li Yangyang, Yi Xuesong, Yang Fei, Wang Dengxin, Han Hongjun. Dissimilatory manganese reduction facilitates synergistic cooperation of hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis and methanogenesis via promoting microbial interaction during anaerobic digestion of waste activated sludge. Environmental Research, 2023, 218: 114992.

[3] Yang CP, Shen ZQ, Yu GC, Wang JL. Effect and aftereffect of γ radiation pretreatment on enzymatic hydrolysis of wheat straw. Bioresource Technology, 2008, 99(14): 6240-6245.

[4] Wang JL, Wang SZ. Removal of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) from wastewater: A review. Journal of Environmental Management, 2016, 182: 620-640.

[5] Zhou Qi, Lin Yan, Li Xiang, Yang Chunping, Han Zhengfeng, Zeng Guangming, Lu Li, He Shanying. Effect of zinc ions on nutrient removal and growth of Lemna aequinoctialis from anaerobically digested swine wastewater. Bioresource Technology, 2018, 249: 457-463.

[6] Chen Yujuan, He Huijun, Liu Hongyu, Li Huiru, Zeng Guangming, Xia Xin, Yang Chunping. Effect of salinity on removal performance and activated sludge characteristics in sequencing batch reactors. Bioresource Technology, 2018, 249: 890-899.

[7] He Huijun, Chen Yujuan, Li Xiang, Cheng Yan, Yang Chunping, Zeng Guangming. Influence of salinity on microorganisms in activated sludge processes: A review. International Biodeterioration Biodegradation, 2017, 119: 520-527.

[8] Wang JL, Yang N. Partial nitrification under limited dissolved oxygen conditions. Process Biochemistry, 2004, 39(10): 1223-1229.

主要完成人

（排序、工作单位和贡献）

1. 杨春平，排名第1，海南大学，项目总负责人，对重要科学发现一至三均做出创造性贡献。揭示了生物处理过程抗胁迫特征，阐明了相应的调控机制并建立了调控方法，开展了规模化推广应用。是代表性论文3的第一作者，代表性论文1，5，6，7的通讯作者。

2. 吴少华，排名第2，点击登录查看，项目主要完成人员之一，负责研究生物处理过程中重金属和抗生素抗胁迫特征与调控机制及方法，并负责技术推广应用。是代表性论文1的重要作者。

3. 王德欣，排名第3，海南大学，项目主要完成人员之一，负责研究污泥厌氧消化过程中重金属抗胁迫特征与调控机制及方法。是代表性论文2的通讯作者。

4. 何闪英，排名第4，浙江工商大学，项目主要完成人员之一，负责研究光生物生态处理过程中重金属抗胁迫特征与调控机制及方法。是代表性论文5的通讯作者。

5. 李翔，排名第5，湖南省城乡环境建设有限公司，项目主要完成人员之一，参与研究光生物生态处理过程和活性污泥处理过程中抗胁迫特征与调控机制及方法，主要负责技术应用与示范。是代表性论文1，5，7的重要作者。

6. 周琦，排名第6，清华大学，项目主要完成人员之一，负责研究光生物生态处理过程中重金属抗胁迫特征与调控机制及方法。是代表性论文1，5的第一作者。

7. 沈志强，排名第7，中国环境科学研究院，项目主要完成人员之一，负责研究生物处理过程中的预处理生物质碳源供给。是代表性论文3的主要作者。

8. 王建龙，排名第8，清华大学，项目主要完成人员之一，负责生物处理过程中溶解氧抗胁迫特征与调控机制及方法以及典型新污染物去除，是代表性论文4，8第一兼通讯作者，代表性论文3的通讯作者。

主要完成单位

（排序和贡献）

1. 海南大学，第一完成单位，重点发展了锰基导电材料介导的污泥厌氧消化强化技术与调控机制及方法，并积极推广创新成果在相关行业废水处理中的应用。

2. 点击登录查看，第二完成单位，负责光生物生态处理过程中的抗胁迫特征与调控机制及方法，为处理装置的开发、调试和应用提供指导。

3. 湖南大学，第三完成单位，负责本项目总体技术方案制定、技术和装备研发、成果转化及推广应用工作。

4. 清华大学，第四完成单位，负责生物处理过程中溶解氧抗胁迫特征与调控机制及方法以及典型新污染物的去除。

5. 浙江工商大学，第五完成单位，参与本项目生物处理过程抗胁迫特征与调控机制及方法，主要负责技术推广应用。