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成果簡(jiǎn)介：  生物脫硫是21世紀(jì)綠色化學(xué)的一個(gè)重要組成部分，適用范圍廣、實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用和發(fā)展前景廣闊。氣體生物脫硫及硫磺回收是基于生物硫氧化原理建立起來(lái)的以硫磺回收為目標(biāo)的硫化氫脫除方法，具有高效、清潔、節(jié)能、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。 本項(xiàng)目開(kāi)展微生物法脫除氣體中硫化氫及硫回收中試開(kāi)發(fā)，

1 成果簡(jiǎn)介本項(xiàng)目在研發(fā)過(guò)程中得到了教育部留學(xué)人員歸國(guó)基金、教育部博士點(diǎn)基金、自然科學(xué)基金、國(guó)家科技支撐計(jì)劃的部分支持，經(jīng)過(guò)主持單位和協(xié)作單位的聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過(guò) 8 年的時(shí)間研究完成的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試，開(kāi)發(fā)出可將污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間分離的新型多孔微生物載體，研究了好氧-厭氧耦合污泥減量化的機(jī)理。采用設(shè)計(jì)的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試和實(shí)際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進(jìn)展和成果，并成功的將該項(xiàng)目應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在項(xiàng)目研究過(guò)程中共申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利 6 項(xiàng)（其中5 項(xiàng)已授權(quán)），實(shí)用新型 1 項(xiàng)，發(fā)表論文 30 余篇，翻譯教材 2 部。 該項(xiàng)目在實(shí)施過(guò)程中，主要取得如下幾個(gè)方面的技術(shù)突破： （ 1）研究了好氧-厭氧耦合體系在處理廢水的同時(shí)對(duì)污泥減量化的作用機(jī)理，開(kāi)發(fā)出好氧-厭氧多次反復(fù)耦合原位污泥減量技術(shù)。 （ 2）對(duì)多孔載體的結(jié)構(gòu)及對(duì)剩余污泥的截流效果進(jìn)行了全面研究。設(shè)計(jì)了一種空隙率高、對(duì)污泥截流效果好的多孔載體。 （ 3）開(kāi)發(fā)出以天然高分子為助凝劑的鐵鹽混凝除磷技術(shù)。 （ 4）實(shí)現(xiàn)了該技術(shù)的實(shí)際推廣應(yīng)用，分別應(yīng)用于處理城市生活污水、農(nóng)村的生活污水、工業(yè)廢水和河道污染治理中。在高碑店污水處理廠進(jìn)行的運(yùn)行兩年的 103/d 的中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，運(yùn)行效果穩(wěn)定，在水力停留時(shí)間為 12h 時(shí)，出水 COD 保持在 60mg/L 以下，出水 SS 在 30mg/L以下，兩年不需要排泥。在廣東肇慶處理 5m3/d 的高濃度發(fā)酵制藥廢水（ COD 2000~3000 mg/L），運(yùn)行近一年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在水力停留時(shí)間為 27h 時(shí)，出水 COD 保持在 100 mg/L 以下，出水 SS 在 50mg/L 以下。 在以上中試試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，我們將該技術(shù)推廣應(yīng)用于青島即墨市兩個(gè)社會(huì)主義新農(nóng)村的生活污水處理（日處理量 150~180 噸），上海浦東區(qū)金家村農(nóng)村生活污水處理（適于不同地理特點(diǎn)的 170 套反應(yīng)器，服務(wù)人口 2120 人），佛山市石角涌河道截污工程（日處理量 1000~3000噸）和河北威遠(yuǎn)生物化工有限公司的農(nóng)藥廢水處理項(xiàng)目（日處理量 780 噸）。應(yīng)用結(jié)果表明該技術(shù)可以有效地去除廢水中的有機(jī)物及氮，同時(shí)實(shí)現(xiàn)原污泥減量化，而且對(duì)于用常規(guī)方法不能去除的有機(jī)物（如苯、苯酚等）也可以有效地去除。新型多孔微生物載體技術(shù)在污水處理過(guò)程中不需要對(duì)剩余污泥進(jìn)行處理，運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。2 技術(shù)指標(biāo)生活污水經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB18918-2002》一級(jí)B 排放標(biāo)準(zhǔn)；處理生活污水的過(guò)程中剩余污泥減量 60~75%；處理河道污水的過(guò)程中剩余污泥減量 70~85%；多孔微生物載體的使用壽命在 10 年以上；工業(yè)污水由于種類較多，排放標(biāo)準(zhǔn)不一，需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行確定。3 應(yīng)用說(shuō)明本技術(shù)主要是應(yīng)用于新建或者現(xiàn)有污水處理廠污泥減量、廢水處理方面。該技術(shù)利用多孔載體和定點(diǎn)曝氣技術(shù)，在反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)了沿載體軸向、反應(yīng)器水流和高度方向的多層次好氧-厭氧反復(fù)耦合環(huán)境，從而在同一個(gè)反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)好氧-厭氧微生物反應(yīng)的耦合。實(shí)驗(yàn)室采用人工廢水的小試研究結(jié)果表明，該類耦合體系的 COD 去除率大于 90%，而與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比，剩余污泥的產(chǎn)率可以減少 90%以上。 對(duì)該類耦合體系實(shí)現(xiàn)污泥減量的機(jī)理研究表明，好氧區(qū)增殖的污泥進(jìn)入下游的厭氧區(qū)后發(fā)生死亡溶解釋放出胞內(nèi)蛋白質(zhì)等組分，進(jìn)一步被降解成小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)流入下游好氧區(qū)被污泥再次利用，強(qiáng)化了污泥的隱性增殖；而微型動(dòng)物的穩(wěn)定存在強(qiáng)化了捕食效應(yīng)。整個(gè)過(guò)程伴隨著 CO2、 N2 的釋放，使得進(jìn)水中有機(jī)物以氣體形式脫離體系，從而實(shí)現(xiàn)了廢水的凈化處理和剩余污泥的原位減量。 為了進(jìn)一步將污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間分離以實(shí)現(xiàn)污泥減量效果，本研究設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了新型的多孔微生物載體。采用設(shè)計(jì)的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)中試和實(shí)際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進(jìn)展和成果，驗(yàn)證了新型載體的實(shí)際應(yīng)用效果，并進(jìn)而成功地將該技術(shù)應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在處理生活污水的過(guò)程中可以使污泥減量 60~75%，處理河道污水的過(guò)程中可以使污泥減量 70~85%。4 效益分析城市污水處理廠污泥安全處置工作有其艱巨性和復(fù)雜性，特別對(duì)于污水處理規(guī)模較小，污泥厭氧發(fā)酵無(wú)法實(shí)施的地方，污泥減量化污水處理技術(shù)的應(yīng)用將成為必要的選擇。通過(guò)該技術(shù)的實(shí)施，可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量，減少填埋用地，節(jié)約土地資源，避免了對(duì)環(huán)境的二次污染。同時(shí)，由于污水處理廠對(duì)污泥處理量的減少，運(yùn)行費(fèi)用隨之降低，而且運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，對(duì)促進(jìn)我國(guó)水處理事業(yè)的發(fā)展有積極的影響。 該技術(shù)既可以用于生活污水的處理也可以用于工業(yè)廢水的處理，適用范圍比較廣，而且在處理污水的同時(shí)可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量。不僅可以減少污水處理設(shè)備的投資，而且可以節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用， 適于中小規(guī)模的生活污水處理及有機(jī)工業(yè)污水處理。5 合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開(kāi)發(fā)。

本課題研發(fā)用于海洋環(huán)境（海水及水產(chǎn)品）中病毒、致病菌等病 原微生物、重點(diǎn)針對(duì)可能引起人類疾病的細(xì)菌和病毒（如總桿菌數(shù)、 大腸桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、銅綠假單孢菌、金黃色葡萄球 菌、腺病毒、腸道病毒、甲肝病毒、副溶血弧菌、創(chuàng)傷弧菌、沙門氏 菌及李斯特菌）快速檢測(cè)的分子生物技術(shù)，為研制用于這些微生物的 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段和設(shè)備奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。檢測(cè)方法采用基因芯片檢 測(cè)、蛋白質(zhì)檢測(cè)和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）檢測(cè)三種

傳統(tǒng)發(fā)酵通常采用固態(tài)多菌種釀造，其功能微生物組成復(fù)雜，其形成的微生態(tài)在釀造的過(guò)程中一直處于動(dòng)態(tài)的平衡，這種微生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的揭示對(duì)提升傳統(tǒng)釀造食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味保持具有重要意義，通過(guò)現(xiàn)代的微生態(tài)技術(shù)，認(rèn)識(shí)釀造微生物群落結(jié)構(gòu)及其功能，并加以理性應(yīng)用，既是重要的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，又是行業(yè)技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期從事傳統(tǒng)釀造食品的應(yīng)用基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，與國(guó)內(nèi)的眾多 大型釀造企業(yè)，如鎮(zhèn)江恒順、瀘州老窖、山西老陳醋、張家界大德釀造、安徽胡玉美等保持著長(zhǎng)期的產(chǎn)學(xué)研合作。近十多年來(lái)，針對(duì)白酒、黃酒、醬油（醬）、泡菜等傳統(tǒng)釀造食品，在系統(tǒng)研究釀造微生物功能的基礎(chǔ)上，理性設(shè)計(jì)功能調(diào)控手段，達(dá)到傳承工藝特色，穩(wěn)定發(fā)酵生產(chǎn)，提升產(chǎn)品品質(zhì)的目的。 創(chuàng)新要點(diǎn) （1）系統(tǒng)建立了復(fù)雜釀造微生物群落結(jié)構(gòu)解析和微量代謝產(chǎn)物精確分析的技術(shù)體系，解決了妨礙定量研究傳統(tǒng)釀造食品微生物群落結(jié)構(gòu)以及精確其復(fù)雜組份的技術(shù)難題。 （2）創(chuàng)新了傳統(tǒng)釀造功能微生物高效篩選技術(shù)，從傳統(tǒng)食醋等釀造過(guò)程中分離獲得近百株背景明確、安全可靠、發(fā)酵性能優(yōu)良的微生物，形成了完備的釀造用菌種庫(kù)，包括乳酸菌、醋酸菌、酵母菌、米曲霉等。 （3）首次提出了傳統(tǒng)釀造菌群生物強(qiáng)化策略，構(gòu)建了釀造微生物群落功能強(qiáng)化技術(shù)體系并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，促進(jìn)了傳統(tǒng)釀造生產(chǎn)的三個(gè)可控（釀造微生物群落功能可控、釀造過(guò)程可控、產(chǎn)品品質(zhì)可控）。

滇藏?zé)崛鷳B(tài)系統(tǒng)中蘊(yùn)含著豐富的微生物資源，包含大量的系統(tǒng)發(fā)育位置未知且功能奇特的神秘、新穎的微生物類群。課題組結(jié)合宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)手段從中重構(gòu)出14個(gè)具有甲烷/烷烴代謝能力的微生物基因組（圖1），其系統(tǒng)發(fā)育多樣性極高且獨(dú)特，廣泛分布于韋斯特古菌門、哪吒古菌門(Nezharchaeota)等TACK超級(jí)門中。值得一提的是，該課題組首次于奇古菌門(Thaumarchaeota)中發(fā)現(xiàn)其具有產(chǎn)甲烷功能。此前，奇古菌門以其好氧氨氧化能力而為眾人所熟知，而課題組首次對(duì)其厭氧狀態(tài)下產(chǎn)甲烷能力的發(fā)現(xiàn)表明我們目前對(duì)此門認(rèn)知的局限性，神秘的自然界或?qū)⑦h(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的認(rèn)知。此外，組學(xué)技術(shù)的發(fā)展或?qū)⒅敢覀儗?duì)其進(jìn)化歷史進(jìn)行更全面的認(rèn)知。課題組對(duì)這些未知生命的代謝特征進(jìn)行了揭示，并發(fā)現(xiàn)除卻傳統(tǒng)的氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌外，還有多種氫依賴的甲基營(yíng)養(yǎng)性產(chǎn)甲烷菌，他們可吸收熱泉生態(tài)系統(tǒng)中多種甲基底物以完成甲烷的產(chǎn)生（圖2）。通過(guò)進(jìn)化基因組分析，課題組還對(duì)古菌祖先的進(jìn)化起源進(jìn)行了推測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)于具有產(chǎn)甲烷能力的微生物類群，其甲烷代謝關(guān)鍵基因mcrABG相對(duì)較為保守，并無(wú)明顯的水平基因轉(zhuǎn)移時(shí)間發(fā)生；而對(duì)于烷烴氧化的微生物類群，水平基因轉(zhuǎn)移對(duì)其多樣性塑造有著深遠(yuǎn)影響。基于甲烷代謝基因的保守性，課題組對(duì)其祖先序列進(jìn)行了序列重構(gòu)，從而來(lái)推測(cè)祖先序列的最適生長(zhǎng)溫度，結(jié)果表明具有mcrABG標(biāo)記基因的微生物類群或起源于高溫生境（圖3）。另外，由于 TACK和ASGARD超級(jí)門中，以及廣古菌門中大部分支系均具有甲烷/烷烴代謝能力，且相應(yīng)微生物相比其它同支系微生物有著更為悠久的進(jìn)化歷史，因此，課題組猜測(cè)地球早期生命中，古菌的祖先或具有甲烷和烷烴代謝能力。

利用現(xiàn)代分子生物學(xué)方法對(duì)傳統(tǒng)抗血清制備技術(shù)進(jìn)行改造，突破 了過(guò)去抗血清生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為主造成的不確定性和不系統(tǒng)性，提高了抗血 清制備的技術(shù)含量和生產(chǎn)效率。有效去除抗血清中的非特異性抗體， 從而實(shí)現(xiàn)抗體制備的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。 免疫磁珠分離技術(shù)的最突出的優(yōu)點(diǎn)是特異性強(qiáng)，可以明顯提高檢 測(cè)的靈敏性，縮短病原體的檢測(cè)時(shí)間一至數(shù)天，并且可從復(fù)雜的樣品 中直接分離病原體，降低標(biāo)本中抑制物的干擾，提高靈敏度。 已生產(chǎn)出 3 種診斷血清產(chǎn)品，包括“致病性大腸桿菌 O 抗原診 斷血清試劑盒”、“大腸桿菌 H 抗原全套診斷血清試劑盒”和“志賀氏菌 O 抗原全套診斷血清試劑盒”，共計(jì) 147 種高特異性抗體。 經(jīng)中 國(guó) CDC 使用證實(shí)，該血清具有反應(yīng)速度快、特異性強(qiáng)的特點(diǎn)，與日 本生研同類血清質(zhì)量相當(dāng)，遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品。 繼續(xù)在市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行 11 種改類試劑盒的研發(fā)和生 產(chǎn)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)空白。 本項(xiàng)目完成后，實(shí)施單位將可生產(chǎn) 12 種診斷血清試劑盒（包括 前期已完成開(kāi)發(fā)的 3 種），按每個(gè)疾控中心每年需求每種試劑盒一套 計(jì)算，總需求量約 1200 套。此外，進(jìn)出口檢驗(yàn)檢疫單位對(duì)某些種類 的血清亦有一定需求，約為 300 套。按每套試劑盒平均 1 萬(wàn)元的售價(jià) 計(jì)算，每年的市場(chǎng)可達(dá) 1500 萬(wàn)元。 免疫磁珠分離試劑盒可廣泛應(yīng)用于臨床檢驗(yàn)，食品檢驗(yàn)，水質(zhì)／ 環(huán)境檢驗(yàn)，獸藥檢驗(yàn)等，市場(chǎng)非常之大，現(xiàn)主要的生產(chǎn)商為國(guó)外的 Dynal 和 Matrix 公司，以 Dynal 公司為例，其每年可創(chuàng)造數(shù)十億美元 的銷售額。由于依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)多家疾病預(yù)防控制和出入境檢驗(yàn)檢疫 單位已經(jīng)向項(xiàng)目實(shí)施單位提出了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)意向。該產(chǎn)品研發(fā)成本約 為每毫升 600 元，銷售價(jià)格在每毫升 2000 元左右，顯示了良好的市 場(chǎng)前景。

本項(xiàng)目面對(duì)行業(yè)世界性技術(shù)難題，解決大腸桿菌包涵體產(chǎn)物妨礙重組蛋白質(zhì)藥物生產(chǎn)的問(wèn)題；建立我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基因工程表達(dá)載體和體系。本項(xiàng)目通過(guò)深入了解蛋白質(zhì)折疊過(guò)程、建立了微生物可溶性表達(dá)及后加工技術(shù)體系，通過(guò)多環(huán)節(jié)調(diào)控蛋白質(zhì)折疊的策略，有效解決大腸桿菌包涵體難題，高效率低成本生產(chǎn)重組蛋白質(zhì)藥物。在生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)明了多種基因工程高效表達(dá)和不同層次助溶新技術(shù)及其整合；在制備環(huán)節(jié)發(fā)明了基因工程表達(dá)產(chǎn)物分離純化及后加工新技術(shù)及其集成。本項(xiàng)目獲8件發(fā)明專利授權(quán)、含1件美國(guó)專利，專利全部獲得實(shí)施許可。本項(xiàng)目技術(shù)在美

本課題研發(fā)用于海洋環(huán)境（海水及水產(chǎn)品）中病毒、致病菌等病原微生物、重點(diǎn)針對(duì)可能引起人類疾病的細(xì)菌和病毒（如總桿菌數(shù)、大腸桿菌、糞鏈球菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、銅綠假單孢菌、金黃色葡萄球菌、腺病毒、腸道病毒、甲肝病毒、副溶血弧菌、創(chuàng)傷弧菌、沙門氏菌及李斯特菌）快速檢測(cè)的分子生物技術(shù)，為研制用于這些微生物的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段和設(shè)備奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)。檢測(cè)方法采用基因芯片檢測(cè)、蛋白質(zhì)檢測(cè)和聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）檢測(cè)三種。

本發(fā)明公開(kāi)了一種微生物燃料電池的復(fù)合陽(yáng)極及其制備方法。本發(fā)明復(fù)合陽(yáng)極為負(fù)載季銨鹽為官能 團(tuán)的聚合物和導(dǎo)電碳粉的活性炭顆粒填料陽(yáng)極，活性炭顆粒的多孔結(jié)構(gòu)附著面積大、提高了負(fù)載量。通 過(guò)將用含有負(fù)載季銨鹽為官能團(tuán)的聚合物和導(dǎo)電碳粉的混合液澆鑄活性炭顆粒填料陽(yáng)極，烘干后即得到 復(fù)合陽(yáng)極。本發(fā)明復(fù)合陽(yáng)極在無(wú)任何外加 pH 緩沖鹽時(shí)，季銨化陰離子交換聚合物作為一種固態(tài) pH 緩 沖物質(zhì)能加快陰離子傳遞到陽(yáng)極，避免了陽(yáng)極 pH 下降導(dǎo)致系統(tǒng)性能的下降。季銨

利用現(xiàn)代分子生物學(xué)方法對(duì)傳統(tǒng)抗血清制備技術(shù)進(jìn)行改造，突破了過(guò)去抗血清生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為主造成的不確定性和不系統(tǒng)性，提高了抗血清制備的技術(shù)含量和生產(chǎn)效率。有效去除抗血清中的非特異性抗體，從而實(shí)現(xiàn)抗體制備的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)?；a(chǎn)，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。 免疫磁珠分離技術(shù)的最突出的優(yōu)點(diǎn)是特異性強(qiáng)，可以明顯提高檢測(cè)的靈敏性，縮短病原體的檢測(cè)時(shí)間一至數(shù)天，并且可從復(fù)雜的樣品中直接分離病原體，降低標(biāo)本中抑制物的干擾，提高靈敏度。 已生產(chǎn)出3種診斷血清產(chǎn)品，包括“致病性大腸桿菌O抗原診斷血清試劑