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氮、磷過度排放導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化成為全球水環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)之一，特別是由此引發(fā)的藍(lán)藻爆發(fā)、水體生態(tài)功能喪失及飲用水資源危機成為各國政府亟待解決的關(guān)鍵問題。如何實現(xiàn)氮磷營養(yǎng)鹽的合理分配和調(diào)控，成為防止水體富營養(yǎng)化和構(gòu)建完善的水體生態(tài)系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵。 微生物活化設(shè)備照片 同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院柴曉利教授團(tuán)隊研發(fā)的水體微生物活化技術(shù)，突破了傳統(tǒng)旁通水處理工藝、水生動植物修復(fù)技術(shù)的不足，通過激活土著優(yōu)勢菌種，使之快速增殖，打破原有水體微生態(tài)平衡，用水體本身容積代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有限生物反應(yīng)器，大大增加微生物的增殖空間，充分發(fā)揮微生物對污染物的削減能力，改善生態(tài)系統(tǒng)賴以生存的透明度、營養(yǎng)鹽等不利條件，重組、完善水體微生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)水體自凈能力，最終脫離人工干預(yù)回歸自然，具有重要的實際應(yīng)用意義。 基于微生物調(diào)控的水體原位修復(fù)技術(shù)解決了地表水環(huán)境輕度污染水體（富營養(yǎng)化）治理的技術(shù)瓶頸，引領(lǐng)了低污染負(fù)荷飲用水水源地氮素污染控制技術(shù)的發(fā)展方向，具有重要的社會環(huán)境效益。目前該技術(shù)已經(jīng)獲得相關(guān)授權(quán)專利11項，在全國十幾個省市30多個水生態(tài)修復(fù)工程項目中得到了推廣應(yīng)用，累積項目合同額超過3億元。

本項目涉及一種可用于生物醫(yī)藥產(chǎn)品的分離和純化的裝置和工藝。傳統(tǒng)的生物細(xì)胞液中有效成分的分離提純，需經(jīng)過細(xì)胞液的離心、過濾澄清、有效成分捕捉 (固定床) 等工藝過程，工藝流程較長，耗材費用高等。有專家提出膨脹床工藝技術(shù)，即通過使用低度流態(tài)化的色譜柱床實現(xiàn)對含固體顆粒原料中活性組分的直接分離提取, 從而簡化前期離心、過濾澄清工藝，將傳統(tǒng)的離心、過濾、捕捉色譜合為一步, 縮短工藝路線, 降低生產(chǎn)成本。但膨脹床技術(shù)長期面臨的挑戰(zhàn)是流路堵塞, 清潔困難，分離效率低，二十多年來一直沒有得到廣泛應(yīng)用。 基于膨脹床的原理, 本項目在此基礎(chǔ)上推出微脹床技術(shù). 通過應(yīng)用獨立于床層阻力的流體均布技術(shù), 微脹床可達(dá)到比傳統(tǒng)膨脹床顯著高的分離板數(shù), 動態(tài)載量和分離效率, 可直接處理細(xì)胞液或細(xì)胞裂解液，流路不堵并可完全在線清洗。 微脹床技術(shù)使膨脹床核心優(yōu)勢得以實現(xiàn)，可顯著節(jié)省設(shè)備和耗品投入,縮短工藝路線, 降低生產(chǎn)成本。 微脹床技術(shù)關(guān)鍵為采用徑向輻射流體分布器及新穎流路控制模式，本技術(shù)可廣泛用于生物藥大分子產(chǎn)品從細(xì)胞液或細(xì)胞裂解液中高效快速提取和純化.具體應(yīng)用包括:單克隆抗體從細(xì)胞培養(yǎng)液中的提取, 重組人血白蛋白從酵母細(xì)胞液中的提取,乳鐵蛋白從牛奶中的提取,以及抗生素的分離純化等。

隨著全球能源短缺、環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，各個國家都在加緊可再生能源的開發(fā)和利用。風(fēng)力發(fā)電是目前最經(jīng)濟(jì)、最清潔、最容易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的。隨著科技水平的發(fā)展，大功率的風(fēng)力發(fā)電機在我國逐漸推出，而它們基本都是原型機，未經(jīng)時間考驗。通過風(fēng)力機塔架的三維有限元強度、振動與疲勞壽命分析，可以保障機組的安全運行。 本項目采用三維非線性有限元方法，考慮風(fēng)力機塔架在各種工況下的載荷，計算分析風(fēng)力機塔架的強度、振動和疲勞壽命。

生物法凈化含硫化氫廢氣技術(shù)以含硫化氫酸性氣體為研究對象，進(jìn)行生物法凈化含硫化氫廢氣技術(shù)研究，以及生物脫硫基礎(chǔ)理論研究（生物脫硫微觀反應(yīng)機理、脫硫菌種動力學(xué)研究與反應(yīng)器流體力學(xué)模擬）。 技術(shù)特點： 1．利用低能離子注入技術(shù)誘變篩選獲得適合于工業(yè)化的高效脫硫菌種； 2．構(gòu)建菌體生長的多階段發(fā)酵調(diào)控技術(shù)，采用高密度培養(yǎng)技術(shù)探究影響高密度培養(yǎng)的因素，并通過小分子化合物擾動，強化菌株脫硫機制； 3．建立脫硫菌株高性能耦合固定化體系，實現(xiàn)細(xì)胞固定化，降低流動性，提高脫硫效率及穩(wěn)定性，降低成本； 4．研發(fā)新型生物反應(yīng)器，提高傳質(zhì)性能及生物氧化效果； 5．建立生物脫硫裝置，優(yōu)化工藝參數(shù)，達(dá)到對具附加值的單質(zhì)硫回收的目的，并開發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保和具有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物脫硫凈化工藝及工程技術(shù)。 技術(shù)指標(biāo)： 1．建立1~2Nm³/h生物脫硫模試裝置，液體循環(huán)量27L/h，pH值8.5~9.0，曝氣量220~240L/h，脫硫菌種固定化濃度為2.7mg/g，凈化氣H2S濃度小于20mg/m³，硫磺回收率為95%，獲取生物脫硫工藝參數(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)； 2．分離篩選得到了硫化物代謝活性達(dá)73.1%、穩(wěn)定遺傳8代的高效脫硫菌株； 3．設(shè)計生物反應(yīng)器及模擬裝置，建立自動化控制的生物脫硫模式評價裝置，為生物法凈化含硫化氫氣體的工藝評價提供裝備基礎(chǔ)。

本成果建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的納豆芽孢桿菌及液體種子生產(chǎn)技術(shù)、菌種接種技術(shù)、納豆發(fā)酵技術(shù)、保藏技術(shù)等，同時完成了對產(chǎn)品功能、質(zhì)量測定的方法學(xué)研究，開發(fā)了高耐受胃腸道納豆芽孢桿菌菌劑、高品質(zhì)食用納豆、高活菌納豆凍干粉、高活性藥用納豆激酶等多種產(chǎn)品，納豆中益生活菌數(shù)量、納豆激酶活性及異黃酮等功能成分含量較國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品有明顯優(yōu)勢，且納豆感官評價品質(zhì)高，生產(chǎn)成本較低，更加符合國人口味。

項目研究的背景及用途：本項目的出發(fā)點是將我國大量的生物質(zhì)及城市有機廢物資源(如農(nóng)作物廢棄物、林業(yè)廢棄物、城市垃圾中豐富的有機物、造紙造漿中的廢物、酒精生產(chǎn)廠的廢液廢渣、動物糞便、食品加工中的廢棄物、家庭中有機垃圾、草類廢棄物，產(chǎn)量約每年 30 億噸)高效轉(zhuǎn)化為清潔的電力。我國當(dāng)前的生物質(zhì)及城市有機廢物資源沒有得到合理的利用。利用生物質(zhì)作為能源，不僅僅是解決了長期的能源供給問題，更重要的是大大緩解了環(huán)境保護(hù)的壓力。本項目的技術(shù)路線所排放的其他污染物如硫化物、粉塵粒子的濃度也大大低于現(xiàn)有的燃煤發(fā)電廠。此外，高效、清潔的氣化發(fā)電技術(shù)可以克服現(xiàn)有的城市垃圾處理處置方式的缺點。與現(xiàn)有垃圾焚燒爐技術(shù)相比，本項目的技術(shù)路線具有以下優(yōu)點: (1)發(fā)電效率高; (2)炭轉(zhuǎn)化率高、能量利用率高; (3)排放的二次污染物少; (4)初投資和遠(yuǎn)行費用低。 本項目的目的是有效地利用生物質(zhì)及城市有機廢物，通過流化床氣化的方式將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Α４_保生產(chǎn)電力的成本可以與現(xiàn)有的燃煤電廠競爭，同時確保生產(chǎn)過程符合環(huán)境友好性要求，沒有明顯的二次污染。成果水平及主要技術(shù)指標(biāo):本技術(shù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先水平,在國際上也是領(lǐng)先的。目前正在申報發(fā)明專利 2 項。所需廠房占地面積:需要穩(wěn)定的生物質(zhì)或生活垃圾原料供應(yīng)(年需要量為8000 噸左右);設(shè)備相對比較簡單，但需要由相關(guān)的廠家定制生廠;廠房面積約為15000～20000 平方米;投資規(guī)模在 500 萬左右。 市場分析及效益預(yù)測：本項目的市場前景很大。以天津市為例，天津市每年約有 600 萬噸生物質(zhì)資源，可發(fā)出功率為 90～100 萬千瓦的電。若考慮大量種植能源作物，則可以發(fā)出更多的電，而且隨著發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大，可以顯著降低成本。如果單座發(fā)電廠的規(guī)模在 2000～4000 kW，該發(fā)電成本與燃煤電廠相當(dāng)。為天津市大量的生物質(zhì)廢物找到一條合理的利用途徑，同時解決了因城市有機垃圾堆置而帶來的環(huán)境污染問題。以 2000 千瓦的發(fā)電能力為例，投資回收期為 2.2 年，年盈利為 220 萬左右。

以生物基原料生產(chǎn)環(huán)境友好的化工產(chǎn)品是人類實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路， 生物基涂層材料的研究已經(jīng)成為全球涂料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的研究前沿。傳統(tǒng)的生物基光固化樹脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度偏低，力學(xué)性能較差，影響了其應(yīng)用推廣。團(tuán)隊圍繞如何制備兼顧生物基含量與綜合性能的生物基光固化樹脂開展研究，通過化學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在提升生物基光固化樹脂性能的同時保證了其較高的生物基含量。目前團(tuán)隊所研發(fā)的生物基光固化樹脂具有較高的生物基含量和雙鍵轉(zhuǎn)換率，其固化膜的熱穩(wěn)定性及硬度、彈性模量、抗沖擊性等性能與常用商業(yè)石油基光固化樹脂相當(dāng)，產(chǎn)業(yè)化前景廣闊。 

手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場規(guī)模也越來越大。本項目研發(fā)的手性氨基酸包含 L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。2-氨基丁酸是一種非天然的氨基酸，是一種重要的化工原料，被用作為多種手性藥物合成中的重要中間體，包括抗結(jié)核藥物乙胺丁醇、布瓦西坦和抗癲癇藥物左乙拉西坦。D-蘇氨酸是天然氨基酸 L-蘇氨酸的光學(xué)異構(gòu)體，是一種非天然氨基酸。主要應(yīng)用于手性藥物、手性添加劑和手性助劑等領(lǐng)域，在制藥行業(yè)作為手性合成的手性源，主要用于生產(chǎn)新型光譜抗生素、D-蘇氨醇和多肽合成過程的蘇氨酸保護(hù)劑。L-天冬酰胺是常見的 20 種氨基酸之一，在食品、醫(yī)藥、化工合成、微生物培養(yǎng)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。L-天冬酰胺可以作為添加劑用于清涼飲料,同時在腫瘤治療及蛋白質(zhì)糖基化中扮演重要角色。L-天冬酰胺常用于氨基酸輸液，以及具有降壓、平喘、抗消化性潰瘍、胃功能障礙等功能，并可用于治療心肌梗死、心肌代謝障礙、心力衰竭、心臟傳導(dǎo)阻滯、疲勞癥等。此外，L-天冬酰胺也是微生物培養(yǎng)和動物細(xì)胞培養(yǎng)重要的添加劑。L-叔亮氨酸是一種非蛋白原的手性氨基酸, 由于叔丁基的空間位阻大, 叔亮氨酸的衍生物可在不對稱合成中作為誘導(dǎo)不對稱的模板。隨著不對稱合成的發(fā)展, 叔亮氨酸的應(yīng)用也非常廣泛。又由于占空間大的叔丁基鏈及其疏水性, 它在多肽的合成中能夠很好地控制分子構(gòu)象, 增加多肽的疏水性和受酶降解的穩(wěn)定性, 因此在藥物和生物應(yīng)用中正迅速地發(fā)展, 用于抗癌、抗艾滋病等藥物和生物抑制劑及肽等。

甾體激素藥物是僅次于抗生素的第二大類藥物。全球甾體類藥物總值近 500 億美元，占世界醫(yī)藥銷售額的 6%。中國是甾體藥物原料及其制劑的主要生產(chǎn)國，年產(chǎn)值近 800 億元人民幣。 本項目組圍繞重要甾體化合物中間體 AD、三羥基雄甾烯酮及其相關(guān)下游產(chǎn) 品，開展生物轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究，突破了生物催化去氫表雄酮雙 羥化制備三羥基雄甾烯酮的技術(shù)體系，創(chuàng)新了屈螺酮合成新方法。項目改造優(yōu)化 了微生物轉(zhuǎn)化菌種的性能，開發(fā)了新型發(fā)酵和綠色提取工藝，建立了全流程的過程工程控制技術(shù)，大幅提高了產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率，建成了百噸級規(guī)模的甾體化合物生產(chǎn)線。項目成果在 Green Chemistry、Journal of Steroid Biochemistry andMolecular Biology、Steroids 等期刊上共發(fā)表了相關(guān)文章 30 余篇，申請國家發(fā)明專利 28 項，其中授權(quán) 10 項。獲中國石油和化工行業(yè)協(xié)會優(yōu)秀專利獎 1 項，全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”競賽一等獎 1 項。 

本項目旨在發(fā)掘天然植物中具有美白、抗皺、保濕、殺菌及防腐等天然活性成分，開發(fā)其提取、純化技術(shù)。 另一方面，本項目組與江南大學(xué)生物工程學(xué) 院合作，利用發(fā)酵法制備具有美白、抗衰老、抗皺、保濕等功效的發(fā)酵產(chǎn)物，產(chǎn)品分為直接發(fā)酵產(chǎn)物和植物發(fā)酵后的提取物。在活性成分先進(jìn)制備基礎(chǔ)上，根據(jù)美白、抗衰老、抗皺、防曬、抗污染等理論，對天然活性原料進(jìn)行協(xié)同復(fù)配，形成多靶點、多動能集成功效原料組合，并建立化學(xué)方法、生物化學(xué)方法（細(xì)胞水平、動物實驗）到人體實驗的完整功效評價技術(shù)平臺，打通從天然原料到實際配方應(yīng)用的通路。