近日，课题组在环境领域国际顶尖期刊Environmental Science & Technology等刊物发表系列研究论文，开创了畜禽粪便可持续资源利用实现低能耗水净化的新方法，为农业农村废污处置和水中新污染物去除等难题的解决提供了新策略。

研究背景

农村畜禽养殖过程产生的粪便废污无序堆放和处置造成高环境负荷。未经处理的畜禽粪便容易滋生病菌，每年在全球造成数以亿计的卫生性疾病案例，其中超过870000人因此而死亡。畜禽粪便中残留的抗生素进入环境，还会导致耐药基因出现、增殖和传播，严重威胁生态系统，给人类带来不可预测健康风险。现有处理工艺往往伴随大量资源能源消耗以及NH3、CO2等温室气体排放，严重影响农村人居环境，不利于实现联合国可持续发展目标（SDG）和“双碳”目标。亟需开发安全环保的高值化低能耗废污资源化转化技术。

研究内容

研究组在前期开发的双反应中心（DRC）水处理技术基础上，通过表面微电场的强化构建首次将畜禽粪便直接转化为污水自净化催化剂，实现水处理过程中的零药剂添加和零外能辅助。通过催化剂表面DRC驱动可在5 min内快消除水中抗生素等新污染物。该体系不受水中盐度类型的影响，在对于含盐度1-1000 mM的复杂水质净化过程中，其二阶动力学常数最高可提升7倍。通过对复杂环境体系适应性研究表明，阴离子与污染物分子间作用力加强了污染物与资源化催化剂表面活性位点之间的电子与能量交换，加速了污染物裂解过程，同步实现污染物、水和氧气等污水内能的利用。工作通过“以废治废”的研究思路，为农业农村废污资源化利用和高盐度污水高效、低耗净化提供了全新的解决方案，有助于推动农业农村环境可持续发展。

上图：畜禽粪便资源化转化构建的水自净化体系效能

研究相关

以上工作所发表论文通讯作者为吕来教授。第一作者分别为：广州大学与山东大学联合培养博士研究生曹文锐（Environ. Sci. Technol., 2023）、广州大学硕士研究生孙英涛（NPJ Clean Water, 2022）、广州大学硕士研究生石宇豪（iScience, 2023）。所发刊物 Environmental Science & Technology为环境领域具有重要影响力的老牌顶刊；NPJ Clean Water（IF=12.19）是Nature旗下水资源领域顶刊，据Nature官网介绍，该刊专注报道有助于实现可持续清洁水供应的尖端科学、技术、应用、政策和社会问题，发表的论文将支持并加速联合国可持续发展目标6“清洁水和卫生设施”，发文量极少（年均出版35篇高质量文章）；iScience 为CELL PRESS旗下综合性期刊，专注报道前沿交叉科学研究进展。该工作得到了国家自然科学基金优青、重点、面上和广东省珠江人才计划引进创新团队项目的资助，同时得到广州大学（广东省）乡村振兴研究院的大力支持。

文章来源

1. Wenrui Cao, Chun Hu, Lai Lyu*, et al. Water self-purification with zero-external consumption by livestock manure resource utilization. Environmental Science & Technology, 2023, 57, 7, 2837–2845.

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.2c09163

2. Yingtao Sun, Chun Hu, Lai Lyu*. New sustainable utilization approach of livestock manure: Conversion to dual-reaction-center Fenton-like catalyst for water purification. NPJ Clean Water 2022, 5, 53.

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41545-022-00200-2

3. Yuhao Shi, Chun Hu, Lai Lyu*, et al. Resourcelized conversion of livestock manure to porous cage microsphere for eliminating emerging contaminants under peroxymonosulfate trigger. iScience, 2023, 26, 3, 106139.

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S258900422300216X