水环境中出现的新污染物给饮用水处理厂带来了巨大挑战。由于新污染物的浓度较低、特性不明，传统的水处理工艺无法对其进行有效去除，因此技术、经济和环境友好的水净化技术日益重要。本文介绍了一种由河岸过滤（riverbank filtration, RBF）和反渗透（reverse osmosis, RO）组成的一步反渗透（one-step reverse osmosis, OSRO）概念，用于饮用水处理。OSRO概念结合了相对成本较低的河水自然预处理与先进的工程净化系统。RBF提供了一个连续天然水源，具有稳定的水质和强大的污染物屏障。与直接提取地表水相比，由于预先清除了颗粒物、有机物、有机微污染物（organic micro-pollutant, OMP）和微生物，RBF成为基于RO膜的净化系统的理想水源。OSRO处理可以去除几乎99.9%的颗粒物、病原体、病毒和OMP，以及绝大多数的营养物质，从而满足无氯饮用水的要求，且具有较高的生物稳定性。与标准的常规净化步骤（包括喷淋过滤器过滤、软化操作和活性炭吸附）相比，OSRO处理更具有成本效益。人工滤池（artificial bank filtration, ABF）与砂滤系统相结合，起到人工补给的作用，是OSRO概念中RBF的替代方案，用于从当地可用资源中供应饮用水。本文建议以风能作为替代能源来实施OSRO，以提高可持续性和可再生性。本文还提出了一种基于OSRO的分散式系统，用于水的回收和再利用。本文建议未来的水处理应侧重于自然系统和工程系统的结合，通过技术上有效、经济上可行、资源可重复利用和与环境相关的方式提供饮用水。
提供水务服务和涉水卫生服务是一项全球性关键挑战。水务设施服务和废水设施服务具有规模性、复杂性和关键性等特点，使其在规划和管理方面变得极为困难。数字化革命已深入人类生活的许多领域，水务行业也开始从数字化转型中受益。有效利用气象遥感和土壤湿度数据可以提高灌溉效率（即粮食产量），利用人工智能可以更好地检测管道网络的异常和故障，利用自然启发式优化方法可以改善系统的管理和规划，以及数字孪生和机器人技术的频繁利用，所有这些都展现了数字化技术在改善复杂水务系统管理上的巨大潜力。但是，这些技术也有附加风险，如网络安全风险、不正当使用、过度信任数字解决方案与自动化的性能和准确度等。本文明确了水务行业数字化技术的主要进展，并将取证工程原则应用到一些在自动化和数字化转型较为领先的领域，对其故障事件进行分析。新型数字化技术失误是引发汽车和飞机行业重大事故的潜在原因（如特斯拉自动驾驶汽车和波音737 MAX飞机），确定失误原因并将经验应用于水务行业的类似风险识别中，吸取教训，避免失败。重要发现表明：①自动化要求在回路系统配置人员；②人工操作者必须充分掌握技术，并接受技术培训；③在发生技术故障时，应当采取应急式人工干预；④虽然冗余传感器会增加成本，但能减少由传感器读数失误带来的风险；⑤必须考虑网络安全风险；⑥鉴于水务系统的自动化和互联性不断增强，必须考虑相关伦理问题。这些发现也指出了与水务行业数字化转型相关的主要研究领域。
芦苇是自然界广泛存在的湿地植物。在人工湿地中，约15.5%的种植植物是芦苇，其在废水水质净化中起到重要的作用。尽管如此，对芦苇根系微生物群落的基本组成及每一类微生物在污染物去除中的作用仍不清晰。本文总结了已有对芦苇根系微生物群落（包括细菌、古菌及真菌）在生态及生化方面的研究。基于下一代测序，对不同环境条件下的微生物群落组成进行了分析。此外，利用培养方法进一步研究了微生物群落的功能特征，如铁的固定、有机物的降解、营养元素的转化等。芦苇根系微生物群落独特的结构和功能受芦苇种类及盐度等环境因素的高度影响。基于现有对芦苇根系微生物群落的研究，我们建议在人工湿地中应用和强化合成微生物群落和铁锰氧化物基质，以提高湿地的水净化性能。
随着具有离子选择性纳米通道的新型材料的研发，一种获取盐度梯度（蓝色）能量的新技术被提出，即纳米孔发电机（NPG）。在本研究中，我们对膜片尺度和组件尺度的NPG运行的实际性能进行了全面分析。结果表明，虽然NPG 膜片可以在理想条件下产生超高的功率密度，但由于浓度极化效应，实际运行中NPG膜片上产生的功率密度很难达到10 W·m−2。对于组件尺度的NPG运行，我们估算了功率密度和可提取比能（即使用单位总体积工作溶液可产生的能量），并基于浓度极化与高浓度溶液和低浓度溶液的混合程度之间的相互作用，阐明运行条件对这两个指标的影响。此外，我们还开发了一个用来评估NPG 系统可行性的模型框架。结果表明，对于使用海水与河水的NPG 系统，总可提取比能非常低（约0.1 kW·h·m−3），且受到系统运行能耗的影响（特别是海水和河水溶液的汲取与预处理能耗）。总的来说，NPG系统产生的净可提取比能（< 0.025 kW·h·m−3）和净功率密度（< 0.1 W·m−2）非常低。我们的研究重点指出了NPG在现实运行中存在极大的局限性，进而对NPG作为一种蓝色能量收集技术的可行性提出了质疑。
利用荧光原位杂交（FISH）和克隆文库构建技术，研究了厌氧污泥床反应器处理含酚废水时所收获的颗粒的微生物群落结构。研究发现，互营杆菌（Syntrophorhabdaceae）和隐杆厌氧菌（Cryptanaerobacter）的克隆是苯酚降解的主要原因。为了准确地对隐杆厌氧菌的克隆进行分类归属，需要利用近全长的16S核糖体RNA（rRNA）基因序列进行进化分析。设计了三种寡核苷酸探针用于检测以下三个分类群：互营杆菌、隐杆厌氧菌和互养菌。对厌氧颗粒薄片的FISH 分析显示细菌和古菌呈随机分布。然而，互营杆菌、隐杆厌氧菌和互养菌分布明确。在颗粒细胞的外层发现了隐杆厌氧菌和互养菌，两者关系密切，而互营杆菌则位于颗粒细胞的深层。细菌之间的代谢联系和对底物的亲和力很可能是造成这种特殊分布的原因。研究人员观察到颗粒污泥中苯酚的降解主要通过以下方式进行：首先，隐杆厌氧菌将苯酚转化为苯甲酸盐，然后被互养菌降解为乙酸盐。苯酚的这种互饲降解发生在颗粒表面附近，此处苯酚浓度较高。在苯酚浓度较低的颗粒深部，互营杆菌将苯酚降解为乙酸盐。结果表明，互营杆菌不太可能产生苯甲酸盐，并将其作为中间产物来喂养邻近的生物，这一点与以往研究所提出的理论相矛盾。
铁氧体法不仅能净化含重金属废水，而且能从废水中回收有价金属。因此，铁氧体法被认为是一种处理含铬废水最具潜力的技术。然而，由于高的合成温度，该技术尚未在工业上得到广泛应用。本文对常温合成铬铁矿的可行性进行全面研究。考查了关键因素对出水水质、合成产物结晶行为和稳定性的影响。结果表明，经过常温铁氧体法处理后，废水中铬的去除率超过99.0%，上清液中铬的浓度达到污水排放标准。提高充气速率、搅拌速率和反应时间有利于稳定铬铁矿的形成。通过常温铁氧体法获得的颗粒结构致密，最大粒径可达52 μm。在合成过程中，铬逐渐地进入尖晶石晶体结构，合成铬铁矿的分子式为Fe3-xCrxO4，其中x约0.30。为阐明常温环境下铬铁矿的合成机理，提出了微观反应路径。本研究为铁氧体法在含铬废水净化和综合利用方面的工业应用奠定了基础。
氯酚（CP）是一类重要的难降解污染物，对人类和其他生物具有高度毒性。电活性膜（REM）通过穿流式操作，能够强化对流传质，在电化学去除难降解污染物过程中彰显出巨大潜力。然而相关研究通常报道的是实验室规模，无法直接保证REM反应器在工程化放大中的成功运行。本研究证明了由亚氧化钛陶瓷阳极和不锈钢阴极配置的同轴管式电极（TCE）可用于大规模的CP 去除。理论和试验结果均表明，TCE构型不仅使电极表面处处正交于电场线，而且具有与电极长度成反比的欧姆电阻。此外，TCE构型可根据废水流动方向将从阳极流向阴极（AC模式）调整为从阴极流向阳极（CA模式），为CP的选择性降解创造了可控条件。单程穿流实验结果证实在CA模式下，2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）的去除动力学常数较AC模式高一个数量级，2,4-DCP 和化学需氧量（COD）去除率分别为98%和72.5%。理论计算和实验结果表明，CA模式具有较低的反应活化能和自由能。在不增加欧姆电阻或降低活性面积的情况下，TCE构型适用于组件化策略来放大电化学反应器规模。使用三个TCE组件时，2,4-DCP的去除率达到99.4%，能耗为1.5 kW h m−3。本研究为REM反应器提出了一种合理的电极构型设计，为电化学去除氯酚类污染物在跨越面向工程放大的'死亡之谷'提供有效策略。
细菌耐药性问题毫无疑问是全球最大的健康威胁之一。耐甲氧西林的金黄色葡萄球菌、耐万古霉素的屎肠球菌和耐β-内酰胺的肺炎链球菌等多重耐药革兰氏阳性菌的出现，严重限制了临床可用的抗菌药物。截短侧耳素类、恶唑烷酮类以及链阳霉素类等许多靶向核糖体的抗菌药物，有望成为治疗这些多重耐药病原体的替代选择。本研究中，我们通过比较基因组学，在截短侧耳素类耐药猪链球菌中发现了一个新型耐药基因srpA。功能克隆试验显示该基因可以介导猪链球菌和金黄色葡萄球菌等对截短侧耳素类、林可酰胺类和链阳菌素A类抗菌药物的交叉耐药性。氨基酸序列比对显示SrpA与Vga(E)具有高度的同源性（36%），并显示出典型的ABC-F家族成员特征。分子对接试验显示SrpA 的loop 区域与肽基转移酶中心的截短侧耳素类结合口袋重合，并与截短侧耳素类竞争结合该位点。进一步研究发现SrpA 中loop 区的氨基酸突变或缺失将不同程度地影响细菌的耐药性，证实该结构域对SrpA 功能至关重要。药物胞内蓄积试验显示，SrpA不具有外排泵作用，而核糖体结合试验证明SrpA可以通过阻止抗菌药物与核糖体结合来保护核糖体。这些研究结果阐明了SrpA介导耐药的分子机制。
聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）在日常生活中无处不在。但PP和PE的相容性较差，通过简单熔融共混难以制备具有良好力学性能的合金，为废弃PP、PE的回收再利用带来难题。此外，由于可能存在的环境污染问题，传统的添加相容剂诱导增容的方法也难以得到广泛应用。在本文中，受到中国传统榨油方法的启发，我们报道了一种简单的、可工业化的无添加制备高度取向蜂窝结构PP/PE 二元共混物的新技术。由于独特的蜂窝结构，共混物的力学性能高于其亲系材料，也高于采用传统密炼机制备的样品。因此，本文报道的方法不仅可以应用于不相容聚合物体系的物理增容，也可以为无添加、免分拣的废旧塑料回收提供一种新路径。我们期待通过该技术可以实现废弃塑料环境友好且可持续的循环高值利用。
新冠病毒肺炎（COVID-19）疫情已导致全球对口罩的需求激增。然而，口罩的大量消耗也引起人们对环境污染和资源浪费问题的担忧。本研究制备了一种基于聚丙烯熔喷布（mb-PP）的高性能可重复使用平面口罩，并测试了6 种常用消毒方法和口罩佩戴时长对其可重复使用性能的影响。结果表明，使用其中最易行的消毒方法（70 ℃热水浸泡30 min）进行三个消毒循环处理后，口罩的颗粒过滤效率（PFE）几乎不变。进一步研究表明，对于佩戴时长累计达24 h 并经三次热水消毒法处理后的口罩，其PFE 仍高达91.3%，平均细菌检出菌落数和真菌检出菌落数分别为9.2 CFU∙g−1和51.6 CFU∙g−1，未检出大肠杆菌和化脓性致病菌，口罩的滤效和微生物指标均优于《可重复使用民用口罩》的团体标准（T/B JFX 0001—2020）。此外，纹影摄影技术对在佩戴口罩过程中气流散播范围的研究也表明，经佩戴和消毒处理后的可重复使用口罩仍可高效降低呼出气体的散播范围。
多糖广泛存在于草本植物中，具有多种活性，特别是具有免疫调节作用和改善代谢紊乱的作用。然而，其潜在机制还没有被很好地诠释。功能代谢组学越来越多地被用于通过鉴定具有特定功能的代谢产物来研究多糖对宿主的系统性影响。本研究采用功能代谢组学策略，探讨黄芪多糖（Astragalus polysaccharide, APS）代谢获益的潜在机制。在为期8 周的高脂肪饮食（high-fat diet, HFD）喂养的肥胖小鼠中测定了APS的作用。然后，进行基于气相色谱-飞行时间质谱（gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry, GC-TOFMS）的非靶向代谢组学分析血清和肝组织，并进行基于液相色谱- 串联质谱（liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS）的靶向代谢组学分析。使用体外和体内代谢紊乱模型测试了代谢产物的潜在功能。我们的结果首次证实了APS对肥胖小鼠的代谢益处。然后，代谢组学分析显示，补充APS 可逆转HFD 诱导的代谢变化，并确定2-羟基丁酸（2-hydroxybutyric acid, 2-HB）是APS活性的潜在功能性代谢产物，该代谢物被HFD显著降低，并被APS逆转。进一步研究表明，2-HB可抑制油酸（oleic acid, OA）诱导的甘油三酯（triglyceride, TG）累积。还发现其可刺激肝细胞中脂质降解蛋白的表达和3T3-L1 细胞中的TG脂解。此外，在高脂肪和高蔗糖（high-fat and high-sucrose, HFHS）喂养的小鼠中发现2-HB可降低血清TG并调节参与脂质降解的蛋白质。总之，我们的研究表明，APS的代谢
益处至少部分归因于2-HB 的产生，2-HB 在体外和体内均可调节脂质代谢。我们的结果同样证实，功能代谢组学在研究植物多糖系统益处的潜在机制方面是切实可行的。
消化系统肿瘤包括食管癌、胃癌、结直肠癌、肝癌和胰腺癌，在全球的发病率和死亡率都很高。由于目前的肿瘤研究模型不能完全模拟原始肿瘤的关键特征，常导致基础研究不能转化用于临床实践。肿瘤发病机制的探索和抗癌药物的开发迫切需要更优化的肿瘤模型。类器官来源于组织和多能干细胞，是体外培养的三维自组织型的器官结构，准确地模拟了原始组织的组织学特征和遗传异质性。利用肿瘤患者的组织可以高效地建立正常和肿瘤类器官。本文总结并讨论了消化系统类器官的构建方法，及其作为一种新模型在基础癌症研究、临床前实践和个性化治疗中的应用。
器官芯片技术是一种很有前途的三维（3D）动态培养方法，可确保准确高效的细胞培养，在临床前试验中具有替代动物模型的巨大潜力。血管系统是人体内最丰富的器官，在氧气交换和物质传递中起着至关重要的作用，是组织器官生存的决定性因素。因此，必须将血管系统集成到器官芯片中，以重建组织和器官微环境及其生理功能。本文讨论了血管与新兴器官芯片技术之间的协同作用，为复现生理学和疾病特征提供了更好的可能性。此外，回顾了血管化的器官芯片制造过程的不同步骤，包括使用不同生物制造策略的结构制造和组织构建。最后，概述了这项技术在器官和肿瘤培养这个有极具吸引力且快速发展的领域的适用性。
挣值工期管理（EDM）是一种用于项目进度管理（PSM）的研究方法，当无法使用挣值管理（EVM）时，可以考虑这种方法。挣值工期管理用于估算进度偏差和最终项目工期。挣值工期管理和挣值管理的关键区别在于：在挣值工期管理中，用工作周期表示活动的值；而在挣值管理中，用成本表示活动的值。本文将展示如何使用挣值工期管理监控随机项目。为便于解释该方法，本文通过实例分析对呈现出高度不确定性的项目开展研究，项目中的各项活动采用随机工期。根据这些活动的网络拓扑分析该方法的可用性，并比较了挣值管理和挣值进度分析法（ESM）对项目进度管理的作用。