每天，我們洗菜、刷碗、沖澡、沖馬桶等產生的生活污水以廚房和浴室為起點，流經(jīng)縱橫交錯的排水系統(tǒng)，匯入城市污水處理廠，從此開啟一段奇妙的旅行：沉砂、沉淀、生物凈化、過濾、消毒……直至達到排放標準后，才再次進入水環(huán)境，開啟新的循環(huán)。
過去50多年里，彭永臻一直密切追蹤著城市污水的一次次旅行。他帶領團隊始終奮戰(zhàn)在科研第一線，精益求精地改進污水處理工藝和技術，通過更好地凈化與“美容”，讓它們脫污還清。這為首都經(jīng)濟社會高質量發(fā)展作出突出貢獻，前不久，他被授予首批“北京市先進科技工作者”稱號。
身為中國工程院院士、北京工業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院教授，彭永臻一路見證著我國城市污水處理能力從無到有、從陪跑到跟跑再到領跑的歷程。“科研工作必須把國家重大需求放在第一位，希望我們的科研團隊未來能為國家作出更大貢獻。”年逾古稀的他談起未來擲地有聲。
彭永臻院士（左二）帶領學生做污水處理實驗
北京工業(yè)大學西校區(qū)，坐落著我國城鎮(zhèn)污水處理領域唯一的國家工程實驗室——城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術國家級工程實驗室，這座白色的五層小樓是彭永臻和學生們的“戰(zhàn)場”。多年以來，除了出差在外，彭永臻的大部分時間都在這座樓里度過。與他相伴的，是一桶桶污水、一排排試管和形形色色的監(jiān)測設備。
走進實驗室，腥臭撲鼻。彭永臻和學生們卻面無異色，“我們都習慣了，鼻子已經(jīng)失靈，根本聞不出這里有什么特別的氣味。”團隊學生王梓豪開玩笑，“您幸虧是這個時候來，再暖和點兒，實驗室里的蚊蟲肯定特別歡迎您。”
與大多數(shù)實驗室采用配置污水不同，在彭永臻的實驗室里，實驗對象都來自真實的生活場景：一部分是來自學校家屬區(qū)的生活污水，一部分是從垃圾中采集的垃圾滲濾液。“以實際污水為研究對象，雖然可控性差點兒，但是成果能更有效地得到轉化和利用。”彭永臻道出背后緣由。
夜以繼日“浸泡”在污水實驗室和污水處理廠中，彭永臻率先開展了城市污水短程硝化應用研究，首次提出并實現(xiàn)了短程反硝化，在國內外率先開展了短程反硝化與厭氧氨氧化聯(lián)合處理城市污水的理論和技術研究。
要解釋這一連串的高深名詞，就得從城市污水生物處理的基本原理說起。
目前，全世界的城市污水處理，99%以上都采用微生物處理法。微生物承擔的使命，不僅僅要處理污水里面的有機物，還要脫氮除磷。彭永臻的一系列研究，瞄準的就是此前未被太多人重視的“自養(yǎng)脫氮”。
為什么要脫氮？內陸湖泊中瘋長的藻類以及由此帶來的危害，給我們拉響警報。彭永臻說，氮和磷都是生物的重要營養(yǎng)源，如果緩流水體中氮磷過多，會造成藻類異常繁殖，從而引起水體的富營養(yǎng)化，使水質惡化，從而危害魚蝦等水生生物甚至人類健康。
在城市污水中，氮分為兩類：氨態(tài)氮占90%，有機氮占10%；而有機氮分解后最終也會產生氨態(tài)氮。傳統(tǒng)的污水生物處理，是先將氨態(tài)氮轉化為亞硝態(tài)氮（亞硝化），再將亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮，最終將硝態(tài)氮還原為氮氣（反硝化），從水體中排出。
“如果把氨態(tài)氮變?yōu)閬喯鯌B(tài)氮后，我們直接讓亞硝態(tài)氮變成氮氣，節(jié)省步驟，就能大大節(jié)能減碳并提高污水處理效率。”彭永臻在紙上用箭頭為記者展示背后的反應過程，在劃掉一些反應步驟后繼續(xù)解釋，“縮短后的反應過程，我們稱之為‘短程硝化和反硝化’。”
然而，難度在于，從亞硝態(tài)氮到硝態(tài)氮的反應速度非�？欤绻皶r阻止這一反應的發(fā)生，就要做好很多因素的控制，比如反應時間、溫度、溶解氧濃度等。事實上，國內外科學家都對這一原理心知肚明，但要找到實現(xiàn)路徑卻并不容易。在常溫與低溫城市污水中，實現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化是一項全球性的挑戰(zhàn)。
顯然，彭永臻帶領團隊已經(jīng)先行了一步。
校園的最西角，是一處城市污水處理實時控制系統(tǒng)的中試基地。這里是短程硝化和反硝化研究從實驗室走向市場的中轉站，一批成果正陸續(xù)從這里誕生。
2023年2月14日，王梓豪以唯一第一作者身份在《自然》子刊上刊發(fā)論文，找到一種全新的技術方法與控制策略實現(xiàn)了超穩(wěn)定短程硝化：短程硝化在7天內快速啟動，即使溫度低至5.9攝氏度，亞硝態(tài)氮積累率仍保持在98.1%以上；這一過程已經(jīng)穩(wěn)定維持了450天，且目前依然在穩(wěn)定運行。
這一論文，無疑為短程硝化技術的推廣落地投進了一絲曙光。“研究還在進行中，沒有最好，只有更好。”彭永臻說。
2023年1月，深圳市寶安區(qū)福永水質凈化廠二期工程提前46天完成竣工驗收。這個日污水處理能力22.5萬噸的項目投產，意味著彭永臻團隊在國內外率先開發(fā)的AOA工藝技術開始穩(wěn)步地從實驗室走向市場。
在深圳，日處理能力分別為30萬噸、50萬噸的兩座污水凈化廠項目正在建設中，預計今年6月投入使用。
不止深圳，北京、�？凇⒅猩�……一座座污水處理中型試驗裝置在全國遍地開花，這些用不銹鋼板和鋼筋混凝土建起來的大實驗裝置正在穩(wěn)定運行，為更大規(guī)模的投產運行積累經(jīng)驗。祖國大地上，一個個AOA技術新建與改造工程項目也正在熱火朝天地進行中。
彭永臻將論文寫在大地上的夙愿，正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實。
所謂AOA，即厭氧反應（A）、好氧硝化（O）以及后置缺氧反硝化（A），是通過短程反硝化耦合厭氧氨氧化途徑進一步脫氮的一種新工藝。也就是說，通過控制不同的反應條件，使微生物最大限度發(fā)揮作用，達到污水深度除氮的目的。
“國際上慣用的工藝是AAO，我們就是調整了一下順序。”彭永臻說，雖然只是順序變了一下，但是微生物生物化學的反應機理卻大不相同，污水處理脫氮效率大幅度提高：對比提標改造前，同一項目日平均處理水量增長17%，噸水污泥產生量減少26%，出水總氮濃度降低42%左右。
說起來，這一新工藝技術的發(fā)現(xiàn)有些偶然。
2010年，在垃圾滲濾液處理的實驗中，在本該進行實驗條件切換時，看守的學生睡過了頭，沒想到實驗效果卻出奇的好。彭永臻沒有放過這一絲意外，將實驗過程在城市污水上進行了驗證，并逐漸梳理、拓展出新的工藝技術。圍繞這一成果，他帶領團隊在國際期刊上陸續(xù)發(fā)表了10篇SCI論文。
將厭氧氨氧化技術應用在城市污水處理中，也是彭永臻團隊的首創(chuàng)。
“厭氧氨氧化是世界上最經(jīng)濟高效的污水生物脫氮技術。然而，如此高效的技術此前并未在城市污水處理領域得到應用。”彭永臻解釋，參與厭氧氨氧化過程的厭氧氨氧化菌，最喜歡高氨氮的環(huán)境，因此此前被廣泛運用在高氨氮的工業(yè)污水處理中。
一組數(shù)據(jù)讓人一目了然：每升工業(yè)污水的氨氮含量可達數(shù)千毫克，而城市污水只有四五十毫克。“氨氮含量少，難于培養(yǎng)和富集厭氧氨氧化菌，厭氧氨氧化菌技術就很難在城市污水處理中發(fā)揮作用。”彭永臻說，團隊通過長期實驗研究，掌握了厭氧氨氧化菌的增長規(guī)律，為厭氧氨氧化菌打造出適宜的生長環(huán)境，讓它在城市污水中也能大顯身手。
2009年以來，彭永臻團隊在脫氮除磷方面論文發(fā)表量始終在國內外保持第一。幾十年來，堅持研究方向不變，國內少見。但彭永臻矢志不渝，他堅信，再過50年甚至更長的時間，脫氮除磷的研究依然還會有新的突破。
彭永臻并未在成績面前止步，科學家永遠在發(fā)現(xiàn)問題。
污水處理排放標準是他最新的關切。“我國幅員遼闊，東西南北各地區(qū)的環(huán)境、氣候和生活習慣等差異很大，污水的水質、水溫，特別是受納水體的環(huán)境容量都各不相同，污水排放標準不應該‘一刀切’。”彭永臻認為，標準是參與國際競爭的重要砝碼，它應該是與時俱進的。他在不同的場合呼吁，我國應盡快完善和改進自己的標準，并在今后的國際標準制定中爭取占有一席之地。
翻開彭永臻的朋友圈，除了各種學術討論，剩下的就是籃球。
70多歲的人，每周都“禁不住學生的誘惑”，要在球場上與學生切磋一下。對他來說，球場既拉近了他與年輕人的距離，也能讓他一次次重溫在科學研究上感受到的“密切配合的默契”。他將自己的每次精彩進球都發(fā)到朋友圈里，自豪之余也不無幽默地提醒隊友，“嚴密防守，不打假球”。
“我們二十幾歲的小伙子有時候還真防不住他。”王梓豪是彭永臻的球友，之前并不喜歡運動的他，在成了彭永臻的研究生后，也被拉到了球場。在他和同門的心目中，彭永臻一直“如父如友”。
在成為彭永臻的學生之前，王梓豪也沒想到會有這么多與院士打交道的機會。“本來以為一年見不上幾次面，沒想到我們是天天見。”王梓豪說，彭永臻辦公室的門永遠向學生敞開。“他每天的日程都排得特別滿，但只要是學生找上門，無論是聊論文聊實驗還是聊生活，他總會擠出時間接待我們。”
學生夏楊在“研途有您，我心中的好導師”征文中記下了這樣一件小事：“每年的年初都會有一部分學生去水廠實習，我就是其中的一個。一次學術會議結束后，彭老師叫來在各個水廠實習的學生匯報情況，在得知我所在的水廠補貼較低后，彭老師立刻給水廠負責人打電話說明情況，從那個月開始我的補貼提高了。”
“先做學生的朋友，再做學生的老師。”這句話被彭永臻視為座右銘。在他看來，“金獎銀獎不如學生的夸獎”。他教給學生的，不僅僅是課堂上的理論知識，還有嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度，永葆好奇的發(fā)問之心。
永遠的西裝革履，永遠的意氣風發(fā)，是學生趙琪眼中的彭永臻。“感覺他對這個世界充滿了好奇，好多新鮮事兒我都是從彭老師那里聽說的。”
在獲得了2021年度何梁何利基金科學與技術進步獎之后，他將全部獎金20萬港幣捐贈給了北京工業(yè)大學教育基金會，用于資助和獎勵環(huán)境保護領域的創(chuàng)新型人才。了解了他身為老師的一面，這樣的舉動也就不足為奇了。
“我現(xiàn)在的心愿就是把所有的畢業(yè)生都培養(yǎng)成優(yōu)秀的科技人才，為國家的科技進步接續(xù)奮斗。”彭永臻說。
來源：《北京日報》
記者：牛偉坤
