污水處理技術(shù)創(chuàng)新不能止步

中國工程院院士彭永臻：污水處理技術(shù)創(chuàng)新不能止步

彭永臻院士 受訪者供圖

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彭永臻，中國工程院院士、北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科首席教授、“城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術(shù)國家工程實驗室”主任。長期致力于污水處理研究。先后獲得全國模范教師、國家教學(xué)名師、全國優(yōu)秀科技工作者、全國勞動模范、北京市人民教師等稱號，并獲何梁何利科技進(jìn)步獎、國家科技進(jìn)步獎二等獎、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎，省部級特等獎與一等獎11項。培養(yǎng)工學(xué)博士108人。

深圳福永水質(zhì)凈化廠設(shè)計圖。 受訪者供圖

【院士訪談】

　　◎本報記者 吳葉凡

　　水是人類賴以生存和發(fā)展的重要資源。保護(hù)水資源，污水處理是重要一環(huán)。

　　前不久，在中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會2026年會綜合大會上，中國工程院院士彭永臻帶來了污水處理新成果——AOA技術(shù)的新進(jìn)展：在中試研究中，北京高碑店污水廠結(jié)果顯示，當(dāng)溫度低至14.3℃時，出水連續(xù)33天總氮低于3.8mg-N/L（毫克氮每升），平均為2.7mg-N/L。在無需外加碳源、節(jié)約運行能耗的基礎(chǔ)上，這一數(shù)值優(yōu)于城鎮(zhèn)污水一級A類排放標(biāo)準(zhǔn)的80%以上，實現(xiàn)了極限、深度脫氮。

　　“這說明AOA技術(shù)在中低溫環(huán)境下具有較強(qiáng)韌性。”彭永臻說。

　　什么是AOA技術(shù)？這項技術(shù)給污水處理行業(yè)帶來哪些改變？如何推動新技術(shù)工程化落地？就此，科技日報記者專訪了彭永臻。

　　啃下高效脫氮除磷硬骨頭

　　記者：人們生活中每天都會產(chǎn)生污水，但卻對污水處理知之甚少。污水處理技術(shù)的發(fā)展歷史是怎樣的？

　　彭永臻：無論是古代還是現(xiàn)代，經(jīng)過人們使用，被食物、排泄物等污染的水，都屬于生活污水（城市污水）。在古代，人們沒有處理手段，往往是將其直接排入河流。但水具有自凈能力，通過物理沉淀、生物代謝等方式，可以在流動過程中得到凈化。

　　然而，隨著社會工業(yè)化、城市化程度的不斷加深，人類對水體的污染愈發(fā)嚴(yán)重，僅僅依靠自凈無法滿足水體凈化需求，城市污水處理技術(shù)應(yīng)運而生。1914年，英國工程師在曼徹斯特提出了“活性污泥”法，這被認(rèn)為是生物法處理污水的開端。進(jìn)入20世紀(jì)后，各國科學(xué)家先后提出了氧化溝、“厭氧—缺氧—好氧”（Anaerobic—Anoxic—Oxic，簡稱AAO）技術(shù)、間歇式活性污泥法等城市污水處理技術(shù)。

　　記者：現(xiàn)在污水處理要經(jīng)過哪些步驟？

　　彭永臻：第一步是初級處理，也叫物理處理，是通過沉淀、隔柵等方式，去除砂石等大塊沉淀物及懸浮物。第二步也是最重要的一步——生物處理，即微生物處理。微生物在生長、增殖過程中會代謝水中的有機(jī)物和氮、磷物質(zhì)，加速這些污染物的轉(zhuǎn)化與凈化。這一步的目的是去除污水中的有機(jī)物，完成脫氮除磷。完成生物處理后的污水會進(jìn)入二次沉淀池，城市污水處理廠通過沉淀、消毒等手段，進(jìn)一步凈化污水，從而達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而實現(xiàn)再利用。

　　目前，脫氮除磷是污水處理中的重點，其高效處理也是難點。相比于大多數(shù)有機(jī)物，氮、磷更難被微生物快速轉(zhuǎn)化與去除，因此，如果將處理不完善的污水排到湖泊、水庫、海灣等緩流水域中，就會造成以藻類異常繁殖為標(biāo)志的水體富營養(yǎng)化，污染生態(tài)環(huán)境，影響百姓健康。

　　成本控制也很關(guān)鍵。我們的目標(biāo)不僅是把氮、磷去除得更加徹底，使處理過程更加高效，還要考慮節(jié)能降耗，實現(xiàn)成本最優(yōu)化。因此，脫氮除磷是城市污水處理當(dāng)中最難啃的一塊硬骨頭。

　　記者：為了啃下這塊硬骨頭，您帶領(lǐng)團(tuán)隊開發(fā)了AOA技術(shù)。能簡單介紹一下嗎？

　　彭永臻：AOA技術(shù)的全稱為“厭氧—好氧—缺氧”（Anaerobic—Oxic—Anoxic）技術(shù)。這種技術(shù)同樣是用微生物來凈化污水，但我們在微生物種類、反應(yīng)路徑、工藝流程上實現(xiàn)了革新。

　　記者：相較于AAO，這項技術(shù)有什么優(yōu)勢？

　　彭永臻：它能用更短的時間、更低的能耗、更簡潔的流程，實現(xiàn)更高效的脫氮除磷。

　　相比于過去的AAO技術(shù)，AOA技術(shù)雖然看似只是流程工序的變化，但背后對應(yīng)著一套新的脫氮除磷模式。比如，AOA工藝把缺氧段后置，反硝化細(xì)菌可在碳源充足的條件下，實現(xiàn)理論上接近100%的氮去除效果；缺氧段后置的設(shè)計，也使大量硝化微生物液無需回流，大大節(jié)省了回流所使用的能耗。此外，污水在大量耗能的好氧區(qū)域的停留時間大大縮短。因此，相比當(dāng)前脫氮除磷領(lǐng)域傳統(tǒng)的技術(shù)路線（AAO技術(shù)等），AOA技術(shù)的工藝更為簡潔，能耗與物耗大幅度降低，適宜實際應(yīng)用。

　　數(shù)據(jù)顯示，相比于AAO工藝，AOA技術(shù)可降低15%—25%的電耗成本和15%—30%的污泥處理處置成本，且無需投入碳源。常見的中大型城市污水處理廠每天處理30萬立方米城市污水，按照這一標(biāo)準(zhǔn)測算，采用AOA工藝每年可節(jié)約運行成本超千萬元。

　　記者：幾十年來，您見證了我國污水處理技術(shù)的發(fā)展歷程。

　　彭永臻：這也讓我感觸頗多。記得1990年左右，我在哈爾濱工業(yè)大學(xué)任教。兩個日本專家到訪，說要看看松花江，其實他們就是來考察污水處理情況。到了江邊，我們眼見臟臭的黑水從粗大的排水管道涌出，直接灌入松花江，兩位日本專家驚訝不已。當(dāng)時我心里特別不是滋味，就下定決心，一定要為改變我國污水處理現(xiàn)狀貢獻(xiàn)力量，還江河山川以清水碧波。上世紀(jì)90年代，我國在北京高碑店建起了第一座污水處理廠。從這之后，我國污水處理事業(yè)飛速發(fā)展。如今，我國的污水處理能力、技術(shù)水平已位居世界前列。

　　推動技術(shù)從實驗室走向處理廠

　　記者：目前AOA技術(shù)已在哪些城市落地？

　　彭永臻：2019年，北京工業(yè)大學(xué)與北控水務(wù)集團(tuán)聯(lián)合建立了國內(nèi)外首套AOA中試系統(tǒng)。2021年建成了污水處理設(shè)計規(guī)模為每天3萬立方米的AOA城市污水處理廠。

　　全國現(xiàn)在共有20余座新建或改造的污水處理廠采用了AOA工藝，它們位于我國北京、廣東、廣西、貴州、浙江、江蘇、山東、河南等地。

　　記者：這一技術(shù)在污水處理實踐中成效怎么樣？

　　彭永臻：數(shù)據(jù)不會騙人，在不同地區(qū)，針對不同水質(zhì)水量的污水，AOA工藝都取得了良好的氮磷去除效果。

　　深圳是我印象非常深刻的一個案例。2022年，我們先嘗試建設(shè)了日處理量為22.5萬立方米的深圳福永水質(zhì)凈化廠，以AOA運行模式調(diào)試完成后，凈化廠的運行性能非常穩(wěn)定，這給了我們極大的信心。

　　同時，我們首次將短程反硝化耦合厭氧氨氧化新技術(shù)引入其中，進(jìn)一步提升了深圳福永水質(zhì)凈化廠的處理效果，其平均出水總氮濃度穩(wěn)定在每升5.0毫克以下。相關(guān)新技術(shù)分別在2022年和2023年入選了中國科協(xié)“科創(chuàng)中國”先導(dǎo)技術(shù)榜（綠色低碳領(lǐng)域）與科技部《國家綠色低碳先進(jìn)技術(shù)成果目錄》（水污染治理領(lǐng)域）。2025年12月，由北京工業(yè)大學(xué)作為唯一完成單位的“城市污水短程反硝化與厭氧氨氧化深度脫氮”項目獲得北京市自然科學(xué)獎一等獎，這也是該年度環(huán)境領(lǐng)域唯一的自然科學(xué)獎一等獎。

　　深圳福永水質(zhì)凈化廠成功應(yīng)用AOA新技術(shù)后，在2024年和2025年，我們又分別在污水日處理量均為30萬立方米的深圳濱河水質(zhì)凈化廠、深圳福田水質(zhì)凈化廠應(yīng)用了AOA新技術(shù)。完成運行調(diào)試后，兩個凈水廠大部分時期出水總氮濃度小于每升2.0毫克。這樣優(yōu)異的凈水效果，以我從事脫氮除磷工作40多年的經(jīng)驗看，都是首屈一指。這也意味著，僅在深圳一個城市，AOA技術(shù)每天可以使82.5萬立方米的城市污水得到高效、深度的凈化。

　　記者：新技術(shù)的落地應(yīng)用順利嗎？

　　彭永臻：其實最開始AOA技術(shù)是不被業(yè)界認(rèn)可的，有人看到我們把“O”放中間，就覺得只是簡單地把處理工序換個位置，因此我們受到了非常多的質(zhì)疑，技術(shù)推廣過程也是困難重重。在深圳推廣的時候，當(dāng)?shù)匚鬯幚硐嚓P(guān)負(fù)責(zé)人雖然很重視新技術(shù)應(yīng)用，但也不敢直接“拍板”，怕新技術(shù)有各種各樣的問題。但我對技術(shù)非常有把握，所以告訴他們，如果落地過程中有任何問題，我都負(fù)責(zé)到底。為了增強(qiáng)他們的信心，我還帶著他們?nèi)讉€已建成應(yīng)用的試點參觀。他們初步覺得可行后，又在當(dāng)?shù)亻_展中試。取得了不錯的中試效果后，他們才落地了這項技術(shù)。

　　記者：下一步您準(zhǔn)備怎么優(yōu)化AOA技術(shù)？

　　彭永臻：AOA技術(shù)在進(jìn)一步推廣的過程中，還有一些問題需要解決。比如，各地污水類型不盡相同，有的地方工業(yè)污水在城市污水中占比高，有的工業(yè)污水成分特殊。對于不同的污水，AOA技術(shù)如何實現(xiàn)高效率低成本凈水，還需要進(jìn)一步在實踐中檢驗并不斷優(yōu)化。

　　此外，我國南北方氣溫差異顯著，在北方低溫條件下，AOA技術(shù)能否經(jīng)受住考驗，也是技術(shù)規(guī)模化推廣要過的重要一關(guān)。俗話說，是騾子是馬拉出來遛遛。2026年初，我們在北京定福莊污水廠應(yīng)用了AOA新技術(shù)，在北方低溫條件下，其表現(xiàn)出極強(qiáng)的韌性，出水總氮穩(wěn)定在每升3.0毫克左右。同時，我們已在北京高碑店污水處理廠開展了為期兩年多的中試，為后續(xù)在我國北方的廣泛應(yīng)用提供參考。我相信，AOA技術(shù)一定會在實際落地中不斷沉淀優(yōu)化，愈煉愈強(qiáng)。

　　記者：在AOA技術(shù)推廣過程中，您一定積累了不少成果轉(zhuǎn)化的經(jīng)驗。

　　彭永臻：經(jīng)過多年實踐，我總結(jié)了兩條經(jīng)驗。一是進(jìn)行扎實的基礎(chǔ)研究，二是充分開展前期的小型與中型試驗。只有技術(shù)理論扎實，工程應(yīng)用效果可靠，我們才更有底氣去推動成果轉(zhuǎn)化。

　　我們團(tuán)隊特別重視開展基礎(chǔ)研究。雖然污水處理是工程技術(shù)類專業(yè)，但其開展創(chuàng)新、實踐的基礎(chǔ)，仍是基礎(chǔ)理論，比如微生物學(xué)研究、控制理論研究等。我們常說“基礎(chǔ)不牢，地動山搖”，就是說要夯實理論基礎(chǔ)，成果才更有可能進(jìn)入到小試、中試環(huán)節(jié)。可以說，我們既重視“從1到10”的工程創(chuàng)新，也重視“從0到1”的基礎(chǔ)創(chuàng)新。

　　中試環(huán)節(jié)是成果邁向生產(chǎn)線的關(guān)鍵一步。不過需要注意的是，在成果轉(zhuǎn)化過程中，即使小試、中試效果都不錯，在實際生產(chǎn)中也可能遇到其他問題，這就需要科研人員實時深入生產(chǎn)一線，根據(jù)生產(chǎn)問題實時調(diào)整。

　　污水處理行業(yè)前景廣闊

　　記者：您是如何進(jìn)入污水處理行業(yè)的？

　　彭永臻：最開始，選擇這個方向是我的“無奈之舉”。1973年，我作為知青在原黑龍江生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)接受鍛煉。經(jīng)過推薦和考試，我成為了一名工農(nóng)兵學(xué)員。面對來之不易的學(xué)習(xí)機(jī)會，我非常珍惜，可以說只要能上大學(xué)，什么專業(yè)我都愿意學(xué)。

　　所以，當(dāng)我被錄取到由哈爾濱工業(yè)大學(xué)分離出來的哈爾濱建筑工程學(xué)院的給水排水工程專業(yè)時，雖然對專業(yè)了解不多，也欣然接受。入校學(xué)習(xí)后，我才發(fā)現(xiàn)這個專業(yè)挺好，老百姓的生活離不開水，污水處理與民生息息相關(guān)。因此越學(xué)越有興趣，一直到今天。

　　記者：您曾經(jīng)提到，當(dāng)前我國城市污水廠的污水處理總量，已經(jīng)大于城市污水的排放量。

　　彭永臻：是的，但這絕不意味著我國的污水已經(jīng)被全部處理了。事實上，這反而反映了我國污水處理面臨的一個重要問題。

　　雖然城市污水處理能力已經(jīng)是污水量的1.4倍，但我國城市污水管道“跑冒滴漏”現(xiàn)象依然比較嚴(yán)重，造成一部分污水沒有進(jìn)入污水處理廠，而是直接滲入地下水、污染河水。因此我國污水處理還有大量“潛在工作”，這也意味著污水處理技術(shù)創(chuàng)新不能止步，污水處理廠建設(shè)也需要繼續(xù)推進(jìn)，污水處理領(lǐng)域人才培養(yǎng)要繼續(xù)加強(qiáng)。

　　而且，污水脫氮除磷領(lǐng)域還有很多待解決的問題。現(xiàn)在城市污水處理的費用還是非常高，整個系統(tǒng)節(jié)能降耗減碳的空間還非常大。

　　記者：有觀點認(rèn)為污水相關(guān)專業(yè)是“天坑”專業(yè)，您怎么看？

　　彭永臻：我不同意這種觀點。從社會需求上看，近年來，我國持續(xù)推動生態(tài)文明建設(shè)。我國第二部以“法典”命名的法律——生態(tài)環(huán)境法典將于今年8月施行，它針對水污染防治進(jìn)行了多方面規(guī)定。隨著我國生態(tài)保護(hù)工作持續(xù)深化，社會對污水處理人才的需求將不斷擴(kuò)大，行業(yè)對于高素質(zhì)人才的需求將愈發(fā)迫切。

　　我在工作中也深切體會到了這一點。在和各地水處理機(jī)構(gòu)溝通的過程中，我發(fā)現(xiàn)他們對新技術(shù)展現(xiàn)出迫切的需求，急需相關(guān)專業(yè)人才支撐新技術(shù)落地應(yīng)用，推動行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效。因此我認(rèn)為，隨著新技術(shù)的不斷推廣，污水處理行業(yè)的發(fā)展空間將持續(xù)拓寬，前景將愈發(fā)廣闊。

　　致青年科技人才

　　幾十年來的深入學(xué)習(xí)和實踐讓我越來越堅信，偉大的技術(shù)最終目標(biāo)是真切地解決國計民生問題。污水處理關(guān)乎綠水青山與人民健康，與千家萬戶息息相關(guān)，這讓我堅守污水處理研究至今。希望你們也能將自己的專業(yè)方向與國家戰(zhàn)略、社會需求緊密結(jié)合，解決實際問題，找到科研工作的持久動力與崇高價值。

　　一項技術(shù)從實驗室走向廣泛應(yīng)用，中間隔著從小試到中試再到工程化的千山萬水。我們團(tuán)隊為推廣AOA新技術(shù)，在全國建設(shè)了30余座中試系統(tǒng)，并長期深入生產(chǎn)一線。你們不僅要成為實驗室里的能手，更要立志成為工程現(xiàn)場的專家，要敢于對技術(shù)的應(yīng)用效果負(fù)責(zé)，在工程化進(jìn)程中體現(xiàn)青年一代的實干與擔(dān)當(dāng)。

　　——彭永臻