生物脱氮治理污水助力绿色奥运

作为“绿色奥运”的象征，奥林匹克森林公园万众瞩目，然而包括公园中心湖在内的奥运水系，在不同程度上均存在水体富营养化的隐患。城市河湖对改善、美化城市环境以及防洪、排涝等都起重要作用，北京周边河湖由于其氮磷含量较高，极易发生富营养化。由于水资源短缺，北京的城市污水经深度处理后回用非常必要。作为河流湖泊的补充水，回用污水的脱氮除磷是重点和难点。除磷相对较为容易，用加混凝剂的方法即可以实现。但脱氮却很难，氮在污水中的主要形态是氨氮（NH+4）和硝态氮（NO-3），用加混凝剂的方法都不易使其沉淀。

近年来，通过国家自然科学基金重大国际合作研究项目“污水脱氮除磷新理论、新工艺及过程控制”、重点项目“城市污水处理系统的智能控制理论、方法与技术”以及面上项目“不同污水生物脱氮工艺中N2O产生量及过程控制”等的系统研究，北京工业大学环境工程研究所所长彭永臻教授课题组在城市污水生物脱氮方面取得新的突破。所获技术不仅使城市污水经深度处理后达到回用水的标准，而且使运行成本也大大降低，该项技术可为奥运公园人工湖的安全补水提供有效的科技支撑。近日，彭永臻接受了《科学时报》的专访。

技术献礼北京奥运

北京奥林匹克公园有一个200公顷的人工湖。“湖中的水除了渗漏还要被蒸发，需要经常补水。如果用自来水补充成本就太高了，其实经过深度处理的城市生活污水可以对其进行补给。我们的技术完全可以做到这一点，这也体现了科技奥运和绿色奥运精神。”彭永臻说。

污水经过深度处理，磷的含量应在每升0.5毫克以下，氮含量每升2～3毫克以下，作为城市河湖的补水才比较安全。彭永臻说：“磷的处理比较容易，其在污水中大多以磷酸根的形式存在，在污水中加入化学混凝剂，就可以使其沉淀。但氮的处理却很难，其在污水中的形态是氨氮和硝态氮，用加混凝剂和用微滤超滤纳滤等方法都不能将其去除，而且费用较高。生物脱氮是最有效和经济的方法，经过承担国家自然科学基金等项目的研究，我们通过实时控制和模糊控制实现了城市污水低温常温条件下短程脱氮，使其脱氮的过程大大缩短。”

“污水生物脱氮是将污水中的有机氮转化成氨态氮，再将其氧化为硝态氮的生化反应：通常情况下，氨态氮要先转化为亚硝态氮，再转化为硝态氮，硝态氮在一定条件下再转化为氮气（不溶于水），实现污水脱氮。但近年来国际上一直在研究一种短程脱氮的方法，即氨态氮变成亚硝态氮后使硝化反应过程结束，不再氧化成硝态氮了，而在另一种缺氧条件下直接转为氮气。这样不仅耗时短而且节省能源，既节省运行费用又节省有机碳源的投加量。当然做到这一步需要很多条件，我们的研究主要围绕如何实现在通常条件下达到短程深度脱氮来进行。”彭永臻首先对记者进行了科普。

“温度是影响短程生物脱氮效果的重要环境条件之一，会直接影响微生物的种群结构和代谢活动。在污水生物处理过程中，每一类微生物都有其进行生命活动的最佳温度范围。一般情况下，污水中氮的短程硝化温度条件要在30℃左右，而我们利用实时过程控制，在中试实验中，使污水的温度在12℃～25℃的范围内实现了短程深度脱氮的效果，平均亚硝化率和总氮去除率都在95%以上。”彭永臻说。

北京市的污水温度范围在13℃～25℃之间，这意味着，无论在什么季节，北京的城市污水都能利用这一技术进行深度脱氮处理。“国外专家对这一技术也作了相关研究，但是他们在实验中用的是高氨氮废水，而不是低氨氮的城市污水，我们在国内外首次实现了低氨氮实际城市污水的低温常温短程硝化。不仅如此，我们实验过程持续了180天。”彭永臻说。

据彭永臻介绍，他的课题组还与北京市水科所和北京城市排水集团共同承担了“十五”重大水专项的研究，并在北京酒仙桥污水处理厂建成了一个日处理2万吨的污水深度处理示范工程。彭永臻说：“短程生物脱氮技术距大规模应用还有一定距离，我们正在积极运作，筹建更大规模的该类污水处理厂。”

真材实料研以致用

科研成果的获得离不开实验研究的积累，而彭永臻课题组的实验研究更具独到之处。“这就是从学校生活小区送往实验室的污水的管道。”彭永臻在接受采访时站起来将窗外的实验装置指给记者，“所以我们在作实验的时候，打开水管就有污水直接进入实验室，而国内外的实验室污水处理实验用的污水大都是人工配水（人工模拟）。国外专家来这里参观时，对这一点既佩服又羡慕：国外大学一般教学区和生活区分开，而他们国家的法律规定污水不能从校园外引入校园，但我们的学校基本是生活区和教学区、实验区在一起，校园内的生活污水直接可以供实验室用。这样以实际污水为研究对象，实验成果更容易得到推广应用。”

记者采访时，适逢中国科技大学一位教授在参观他们室外的中型实验装备，实验室十几位学生正在作实验。彭永臻对记者说：“广泛地说，水处理分为给水处理和污水处理，污水处理又分为工业污水处理和城市污水处理等，我们实验室60%以上的研究方向以城市污水处理及回用为主，一半以上的研究时间都集中在城市污水处理上，为能研以致用，我们实验的模型都比较大，最大容积为400多升，最小的也有几十升，实验反应器比较大，这样类似于‘中试’的实验成果更容易推广到实际应用上。”

成果人才一举两得

采访中，记者还得知：彭永臻课题组对该技术研究的论文将发表在美国化学学会主办的EnvironmentalScience&Technology上。彭永臻说：“这是我们从来没有发表过论文的杂志，在环境工程领域影响因子很高。但起初与我们合作的日本教授并不主张我们向该杂志投稿，并说EST一般不收录工程技术方面的论文。但我觉得他们是环境技术方面的权威期刊，我们也是质量高的论文，不怕他们不接受，最终不仅被EST的评委和编辑接受，而且还给予很高的评价。”

据了解，彭永臻自2000年从哈尔滨工业大学调到北京工业大学以来，已和学生共同发表SCI学术论文60多篇，论文总数达到300多篇，其中EnvironmentalScience&Technology、WaterScience&Technology、EnvironmentalEngineeringScience等9个国际学术杂志接纳北京工业大学的学术论文尚属首次。

彭永臻很忙，采访中办公室电话不断响起，为保持采访完整，他让学生代接了几个电话，但哈尔滨工业大学来的一个电话让他不得不接……

彭永臻还是哈尔滨工业大学的兼职教授，兼职教授在哈工大每招一个博士生都要交给学校一定的培养费，以便对学生进行补贴；由于彭教授指导的博士生在2005年、2006年连续两年获得全国百篇优秀博士学位论文，该校破例让他新入学的博士生免交了培养费。

彭永臻说：“基金项目不仅出了成果而且培养了人才！”

近年来，彭永臻还有5名学生的博士学位论文被评为校优秀博士学位论文，其中北京工业大学2名、哈尔滨工业大学3名。他还有一个学生们都知道的口号：“把从普通学校来的学生培养成优秀毕业生。”