作為“綠色奧運(yùn)”的象征，奧林匹克森林公園萬(wàn)眾矚目，然而包括公園中心湖在內(nèi)的奧運(yùn)水系，在不同程度上均存在水體富營(yíng)養(yǎng)化的隱患。城市河湖對(duì)改善、美化城市環(huán)境以及防洪、排澇等都起重要作用，北京周邊河湖由于其氮磷含量較高，極易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化。由于水資源短缺，北京的城市污水經(jīng)深度處理后回用非常必要。作為河流湖泊的補(bǔ)充水，回用污水的脫氮除磷是重點(diǎn)和難點(diǎn)。除磷相對(duì)較為容易，用加混凝劑的方法即可以實(shí)現(xiàn)。但脫氮卻很難，氮在污水中的主要形態(tài)是氨氮（NH₄⁺）和硝態(tài)氮（NO₃^-），用加混凝劑的方法都不易使其沉淀。

         近年來(lái)，通過國(guó)家自然科學(xué)基金重大國(guó)際合作研究項(xiàng)目“污水脫氮除磷新理論、新工藝及過程控制”、重點(diǎn)項(xiàng)目“城市污水處理系統(tǒng)的智能控制理論、方法與技術(shù)”以及面上項(xiàng)目“不同污水生物脫氮工藝中N₂O產(chǎn)生量及過程控制”等的系統(tǒng)研究，北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境工程研究所所長(zhǎng)彭永臻教授課題組在城市污水生物脫氮方面取得新的突破。所獲技術(shù)不僅使城市污水經(jīng)深度處理后達(dá)到回用水的標(biāo)準(zhǔn)，而且使運(yùn)行成本也大大降低，該項(xiàng)技術(shù)可為奧運(yùn)公園人工湖的安全補(bǔ)水提供有效的科技支撐。近日，彭永臻接受了《科學(xué)時(shí)報(bào)》的專訪。

        技術(shù)獻(xiàn)禮北京奧運(yùn)

        北京奧林匹克公園有一個(gè)200公頃的人工湖。“湖中的水除了滲漏還要被蒸發(fā)，需要經(jīng)常補(bǔ)水。如果用自來(lái)水補(bǔ)充成本就太高了，其實(shí)經(jīng)過深度處理的城市生活污水可以對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)給。我們的技術(shù)完全可以做到這一點(diǎn)，這也體現(xiàn)了科技奧運(yùn)和綠色奧運(yùn)精神。”彭永臻說(shuō)。

        污水經(jīng)過深度處理，磷的含量應(yīng)在每升0.5毫克以下，氮含量每升2～3毫克以下，作為城市河湖的補(bǔ)水才比較安全。彭永臻說(shuō)：“磷的處理比較容易，其在污水中大多以磷酸根的形式存在，在污水中加入化學(xué)混凝劑，就可以使其沉淀。但氮的處理卻很難，其在污水中的形態(tài)是氨氮和硝態(tài)氮，用加混凝劑和用微濾超濾納濾等方法都不能將其去除，而且費(fèi)用較高。生物脫氮是最有效和經(jīng)濟(jì)的方法，經(jīng)過承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的研究，我們通過實(shí)時(shí)控制和模糊控制實(shí)現(xiàn)了城市污水低溫常溫條件下短程脫氮，使其脫氮的過程大大縮短。”

        “污水生物脫氮是將污水中的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成氨態(tài)氮，再將其氧化為硝態(tài)氮的生化反應(yīng)：通常情況下，氨態(tài)氮要先轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，再轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，硝態(tài)氮在一定條件下再轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓ú蝗苡谒�，�?shí)現(xiàn)污水脫氮。但近年來(lái)國(guó)際上一直在研究一種短程脫氮的方法，即氨態(tài)氮變成亞硝態(tài)氮后使硝化反應(yīng)過程結(jié)束，不再氧化成硝態(tài)氮了，而在另一種缺氧條件下直接轉(zhuǎn)為氮?dú)�。這樣不僅耗時(shí)短而且節(jié)省能源，既節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用又節(jié)省有機(jī)碳源的投加量。當(dāng)然做到這一步需要很多條件，我們的研究主要圍繞如何實(shí)現(xiàn)在通常條件下達(dá)到短程深度脫氮來(lái)進(jìn)行。”彭永臻首先對(duì)記者進(jìn)行了科普。

        “溫度是影響短程生物脫氮效果的重要環(huán)境條件之一，會(huì)直接影響微生物的種群結(jié)構(gòu)和代謝活動(dòng)。在污水生物處理過程中，每一類微生物都有其進(jìn)行生命活動(dòng)的最佳溫度范圍。一般情況下，污水中氮的短程硝化溫度條件要在30℃左右，而我們利用實(shí)時(shí)過程控制，在中試實(shí)驗(yàn)中，使污水的溫度在12℃～25℃的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了短程深度脫氮的效果，平均亞硝化率和總氮去除率都在95%以上。”彭永臻說(shuō)。

        北京市的污水溫度范圍在13℃～25℃之間，這意味著，無(wú)論在什么季節(jié)，北京的城市污水都能利用這一技術(shù)進(jìn)行深度脫氮處理。“國(guó)外專家對(duì)這一技術(shù)也作了相關(guān)研究，但是他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用的是高氨氮廢水，而不是低氨氮的城市污水，我們?cè)趪?guó)內(nèi)外首次實(shí)現(xiàn)了低氨氮實(shí)際城市污水的低溫常溫短程硝化。不僅如此，我們實(shí)驗(yàn)過程持續(xù)了180天。”彭永臻說(shuō)。

       據(jù)彭永臻介紹，他的課題組還與北京市水科所和北京城市排水集團(tuán)共同承擔(dān)了“十五”重大水專項(xiàng)的研究，并在北京酒仙橋污水處理廠建成了一個(gè)日處理2萬(wàn)噸的污水深度處理示范工程。彭永臻說(shuō)：“短程生物脫氮技術(shù)距大規(guī)模應(yīng)用還有一定距離，我們正在積極運(yùn)作，籌建更大規(guī)模的該類污水處理廠。”

        真材實(shí)料研以致用

        科研成果的獲得離不開實(shí)驗(yàn)研究的積累，而彭永臻課題組的實(shí)驗(yàn)研究更具獨(dú)到之處。“這就是從學(xué)校生活小區(qū)送往實(shí)驗(yàn)室的污水的管道。”彭永臻在接受采訪時(shí)站起來(lái)將窗外的實(shí)驗(yàn)裝置指給記者，“所以我們?cè)谧鲗?shí)驗(yàn)的時(shí)候，打開水管就有污水直接進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，而國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)室污水處理實(shí)驗(yàn)用的污水大都是人工配水（人工模擬）。國(guó)外專家來(lái)這里參觀時(shí)，對(duì)這一點(diǎn)既佩服又羨慕：國(guó)外大學(xué)一般教學(xué)區(qū)和生活區(qū)分開，而他們國(guó)家的法律規(guī)定污水不能從校園外引入校園，但我們的學(xué)�；臼巧顓^(qū)和教學(xué)區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)在一起，校園內(nèi)的生活污水直接可以供實(shí)驗(yàn)室用。這樣以實(shí)際污水為研究對(duì)象，實(shí)驗(yàn)成果更容易得到推廣應(yīng)用。”

        記者采訪時(shí)，適逢中國(guó)科技大學(xué)一位教授在參觀他們室外的中型實(shí)驗(yàn)裝備，實(shí)驗(yàn)室十幾位學(xué)生正在作實(shí)驗(yàn)。彭永臻對(duì)記者說(shuō)：“廣泛地說(shuō)，水處理分為給水處理和污水處理，污水處理又分為工業(yè)污水處理和城市污水處理等，我們實(shí)驗(yàn)室60%以上的研究方向以城市污水處理及回用為主，一半以上的研究時(shí)間都集中在城市污水處理上，為能研以致用，我們實(shí)驗(yàn)的模型都比較大，最大容積為400多升，最小的也有幾十升，實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器比較大，這樣類似于‘中試’的實(shí)驗(yàn)成果更容易推廣到實(shí)際應(yīng)用上。”

        成果人才一舉兩得

        采訪中，記者還得知：彭永臻課題組對(duì)該技術(shù)研究的論文將發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)主辦的EnvironmentalScience&Technology上。彭永臻說(shuō)：“這是我們從來(lái)沒有發(fā)表過論文的雜志，在環(huán)境工程領(lǐng)域影響因子很高。但起初與我們合作的日本教授并不主張我們向該雜志投稿，并說(shuō)EST一般不收錄工程技術(shù)方面的論文。但我覺得他們是環(huán)境技術(shù)方面的權(quán)威期刊，我們也是質(zhì)量高的論文，不怕他們不接受，最終不僅被EST的評(píng)委和編輯接受，而且還給予很高的評(píng)價(jià)。”

        據(jù)了解，彭永臻自2000年從哈爾濱工業(yè)大學(xué)調(diào)到北京工業(yè)大學(xué)以來(lái)，已和學(xué)生共同發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文60多篇，論文總數(shù)達(dá)到300多篇，EnvironmentalScience&Technology、WaterScience&Technology、EnvironmentalEngineeringScience等9個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)雜志接納北京工業(yè)大學(xué)的學(xué)術(shù)論文尚屬首次。

        彭永臻很忙，采訪中辦公室電話不斷響起，為保持采訪完整，他讓學(xué)生代接了幾個(gè)電話，但哈爾濱工業(yè)大學(xué)來(lái)的一個(gè)電話讓他不得不接……

        彭永臻還是哈爾濱工業(yè)大學(xué)的兼職教授，兼職教授在哈工大每招一個(gè)博士生都要交給學(xué)校一定的培養(yǎng)費(fèi)，以便對(duì)學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)貼；由于彭教授指導(dǎo)的博士生在2005年、2006年連續(xù)兩年獲得全國(guó)百篇優(yōu)秀博士學(xué)位論文，該校破例讓他新入學(xué)的博士生免交了培養(yǎng)費(fèi)。

        彭永臻說(shuō)：“基金項(xiàng)目不僅出了成果而且培養(yǎng)了人才！”

        近年來(lái)，彭永臻還有5名學(xué)生的博士學(xué)位論文被評(píng)為校優(yōu)秀博士學(xué)位論文，其中北京工業(yè)大學(xué)2名、哈爾濱工業(yè)大學(xué)3名。他還有一個(gè)學(xué)生們都知道的口號(hào)：“把從普通學(xué)校來(lái)的學(xué)生培養(yǎng)成優(yōu)秀畢業(yè)生。”
 
 
 

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