北京工業(yè)大學(xué)西校區(qū)，坐落著我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理領(lǐng)域唯一的國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室——城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術(shù)國(guó)家級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室，這座白色的五層小樓是彭永臻和學(xué)生們的“戰(zhàn)場(chǎng)”。多年以來(lái)，除了出差在外，彭永臻的大部分時(shí)間都在這座樓里度過(guò)。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(cè)設(shè)備。

走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，腥臭撲鼻。彭永臻和學(xué)生們卻面無(wú)異色，“我們都習(xí)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(tuán)隊(duì)學(xué)生王梓豪開(kāi)玩笑，“您幸虧是這個(gè)時(shí)候來(lái)，再暖和點(diǎn)兒，實(shí)驗(yàn)室里的蚊蟲(chóng)肯定特別歡迎您。”

與大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室采用配置污水不同，在彭永臻的實(shí)驗(yàn)室里，實(shí)驗(yàn)對(duì)象都來(lái)自真實(shí)的生活場(chǎng)景：一部分是來(lái)自學(xué)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(shí)際污水為研究對(duì)象，雖然可控性差點(diǎn)兒，但是成果能更有效地得到轉(zhuǎn)化和利用。”彭永臻道出背后緣由。

夜以繼日“浸泡”在污水實(shí)驗(yàn)室和污水處理廠中，彭永臻率先開(kāi)展了城市污水短程硝化應(yīng)用研究，首次提出并實(shí)現(xiàn)了短程反硝化，在國(guó)內(nèi)外率先開(kāi)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(shù)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(shuō)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(dān)的使命，不僅僅要處理污水里面的有機(jī)物，還要脫氮除磷。彭永臻的一系列研究，瞄準(zhǔn)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(nèi)陸湖泊中瘋長(zhǎng)的藻類以及由此帶來(lái)的危害，給我們拉響警報(bào)。彭永臻說(shuō)，氮和磷都是生物的重要營(yíng)養(yǎng)源，如果緩流水體中氮磷過(guò)多，會(huì)造成藻類異常繁殖，從而引起水體的富營(yíng)養(yǎng)化，使水質(zhì)惡化，從而危害魚(yú)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(jī)氮占10%；而有機(jī)氮分解后最終也會(huì)產(chǎn)生氨態(tài)氮。傳統(tǒng)的污水生物處理，是先將氨態(tài)氮轉(zhuǎn)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?dú)猓ǚ聪趸�），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?dú)�，�?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(yīng)過(guò)程，在劃掉一些反應(yīng)步驟后繼續(xù)解釋，“縮短后的反應(yīng)過(guò)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(yīng)速度非�？欤�如果要及時(shí)阻止這一反應(yīng)的發(fā)生，就要做好很多因素的控制，比如反應(yīng)時(shí)間、溫度、溶解氧濃度等。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家都對(duì)這一原理心知肚明，但要找到實(shí)現(xiàn)路徑卻并不容易。在常溫與低溫城市污水中，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化是一項(xiàng)全球性的挑戰(zhàn)。

顯然，彭永臻帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)先行了一步。

校園的最西角，是一處城市污水處理實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)的中轉(zhuǎn)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(shù)方法與控制策略實(shí)現(xiàn)了超穩(wěn)定短程硝化：短程硝化在7天內(nèi)快速啟動(dòng)，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(guò)程已經(jīng)穩(wěn)定維持了450天，且目前依然在穩(wěn)定運(yùn)行。

這一論文，無(wú)疑為短程硝化技術(shù)的推廣落地投進(jìn)了一絲曙光。“研究還在進(jìn)行中，沒(méi)有最好，只有更好。”彭永臻說(shuō)。

2023年1月，深圳市寶安區(qū)福永水質(zhì)凈化廠二期工程提前46天完成竣工驗(yàn)收。這個(gè)日污水處理能力22.5萬(wàn)噸的項(xiàng)目投產(chǎn)，意味著彭永臻團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)外率先開(kāi)發(fā)的AOA工藝技術(shù)開(kāi)始穩(wěn)步地從實(shí)驗(yàn)室走向市場(chǎng)。

在深圳，日處理能力分別為30萬(wàn)噸、50萬(wàn)噸的兩座污水凈化廠項(xiàng)目正在建設(shè)中，預(yù)計(jì)今年6月投入使用。

不止深圳，北京、�？�、中山……一座座污水處理中型試驗(yàn)裝置在全國(guó)遍地開(kāi)花，這些用不銹鋼板和鋼筋混凝土建起來(lái)的大實(shí)驗(yàn)裝置正在穩(wěn)定運(yùn)行，為更大規(guī)模的投產(chǎn)運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn)。祖國(guó)大地上，一個(gè)個(gè)AOA技術(shù)新建與改造工程項(xiàng)目也正在熱火朝天地進(jìn)行中。

彭永臻將論文寫(xiě)在大地上的夙愿，正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

所謂AOA，即厭氧反應(yīng)（A）、好氧硝化（O）以及后置缺氧反硝化（A），是通過(guò)短程反硝化耦合厭氧氨氧化途徑進(jìn)一步脫氮的一種新工藝。也就是說(shuō)，通過(guò)控制不同的反應(yīng)條件，使微生物最大限度發(fā)揮作用，達(dá)到污水深度除氮的目的。

“國(guó)際上慣用的工藝是AAO，我們就是調(diào)整了一下順序。”彭永臻說(shuō)，雖然只是順序變了一下，但是微生物生物化學(xué)的反應(yīng)機(jī)理卻大不相同，污水處理脫氮效率大幅度提高：對(duì)比提標(biāo)改造前，同一項(xiàng)目日平均處理水量增長(zhǎng)17%，噸水污泥產(chǎn)生量減少26%，出水總氮濃度降低42%左右。

說(shuō)起來(lái)，這一新工藝技術(shù)的發(fā)現(xiàn)有些偶然。

2010年，在垃圾滲濾液處理的實(shí)驗(yàn)中，在本該進(jìn)行實(shí)驗(yàn)條件切換時(shí)，看守的學(xué)生睡過(guò)了頭，沒(méi)想到實(shí)驗(yàn)效果卻出奇的好。彭永臻沒(méi)有放過(guò)這一絲意外，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程在城市污水上進(jìn)行了驗(yàn)證，并逐漸梳理、拓展出新的工藝技術(shù)。圍繞這一成果，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊上陸續(xù)發(fā)表了10篇SCI論文。

將厭氧氨氧化技術(shù)應(yīng)用在城市污水處理中，也是彭永臻團(tuán)隊(duì)的首創(chuàng)。

“厭氧氨氧化是世界上最經(jīng)濟(jì)高效的污水生物脫氮技術(shù)。然而，如此高效的技術(shù)此前并未在城市污水處理領(lǐng)域得到應(yīng)用。”彭永臻解釋，參與厭氧氨氧化過(guò)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(yùn)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(dá)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(shù)就很難在城市污水處理中發(fā)揮作用。”彭永臻說(shuō)，團(tuán)隊(duì)通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究，掌握了厭氧氨氧化菌的增長(zhǎng)規(guī)律，為厭氧氨氧化菌打造出適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，讓它在城市污水中也能大顯身手。

2009年以來(lái)，彭永臻團(tuán)隊(duì)在脫氮除磷方面論文發(fā)表量始終在國(guó)內(nèi)外保持第一。幾十年來(lái)，堅(jiān)持研究方向不變，國(guó)內(nèi)少見(jiàn)。但彭永臻矢志不渝，他堅(jiān)信，再過(guò)50年甚至更長(zhǎng)的時(shí)間，脫氮除磷的研究依然還會(huì)有新的突破。

彭永臻并未在成績(jī)面前止步，科學(xué)家永遠(yuǎn)在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

污水處理排放標(biāo)準(zhǔn)是他最新的關(guān)切。“我國(guó)幅員遼闊，東西南北各地區(qū)的環(huán)境、氣候和生活習(xí)慣等差異很大，污水的水質(zhì)、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(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)該‘一刀切’。”彭永臻認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)是參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重要砝碼，它應(yīng)該是與時(shí)俱進(jìn)的。他在不同的場(chǎng)合呼吁，我國(guó)應(yīng)盡快完善和改進(jìn)自己的標(biāo)準(zhǔn)，并在今后的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定中爭(zhēng)取占有一席之地。