污水處理技術創新不能止步

中國工程院院士彭永臻：污水處理技術創新不能止步

彭永臻院士 受訪者供圖

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彭永臻，中國工程院院士、北京工業大學環境科學與工程學科首席教授、“城鎮污水深度處理與資源化利用技術國家工程實驗室”主任。長期致力于污水處理研究。先后獲得全國模范教師、國家教學名師、全國優秀科技工作者、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步獎、國家科技進步獎二等獎、國家技術發明獎二等獎，省部級特等獎與一等獎11項。培養工學博士108人。

深圳福永水質凈化廠設計圖。 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展的重要資源。保護水資源，污水處理是重要一環。

　　前不久，在中國城鎮供水排水協會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技術的新進展：在中試研究中，北京高碑店污水廠結果顯示，當溫度低至14.3℃時，出水連續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、節約運行能耗的基礎上，這一數值優于城鎮污水一級A類排放標準的80%以上，實現了極限、深度脫氮。

　　“這說明AOA技術在中低溫環境下具有較強韌性。”彭永臻說。

　　什么是AOA技術？這項技術給污水處理行業帶來哪些改變？如何推動新技術工程化落地？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生污水，但卻對污水處理知之甚少。污水處理技術的發展歷史是怎樣的？

　　彭永臻：無論是古代還是現代，經過人們使用，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，隨著社會工業化、城市化程度的不斷加深，人類對水體的污染愈發嚴重，僅僅依靠自凈無法滿足水體凈化需求，城市污水處理技術應運而生。1914年，英國工程師在曼徹斯特提出了“活性污泥”法，這被認為是生物法處理污水的開端。進入20世紀后，各國科學家先后提出了氧化溝、“厭氧—缺氧—好氧”（Anaerobic—Anoxic—Oxic，簡稱AAO）技術、間歇式活性污泥法等城市污水處理技術。

　　記者：現在污水處理要經過哪些步驟？

　　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物和氮、磷物質，加速這些污染物的轉化與凈化。這一步的目的是去除污水中的有機物，完成脫氮除磷。完成生物處理后的污水會進入二次沉淀池，城市污水處理廠通過沉淀、消毒等手段，進一步凈化污水，從而達到排放標準，進而實現再利用。

　　目前，脫氮除磷是污水處理中的重點，其高效處理也是難點。相比于大多數有機物，氮、磷更難被微生物快速轉化與去除，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志的水體富營養化，污染生態環境，影響百姓健康。

　　成本控制也很關鍵。我們的目標不僅是把氮、磷去除得更加徹底，使處理過程更加高效，還要考慮節能降耗，實現成本最優化。因此，脫氮除磷是城市污水處理當中最難啃的一塊硬骨頭。

　　記者：為了啃下這塊硬骨頭，您帶領團隊開發了AOA技術。能簡單介紹一下嗎？

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

　　記者：相較于AAO，這項技術有什么優勢？

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

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

　　數據顯示，相比于AAO工藝，AOA技術可降低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，按照這一標準測算，采用AOA工藝每年可節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的發展歷程。

　　彭永臻：這也讓我感觸頗多。記得1990年左右，我在哈爾濱工業大學任教。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狀貢獻力量，還江河山川以清水碧波。上世紀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，我國污水處理事業飛速發展。如今，我國的污水處理能力、技術水平已位居世界前列。

　　推動技術從實驗室走向處理廠

　　記者：目前AOA技術已在哪些城市落地？

　　彭永臻：2019年，北京工業大學與北控水務集團聯合建立了國內外首套AOA中試系統。2021年建成了污水處理設計規模為每天3萬立方米的AOA城市污水處理廠。

　　全國現在共有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：這一技術在污水處理實踐中成效怎么樣？

　　彭永臻：數據不會騙人，在不同地區，針對不同水質水量的污水，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，我們先嘗試建設了日處理量為22.5萬立方米的深圳福永水質凈化廠，以AOA運行模式調試完成后，凈化廠的運行性能非常穩定，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引入其中，進一步提升了深圳福永水質凈化廠的處理效果，其平均出水總氮濃度穩定在每升5.0毫克以下。相關新技術分別在2022年和2023年入選了中國科協“科創中國”先導技術榜（綠色低碳領域）與科技部《國家綠色低碳先進技術成果目錄》（水污染治理領域）。2025年12月，由北京工業大學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獎一等獎，這也是該年度環境領域唯一的自然科學獎一等獎。

　　深圳福永水質凈化廠成功應用AOA新技術后，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凈化廠、深圳福田水質凈化廠應用了AOA新技術。完成運行調試后，兩個凈水廠大部分時期出水總氮濃度小于每升2.0毫克。這樣優異的凈水效果，以我從事脫氮除磷工作40多年的經驗看，都是首屈一指。這也意味著，僅在深圳一個城市，AOA技術每天可以使82.5萬立方米的城市污水得到高效、深度的凈化。

　　記者：新技術的落地應用順利嗎？

　　彭永臻：其實最開始AOA技術是不被業界認可的，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疑，技術推廣過程也是困難重重。在深圳推廣的時候，當地污水處理相關負責人雖然很重視新技術應用，但也不敢直接“拍板”，怕新技術有各種各樣的問題。但我對技術非常有把握，所以告訴他們，如果落地過程中有任何問題，我都負責到底。為了增強他們的信心，我還帶著他們去幾個已建成應用的試點參觀。他們初步覺得可行后，又在當地開展中試。取得了不錯的中試效果后，他們才落地了這項技術。

　　記者：下一步您準備怎么優化AOA技術？

　　彭永臻：AOA技術在進一步推廣的過程中，還有一些問題需要解決。比如，各地污水類型不盡相同，有的地方工業污水在城市污水中占比高，有的工業污水成分特殊。對于不同的污水，AOA技術如何實現高效率低成本凈水，還需要進一步在實踐中檢驗并不斷優化。

　　此外，我國南北方氣溫差異顯著，在北方低溫條件下，AOA技術能否經受住考驗，也是技術規模化推廣要過的重要一關。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用了AOA新技術，在北方低溫條件下，其表現出極強的韌性，出水總氮穩定在每升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，為后續在我國北方的廣泛應用提供參考。我相信，AOA技術一定會在實際落地中不斷沉淀優化，愈煉愈強。

　　記者：在AOA技術推廣過程中，您一定積累了不少成果轉化的經驗。

　　彭永臻：經過多年實踐，我總結了兩條經驗。一是進行扎實的基礎研究，二是充分開展前期的小型與中型試驗。只有技術理論扎實，工程應用效果可靠，我們才更有底氣去推動成果轉化。

　　我們團隊特別重視開展基礎研究。雖然污水處理是工程技術類專業，但其開展創新、實踐的基礎，仍是基礎理論，比如微生物學研究、控制理論研究等。我們常說“基礎不牢，地動山搖”，就是說要夯實理論基礎，成果才更有可能進入到小試、中試環節。可以說，我們既重視“從1到10”的工程創新，也重視“從0到1”的基礎創新。

　　中試環節是成果邁向生產線的關鍵一步。不過需要注意的是，在成果轉化過程中，即使小試、中試效果都不錯，在實際生產中也可能遇到其他問題，這就需要科研人員實時深入生產一線，根據生產問題實時調整。

　　污水處理行業前景廣闊

　　記者：您是如何進入污水處理行業的？

　　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建設兵團接受鍛煉。經過推薦和考試，我成為了一名工農兵學員。面對來之不易的學習機會，我非常珍惜，可以說只要能上大學，什么專業我都愿意學。

　　所以，當我被錄取到由哈爾濱工業大學分離出來的哈爾濱建筑工程學院的給水排水工程專業時，雖然對專業了解不多，也欣然接受。入校學習后，我才發現這個專業挺好，老百姓的生活離不開水，污水處理與民生息息相關。因此越學越有興趣，一直到今天。

　　記者：您曾經提到，當前我國城市污水廠的污水處理總量，已經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是污水量的1.4倍，但我國城市污水管道“跑冒滴漏”現象依然比較嚴重，造成一部分污水沒有進入污水處理廠，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創新不能止步，污水處理廠建設也需要繼續推進，污水處理領域人才培養要繼續加強。

　　而且，污水脫氮除磷領域還有很多待解決的問題。現在城市污水處理的費用還是非常高，整個系統節能降耗減碳的空間還非常大。

　　記者：有觀點認為污水相關專業是“天坑”專業，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，我國持續推動生態文明建設。我國第二部以“法典”命名的法律——生態環境法典將于今年8月施行，它針對水污染防治進行了多方面規定。隨著我國生態保護工作持續深化，社會對污水處理人才的需求將不斷擴大，行業對于高素質人才的需求將愈發迫切。

　　我在工作中也深切體會到了這一點。在和各地水處理機構溝通的過程中，我發現他們對新技術展現出迫切的需求，急需相關專業人才支撐新技術落地應用，推動行業轉型升級、提質增效。因此我認為，隨著新技術的不斷推廣，污水處理行業的發展空間將持續拓寬，前景將愈發廣闊。

　　致青年科技人才

　　幾十年來的深入學習和實踐讓我越來越堅信，偉大的技術最終目標是真切地解決國計民生問題。污水處理關乎綠水青山與人民健康，與千家萬戶息息相關，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方向與國家戰略、社會需求緊密結合，解決實際問題，找到科研工作的持久動力與崇高價值。

　　一項技術從實驗室走向廣泛應用，中間隔著從小試到中試再到工程化的千山萬水。我們團隊為推廣AOA新技術，在全國建設了30余座中試系統，并長期深入生產一線。你們不僅要成為實驗室里的能手，更要立志成為工程現場的專家，要敢于對技術的應用效果負責，在工程化進程中體現青年一代的實干與擔當。

　　——彭永臻