近日，《北京日報》以《污水還清》為題報道了彭永臻院士的科研故事。身為中國工程院院士、北京工業大學環境科學與工程學院教授，彭永臻一路見證著我國城市污水處理能力從無到有、從陪跑到跟跑再到領跑的歷程。“科研工作必須把國家重大需求放在第一位，希望我們的科研團隊未來能為國家作出更大貢獻。”年逾古稀的他談起未來擲地有聲。

一、奮起直追

在彭永臻的過往人生里，1973年刻下的無疑是一道特別的印記。

這一年，一場考試讓他這個下鄉知青的命運拐了個彎——在24歲那年，他成為一名工農兵大學生，進入哈爾濱建筑工程學院(現為哈爾濱工業大學)給水排水工程專業。這次選擇，決定了彭永臻未來幾十年的奮斗方向。

對于命運的這次眷顧，彭永臻直言幸運。

再往前追溯5年。1968年，響應國家“知識青年上山下鄉”的號召，彭永臻來到黑龍江生產建設兵團53團工程連參加生產建設，夏天蓋房子，冬天上山伐木。“1973年那一年我干得特別起勁兒，在所在的53團立了一個三等功，入了黨，還作為53團的唯一代表參加了共青團黑龍江省代表大會，在工農兵學員歷史上唯一的一次考試中成績又不錯，于是得到了這么一個上學的機會。”

輕描淡寫的背后，是不為人知的努力。

到生產建設兵團之前，彭永臻高一只讀了半年多，學過的知識已經扔了好幾年，再撿起來談何容易：沒有完整教材，只能四處找來零散的復習資料;生產勞動繁重，不得不擠出時間看書，常常看著看著書就睡著了，醒了繼續看。在這樣的條件下，他取得了三門考試科目均為甲等的好成績。

機會來之不易。一進入大學校園，他更加如饑似渴地學習，即使大學畢業后已留校任教，他仍未放松，在1978年考取了我國首批碩士研究生。“底子太薄，起點太低，總覺得知識比較匱乏，一直想多學點兒。”

這種匱乏感和緊迫感在前往日本后達到了一個巔峰。

1984年到1986年，彭永臻到日本京都大學留學兩年。當時日本的發展程度，尤其是先進的污水處理技術，讓他震驚不已。“1990年以前，國內即使在北京這樣的大城市，連一座城市污水處理廠都沒有;而當時的日本，不僅能夠處理大部分的城市污水，還可以對部分污水進行再生利用。”

儀器與設備等硬件上的差距更讓他震撼。當時，日本檢測和實驗設備的研發及生產能力，在世界上已經處于領先地位。反觀國內，由于設備大多依賴進口，價格之高讓很多高校和科研院所望而卻步。“我所在的院校擁有國內市政工程領域唯一的重點學科，卻連一臺實驗必需的蠕動泵都沒有。活性污泥法城市污水處理中最常用的監測儀器溶解氧檢測儀只有兩臺，其中一臺還是壞的。”

須臾不敢停歇，一刻不敢懈怠。

看資料、查論文，更新此前書本上學到的略顯過時的理論;跑現場、搞調研，為污水處理廠的建設出謀劃策;研發新工藝、新技術，泡在實驗室里反復驗證，讓科研成果盡快落地……

幾十年過去，我國的污水處理已是另一番圖景——從小切口看，彭永臻的實驗室配備了好幾百臺蠕動泵和溶解氧檢測儀;放眼全國，一座座城市污水處理廠拔地而起，守護著一片片綠水青山。

基礎研究與產業化應用取得的新突破讓彭永臻感到格外自豪。他興致勃勃地翻開自己最新發布的一條朋友圈，“這是我總結的去年我們在學術論文和工程技術應用信息方面的成果。”9張截圖上，他作為唯一通訊作者、他的學生作為唯一第一作者，在國際期刊發表的論文共有46篇，而且都是中國科學院一區期刊，也就是科學領域中最高質量的期刊。其團隊的前沿技術應用研究正在全國徐徐鋪開。

彭永臻曾在一篇自述中這樣寫道：“我們這一代人，上山下鄉、披荊斬棘，一路與共和國同向而行。眼見著祖國蓬勃發展、日新月異，我內心的自豪和激動之情無以言表。”

從不拿“起步晚”當理由，彭永臻一路奮起直追，后來居上。

二、先行一步

北京工業大學西校區，坐落著我國城鎮污水處理領域唯一的國家工程實驗室——城鎮污水深度處理與資源化利用技術國家級工程實驗室，這座白色的五層小樓是彭永臻和學生們的“戰場”。

多年以來，除了出差在外，彭永臻的大部分時間都在這座樓里度過。與他相伴的，是一桶桶污水、一排排試管和形形色色的監測設備。

走進實驗室，腥臭撲鼻。彭永臻和學生們卻面無異色，“我們都習慣了，鼻子已經失靈，根本聞不出這里有什么特別的氣味。”團隊學生王梓豪開玩笑，“您幸虧是這個時候來，再暖和點兒，實驗室里的蚊蟲肯定特別歡迎您。”

與大多數實驗室采用配置污水不同，在彭永臻的實驗室里，實驗對象都來自真實的生活場景：一部分是來自學校家屬區的生活污水，一部分是從垃圾中采集的垃圾滲濾液。“以實際污水為研究對象，雖然可控性差點兒，但是成果能更有效地得到轉化和利用。”彭永臻道出背后緣由。

夜以繼日“浸泡”在污水實驗室和污水處理廠中，彭永臻率先開展了城市污水短程硝化應用研究，首次提出并實現了短程反硝化，在國內外率先開展了短程反硝化與厭氧氨氧化聯合處理城市污水的理論和技術研究。

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。微生物承擔的使命，不僅僅要處理污水里面的有機物，還要脫氮除磷。彭永臻的一系列研究，瞄準的就是此前未被太多人重視的“自養脫氮”。

為什么要脫氮?內陸湖泊中瘋長的藻類以及由此帶來的危害，給我們拉響警報。彭永臻說，氮和磷都是生物的重要營養源，如果緩流水體中氮磷過多，會造成藻類異常繁殖，從而引起水體的富營養化，使水質惡化，從而危害魚蝦等水生生物甚至人類健康。

在城市污水中，氮分為兩類：氨態氮占90%，有機氮占10%;而有機氮分解后最終也會產生氨態氮。傳統的污水生物處理，是先將氨態氮轉化為亞硝態氮(亞硝化)，再將亞硝態氮氧化為硝態氮，最終將硝態氮還原為氮氣(反硝化)，從水體中排出。

“如果把氨態氮變為亞硝態氮后，我們直接讓亞硝態氮變成氮氣，節省步驟，就能大大節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過程，在劃掉一些反應步驟后繼續解釋，“縮短后的反應過程，我們稱之為‘短程硝化和反硝化’。”

然而，難度在于，從亞硝態氮到硝態氮的反應速度非常快，如果要及時阻止這一反應的發生，就要做好很多因素的控制，比如反應時間、溫度、溶解氧濃度等。事實上，國內外科學家都對這一原理心知肚明，但要找到實現路徑卻并不容易。在常溫與低溫城市污水中，實現穩定的短程硝化是一項全球性的挑戰。

顯然，彭永臻帶領團隊已經先行了一步。

校園的最西角，是一處城市污水處理實時控制系統的中試基地。這里是短程硝化和反硝化研究從實驗室走向市場的中轉站，一批成果正陸續從這里誕生。

2023年2月14日，王梓豪以唯一第一作者身份在《自然》子刊上刊發論文，找到一種全新的技術方法與控制策略實現了超穩定短程硝化：短程硝化在7天內快速啟動，即使溫度低至5.9攝氏度，亞硝態氮積累率仍保持在98.1%以上;這一過程已經穩定維持了450天，且目前依然在穩定運行。

這一論文，無疑為短程硝化技術的推廣落地投進了一絲曙光。“研究還在進行中，沒有最好，只有更好。”彭永臻說。

三、永不止步

2023年1月，深圳市寶安區福永水質凈化廠二期工程提前46天完成竣工驗收。這個日污水處理能力22.5萬噸的項目投產，意味著彭永臻團隊在國內外率先開發的AOA工藝技術開始穩步地從實驗室走向市場。

在深圳，日處理能力分別為30萬噸、50萬噸的兩座污水凈化廠項目正在建設中，預計今年6月投入使用。

不止深圳，北京、海口、中山……一座座污水處理中型試驗裝置在全國遍地開花，這些用不銹鋼板和鋼筋混凝土建起來的大實驗裝置正在穩定運行，為更大規模的投產運行積累經驗。祖國大地上，一個個AOA技術新建與改造工程項目也正在熱火朝天地進行中。

彭永臻將論文寫在大地上的夙愿，正一步步變為現實。

所謂AOA，即厭氧反應(A)、好氧硝化(O)以及后置缺氧反硝化(A)，是通過短程反硝化耦合厭氧氨氧化途徑進一步脫氮的一種新工藝。也就是說，通過控制不同的反應條件，使微生物最大限度發揮作用，達到污水深度除氮的目的。

“國際上慣用的工藝是AAO，我們就是調整了一下順序。”彭永臻說，雖然只是順序變了一下，但是微生物生物化學的反應機理卻大不相同，污水處理脫氮效率大幅度提高：對比提標改造前，同一項目日平均處理水量增長17%，噸水污泥產生量減少26%，出水總氮濃度降低42%左右。

說起來，這一新工藝技術的發現有些偶然。

2010年，在垃圾滲濾液處理的實驗中，在本該進行實驗條件切換時，看守的學生睡過了頭，沒想到實驗效果卻出奇的好。彭永臻沒有放過這一絲意外，將實驗過程在城市污水上進行了驗證，并逐漸梳理、拓展出新的工藝技術。圍繞這一成果，他帶領團隊在國際期刊上陸續發表了10篇SCI論文。

將厭氧氨氧化技術應用在城市污水處理中，也是彭永臻團隊的首創。

“厭氧氨氧化是世界上最經濟高效的污水生物脫氮技術。然而，如此高效的技術此前并未在城市污水處理領域得到應用。”彭永臻解釋，參與厭氧氨氧化過程的厭氧氨氧化菌，最喜歡高氨氮的環境，因此此前被廣泛運用在高氨氮的工業污水處理中。

一組數據讓人一目了然：每升工業污水的氨氮含量可達數千毫克，而城市污水只有四五十毫克。“氨氮含量少，難于培養和富集厭氧氨氧化菌，厭氧氨氧化菌技術就很難在城市污水處理中發揮作用。”彭永臻說，團隊通過長期實驗研究，掌握了厭氧氨氧化菌的增長規律，為厭氧氨氧化菌打造出適宜的生長環境，讓它在城市污水中也能大顯身手。

2009年以來，彭永臻團隊在脫氮除磷方面論文發表量始終在國內外保持第一。幾十年來，堅持研究方向不變，國內少見。但彭永臻矢志不渝，他堅信，再過50年甚至更長的時間，脫氮除磷的研究依然還會有新的突破。

彭永臻并未在成績面前止步，科學家永遠在發現問題。

污水處理排放標準是他最新的關切。“我國幅員遼闊，東西南北各地區的環境、氣候和生活習慣等差異很大，污水的水質、水溫，特別是受納水體的環境容量都各不相同，污水排放標準不應該‘一刀切’。”彭永臻認為，標準是參與國際競爭的重要砝碼，它應該是與時俱進的。他在不同的場合呼吁，我國應盡快完善和改進自己的標準，并在今后的國際標準制定中爭取占有一席之地。

四、亦師亦友

翻開彭永臻的朋友圈，除了各種學術討論，剩下的就是籃球。

70多歲的人，每周都“禁不住學生的誘惑”，要在球場上與學生切磋一下。對他來說，球場既拉近了他與年輕人的距離，也能讓他一次次重溫在科學研究上感受到的“密切配合的默契”。他將自己的每次精彩進球都發到朋友圈里，自豪之余也不無幽默地提醒隊友，“嚴密防守，不打假球”。

“我們二十幾歲的小伙子有時候還真防不住他。”王梓豪是彭永臻的球友，之前并不喜歡運動的他，在成了彭永臻的研究生后，也被拉到了球場。在他和同門的心目中，彭永臻一直“如父如友”。

在成為彭永臻的學生之前，王梓豪也沒想到會有這么多與院士打交道的機會。“本來以為一年見不上幾次面，沒想到我們是天天見。”王梓豪說，彭永臻辦公室的門永遠向學生敞開。“他每天的日程都排得特別滿，但只要是學生找上門，無論是聊論文聊實驗還是聊生活，他總會擠出時間接待我們。”

學生夏楊在“研途有您，我心中的好導師”征文中記下了這樣一件小事：“每年的年初都會有一部分學生去水廠實習，我就是其中的一個。一次學術會議結束后，彭老師叫來在各個水廠實習的學生匯報情況，在得知我所在的水廠補貼較低后，彭老師立刻給水廠負責人打電話說明情況，從那個月開始我的補貼提高了。”

“先做學生的朋友，再做學生的老師。”這句話被彭永臻視為座右銘。在他看來，“金獎銀獎不如學生的夸獎”。他教給學生的，不僅僅是課堂上的理論知識，還有嚴謹的科研態度，永葆好奇的發問之心。

永遠的西裝革履，永遠的意氣風發，是學生趙琪眼中的彭永臻。“感覺他對這個世界充滿了好奇，好多新鮮事兒我都是從彭老師那里聽說的。”

在獲得了2021年度何梁何利基金科學與技術進步獎之后，他將全部獎金20萬港幣捐贈給了北京工業大學教育基金會，用于資助和獎勵環境保護領域的創新型人才。了解了他身為老師的一面，這樣的舉動也就不足為奇了。

“我現在的心愿就是把所有的畢業生都培養成優秀的科技人才，為國家的科技進步接續奮斗。”彭永臻說。

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