本报记者 牛伟坤
每天，我们洗菜、刷碗、冲澡、冲马桶等产生的生活污水以厨房和浴室为起点，流经纵横交错的排水系统，汇入城市污水处理厂，从此开启一段奇妙的旅行：沉砂、沉淀、生物净化、过滤、消毒……直至达到排放标准后，才再次进入水环境，开启新的循环。
过去50多年里，彭永臻一直密切追踪着城市污水的一次次旅行。他带领团队始终奋战在科研第一线，精益求精地改进污水处理工艺和技术，通过更好地净化与“美容”，让它们脱污还清。这为首都经济社会高质量发展作出突出贡献，前不久，他被授予首批“北京市先进科技工作者”称号。
身为中国工程院院士、北京工业大学环境科学与工程学院教授，彭永臻一路见证着我国城市污水处理能力从无到有、从陪跑到跟跑再到领跑的历程。“科研工作必须把国家重大需求放在第一位，希望我们的科研团队未来能为国家作出更大贡献。”年逾古稀的他谈起未来掷地有声。
彭永臻院士（左二）带领学生做污水处理实验
①奋起直追
在彭永臻的过往人生里，1973年刻下的无疑是一道特别的印记。
这一年，一场考试让他这个下乡知青的命运拐了个弯——在24岁那年，他成为一名工农兵大学生，进入哈尔滨建筑工程学院（现为哈尔滨工业大学）给水排水工程专业。这次选择，决定了彭永臻未来几十年的奋斗方向。
对于命运的这次眷顾，彭永臻直言幸运。
再往前追溯5年。1968年，响应国家“知识青年上山下乡”的号召，彭永臻来到黑龙江生产建设兵团53团工程连参加生产建设，夏天盖房子，冬天上山伐木。“1973年那一年我干得特别起劲儿，在所在的53团立了一个三等功，入了党，还作为53团的唯一代表参加了共青团黑龙江省代表大会，在工农兵学员历史上唯一的一次考试中成绩又不错，于是得到了这么一个上学的机会。”
轻描淡写的背后，是不为人知的努力。
到生产建设兵团之前，彭永臻高一只读了半年多，学过的知识已经扔了好几年，再捡起来谈何容易：没有完整教材，只能四处找来零散的复习资料；生产劳动繁重，不得不挤出时间看书，常常看着看着书就睡着了，醒了继续看。在这样的条件下，他取得了三门考试科目均为甲等的好成绩。
机会来之不易。一进入大学校园，他更加如饥似渴地学习，即使大学毕业后已留校任教，他仍未放松，在1978年考取了我国首批硕士研究生。“底子太薄，起点太低，总觉得知识比较匮乏，一直想多学点儿。”
这种匮乏感和紧迫感在前往日本后达到了一个巅峰。
1984年到1986年，彭永臻到日本京都大学留学两年。当时日本的发展程度，尤其是先进的污水处理技术，让他震惊不已。“1990年以前，国内即使在北京这样的大城市，连一座城市污水处理厂都没有；而当时的日本，不仅能够处理大部分的城市污水，还可以对部分污水进行再生利用。”
仪器与设备等硬件上的差距更让他震撼。当时，日本检测和实验设备的研发及生产能力，在世界上已经处于领先地位。反观国内，由于设备大多依赖进口，价格之高让很多高校和科研院所望而却步。“我所在的院校拥有国内市政工程领域唯一的重点学科，却连一台实验必需的蠕动泵都没有。活性污泥法城市污水处理中最常用的监测仪器溶解氧检测仪只有两台，其中一台还是坏的。”
须臾不敢停歇，一刻不敢懈怠。
看资料、查论文，更新此前书本上学到的略显过时的理论；跑现场、搞调研，为污水处理厂的建设出谋划策；研发新工艺、新技术，泡在实验室里反复验证，让科研成果尽快落地……
几十年过去，我国的污水处理已是另一番图景——从小切口看，彭永臻的实验室配备了好几百台蠕动泵和溶解氧检测仪；放眼全国，一座座城市污水处理厂拔地而起，守护着一片片绿水青山。
基础研究与产业化应用取得的新突破让彭永臻感到格外自豪。他兴致勃勃地翻开自己最新发布的一条朋友圈，“这是我总结的去年我们在学术论文和工程技术应用信息方面的成果。”9张截图上，他作为唯一通讯作者、他的学生作为唯一第一作者，在国际期刊发表的论文共有46篇，而且都是中国科学院一区期刊，也就是科学领域中最高质量的期刊。其团队的前沿技术应用研究正在全国徐徐铺开。
彭永臻曾在一篇自述中这样写道：“我们这一代人，上山下乡、披荆斩棘，一路与共和国同向而行。眼见着祖国蓬勃发展、日新月异，我内心的自豪和激动之情无以言表。”
从不拿“起步晚”当理由，彭永臻一路奋起直追，后来居上。
②先行一步
北京工业大学西校区，坐落着我国城镇污水处理领域唯一的国家工程实验室——城镇污水深度处理与资源化利用技术国家级工程实验室，这座白色的五层小楼是彭永臻和学生们的“战场”。多年以来，除了出差在外，彭永臻的大部分时间都在这座楼里度过。与他相伴的，是一桶桶污水、一排排试管和形形色色的监测设备。
走进实验室，腥臭扑鼻。彭永臻和学生们却面无异色，“我们都习惯了，鼻子已经失灵，根本闻不出这里有什么特别的气味。”团队学生王梓豪开玩笑，“您幸亏是这个时候来，再暖和点儿，实验室里的蚊虫肯定特别欢迎您。”
与大多数实验室采用配置污水不同，在彭永臻的实验室里，实验对象都来自真实的生活场景：一部分是来自学校家属区的生活污水，一部分是从垃圾中采集的垃圾渗滤液。“以实际污水为研究对象，虽然可控性差点儿，但是成果能更有效地得到转化和利用。”彭永臻道出背后缘由。
夜以继日“浸泡”在污水实验室和污水处理厂中，彭永臻率先开展了城市污水短程硝化应用研究，首次提出并实现了短程反硝化，在国内外率先开展了短程反硝化与厌氧氨氧化联合处理城市污水的理论和技术研究。
要解释这一连串的高深名词，就得从城市污水生物处理的基本原理说起。
目前，全世界的城市污水处理，99%以上都采用微生物处理法。微生物承担的使命，不仅仅要处理污水里面的有机物，还要脱氮除磷。彭永臻的一系列研究，瞄准的就是此前未被太多人重视的“自养脱氮”。
为什么要脱氮？内陆湖泊中疯长的藻类以及由此带来的危害，给我们拉响警报。彭永臻说，氮和磷都是生物的重要营养源，如果缓流水体中氮磷过多，会造成藻类异常繁殖，从而引起水体的富营养化，使水质恶化，从而危害鱼虾等水生生物甚至人类健康。
在城市污水中，氮分为两类：氨态氮占90%，有机氮占10%；而有机氮分解后最终也会产生氨态氮。传统的污水生物处理，是先将氨态氮转化为亚硝态氮（亚硝化），再将亚硝态氮氧化为硝态氮，最终将硝态氮还原为氮气（反硝化），从水体中排出。
“如果把氨态氮变为亚硝态氮后，我们直接让亚硝态氮变成氮气，节省步骤，就能大大节能减碳并提高污水处理效率。”彭永臻在纸上用箭头为记者展示背后的反应过程，在划掉一些反应步骤后继续解释，“缩短后的反应过程，我们称之为‘短程硝化和反硝化’。”
然而，难度在于，从亚硝态氮到硝态氮的反应速度非常快，如果要及时阻止这一反应的发生，就要做好很多因素的控制，比如反应时间、温度、溶解氧浓度等。事实上，国内外科学家都对这一原理心知肚明，但要找到实现路径却并不容易。在常温与低温城市污水中，实现稳定的短程硝化是一项全球性的挑战。
显然，彭永臻带领团队已经先行了一步。
校园的最西角，是一处城市污水处理实时控制系统的中试基地。这里是短程硝化和反硝化研究从实验室走向市场的中转站，一批成果正陆续从这里诞生。
2023年2月14日，王梓豪以唯一第一作者身份在《自然》子刊上刊发论文，找到一种全新的技术方法与控制策略实现了超稳定短程硝化：短程硝化在7天内快速启动，即使温度低至5.9摄氏度，亚硝态氮积累率仍保持在98.1%以上；这一过程已经稳定维持了450天，且目前依然在稳定运行。
这一论文，无疑为短程硝化技术的推广落地投进了一丝曙光。“研究还在进行中，没有最好，只有更好。”彭永臻说。
③永不止步
2023年1月，深圳市宝安区福永水质净化厂二期工程提前46天完成竣工验收。这个日污水处理能力22.5万吨的项目投产，意味着彭永臻团队在国内外率先开发的AOA工艺技术开始稳步地从实验室走向市场。
在深圳，日处理能力分别为30万吨、50万吨的两座污水净化厂项目正在建设中，预计今年6月投入使用。
不止深圳，北京、海口、中山……一座座污水处理中型试验装置在全国遍地开花，这些用不锈钢板和钢筋混凝土建起来的大实验装置正在稳定运行，为更大规模的投产运行积累经验。祖国大地上，一个个AOA技术新建与改造工程项目也正在热火朝天地进行中。
彭永臻将论文写在大地上的夙愿，正一步步变为现实。
所谓AOA，即厌氧反应（A）、好氧硝化（O）以及后置缺氧反硝化（A），是通过短程反硝化耦合厌氧氨氧化途径进一步脱氮的一种新工艺。也就是说，通过控制不同的反应条件，使微生物最大限度发挥作用，达到污水深度除氮的目的。
“国际上惯用的工艺是AAO，我们就是调整了一下顺序。”彭永臻说，虽然只是顺序变了一下，但是微生物生物化学的反应机理却大不相同，污水处理脱氮效率大幅度提高：对比提标改造前，同一项目日平均处理水量增长17%，吨水污泥产生量减少26%，出水总氮浓度降低42%左右。
说起来，这一新工艺技术的发现有些偶然。
2010年，在垃圾渗滤液处理的实验中，在本该进行实验条件切换时，看守的学生睡过了头，没想到实验效果却出奇的好。彭永臻没有放过这一丝意外，将实验过程在城市污水上进行了验证，并逐渐梳理、拓展出新的工艺技术。围绕这一成果，他带领团队在国际期刊上陆续发表了10篇SCI论文。
将厌氧氨氧化技术应用在城市污水处理中，也是彭永臻团队的首创。
“厌氧氨氧化是世界上最经济高效的污水生物脱氮技术。然而，如此高效的技术此前并未在城市污水处理领域得到应用。”彭永臻解释，参与厌氧氨氧化过程的厌氧氨氧化菌，最喜欢高氨氮的环境，因此此前被广泛运用在高氨氮的工业污水处理中。
一组数据让人一目了然：每升工业污水的氨氮含量可达数千毫克，而城市污水只有四五十毫克。“氨氮含量少，难于培养和富集厌氧氨氧化菌，厌氧氨氧化菌技术就很难在城市污水处理中发挥作用。”彭永臻说，团队通过长期实验研究，掌握了厌氧氨氧化菌的增长规律，为厌氧氨氧化菌打造出适宜的生长环境，让它在城市污水中也能大显身手。
2009年以来，彭永臻团队在脱氮除磷方面论文发表量始终在国内外保持第一。几十年来，坚持研究方向不变，国内少见。但彭永臻矢志不渝，他坚信，再过50年甚至更长的时间，脱氮除磷的研究依然还会有新的突破。
彭永臻并未在成绩面前止步，科学家永远在发现问题。
污水处理排放标准是他最新的关切。“我国幅员辽阔，东西南北各地区的环境、气候和生活习惯等差异很大，污水的水质、水温，特别是受纳水体的环境容量都各不相同，污水排放标准不应该‘一刀切’。”彭永臻认为，标准是参与国际竞争的重要砝码，它应该是与时俱进的。他在不同的场合呼吁，我国应尽快完善和改进自己的标准，并在今后的国际标准制定中争取占有一席之地。
④亦师亦友
翻开彭永臻的朋友圈，除了各种学术讨论，剩下的就是篮球。
70多岁的人，每周都“禁不住学生的诱惑”，要在球场上与学生切磋一下。对他来说，球场既拉近了他与年轻人的距离，也能让他一次次重温在科学研究上感受到的“密切配合的默契”。他将自己的每次精彩进球都发到朋友圈里，自豪之余也不无幽默地提醒队友，“严密防守，不打假球”。
“我们二十几岁的小伙子有时候还真防不住他。”王梓豪是彭永臻的球友，之前并不喜欢运动的他，在成了彭永臻的研究生后，也被拉到了球场。在他和同门的心目中，彭永臻一直“如父如友”。
在成为彭永臻的学生之前，王梓豪也没想到会有这么多与院士打交道的机会。“本来以为一年见不上几次面，没想到我们是天天见。”王梓豪说，彭永臻办公室的门永远向学生敞开。“他每天的日程都排得特别满，但只要是学生找上门，无论是聊论文聊实验还是聊生活，他总会挤出时间接待我们。”
学生夏杨在“研途有您，我心中的好导师”征文中记下了这样一件小事：“每年的年初都会有一部分学生去水厂实习，我就是其中的一个。一次学术会议结束后，彭老师叫来在各个水厂实习的学生汇报情况，在得知我所在的水厂补贴较低后，彭老师立刻给水厂负责人打电话说明情况，从那个月开始我的补贴提高了。”
“先做学生的朋友，再做学生的老师。”这句话被彭永臻视为座右铭。在他看来，“金奖银奖不如学生的夸奖”。他教给学生的，不仅仅是课堂上的理论知识，还有严谨的科研态度，永葆好奇的发问之心。
永远的西装革履，永远的意气风发，是学生赵琪眼中的彭永臻。“感觉他对这个世界充满了好奇，好多新鲜事儿我都是从彭老师那里听说的。”
在获得了2021年度何梁何利基金科学与技术进步奖之后，他将全部奖金20万港币捐赠给了北京工业大学教育基金会，用于资助和奖励环境保护领域的创新型人才。了解了他身为老师的一面，这样的举动也就不足为奇了。
“我现在的心愿就是把所有的毕业生都培养成优秀的科技人才，为国家的科技进步接续奋斗。”彭永臻说。
