情系寒區水資源 科學治理水污染

劉玉杰

水是生命之源。民生離不開水，生產離不開水，一切動植物生命體都離不開水，因而治城必先治水。作為水污染治理的關鍵一環，中國寒區的水污染問題，一直是我國生態環境治理的重要組成部分。

中國寒區分布廣泛，典型地理模塊主要包含東北地區、青藏高原區以及新疆地區等，占我國總陸地面積的43.5%。我國東北嚴寒地區是國家重工業城市和國家商品糧生產基地，受氣候影響，冰封期冰層、積雪以及溫度較低導致東北寒區水體自凈能力差、污水處理效率低、突發性水環境污染風險高等問題，是我國寒區水污染治理的重中之重。

水是人類的命脈，水環境保護事關人民群眾切身利益。在東北師范大學環境學院，就有這樣一支立足于環境科學與工程學科的研究團隊，在團隊負責人周丹丹和霍明昕教授的帶領下，多年來他們將研究方向放在了城市污水再生與儲存、環境化學與污染控制、廢水處理與資源化等方面。立足于東北寒區的水處理問題，貢獻著團隊的科研力量。

立足現狀：迫在眉睫的東北寒區污水處理

一方晴天，一潭碧水，這是宜居生態的底線。一直以來，東北寒區的環境保護工作對我國綠色生態文明建設都具有非常重要的影響。

“十四五”時期，在加快構建“雙循環”新發展格局的宏觀背景下，生態環境建設在推動產業轉型升級、釋放內循環市場潛力、提升外循環層次水平等方面的作用將愈加凸顯。而在“雙循環”發展格局的背景下，東北區域生態環境治理工作也將面臨新的嚴峻考驗。

我國寒冷地區從10月到次年4月，全年60%的天數處于冬季氣候狀態，寒月溫度范圍處于-30℃～10℃，在漫長的寒冷時期中，水污染治理與人們的生活、社會發展有著密切聯系。

隨著經濟發展與環境可持續發展之間的關系日益加深，政府開始對污水中污染物的排放標準不斷提高，激化了東北寒區污水達標排放和經濟成本之間的矛盾。近些年來，周丹丹團隊在東北地區做了相關的調研工作。他們發現：溫度每下降10℃，微生物活性降低50%。在東北老工業基地，每年污水排放量高達105萬噸，且幾乎所有的污水處理系統都是以生物處理為核心單元。在秋冬季節，污水溫度低至8℃～15℃，微生物活性被嚴重抑制，不同處理工藝的污水處理效果顯著降低。為了使污水達標排放，普遍采取提高污泥濃度的方式保證微生物活性，最終導致冬季污水處理能耗大幅提高，污水處理成本增加。

最令團隊憂心的是，目前東北寒區污水治理人才外流的壓力較大，“孔雀東南飛”的現狀雖然在近年來沒有愈演愈烈，但仍不容樂觀。這些都對他們進一步開展科學研究工作造成了很大的阻礙。立足于這一現狀，他們并沒有懈怠，多年來他們勇肩使命，針對低溫帶來的一系列污水治理難題，展開了研究攻關。

學科建設：培養寒區水污染治理可繼之才

廢水生物處理與資源化團隊合影

家鄉的建設與發展，需要一代代科研人投身其中。針對寒區環境工程應用型人才培養體系不完善、寒區特色環境工程實踐教學基地和人才培養平臺匱乏、寒區污染防治產學研合作平臺教學體系單一的系列教學問題，周丹丹領導團隊一直在針對東北地區的城市污水治理問題，開展區域需要的特定科研人才培養工作。

通過多年的教學探索，他們以寒區環境工程相關社會服務及市場經濟為導向，構建了人才培養服務平臺、開創了校內導師與企業導師聯合實踐教學的產學研模式、構筑了跨校際實習實訓共享平臺、首創了寒區特色實踐基地平臺“網絡化”信息共享模式。特別是，在實習實訓過程中，他們在吉林省高等教育教學改革研究課題“寒區特色環境工程習訓跨校資源共享平臺建設與課程體系重構”的支撐下，聯合東北師范大學、吉林大學和吉林建筑大學，針對寒區生態文明建設的關鍵問題，面向東北老工業基地特有環境污染特征與污染控制需求，以寒區特色環境工程實習實訓跨校資源共享平臺建設與課程體系重構為核心目標，豐富健全了實習實踐課程體系和優化人才培養體系。項目改革成果應用于東北師范大學環境科學與工程學科5年以來，人才培養成果斐然、教學基地和人才培養平臺穩步拓展優化，形成了高質量、多元化、梯隊優勢互補的師資隊伍。

除此之外，他們還面向“寒區特色”修訂培養方案。針對寒區地域環境保護和社會經濟發展對人才的需求，修訂了《環境工程本科生培養方案》。特別是針對寒區環境保護的實際情況，在“水質工程學I”與“水質工程學I設計”中調整補充了低溫低濁水混凝與沉淀工藝優化及調控、低溫污水生物處理與資源化等實踐教學內容；在“固體廢物處理與處置”與“固體廢物處理與處置設計”課程中強化了低溫固廢填埋和資源化等實踐教學內容。

為定向人才培養特色和服務寒區生態文明建設，他們還開創了基礎理論—專業理論—專業實踐—理論應用的立體化人才培養模式。此外，多元化采用視頻公開課、翻轉課堂、BB平臺網課等新穎的教學模式開展了寒區特色環境工程實踐教學及特色理論課程教學，在學生和社會中取得了熱烈積極的反響。

團隊合力：東北寒區水污染開拓攻關

科研成果的背后離不開協力前行的科研團隊。如今東北師范大學環境工程專業領域，也形成了以周丹丹與霍明昕教授為帶頭人的兩支科研隊伍。周丹丹帶領團隊主要從事廢水的生物處理與資源化，霍明昕團隊主要致力于污水的深度處理與再生技術。整個專業團隊目前規模在14人左右，主要以40歲以下的青年教師為主。多年來，他們針對東北的環境需求，取得了一系列具有社會意義的創新性科研成果，并于2020年獲批東北師范大學水污染控制與可持續發展PI團隊建設項目。

城鎮污水處理的核心單元是生化池，其中蘊藏著多種復雜的功能微生物群體。從群體感應的角度出發，周丹丹帶領團隊成員在跨界胞間通訊方面形成了自己的研究特色。通過研究，他們發現：冬季低溫條件易誘發污水處理廠的活性污泥系統發生污泥膨脹，絲狀菌大量生長，微生物之間通過化學信號進行交流，菌膠團與絲狀菌間存在跨界胞間通訊，誘導菌絲生長，導致系統微生物生態位發生改變，參與生物脫氮過程的硝化、反硝化微生物活性下降，污水脫氮效果降低。這一發現也為他們今后的科研工作提供了一系列理論指導。

霍明昕指導學生工作

一直以來，以吉林省為代表的嚴寒地區城鎮污水處理的關鍵瓶頸是低溫生物處理效率低、老工業廢水匯入與污水排放水質要求高之間的矛盾。2020年，霍明昕主持的國家自然科學基金聯合基金項目“嚴寒地區城鎮污水生物強化處理新技術與原理”正式立項。立足這一研究項目，他們將系統探討以吉林省為代表的寒區城鎮污水污染物的賦存狀態與時空分布特性、有機物低溫生物深度削減新技術與原理、生物脫氮除磷功能強化策略、污泥膨脹發生機制和控制措施，并進一步明確生物強化削碳脫氮除磷組合新技術的原理，為寒區城鎮污水提標增效與水環境可持續發展奠定理論基礎和提供科學依據。

生態興則文明興，生態衰則文明衰。寒區污水生物處理與生物質資源化之路任重而道遠。今后，以周丹丹和霍明昕教授為首的科研團隊仍將不忘初心，在這一領域做出更多落地生根的科研成果，為故鄉東北水資源環境健康發展而竭力前行！