情系寒区水资源 科学治理水污染

刘玉杰

水是生命之源。民生离不开水，生产离不开水，一切动植物生命体都离不开水，因而治城必先治水。作为水污染治理的关键一环，中国寒区的水污染问题，一直是我国生态环境治理的重要组成部分。

中国寒区分布广泛，典型地理模块主要包含东北地区、青藏高原区以及新疆地区等，占我国总陆地面积的43.5%。我国东北严寒地区是国家重工业城市和国家商品粮生产基地，受气候影响，冰封期冰层、积雪以及温度较低导致东北寒区水体自净能力差、污水处理效率低、突发性水环境污染风险高等问题，是我国寒区水污染治理的重中之重。

水是人类的命脉，水环境保护事关人民群众切身利益。在东北师范大学环境学院，就有这样一支立足于环境科学与工程学科的研究团队，在团队负责人周丹丹和霍明昕教授的带领下，多年来他们将研究方向放在了城市污水再生与储存、环境化学与污染控制、废水处理与资源化等方面。立足于东北寒区的水处理问题，贡献着团队的科研力量。

立足现状：迫在眉睫的东北寒区污水处理

一方晴天，一潭碧水，这是宜居生态的底线。一直以来，东北寒区的环境保护工作对我国绿色生态文明建设都具有非常重要的影响。

“十四五”时期，在加快构建“双循环”新发展格局的宏观背景下，生态环境建设在推动產业转型升级、释放内循环市场潜力、提升外循环层次水平等方面的作用将愈加凸显。而在“双循环”发展格局的背景下，东北区域生态环境治理工作也将面临新的严峻考验。

我国寒冷地区从10月到次年4月，全年60%的天数处于冬季气候状态，寒月温度范围处于-30℃？10℃，在漫长的寒冷时期中，水污染治理与人们的生活、社会发展有着密切联系。

随着经济发展与环境可持续发展之间的关系日益加深，政府开始对污水中污染物的排放标准不断提高，激化了东北寒区污水达标排放和经济成本之间的矛盾。近些年来，周丹丹团队在东北地区做了相关的调研工作。他们发现：温度每下降10℃，微生物活性降低50%。在东北老工业基地，每年污水排放量高达105万吨，且几乎所有的污水处理系统都是以生物处理为核心单元。在秋冬季节，污水温度低至8℃？15℃，微生物活性被严重抑制，不同处理工艺的污水处理效果显著降低。为了使污水达标排放，普遍采取提高污泥浓度的方式保证微生物活性，最终导致冬季污水处理能耗大幅提高，污水处理成本增加。

最令团队忧心的是，目前东北寒区污水治理人才外流的压力较大，“孔雀东南飞”的现状虽然在近年来没有愈演愈烈，但仍不容乐观。这些都对他们进一步开展科学研究工作造成了很大的阻碍。立足于这一现状，他们并没有懈怠，多年来他们勇肩使命，针对低温带来的一系列污水治理难题，展开了研究攻关。

学科建设：培养寒区水污染治理可继之才

家乡的建设与发展，需要一代代科研人投身其中。针对寒区环境工程应用型人才培养体系不完善、寒区特色环境工程实践教学基地和人才培养平台匮乏、寒区污染防治产学研合作平台教学体系单一的系列教学问题，周丹丹领导团队一直在针对东北地区的城市污水治理问题，开展区域需要的特定科研人才培养工作。

通过多年的教学探索，他们以寒区环境工程相关社会服务及市场经济为导向，构建了人才培养服务平台、开创了校内导师与企业导师联合实践教学的产学研模式、构筑了跨校际实习实训共享平台、首创了寒区特色实践基地平台“网络化”信息共享模式。特别是，在实习实训过程中，他们在吉林省高等教育教学改革研究课题“寒区特色环境工程习训跨校资源共享平台建设与课程体系重构”的支撑下，联合东北师范大学、吉林大学和吉林建筑大学，针对寒区生态文明建设的关键问题，面向东北老工业基地特有环境污染特征与污染控制需求，以寒区特色环境工程实习实训跨校资源共享平台建设与课程体系重构为核心目标，丰富健全了实习实践课程体系和优化人才培养体系。项目改革成果应用于东北师范大学环境科学与工程学科5年以来，人才培养成果斐然、教学基地和人才培养平台稳步拓展优化，形成了高质量、多元化、梯队优势互补的师资队伍。

除此之外，他们还面向“寒区特色”修订培养方案。针对寒区地域环境保护和社会经济发展对人才的需求，修订了《环境工程本科生培养方案》。特别是针对寒区环境保护的实际情况，在“水质工程学I”与“水质工程学I设计”中调整补充了低温低浊水混凝与沉淀工艺优化及调控、低温污水生物处理与资源化等实践教学内容；在“固体废物处理与处置”与“固体废物处理与处置设计”课程中强化了低温固废填埋和资源化等实践教学内容。

为定向人才培养特色和服务寒区生态文明建设，他们还开创了基础理论—专业理论—专业实践—理论应用的立体化人才培养模式。此外，多元化采用视频公开课、翻转课堂、BB平台网课等新颖的教学模式开展了寒区特色环境工程实践教学及特色理论课程教学，在学生和社会中取得了热烈积极的反响。

团队合力：东北寒区水污染开拓攻关

科研成果的背后离不开协力前行的科研团队。如今东北师范大学环境工程专业领域，也形成了以周丹丹与霍明昕教授为带头人的两支科研队伍。周丹丹带领团队主要从事废水的生物处理与资源化，霍明昕团队主要致力于污水的深度处理与再生技术。整个专业团队目前规模在14人左右，主要以40岁以下的青年教师为主。多年来，他们针对东北的环境需求，取得了一系列具有社会意义的创新性科研成果，并于2020年获批东北师范大学水污染控制与可持续发展PI团队建设项目。

城镇污水处理的核心单元是生化池，其中蕴藏着多种复杂的功能微生物群体。从群体感应的角度出发，周丹丹带领团队成员在跨界胞间通讯方面形成了自己的研究特色。通过研究，他们发现：冬季低温条件易诱发污水处理厂的活性污泥系统发生污泥膨胀，丝状菌大量生长，微生物之间通过化学信号进行交流，菌胶团与丝状菌间存在跨界胞间通讯，诱导菌丝生长，导致系统微生物生态位发生改变，参与生物脱氮过程的硝化、反硝化微生物活性下降，污水脱氮效果降低。这一发现也为他们今后的科研工作提供了一系列理论指导。

一直以来，以吉林省为代表的严寒地区城镇污水处理的关键瓶颈是低温生物处理效率低、老工业废水汇入与污水排放水质要求高之间的矛盾。2020年，霍明昕主持的国家自然科学基金联合基金项目“严寒地区城镇污水生物强化处理新技术与原理”正式立项。立足这一研究项目，他们将系统探讨以吉林省为代表的寒区城镇污水污染物的赋存状态与时空分布特性、有机物低温生物深度削减新技术与原理、生物脱氮除磷功能强化策略、污泥膨胀发生机制和控制措施，并进一步明确生物强化削碳脱氮除磷组合新技术的原理，为寒区城镇污水提标增效与水环境可持续发展奠定理论基础和提供科学依据。

生态兴则文明兴，生态衰则文明衰。寒区污水生物处理与生物质资源化之路任重而道远。今后，以周丹丹和霍明昕教授为首的科研团队仍将不忘初心，在这一领域做出更多落地生根的科研成果，为故乡东北水资源环境健康发展而竭力前行！