劉玉杰

水是生命之源。民生離不開水，生產(chǎn)離不開水，一切動(dòng)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(guān)鍵一環(huán)，中國(guó)寒區(qū)的水污染問題，一直是我國(guó)生態(tài)環(huán)境治理的重要組成部分。

中國(guó)寒區(qū)分布廣泛，典型地理模塊主要包含東北地區(qū)、青藏高原區(qū)以及新疆地區(qū)等，占我國(guó)總陸地面積的43.5%。我國(guó)東北嚴(yán)寒地區(qū)是國(guó)家重工業(yè)城市和國(guó)家商品糧生產(chǎn)基地，受氣候影響，冰封期冰層、積雪以及溫度較低導(dǎo)致東北寒區(qū)水體自凈能力差、污水處理效率低、突發(fā)性水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)高等問題，是我國(guó)寒區(qū)水污染治理的重中之重。

水是人類的命脈，水環(huán)境保護(hù)事關(guān)人民群眾切身利益。在東北師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，就有這樣一支立足于環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科的研究團(tuán)隊(duì)，在團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人周丹丹和霍明昕教授的帶領(lǐng)下，多年來他們將研究方向放在了城市污水再生與儲(chǔ)存、環(huán)境化學(xué)與污染控制、廢水處理與資源化等方面。立足于東北寒區(qū)的水處理問題，貢獻(xiàn)著團(tuán)隊(duì)的科研力量。

立足現(xiàn)狀：迫在眉睫的東北寒區(qū)污水處理

一方晴天，一潭碧水，這是宜居生態(tài)的底線。一直以來，東北寒區(qū)的環(huán)境保護(hù)工作對(duì)我國(guó)綠色生態(tài)文明建設(shè)都具有非常重要的影響。

“十四五”時(shí)期，在加快構(gòu)建“雙循環(huán)”新發(fā)展格局的宏觀背景下，生態(tài)環(huán)境建設(shè)在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、釋放內(nèi)循環(huán)市場(chǎng)潛力、提升外循環(huán)層次水平等方面的作用將愈加凸顯。而在“雙循環(huán)”發(fā)展格局的背景下，東北區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理工作也將面臨新的嚴(yán)峻考驗(yàn)。

我國(guó)寒冷地區(qū)從10月到次年4月，全年60%的天數(shù)處于冬季氣候狀態(tài)，寒月溫度范圍處于-30℃？10℃，在漫長(zhǎng)的寒冷時(shí)期中，水污染治理與人們的生活、社會(huì)發(fā)展有著密切聯(lián)系。

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系日益加深，政府開始對(duì)污水中污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，激化了東北寒區(qū)污水達(dá)標(biāo)排放和經(jīng)濟(jì)成本之間的矛盾。近些年來，周丹丹團(tuán)隊(duì)在東北地區(qū)做了相關(guān)的調(diào)研工作。他們發(fā)現(xiàn)：溫度每下降10℃，微生物活性降低50%。在東北老工業(yè)基地，每年污水排放量高達(dá)105萬(wàn)噸，且?guī)缀跛械奈鬯幚硐到y(tǒng)都是以生物處理為核心單元。在秋冬季節(jié)，污水溫度低至8℃？15℃，微生物活性被嚴(yán)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(dá)標(biāo)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(dǎo)致冬季污水處理能耗大幅提高，污水處理成本增加。

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

學(xué)科建設(shè)：培養(yǎng)寒區(qū)水污染治理可繼之才

家鄉(xiāng)的建設(shè)與發(fā)展，需要一代代科研人投身其中。針對(duì)寒區(qū)環(huán)境工程應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系不完善、寒區(qū)特色環(huán)境工程實(shí)踐教學(xué)基地和人才培養(yǎng)平臺(tái)匱乏、寒區(qū)污染防治產(chǎn)學(xué)研合作平臺(tái)教學(xué)體系單一的系列教學(xué)問題，周丹丹領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)一直在針對(duì)東北地區(qū)的城市污水治理問題，開展區(qū)域需要的特定科研人才培養(yǎng)工作。

通過多年的教學(xué)探索，他們以寒區(qū)環(huán)境工程相關(guān)社會(huì)服務(wù)及市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)為導(dǎo)向，構(gòu)建了人才培養(yǎng)服務(wù)平臺(tái)、開創(chuàng)了校內(nèi)導(dǎo)師與企業(yè)導(dǎo)師聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)的產(chǎn)學(xué)研模式、構(gòu)筑了跨校際實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)共享平臺(tái)、首創(chuàng)了寒區(qū)特色實(shí)踐基地平臺(tái)“網(wǎng)絡(luò)化”信息共享模式。特別是，在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)過程中，他們?cè)诩质「叩冉逃虒W(xué)改革研究課題“寒區(qū)特色環(huán)境工程習(xí)訓(xùn)跨校資源共享平臺(tái)建設(shè)與課程體系重構(gòu)”的支撐下，聯(lián)合東北師范大學(xué)、吉林大學(xué)和吉林建筑大學(xué)，針對(duì)寒區(qū)生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵問題，面向東北老工業(yè)基地特有環(huán)境污染特征與污染控制需求，以寒區(qū)特色環(huán)境工程實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)跨校資源共享平臺(tái)建設(shè)與課程體系重構(gòu)為核心目標(biāo)，豐富健全了實(shí)習(xí)實(shí)踐課程體系和優(yōu)化人才培養(yǎng)體系。項(xiàng)目改革成果應(yīng)用于東北師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科5年以來，人才培養(yǎng)成果斐然、教學(xué)基地和人才培養(yǎng)平臺(tái)穩(wěn)步拓展優(yōu)化，形成了高質(zhì)量、多元化、梯隊(duì)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的師資隊(duì)伍。

除此之外，他們還面向“寒區(qū)特色”修訂培養(yǎng)方案。針對(duì)寒區(qū)地域環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才的需求，修訂了《環(huán)境工程本科生培養(yǎng)方案》。特別是針對(duì)寒區(qū)環(huán)境保護(hù)的實(shí)際情況，在“水質(zhì)工程學(xué)I”與“水質(zhì)工程學(xué)I設(shè)計(jì)”中調(diào)整補(bǔ)充了低溫低濁水混凝與沉淀工藝優(yōu)化及調(diào)控、低溫污水生物處理與資源化等實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容；在“固體廢物處理與處置”與“固體廢物處理與處置設(shè)計(jì)”課程中強(qiáng)化了低溫固廢填埋和資源化等實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

為定向人才培養(yǎng)特色和服務(wù)寒區(qū)生態(tài)文明建設(shè)，他們還開創(chuàng)了基礎(chǔ)理論—專業(yè)理論—專業(yè)實(shí)踐—理論應(yīng)用的立體化人才培養(yǎng)模式。此外，多元化采用視頻公開課、翻轉(zhuǎn)課堂、BB平臺(tái)網(wǎng)課等新穎的教學(xué)模式開展了寒區(qū)特色環(huán)境工程實(shí)踐教學(xué)及特色理論課程教學(xué)，在學(xué)生和社會(huì)中取得了熱烈積極的反響。

團(tuán)隊(duì)合力：東北寒區(qū)水污染開拓攻關(guān)

科研成果的背后離不開協(xié)力前行的科研團(tuán)隊(duì)。如今東北師范大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)領(lǐng)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(duì)伍。周丹丹帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)主要從事廢水的生物處理與資源化，霍明昕團(tuán)隊(duì)主要致力于污水的深度處理與再生技術(shù)。整個(gè)專業(yè)團(tuán)隊(duì)目前規(guī)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(duì)東北的環(huán)境需求，取得了一系列具有社會(huì)意義的創(chuàng)新性科研成果，并于2020年獲批東北師范大學(xué)水污染控制與可持續(xù)發(fā)展PI團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目。

城鎮(zhèn)污水處理的核心單元是生化池，其中蘊(yùn)藏著多種復(fù)雜的功能微生物群體。從群體感應(yīng)的角度出發(fā)，周丹丹帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(fā)現(xiàn)：冬季低溫條件易誘發(fā)污水處理廠的活性污泥系統(tǒng)發(fā)生污泥膨脹，絲狀菌大量生長(zhǎng)，微生物之間通過化學(xué)信號(hào)進(jìn)行交流，菌膠團(tuán)與絲狀菌間存在跨界胞間通訊，誘導(dǎo)菌絲生長(zhǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)微生物生態(tài)位發(fā)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(fā)現(xiàn)也為他們今后的科研工作提供了一系列理論指導(dǎo)。

一直以來，以吉林省為代表的嚴(yán)寒地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理的關(guān)鍵瓶頸是低溫生物處理效率低、老工業(yè)廢水匯入與污水排放水質(zhì)要求高之間的矛盾。2020年，霍明昕主持的國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目“嚴(yán)寒地區(qū)城鎮(zhèn)污水生物強(qiáng)化處理新技術(shù)與原理”正式立項(xiàng)。立足這一研究項(xiàng)目，他們將系統(tǒng)探討以吉林省為代表的寒區(qū)城鎮(zhèn)污水污染物的賦存狀態(tài)與時(shí)空分布特性、有機(jī)物低溫生物深度削減新技術(shù)與原理、生物脫氮除磷功能強(qiáng)化策略、污泥膨脹發(fā)生機(jī)制和控制措施，并進(jìn)一步明確生物強(qiáng)化削碳脫氮除磷組合新技術(shù)的原理，為寒區(qū)城鎮(zhèn)污水提標(biāo)增效與水環(huán)境可持續(xù)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)和提供科學(xué)依據(jù)。

生態(tài)興則文明興，生態(tài)衰則文明衰。寒區(qū)污水生物處理與生物質(zhì)資源化之路任重而道遠(yuǎn)。今后，以周丹丹和霍明昕教授為首的科研團(tuán)隊(duì)仍將不忘初心，在這一領(lǐng)域做出更多落地生根的科研成果，為故鄉(xiāng)東北水資源環(huán)境健康發(fā)展而竭力前行！