水是社会发展必不可少的重要资源。随着城市化发展、工业化推进，不易去除的污染物质进入自然水环境，对水质造成影响。
水的主要污染物包括固体废弃物、需氧有机物、难降解有机物、重金属、植物营养物质、酸、碱和石油类物质等化学物质。随着我国污水处理能力不断提高，黑臭水体问题正在逐步得到解决，但水体富营养化问题却仍然严峻，脱氮除磷已成为污水处理领域的热点和难点。
2021年，“污水深度生物脱氮技术及应用”荣获国家技术发明奖二等奖。该技术是哈尔滨工业大学王爱杰团队、北京工业大学彭永臻团队、中国水环境集团侯锋团队等共同研发实践的成果之一。
据王爱杰介绍，我国70%的城市污水呈低碳氮比特征，需依赖外部碳源投加实现总氮深度去除。氮素向环境的过量排放，是导致水体富营养化的关键因素之一。含氮污染物广泛地存在于生活污水和工业废水当中，能够引起水华、赤潮等藻类的恶性爆发，从而严重地影响水环境的质量和水生态安全，“污水脱氮的本质，就是把水中的含氮污染物转化成无害的氮气，从而达到保护水环境和水生态安全的这样的目标。”
由此，研发团队创建了系列低碳、少能、高效技术系统，在多项污水处理工程中推广应用，突破了低碳氮比污水深度脱氮的技术瓶颈和工程难题。
污水生物脱氮一般需要经过三个步骤：有机氮转化为氨氮，氨氮氧化为硝态氮，硝态氮还原为氮气。碳源有机物既是微生物的能量来源，也是硝态氮转化为氮气的还原剂。从氧化还原反应的角度，碳源有机物是反硝化脱氮过程的电子供体。
王爱杰说，污水深度生物脱氮技术三个核心的发明点分别是控碳脱氮、解构脱氮和自养脱氮。控碳脱氮技术的发明点，就是通过优化污水处理过程中碳源的分配路径和利用的方式来减少碳的损失，使得污水中有限的碳源能够最大程度地被用于脱氮；解构脱氮技术就是通过引入微小的外源能量来激活微生物降解有机氮的这种代谢途径，从而使得有机氮的解构，让有机氮能够快速地解构并且释放出氨氮；自养脱氮技术就是开辟出自养脱氮的新路径，使用无机电子供体替代有机碳源，很好地解决生物脱氮缺乏碳源的问题。
目前，污水深度生物脱氮技术为污水处理系统提标改造、深度净化与利用提供了关键技术支撑和低碳解决方案，已在全国19个省市污水处理工程中进行了规模化示范和应用推广，未来可在全国各地的水环境治理中继续发挥出积极的作用。
中国科协科普部
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