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专栏作者
汪晓军
俄罗斯自然科学院外籍院士/华南理工大学教授
专栏作者简介
主要从事废水深度处理研究应用和新型生物脱氮工艺研发应用，特别在化学氧化与曝气生物滤池耦合技术研发与工程化应用、厌氧氨氧化脱氮工艺研发与工程化应用推广等方面取得了创新性成果。在Water Research, Chemical Engineering Journal，ACS Sustainable Chemistry & Engineering, Journal of Hazardous Materials，Science of The Total Environment, Bioresource Technology，Waste Management，中国环境科学，环境科学等国内外权威学术期刊上发表论文350余篇。，主持国家自然科学基金项目2项，省科技计划重点项目等纵向科研项目30余项和超过100项的横向科研项目；获得授权专利100余项，其中 “化学氧化—曝气生物滤池联合水处理方法”获得2010年度全国发明展览会金奖，累计获得国家环保部、教育部、广东省科技厅等科技奖项10余项。指导多位学生获国家奖学金、“挑战杯”、“互联网+”等创新创业竞赛获得国家级和省级奖励。
为实现人类社会的可持续发展，防止地表温度继续上升和气候的变化，必须减少二氧化碳的大规模排放。为了减少二氧化碳的排放，我国政府提出了“双碳”目标，在2030年达到“碳达峰”，2060年达到“碳中和”，即全社会二氧化碳的排放总量与吸收除碳总量达到平衡。为实现这项宏伟的目标，这不仅仅是能源部门的事，各行各业都要为“双碳”目标作出自己的贡献。作为水处理技术研究与工程化应用的科研工作者，同样也肩负着在水处理行业，减少二氧化碳排放的使命与任务。
随着人口的增长和人民生活水平的提高，对粮食需求不断增加，农业应用的化肥也在不断增长，农业排放的氨氮废水不断增加。不少工业生产过程，如食品加工，采矿，纺织，养殖，电镀，氧化铁红生产等工业生产部门，也产生大量含氨氮废水。氨氮废水的排放，易引起水体富营养化，水中藻类及其他微生物大量繁殖，使水体透明度下降，水体发绿，发黑，严重时会使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡。在蓝藻暴发的时节，自来水处理厂运行困难，造成饮用水异味等等环境污染问题。为了减少氨氮对水体环境的影响，国家针对废水排放和水体中的氨氮与总无机氮，都有严格的排放标准。传统的生化脱氮工艺是硝化反硝化法，它已有50多年的开发与应用历史，目前仍广泛地应用于国内的工业废水处理厂或生活污水处理厂。采用传统的硝化反硝化工艺，氨氮首先要在微生物的作用下转化为亚硝酸根，这个过程要消耗大量的溶解氧，然后，亚硝酸根要进一步转化为硝酸根，同样，这个过程也要消耗大量的溶解氧，最后，再在厌氧或缺氧的环境下，在存在大量有机碳源，在消耗大量碳源的条件下，将硝酸根转化为氮气。而厌氧氨氧化工艺，它只有20多年的开发与应用历史，它只要将部分氨氮转化为亚硝酸根，然后，再在厌氧氨氧化菌（红菌）的作用下，亚硝酸根氧化氨氮，转化为氮气，从而节省了65%的曝气能耗，节省100%的碳源。以1000mg/L的氨氮废水为例，与传统的硝化反硝化工艺相比，采用厌氧氨氧化工艺，每吨废水的脱氮处理，可以减少二氧化碳的排放量为6~8公斤。
利用现有成熟技术解决企业的需求，将论文写在祖国的大地上
基础研究是兴趣驱动的，而应用研究则是需求驱动的。华南理工大学环境与能源学院的水处理工程课题组的研究以应用研究为主，国家对“双碳”目标的需求，就是我们的任务，近8年来，课题组以低碳节能的脱氮工艺为研究目标，集中课题组的全部力量，开展了大量的研究和开发工作。虽然厌氧氨氧化的开发应用历史已有20多年，由于厌氧氨氧化的红菌生长缓慢，增殖周期较长，且生长条件受诸多因素制约，国内的研究论文较多，但实际应用工程不多，许多工程化应用工作还处于起步阶段。我们深深地理会到，要想将论文写在祖国的大地上，就必须深入基层，到工厂去，到矿山去，了解他们在环保和水处理方面的需求，为他们提供更省钱，更低碳节能的水处理解决方案。
广东佛山的溢达纺织有限公司采用液氨丝光方法生产高档衣服，在这个生产过程中产生氨氮浓度高达1500~6000 mg/L的高氨氮废水。我们通过一年的现场中试，证明了课题组开发的低碳节能的厌氧氨氧化工艺稳定可靠，与国际环境工程公司竞争，拿下了这个工程，工程顺利建成投产运行，不仅低碳节能减少了处理过程的二氧化碳排放，也为溢达公司节省了大量的水处理成本。
图1 溢达厌氧氨氧化系统电脑控制图
高铁车厢厕所废水，再也不象绿皮火车直接排到路轨上，而是收集在高铁车箱的废水贮箱内，卸在一些大站的废水收集池中，此废水的氨氮含量高达600~1000 mg/L。我们与中铁环境公司合作，成功地完成了国内第一座高铁站废水的厌氧氨氧化脱氨氮工程。
氧化铁红是最常用的无机红色颜料，我国的产量占全世界氧化铁红产量的60~70%。在氧化铁红生产过程中，产生一种氨氮含量高达1000~1800 mg/L的高氨氮废水。同样，课题组的研究生在氧化铁红生产工厂，进行了长达1年的现场中试，并利用中试成果成功地建成了利用厌氧氨氧化工艺处理氧化铁红厂高氨氮废水的工程。
图2 江门铁红厂高氨氮废水处理工程
硝酸铵是常用的民用炸药，在硝酸铵的生产过程中会产生含氮量高达2000~6000 mg/L硝酸铵废水。根据硝酸铵废水的特征，借鉴北京工业大学彭永臻院士团队近年来开发的部分反硝化研究成果，开发了针对高浓度硝酸铵的部分反硝化-厌氧氨氧化（PD-A）处理工艺，并将该工艺成功地投入工程化应用，目前该项目已通过工程验收。
图3 硝酸铵民用炸药厂硝酸铵废水PD-A处理系统图
垃圾渗滤液是垃圾填埋场排出的一种氨氮浓度在1000~3000 mg/L的废水，课题组通过现场中试，工程化应用，目前已建成4项利用厌氧氨氧化工艺脱除垃圾渗滤液中氨氮的工程项目。
图4 厌氧氨氧化处理垃圾渗滤液装置
不要满足于做科技研究的跟跑者，努力争取做新技术开拓者
高浓度氨氮的厌氧氨氧化，目前已有20多年的研究与应用历史，技术上来讲相对比较成熟，工程上只是针对不同的工业废水，采取不同的预处理方法，以适应厌氧氨氧化工艺的要求，而低浓度氨氮的厌氧氨氧化仍是世界水处理界的难题。最核心的技术问题是：如何在低浓度氨氮的条件下实现氨氮的稳定亚硝化。
在实际工程化应用过程中，低浓度氨氮的废水量更大，应用前景更广阔，新工艺的成功开发应用，更能为“双碳”目标的实现作贡献。
目前对低浓度氨氮的稳定亚硝化，不少科研工作者开展了这方面的研究工作，总结起来最主要有二条途径，一条是彭永臻院士团队提出的部分反硝化厌氧氨氧化的路径，从而提出了部分反硝化厌氧氨氧化偶合工艺（PD-A）；另一条是我们课题组提出的部分反硝化再厌氧氨氧化工艺（PN-A）。
课题组从最初研究沸石吸附氨氮的生物再生，发现沸石吸附浓缩氨氮，有利于氨氮的稳定亚硝化。使用沸石，在自然条件下，能将氨氮稳定亚硝化的浓度从300~500mg/L，下降到150mg/L。再通过创造适宜的环境条件，可以将这个稳定亚硝化的氨氮浓度进一步降到50 mg/L，甚至30mg/L，从而实现了中低浓度氨氮的稳定亚硝化。通过应用于南方城市生活污水的主流厌氧氨氧化长达一年的中试研究，证明了该工艺的可靠，研究成果发表在国际水处理界的顶级期刊《Water Research》，目前正争取做进一步的工程化应用验证，为该工艺的大规模工程化应用做准备。
虽然欧洲荷兰率先开发应用了高浓度氨氮的厌氧氨氧化工艺，我国的科技工作者争取在低浓度氨氮的厌氧氨氧化领域取得突破，解决这个世界难题，从而为“双碳”目标作出水处理人的贡献。
汪晓军团队介绍
研究领域：
· 新型生物脱氮工艺研发应用：研发中高浓度含氮废水厌氧氨氧化处理工艺，已成功在垃圾渗滤液、印染丝光废水、氧化铁红废水、炸药废水等实现工程化应用；主流厌氧氨氧化技术研发；厌氧氨氧化诱导镁磷成矿同步脱氮除磷及互作机制研究。
· 废水深度处理研究应用：研发的化学氧化与曝气生物滤池偶合技术，已应用于纺织印染、垃圾渗滤液、皮革、石化、化学仓储码头等工业废水深度处理及回用，并主持建设了多项将工业废水处理达到准地表四的示范工程。
· 新型水体除磷控磷材料研发：针对水体除磷控磷的实际需求，开发新型吸附除磷及钝化控磷材料，并探究磷资源回收的可行性。
近5年科研项目：
· 广州市科技计划项目（2024年）：高氨氮工业废水低碳节能高效处置及红菌资源利用（2024B03J1278），100万。
· 横向科技项目（2022年）：北江水源水典型新兴污染物的分布及其特征研究（x2hjD9223060），82.36万。
· 横向科技项目（2022年）：陈家冲场渗滤液厌氧氨氧化工艺适用性研究（x2hjD8224190），50万。
· 横向科技项目（2022年）：南方碱业含氨氮废水处理研究项目（x2hjD8231360），30万。
· 横向科技项目（2021年）：广州市中心城区污水厂污泥资源化利用关键技术研究——污泥厌氧消化减量化及沼液低碳脱氮工程化研究（x2hjD9220560），85万。
· 广东省自然科学基金（2021年）：基于沸石吸附—生物再生中低浓度氨氮稳定亚硝化机制及应用于稀土矿废水处理研究（2022A1515011466），10万。
· 横向科技项目（2020年）：印染废水RO浓水深度处理回用工程，互太（番禺）纺织有限公司，项目总经费 1180万元。
· 广东省级科技计划项目（2019年）：基于V类水质目标的城市区域排水综合治理技术研究及示范（2019B110205002），800万，个人120万。
近5年获得授权专利：
1. 汪晓军, 张扬忠, 陈永兴. 一种废水脱氮除磷及磷回收的方法[P]. 广东省: CN202210509997. 8, 2024-02-13.
2. 汪晓军, 邓翠兰, 陈振国, 周松伟. 一种实现稳定亚硝化用球形悬浮填料[P]. 广东省: CN202021716709. 9, 2021-11-16.
3. 汪晓军, 陈振国, 陈永兴, 胡浩林, 邓翠兰. 一种尿素废水的高效自养脱氮处理方法[P]. 广东省: CN202110243805. 9, 2021-07-13.
4. 汪晓军, 冯兴会, 陈振国. 一种氨氮废水部分预亚硝化-厌氧氨氧化高效脱氮方法[P]. 广东省: CN201811454800. 5, 2019-03-15.
5. 汪晓军, 陈振国, 伍璐莹. 一种中低浓度氨氮废水稳定亚硝化反硝化脱氮方法[P]. 广东省: CN201811454772. 7, 2019-03-15.
来源：本文来源于汪晓军科学网博客，仅供分享交流不做商业用途，不代表万事屋观点，版权归原作者与原作者出处。
排版：李佳佳
校对：李佳佳
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