从“基质瓶颈”到“能耗革新”：城市污水处理工程的技术突破与人才培养教学实践

摘要

本案例依托国家重点研发计划“污水生物处理前沿技术研发与示范”及国家自然科学基金重点项目支持，针对城市污水处理中“达标排放与节能降耗”双重难题，聚焦厌氧氨氧化技术“基质稳定获取与菌群高效富集”瓶颈，构建“短程反硝化耦合厌氧氨氧化”低碳深度脱氮工程案例。传统工艺依赖高曝气能耗与外加碳源，而厌氧氨氧化技术受限于基质供给不稳定与菌群调控困难。案例通过三大创新突破：发现短程反硝化可为厌氧氨氧化提供稳定基质，颠覆传统路径；提出“部分厌氧氨氧化”思想，使70%以上脱氮负荷通过自养途径完成，大幅降低碳源消耗与曝气能耗；创建生物量动态平衡智慧调控方法，将厌氧氨氧化菌丰度提升数十倍。技术入选科技部《国家绿色低碳先进技术成果目录》，应用于全国十余项工程，出水优于一级A标准，节省30%以上曝气能耗与100%外加碳源，正开展9座中试研究。案例融入《污水处理新技术》等课程，通过逆向教学链提炼核心知识点，设置关键能力点，培养学生“理论—技术—工程”贯通思维与大工程观，为环境领域服务“双碳”战略的人才培养提供可复制范式，形成“技术—教学—人才”培养闭环。