福州大学环境与安全工程学院闽江学者特聘教授陈学明 研发污水处理新技术 助力实现“碳中和”

■文／萧 磊

温室气体排放量大增导致全球气候变化，进而严重威胁人类的健康和福祉。有关数据表明，全球2%～5%的温室气体（特别是一氧化二氮N2O 和甲烷CH4）排放与污水系统有关，污水厂的温室气体排放量逐年增大。

近年来，我国工业废水和生活污水排放量至少以每年18 亿立方米的速度增加，污水厂成为我国市政工程不可缺少的组成部分。常规污水生物处理过程会产生N2O，其温室效应比CO2强将近300 倍。仅2005—2014年的10年间，我国污水厂的温室气体排放总量涨幅就超过200%。

针对因污水处理造成温室气体大量排放这一问题，必须找到科学且高效的应对策略才能从根本上解决问题。在这方面，福州大学闽江学者特聘教授、博士生导师陈学明开展了扎实有效的工作。

深入剖析温室气体产生机理

陈学明在这一专业领域是名副其实的“科班出身”，基本功扎实，对问题理解较为深刻透彻。他本科就读于知名“双一流”学府河海大学，获得了给水排水工程专业学士学位，随后赴澳大利亚在世界知名学府昆士兰大学（The University of Queensland）水研究中心（Advanced Water Management Centre，现改名为Australian Centre for Water and Environmental Biotechnology）攻读环境工程专业博士学位，并获2017年度优秀博士论文奖（仅授予前10%博士毕业生）。其导师为澳大利亚技术与工程院院士、国际水协杰出会士、世界著名澳籍华人科学家袁志国教授和著名科学家倪丙杰教授。在博士后研究阶段，陈学明选择到丹麦技术大学化工系担任研究员工作，随后因为工作卓有成效而入选2017年“欧盟玛丽居里学者”人才计划（排名前5%），获丹麦高等教育和科技部重点推介。同时，在学习和工作过程中，陈学明尝试担任助教并努力尝试指导研究生，既能够提升自己的学术水平，又能为归国后能在高等学府任职奠定职业基础。

在科研过程中，陈学明愿意静下心来寻根溯源，研究领域内前沿基础问题。目前，系统地揭示温室气体N2O 的产生机理和开发并验证可以减少N2O 排放的控制策略就是污水生物处理领域广受关注的研究课题。

陈学明首先潜心研究了污水生物处理中N2O 的产生机理。他在实验室长期运行反应器以富集强化的硝化污泥，通过批量试验研究溶解氧对N2O 产生的影响，通过实验现象结合数学模型，得出了污泥絮体结构内亚硝酸盐的累积现象影响N2O 产生的重要结论，并为N2O产生机理研究提供了一个微观结构层面的新角度。

他后续研究关注了常见的反应器体系内N2O 产生的特异性，包括自养脱氮颗粒污泥系统N2O 产生机理及影响因素的多尺度模型研究和纵向梯度对自养脱氮生物膜系统N2O 产生影响的模型研究。而这部分研究成果为自养脱氮系统的可持续性工程应用建立了重要的理论基础，广受学术界好评。

通过与丹麦Biofos 水务公司和Unisense 公司合作，陈学明对Avedøre污水厂进行为期一年半的N2O 排放及常规运行指标监测，并通过多变量、多尺度的综合分析，成功发现了广泛应用的交替进水间歇曝气式氧化沟工艺N2O排放的季节性规律和导致其N2O 产生与排放的主要机理及影响因素。他带领合作团队利用实测的75 万个数据点，在深度学习的框架内，开发了预测污水厂N2O 排放量的方法。

基于污水厂原有的控制策略，陈学明设计提出并现场验证了可以有效降低60% N2O 排放且不影响污水处理效果的控制方案。相关监测数据与运行控制结果均已提交给丹麦环境保护署，为未来实现污水厂温室气体N2O 排放相关立法提供重要的数据支撑。

立足国内实际开展学术研究

在国外学习工作的七年时间，陈学明收获满满，不仅开阔了眼界，拥有了国际视角，而且感受到了专业领域科技前沿脉动，为持续开展工作奠定了基础。期间，因为有专业大团队保驾护航，有成熟科研平台的技术支持与保障，陈学明个人的科研工作开展一直较为顺利，工作相对自由，且工作压力较小。但是陈学明不满足于此，他希望有更大的发展空间和成长机会。

2019年，陈学明因突出的学术成就入选福建省“闽江学者奖励计划”特聘教授，又于2021年被认定为福建省引进海外高层次人才。作为土生土长的福州人，陈学明有着“宁恋故乡一抔土，不恋他乡万两金”的情怀，希望能够为福州乃至福建发展尽一份赤子之心。归国后，他花落福州大学，在环境与安全工程学院担任研究员、博士生导师。

陈学明始终坚持洋为中用，针对国内污水处理技术发展痛点和产业发展现状，积极开展面向碳中和与资源回收的污水处理新技术研究。基于前期学术积累，其在包括污水处理工艺的数学模拟、污水生物处理工艺的温室气体排放及减排，污水厂工艺合成、设计及调控等方面颇有建树。

从一名优秀学生骤然变身为一位老师，并且要独立开展科研工作，这一角色转变确实需要陈学明花费一定的时间进行一定的心理建设。陈学明也曾经因为“碰壁”有过迷茫和彷徨，但更多的是满怀着希望，脚踏实地开展工作。首先，他花费将近一年的时间新建了实验室和办公室，购买了所需要的仪器设备，搭建了反应器。这些对陈学明而言并不容易，他需要事无巨细，不断熟悉国内市场和国内学术领域发展情况。同时，他开始手把手传道授业解惑，独立处理一切有关自己门下学生的学习问题。另外，同样让陈学明苦恼的是作为新人在国内合作机会较少，成果推进和转化比较慢。但是科研水平高且待人诚恳的陈学明凭着积极的工作态度和扎实的工作作风，获得了学院领导和同事的帮助和支持。诸多领导在学校层面为陈学明提供了很大便利，让其在压力之外时刻感受着浓浓暖意，也获得了前进的动力。

中国作为负责任的世界大国，在2020年制定的“十四五”规划中明确了降低碳排放（即温室气体排放）这一重要任务，并向世界做出了在2060年前实现“碳中和”（即温室气体“零排放”）的重要承诺。陈学明回国时间节点恰逢“碳中和”事业发展热潮，为助力中国完成任务并实现承诺，以陈学明为代表的新一代学术界专业人士正在奋勇争先，争分夺秒地将“论文”写在祖国大好河山上。即便由于新冠疫情严重，陈学明无法顺利开展学术交流，但其将持续保有工作热情，始终勇往直前。