每年的6月5日是世界环境日，设立世界环境日的意义在于提醒人类关注地球状况，警示人类要减少对环境的破坏。今天，我们国家把环境日的主题定为：建设人与自然和谐共生的现代化。这个主题定得非常好，因为尊重自然、保护自然、顺从自然，才能够实现人和自然的和谐发展。如果说人们只是考虑自己的发展，不考虑自然的承载能力，破坏了自然的循环规律，那么必然受到自然的惩罚。
中国是一个地大物博、人口众多的国家，近些年来随着城镇化人民生活的提高，环境污染的问题也日益突出，比如说大气污染、水污染、土壤污染接踵而至，这就给我们带来新的问题，我们必须要去保护好自然。
水是生命之源，目前世界上还没有找到任何产品可以替代水，而我们国家是人多水少，现在水的污染又非常严重。2022年，我国生活污水排放总量达到545亿吨，相当于3800个西湖的水量，这么大的污水量如果直接排放，对环境的污染是相当严重的，破坏力是非常之强。
过去因为污水处理的设施跟不上，就像建国前的龙须沟，由于当时环保意识淡薄，排放的水直接排入到龙须沟里边，造成龙须沟水黑臭，蚊蝇满地，直接影响周边老百姓的生活。
在百姓的生产生活中，每天都会产生大量的生活污水，人们早期的处理方法是将生活产生的污水不经处理后直接排入河道，这种方法对水环境污染极大，要想彻底改变臭水沟的问题，必须要建设污水处理厂。
1927年中国第一座污水处理厂——上海北区污水处理厂建立，该厂占地0.84公顷，每天能够处理3500吨的污水，当时的人们是用活性污泥的方式来处理生活污水，这个方法一直到今天都还在使用当中。上海北区污水处理厂就是中国近代污水处理的开端，同时也为之后我们国家大型污水处理厂的建立奠定了非常良好的基础。
1949年以后，中国的污水处理行业经历了初步的发展，主要集中对脏乱差的老城区建设了补水收集管道，对于生活污水进行集中截流。另外，对于一些河、湖、臭水沟进行集中治理，比如说北京龙须沟的治理。到1958年，北京建成了自己的第一座污水处理厂——高碑店污水处理厂。高碑店污水处理厂建成以后，最远收到污水到西城区赵登禹路，当时东城区西城区的污水都要到高碑店去处理。当时的规模达到了日处理10万吨，可以说规模非常大，但是污水处理的工艺仍然停留在初级阶段，主要还是依据于污水自净化能力来实施。
随着经济社会的发展，到1972年，作为饮用水源地的北京官厅水库发生了一次水资源危机，在短时间内官厅水库里有上万尾鱼死亡。与此同时，大连湾、松花江畔类似的污染事件也经常出现，在这种情况下，周总理亲自过问，成立了以万里为组长的官厅水系水资源领导小组办公室，这个也是我国最早的环境保护部门。正是有了这样一个环境保护部门的协调和督促，国家修了大量的污水处理厂，为整个环境污染的治理发挥了重大的作用。
改革开放以后，国家的城镇化发展速度非常快，人们不得不建设大量的污水处理厂，所以我国的污水处理厂的建设速度也非常快，设备也越来越先进，但是即使是这么快的速度去建设，依然满足不了社会的需求。我是2000年来到的北京，当时北京还是一个非常缺水的状态，包括密云水库也严重缺水。密云水库周边往往要去做人工降雨来增加水量的供给，是一个水资源非常紧缺的时期。
对于淡水资源来讲有两个循环，一个是自然水循环，即河湖蒸发到了天上变成云，然后再降成雨落到地面。另外还有一个循环就是社会循环，即把用过的水经过适当的处理处理以后再回用，这样就可以有效减少对淡水资源的需求，通过污水处理技术的发展，通过污水处理以后中水的回用，可以大大补救淡水资源的需求。
到2021年，我国建成城市污水处理厂2827座，预计今年将达到3097座，而且百万吨级的城市污水处理厂现在绝大多数都在我国。在这样的情况下，我们把污水就可以作为一种资源很好地利用起来。但现在污水处理厂普遍存在的问题就是大马拉小车，表现为能耗高且出水水质不稳定。因此，如何用一些优化的办法保证水质出水的时候也可以使水处理成本降到最低十分重要，我们团队就是围绕这个目标，近些年来一直在研究城市污水智能优化控制的研究，为污水处理低成本高效运行提供中国方案。
现在国家排放标准里面几个核心指标，比如说总氮、总磷、氨氮等等，这些指标都不能实时检测，目前都需要在化验室中进行，每一次都要做生化反应，需要大概3至120个小时左右。我们要想使污水处理高效低成本运行，就要对污水处理厂进行实施调控，每时每刻都能知道污水现在排放的信息的情况。
目前来讲，国内外有很多学者从不同的角度对污水处理关键参数进行了研究，但最快的也需要30分钟左右，难以满足污水处理厂实施调控的要求。我们团队经过10余年的艰苦工作，提出了一种在污水生化反应过程中原位提取特征信息，通过建立智能特征模型，实现对污水处理实时检测。目前我们的方法对于总磷检测的精度达到97.39%，而且测量的时间仅需要14毫秒。我们这些核心指标在国际上现在整体处于领先水平，这个技术现在也已经在不少的水厂得到成功应用。而且我们的成果公开发表以后，已经被美国、丹麦、韩国等多个国家借鉴应用，在今年日内瓦国际展览会上获得了金奖。
目前城市污水处理厂多采用活性污泥把这个工艺来进行处理，和别的工艺相比而言，活性污泥法成本低，更适合于污水处理。活性污泥法从本质上来讲，就是用活性污泥中的微生物去分解有机污染物，使污水变成净水，它的本质上和自然净化是一样的道理，但是经过人工的强化，提升了污水净化的效果。怎么样才能让微生物以最快的速度吃掉污水中的有机污染物，是我们控制要解决的问题。
影响微生物的活性因素有很多，比如说微生物的种类、所处的温度等等都会影响微生物分解的能力，所以我们在污水处理中打入氧气，就是俗称的曝气，来激发微生物的活性，使它具有活跃度，然后分解掉有机污染物。我们在改变污水处理中微生物的浓度上，是通过回流比来控制这个指标。把这些综合的因素考虑起来，需要进行优化协同控制，这些年来我们一直围绕着这样的一个目标，不断调控调整，这也是我们近些年来提出的智能优化控制技术。
经过近20年的探索研究，我们建立了给予出水水质的城市污水处理过程多目标智能优化控制方法，解决了暴气量回流比的优化设定问题，研发出具有自主知识产权的城市污水处理智能优化控制系统，降低了吨水处理的能耗，实现了污水处理厂稳定达标排放和低成本运行。我们的技术已经在不同地区不同工艺30多家污水处理厂进行了成功的应用，并且取得了明显的经济效益和社会效益。2018年，我们的成果获得了国家科技进步二等奖。
随着污水处理技术的进步，再生水已经成为城市用水不可或缺的淡水资源。统计数据显示，北京每年再生利用的中水量达到12万亿立米，占年度水资源总量的配置的1/3，再生水已经成为北京的稳定的第二水源。今天，当我们在北京河道旁遛弯时，你会看到碧波荡漾清澈见底的水通惠河、凉水河，一改往日的容颜，这就是污水处理带来的直接效益。
