——習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
科學(xué)家們正在利用改性粘土作業(yè)。
赤潮在國(guó)際上被稱為“紅色幽靈”,它是在特定的環(huán)境條件下,海水中某些浮游植物、原生動(dòng)物或細(xì)菌爆發(fā)性增殖或高度聚集而引起水體變色的一種有害生態(tài)現(xiàn)象,已經(jīng)成為世界性“公害”。
近年來,一種名為“改性粘土”的技術(shù)在消除赤潮方面發(fā)揮了明顯作用。該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)者是中科院海洋所海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室主任、研究員俞志明。他對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者說:“十多年磨一劍,終于將這項(xiàng)技術(shù)投入到實(shí)際應(yīng)用中?!?/p>
神奇的“改性粘土”
20世紀(jì)70年代,日本科研人員提出用粘土治理赤潮的技術(shù),使天然礦物與導(dǎo)致赤潮的微藻結(jié)合后產(chǎn)生絮凝沉降效應(yīng),藻類沉到底部,不能產(chǎn)生光合作用,從而可以消除赤潮。
1991年,俞志明加入中科院海洋所,開始研究赤潮問題。“我的博士方向就是粘土吸附,蒙脫土和高嶺土是粘土的兩大種類,我發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)日本選用粘性較大的蒙脫土作為治理赤潮的原料。每平方米用400克、一平方公里要用400噸粘土,使用量非常大,并不能很好地大規(guī)模推廣?!?/p>
使用天然粘土治理赤潮進(jìn)入了瓶頸期。俞志明和團(tuán)隊(duì)成員潛心研究,發(fā)現(xiàn)高嶺土的效果比蒙脫土好。通過機(jī)理研究,俞志明終于發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘:“粘土表面含有負(fù)電,而赤潮生物也帶有負(fù)電,負(fù)負(fù)相斥,所以天然粘土絮凝藻類生物的效率很低。相對(duì)來講,高嶺土表面所含負(fù)電較蒙脫土少,所以高嶺土的效果比蒙脫土好?!边@一新的研究結(jié)果給俞志明一個(gè)重要啟發(fā),“如果通過技術(shù)手段,把粘土表面負(fù)電降低,甚至變成正電,那么治理赤潮的效果就會(huì)非常明顯了。”
由此,俞志明提出了旨在提高粘土治理赤潮效率的“粘土表面改性理論”,在此理論指導(dǎo)下制備出高效改性粘土,其治理效率比原來提升了幾十到幾百倍,現(xiàn)在每平方公里用4噸到10噸改性粘土就可以消除藻類生物。
俞志明告訴記者,“找到負(fù)電影響治理效果的原因并不容易?!眲傞_始大家一頭霧水,提出了無(wú)數(shù)種方案,“有時(shí)候失敗也不知道是怎么失敗的”。
“我們還對(duì)改性粘土治理赤潮進(jìn)行了生理生化和分子生物學(xué)機(jī)理方面的研究,發(fā)現(xiàn)藻類細(xì)胞受到改性粘土的撞擊之后,即使沒有沉到水底,細(xì)胞內(nèi)部也會(huì)受到影響?!庇嶂久鹘忉尩溃巴ㄟ^現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn),藻類細(xì)胞抵抗粘土作用時(shí),會(huì)產(chǎn)生含量過多的過氧化物,導(dǎo)致細(xì)胞停止生長(zhǎng),甚至死亡。所以改性粘土控制機(jī)理有兩方面,一個(gè)是直接絮凝沉降,另一個(gè)是影響藻細(xì)胞的生理生化性質(zhì)?!?/p>
如今,改性粘土治理赤潮技術(shù)是我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、目前國(guó)際上能夠大規(guī)模應(yīng)用的少數(shù)幾種方法之一,2014年成為我國(guó)赤潮治理國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。該成果曾獲得包括2015年海洋工程科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)在內(nèi)的多個(gè)科技獎(jiǎng)項(xiàng)。
“小試牛刀”效果明顯
2005年,改性粘土技術(shù)迎來了“首秀”,為南京玄武湖消除藍(lán)藻水華。南京全運(yùn)會(huì)召開在即,主辦方在全國(guó)范圍內(nèi)廣發(fā)“英雄帖”,征集有效的治理技術(shù)。經(jīng)過篩選,俞志明團(tuán)隊(duì)進(jìn)入最終環(huán)節(jié)。
俞志明說:“這是改性粘土技術(shù)第一次走出實(shí)驗(yàn)室,也是頭一次用在淡水里,現(xiàn)場(chǎng)治理我們沒有相關(guān)經(jīng)驗(yàn),所以心里還是有些打鼓?!睘榱舜_保治理方法的有效性和可靠性,主辦方劃出一部分水域,對(duì)改性粘土方法進(jìn)行嘗試。
8月份的南京氣溫高達(dá)40多攝氏度,俞志明和團(tuán)隊(duì)成員坐在船上噴灑粘土,“非常辛苦”。十天之后,“試驗(yàn)區(qū)”治理效果明顯,得到了專家組的肯定,主辦方最終將玄武湖的藍(lán)藻水華治理全部委托給了俞志明團(tuán)隊(duì)。
歷時(shí)三十余天,俞志明團(tuán)隊(duì)徹底消除了玄武湖的藍(lán)藻水華,首戰(zhàn)“一炮打響”,從此以后,改性粘土技術(shù)真正走出了實(shí)驗(yàn)室,得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。
在治理中,也有不少人質(zhì)疑,大量粘土沉到水底,是否會(huì)對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生不良影響。對(duì)此,俞志明解釋說:“粘土的吸附功能,不僅可以控制藻類,還能吸附磷、氨氮類的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。例如養(yǎng)殖池中會(huì)產(chǎn)生養(yǎng)殖底泥,為了抑制有害物質(zhì),養(yǎng)殖戶會(huì)噴一層粘土對(duì)它們進(jìn)行固化。”為了確保改性粘土對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的魚、蝦、貝等生物沒有負(fù)面影響,俞志明團(tuán)隊(duì)做了大量的生態(tài)效應(yīng)實(shí)驗(yàn),“在實(shí)驗(yàn)中,我們使用了超過現(xiàn)場(chǎng)用量十倍的改性粘土,發(fā)現(xiàn)不會(huì)影響水里生物的生長(zhǎng)。因此,我們得出結(jié)論,這項(xiàng)技術(shù)不僅不會(huì)產(chǎn)生危害,還能對(duì)水質(zhì)環(huán)境起到改善作用”。
自2005年以來,改性粘土技術(shù)已成功應(yīng)用于我國(guó)近海從北到南20多個(gè)水域有害赤潮的治理,分別保障了我國(guó)2008年奧帆賽、2011年深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)等重要賽事的進(jìn)行,并在核電站、養(yǎng)殖企業(yè)中發(fā)揮了重要作用。“根據(jù)不同的性質(zhì),我們研發(fā)了不同類別的粘土。例如針對(duì)核電廠冷源取水海域的棕囊藻赤潮,為了防止囊體的堵塞作用,就要用特殊材料,能夠破壞囊體;而對(duì)養(yǎng)殖水域來說,在消除赤潮的同時(shí),還要盡量降解藻毒素?!庇嶂久髡f。
走出國(guó)門廣泛應(yīng)用
隨著技術(shù)逐漸成熟,改性粘土的名氣也打到國(guó)外,被列入由聯(lián)合國(guó)教科文組織出版的《近海赤潮監(jiān)測(cè)和管理對(duì)策》一書,成為國(guó)內(nèi)外赤潮治理方面的重要依據(jù)和指導(dǎo)。
最近,俞志明等人應(yīng)國(guó)際赤潮研究領(lǐng)域影響最高的專業(yè)雜志Harmful Algae主編Sandra Shumway的邀請(qǐng),就改性粘土理論、方法與應(yīng)用等方面發(fā)表了綜述性文章,進(jìn)一步提高了改性粘土技術(shù)在國(guó)際上的影響力。
2015年,智利暴發(fā)了大規(guī)模赤潮,對(duì)其養(yǎng)殖業(yè)造成致命打擊,造成10多億美元的經(jīng)濟(jì)損失,并引發(fā)了社會(huì)動(dòng)亂。2016年10月28日,智利鮭魚聯(lián)合會(huì)鮭魚技術(shù)研究所總經(jīng)理、智利經(jīng)濟(jì)部漁業(yè)與水產(chǎn)司環(huán)境保護(hù)專員等一行11人,到中科院海洋所考察了改性粘土治理赤潮項(xiàng)目。
“當(dāng)時(shí)智利首先考慮的是韓國(guó)技術(shù),但是國(guó)際上一位赤潮權(quán)威專家建議,一定要來中國(guó)看看,因?yàn)橹袊?guó)的技術(shù)做得更加成功?!庇嶂久髡f。
不久前,智利Virbac-Centrovet公司與海洋研究所簽署了獨(dú)家代理合作協(xié)議,希望通過改性粘土技術(shù),治理智利近海海域有害赤潮,減少養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的損失。
俞志明說:“現(xiàn)在不僅是智利,新加坡也想用這個(gè)技術(shù)。當(dāng)前赤潮是全球性問題,我們的技術(shù)已經(jīng)成熟,我希望能夠有更多機(jī)會(huì),讓中國(guó)的技術(shù)走出國(guó)門?!?/p>
據(jù)俞志明介紹,目前在改性粘土技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中,主要還需要人工操作:“現(xiàn)場(chǎng)操作很累,我們目前正在研發(fā)自動(dòng)化設(shè)備,以期實(shí)現(xiàn)高效、自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)操作?,F(xiàn)在設(shè)備已通過了初步試驗(yàn),下一步就是針對(duì)市場(chǎng)需求,把設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化、商業(yè)化?!?/p>
目前,俞志明團(tuán)隊(duì)正在承擔(dān)有關(guān)赤潮的國(guó)家重點(diǎn)科技研發(fā)項(xiàng)目。對(duì)于未來發(fā)展,他信心滿滿:“立足國(guó)家需求,放眼國(guó)際市場(chǎng),我們將從‘一帶一路’沿線國(guó)家入手,針對(duì)沿海國(guó)家赤潮問題很多的現(xiàn)狀提出治理方法?!?/p>
(原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2017-10-23 第6版 院所)
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