半岛都市报
-A08版:城事人物-2023年05月06日
日期：05-06
俞志明研究员(左)正在与学生做实验。
俞志明研发的改性黏土。
改性黏土技术应用于美国赤潮治理的签字仪式照片。
文/图 半岛全媒体记者 王丽平
春风微拂、海浪轻拍,位于市南区南海路7号的中科院海洋所,与大海隔路相对。俞志明研究员的办公室就位于最靠海边的办公楼上,坐在桌前抬头就能看见广袤无际的大海,这里有他从事了30多年的研究领域——有害赤潮治理。
虽然已各项荣誉加身,但今年俞志明又获增一项:山东省先进工作者。他研究的改性黏土治理赤潮技术已在国内外大规模应用,被誉为“国际赤潮治理领域的引领者”。
几分钟浑水变清
近日,记者来到中科院海洋所,进入挂有“劳模工作室”标牌的办公室时,俞志明正与团队成员探讨养殖水域藻华治理的升级方案,这是继应用于赤潮治理之后,改性黏土技术应用领域的新拓展。
为何赤潮研究让俞志明如痴如醉呢?这要从赤潮藻这类小小的海洋生物说起。赤潮藻是海洋中一类用肉眼看不见的单细胞藻类,在适宜的条件下,这些藻类暴发性增殖或聚集形成赤潮。赤潮是一种海洋生态灾害,它破坏海洋生态环境、导致大量海洋生物死亡。有些赤潮藻含有毒素,严重威胁人类的食品安全和生命安全。所以,赤潮藻看起来不起眼,危害极大。在人类活动和气候变化双重压力下,我国沿海赤潮的暴发频率越来越高,每年造成经济损失达数百亿元,甚至威胁滨海核电的冷源安全,被联合国有关组织列为21世纪全球三大近海环境问题之一。
针对这种生态灾害,俞志明团队研制出了绿色、高效的治理方法。为了直观展示治理效果,俞志明带记者来到了实验室。指着桌上装有淡黄色浑浊液体的试管,俞志明说,“这一管藻液有100毫升,但你能想象这里面有上千万个藻细胞吗?”如果不加控制,它们会大量、快速增殖,形成灾害。
“这是将改性黏土混合水之后得到的混合液,我将这些液体注入到装有赤潮藻的试管内,你看看效果。”在混合液注入试管后不到5秒,记者发现,在试管内液体的最上层开始形成细小絮状物,并向下沉降,上层液体也随之变清,随着絮状物的不断沉降,试管内更多液体变清,此消彼长,最终絮状物全部沉到管底,试管内的液体变得透明,整个过程只需几分钟,“很多人看了感觉像魔术一样。”俞志明说。
突破赤潮治理国际难题
这项技术的研发,最初还要追溯到上世纪90年代。1991年,俞志明进入中国科学院海洋研究所,开展博士后工作。“当时中国做赤潮治理研究的寥寥无几。但赤潮作为一种灾害,如何应急处置、却是一个亟待解决的问题。”俞志明说。
上个世纪70年代,日本科学家提出,利用天然黏土与赤潮藻细胞结合,通过絮凝沉降作用将赤潮藻类沉降到水底,从而消除赤潮。这一方法取材自天然土壤、应用时二次污染风险较低,但每平方公里就要用100吨至400吨黏土,用量大、淤渣重,当面对动辄几十、上百平方公里的赤潮,往往只能望“潮”兴叹。
面对这一国际难题,俞志明确定将此作为自己的研究对象。“如何提高天然黏土的治理效能呢?”俞志明陷入沉思。之后,他带领团队进一步研究发现,原来,天然黏土在海水中表面携带负电荷,赤潮藻细胞表面也携带负电荷,负负相斥使得天然黏土絮凝效率很低,这就导致了天然黏土方法很难大规模应用。
在此基础上,俞志明找准了下一步研究方向:能否增加黏土颗粒表面正电性,延长作用半径,从而提高其对赤潮生物的治理效率呢?沿着这一方向,他带领团队苦心研究,经过无数次实验,在国际上首次提出了旨在提高赤潮治理效率的黏土表面改性理论,即用人工手段强制改变天然黏土的表面性质；进而研发出高效、环保的赤潮治理材料——改性黏土,突破了天然矿物治理赤潮效率低、用量大、淤积重、难以大规模应用的国际难题。
“使用这一技术,赤潮治理材料的现场用量从原来每平方公里100吨至400吨,降低至4吨至10吨。”俞志明说,同时,他还带领团队自主研发了配套的喷洒装备,实现了赤潮治理作业的自动化。
从实验室走向应用
对于科研来说,从实验室走向应用是关键且困难的一环,在经过10多年的钻研后,俞志明和团队迈出了这关键一步。
2005年,南京十运会前夕,玄武湖暴发蓝藻水华,项目方看到俞志明发表了相关论文就找到他,希望能用科学手段解决这一难题,“最初还是比较忐忑的,但我们对自己的成果很有信心。”俞志明带领团队去到南京,开展首次现场应用。
没想到,那年的蓝藻水华非常严重。“湖边堆积的蓝藻最厚处达几十厘米,老鼠能在上面肆无忌惮地跑,打捞上来一搅合,就跟绿油漆一样,非常恐怖。”俞志明回忆。
当时是8月,南京气温40多摄氏度,太阳炙烤、水土不服,空气中还弥漫着恶臭。在这样的环境下团队经过数天测试实验,最终经过第三方评定,相较其他技术,改性黏土技术在治理效率、环境安全等各方面均更胜一筹。
“当时松了一口气,这既是赢得这个项目,也是我们技术走向应用重要的一环。”俞志明说。最终,经过1个月,俞志明团队彻底消除了玄武湖的蓝藻水华,有效保障了十运会水上项目的顺利进行。之后俞志明对玄武湖进行了持续观察,2006年玄武湖中长出了水草,由藻型湖转化为草型湖,透明度大幅提高,水质得到改善,浮游植物群落多样性增加。
之后,改性黏土治理赤潮技术应用在国家一系列重大活动和沿海重大工程中,如2008年应用于青岛近海水环境安全保障,保障奥帆赛顺利进行；2015年至今,治理棕囊藻赤潮,保障核电冷源用水安全；2017年消除厦门邻近海域赤潮,保障金砖国家领导人会晤等主场外交重大活动等。近年来,该技术已在我国沿海7个省份、20多个水域得到广泛应用。
这门技术走出了国门
随着技术的不断成熟,俞志明的改性黏土方法也逐渐走出国门,为多国赤潮治理提供了“中国方案”。
2017年11月,美国佛罗里达州暴发了大规模赤潮,导致大量鱼类和水生动物死亡。在2018年法国举行的第十八届全球有害藻华大会上,俞志明与美国伍兹霍尔海洋研究所代表签署了共同应对佛罗里达沿岸赤潮的合作协议,迄今该技术在美国弗罗里达沿海顺利得到示范应用。
此外,该技术还在智利、秘鲁等多国得到推广示范,这些合作也进一步确立了我国赤潮治理技术在国际上的引领地位。近年来,随着沿海水产养殖业的快速发展,养殖水体的水质问题越来越严重,极大影响了养殖生物的产量和品质。为此,俞志明和团队开始将改性黏土技术应用于养殖水体水环境的改善。
截至目前,俞志明团队针对我国近海常见赤潮藻,已经研发了3个系列、10余种赤潮治理材料,并与企业合作,将实验室制备转化为工程化生产工艺,实现了技术产品的工程化应用,2019年获国家技术发明二等奖。2020年,改性黏土技术入选中国科协首批先导技术榜单；2022年,作为17项推广技术之一、入选国家生态环境部发布的“国家先进污染防治目录”。