1月10日,國家科學技術獎勵大會在北京隆重召開,習近平等黨和國家領導人為獲得2019年度國家最高科學技術獎、國家自然科學獎、國家技術發明獎、國家科學技術進步獎和中華人民共和國國際科學技術合作獎的代表頒發了證書。中國科學院海洋研究所俞志明研究員作為獲獎代表上臺領獎,由其領銜完成的「近海赤潮災害應急處置關鍵技術與方法」榮獲國家技術發明獎二等獎。
赤潮,是一種全球性海洋生態災害,對近海生態環境、人類健康和養殖旅遊等產生巨大危害,被聯合國相關組織列為當今三大近海環境問題之一。全球每年因赤潮導致人類中毒事件2000多起,死亡率達15%。我國每年赤潮發生70多次,經濟損失達300億元,甚至威脅濱海核電的冷源安全,引起國家高度關注。
理論上講,赤潮應急處置可採用物理、化學、生物等手段進行,但分別存在「難、禁、慢」等瓶頸問題。上世紀70年代,日本科學家提出天然粘土絮凝法治理赤潮,其原理是利用粘土的絮凝特性,與赤潮生物聚集、沉降到海底,導致赤潮生物死亡。該方法優點是天然粘土不會造成二次汙染、見效快,符合應急處置的基本要求,但天然粘土絮凝效率低、現場用量非常高,每平方公裡使用100~400噸,面對大規模赤潮帶來了應用上的難題。
通過理論模擬、室內實驗和現場實踐,俞志明研究團隊發現了導致天然粘土治理赤潮效率低的關鍵原因:赤潮生物細胞表面呈負電性,而粘土顆粒表面也呈負電性,從而導致天然粘土絮凝效率低。由此,他們產生了一個具有創新性的想法:能否將粘土顆粒表面變為正電性、增加作用半徑,從而提高其對赤潮生物的治理效率呢?
歷經20多年的科技攻關,該團隊首創了改性粘土治理赤潮的技術與方法,解決了困擾該領域近50年的國際難題,取得了赤潮治理領域的重大突破。他們創造性地建立了提高治理效率的理論模型,發明了通過改變粘土表面電性、增加橋聯作用等提高赤潮治理效率的技術與方法,利用吸附、插入一定鏈長、帶正電的大分子,製備出改性粘土新材料。粘土改性後,表面電位反轉,與赤潮生物作用力由排斥轉為吸引,粘附力大幅增加,絮凝效率由天然粘土20%,提高到90%以上;用量由國際上同類方法每平方公裡100-400噸,降低到4~10噸,赤潮治理效率居國際領先。
針對不同赤潮種類,團隊研發出三個系列、十餘種改性粘土材料,與企業合作研製出各種赤潮治理專用設備和首艘專用船隻,實現了材料和設備的產業化生產,以及現場治理的機械化和自動化高效作業。目前,該技術方法已納入我國沿海13省市應急處置預案,形成了「快速檢測—多級預警—分級響應—綜合評估」的現場實施模式。在我國從北到南20多個海域成功開展應用,保障了奧運會、大運會、全運會水上項目以及上合組織青島峰會、廈門金磚國家領導人會議等一系列重大活動的水環境安全;並應用於我國近海核電冷源取水海域赤潮的應急處置方法,保障了近海核電的冷源安全,取得了顯著的社會和經濟效益。
2017年以來,智利、美國、秘魯等國家分別引入了這一改性粘土治理赤潮技術,成為我國為數不多、走出國門的環保技術,彰顯出該技術在國際上的領先地位。如同聯合國政府間海委會赤潮工作組前主席、美國國家赤潮辦公室主任Donald Anderson教授評價的那樣:中國的赤潮治理技術是世界該領域的引領者。
未來,俞志明研究員團隊將把生態調控、赤潮治理、環境修復的理念融為一體,進一步研發兼具不同功能的赤潮治理方法。俞志明表示,赤潮是一個全球性的近海生態環境問題,隨著我國「一帶一路」的不斷推進,希望更多的沿海國家受益於這項技術,共享「中國智造」給全人類帶來的福祉。