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改性粘土击退“红色幽灵”

2017-10-26 04:55栏目:观点

 
 
改性粘土击退“红色幽灵”  
 

改性粘土击退“红色幽灵”

科学家们正在利用改性粘土作业。 

■本报见习记者 高雅丽

赤潮在国际上被称为“红色幽灵”,它是在特定的环境条件下,海水中某些浮游植物、原生动物或细菌爆发性增殖或高度聚集而引起水体变色的一种有害生态现象,已经成为世界性“公害”。

近年来,一种名为“改性粘土”的技术在消除赤潮方面发挥了明显作用。该项技术的研发者是中科院海洋所海洋国家实验室海洋生态与环境功能实验室主任、研究员俞志明。他对《中国科学报》记者说:“十多年磨一剑,终于将这项技术投入到实际应用中。”

神奇的“改性粘土”

20世纪70年代,日本科研人员提出用粘土治理赤潮的技术,使天然矿物与导致赤潮的微藻结合后产生絮凝沉降效应,藻类沉到底部,不能产生光合作用,从而可以消除赤潮。

1991年,俞志明加入中科院海洋所,开始研究赤潮问题。“我的博士方向就是粘土吸附,蒙脱土和高岭土是粘土的两大种类,我发现当时日本选用粘性较大的蒙脱土作为治理赤潮的原料。每平方米用400克、一平方公里要用400吨粘土,使用量非常大,并不能很好地大规模推广。”

使用天然粘土治理赤潮进入了瓶颈期。俞志明和团队成员潜心研究,发现高岭土的效果比蒙脱土好。通过机理研究,俞志明终于发现了其中的奥秘:“粘土表面含有负电,而赤潮生物也带有负电,负负相斥,所以天然粘土絮凝藻类生物的效率很低。相对来讲,高岭土表面所含负电较蒙脱土少,所以高岭土的效果比蒙脱土好。”这一新的研究结果给俞志明一个重要启发,“如果通过技术手段,把粘土表面负电降低,甚至变成正电,那么治理赤潮的效果就会非常明显了。”

由此,俞志明提出了旨在提高粘土治理赤潮效率的“粘土表面改性理论”,在此理论指导下制备出高效改性粘土,其治理效率比原来提升了几十到几百倍,现在每平方公里用4吨到10吨改性粘土就可以消除藻类生物。

俞志明告诉记者,“找到负电影响治理效果的原因并不容易。”刚开始大家一头雾水,提出了无数种方案,“有时候失败也不知道是怎么失败的”。

“我们还对改性粘土治理赤潮进行了生理生化和分子生物学机理方面的研究,发现藻类细胞受到改性粘土的撞击之后,即使没有沉到水底,细胞内部也会受到影响。”俞志明解释道,“通过现场试验,我们发现,藻类细胞抵抗粘土作用时,会产生含量过多的过氧化物,导致细胞停止生长,甚至死亡。所以改性粘土控制机理有两方面,一个是直接絮凝沉降,另一个是影响藻细胞的生理生化性质。”

如今,改性粘土治理赤潮技术是我国具有自主知识产权、目前国际上能够大规模应用的少数几种方法之一,2014年成为我国赤潮治理国家标准方法。该成果曾获得包括2015年海洋工程科学技术奖一等奖在内的多个科技奖项。

“小试牛刀”效果明显

2005年,改性粘土技术迎来了“首秀”,为南京玄武湖消除蓝藻水华。南京全运会召开在即,主办方在全国范围内广发“英雄帖”,征集有效的治理技术。经过筛选,俞志明团队进入最终环节。

俞志明说:“这是改性粘土技术第一次走出实验室,也是头一次用在淡水里,现场治理我们没有相关经验,所以心里还是有些打鼓。”为了确保治理方法的有效性和可靠性,主办方划出一部分水域,对改性粘土方法进行尝试。

8月份的南京气温高达40多摄氏度,俞志明和团队成员坐在船上喷洒粘土,“非常辛苦”。十天之后,“试验区”治理效果明显,得到了专家组的肯定,主办方最终将玄武湖的蓝藻水华治理全部委托给了俞志明团队。

历时三十余天,俞志明团队彻底消除了玄武湖的蓝藻水华,首战“一炮打响”,从此以后,改性粘土技术真正走出了实验室,得到大规模推广应用。

在治理中,也有不少人质疑,大量粘土沉到水底,是否会对水质产生不良影响。对此,俞志明解释说:“粘土的吸附功能,不仅可以控制藻类,还能吸附磷、氨氮类的营养物质。例如养殖池中会产生养殖底泥,为了抑制有害物质,养殖户会喷一层粘土对它们进行固化。”为了确保改性粘土对现场的鱼、虾、贝等生物没有负面影响,俞志明团队做了大量的生态效应实验,“在实验中,我们使用了超过现场用量十倍的改性粘土,发现不会影响水里生物的生长。因此,我们得出结论,这项技术不仅不会产生危害,还能对水质环境起到改善作用”。