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改性黏土治理赤潮的理论、技术与应用
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发布日期:2021-04-26 11:53
中国科学院海洋研究所是我国规模最大、综合实力最强的海洋研究机构之一,拥有5个中国科学院重点实验室、2个国家工程技术中心,以及多个在国内外具有领先水平的科研支撑平台。
中国科学院海洋研究所建所70年来,面向国家需求和国际海洋科学前沿,在海洋农业优质、高效、持续发展的理论基础与关键技术,海洋环境与生态系统动力过程,海洋环流与浅海动力过程,以及大陆边缘地质演化与资源环境效应等领域开展了许多开创性和奠基性工作,取得了 900 多项科研成果,为我国国民经济建设、国家安全和海洋科学技术的发展做出了重大创新性贡献。
中国科学院海洋研究所赤潮治理研究团队由国家杰出青年获得者、泰山学者攀登计划专家、国家重点研发计划项目首席研究员俞志明领衔,现有研究员3名、副研究员2名、助理研究员2名,以及博士后和研究生10余人,是基金委创新研究群体“我国近海生态系统关键过程与环境效应”的核心研究团队。团队已先后承担国家“973”“863”等各类项目 10 余项,发表论文200 多篇,出版专著 2 部,授权发明专利10 余项,2019 年获国家技术发明奖二等奖。
团队成功研发了高效、绿色环保的赤潮治理材料和专用作业装备并实现了工程化生产,构建了基于改性黏土技术的赤潮治理体系,在我国沿海 20 多个水域成功应用,并走出国门,在美国、秘鲁、智利等国沿海示范应用,推动了我国赤潮防控的学科发展和科技进步,彰显了我国在涉及领域的国际地位和作用。
案例介绍
一、项目名称
改性黏土治理赤潮的理论、技术与应用。
二、项目概况
改性黏土技术是一种高效、绿色环保、可大规模应用于现场的赤潮治理技术。与国际同类技术相比,治理赤潮效率提高上百倍、用量减少 90%以上,成本节省 85%以上,使用更安全、更有效,突破了赤潮治理技术的国际难题。技术编入我国赤潮治理的国家标准方法《赤潮灾害处理技术指南》(GB/T30743—2014),并获授权发明专利10余项,具有完备的独立知识产权。目前,已实现赤潮治理材料和现场自动化作业装备的工程化生产。此项技术在我国沿海 20 多个水域得到大规模使用,并在美国、秘鲁、智利等国沿岸成功示范应用,于 2019 年获国家技术发明奖二等奖。
三、项目规模
项目针对我国近海常见赤潮藻,研发出 3个系列、10余种赤潮治理材料。项目团队与大型国有企业合作,设计建立了赤潮治理材料专用生产线,可日产改性黏土 30t;通过气悬浮流化和多相流均质混合等设计思想,突破了改性黏土高黏性、难分散、不易连续作业的难题, 设计制备出各型赤潮治理专用装备和首艘专用作业船只,实现了赤潮治理材料的工程化生产, 促进了传统资源开发型企业产品的升级换代和新旧动能转换,近 3年新增销售额 1.36亿元。
围绕“保障沿海核电等重大工程、保障主场外交等重要活动、保障旅游养殖等敏感水域”三大目标,改性黏土治理赤潮技术已在我国渤海、黄海、东海、南海和北部湾 20多个水域、上百个用户大规模应用,近3年避免赤潮灾害对核电运营和养殖业的经济损失达10余亿元。自2017年起,通过国际第三方生态安全评估,产品出口至多个国家,并在相关国家沿海成功示范应用。
四、技术特点
团队研究发现黏土颗粒的表面负电性是影响其对赤潮藻絮凝效率的关键因子,创新性地提出提高治理效率的理论模型,发明了改变黏土表面性质、提升絮凝能力的系列改性方法, 研发并制备出高效治理赤潮的改性黏土材料,治理效率较天然黏土提高上百倍,用量由国际上同类方法每平方千米 100~400 t,降低到 4~10 t,赤潮治理效率居国际领先。
改性黏土主要取材于大地土壤,是一种天然、环保的絮凝材料。技术不仅通过了对水质和鲍鱼、对虾、三文鱼等多种常见养殖生物的生态安全评估,并获得美国伍兹霍尔海洋研究所、智利瓦尔帕莱索大学等国际第三方机构的评估报告,证明其具有可靠的生态环境安全性,可以放心应用在养殖、旅游以及重大赛事活动等水域。为保障改性黏土材料在现场的科学高效使用,团队针对核电冷源取水区长时间、不间断作业需求,小型养殖筏架轻便灵活作业的需求,重要保障区域静音作业等需求,研发了系列自动化作业装备,大大提高了现场作业效果。
五、项目优势
项目技术成熟度高、应用范围广。改性黏土技术被列入我国沿海 13 省市(河北、福建、厦门、青岛、东莞、晋江、珠海等)的赤潮灾害应急预案,是我国地方政府应急处置赤潮灾害的行动指南;用户涵盖沿海 13 省(市)的政府部门、4 个核电站等大型国有企业和数十家养殖企业等,是我国目前唯一得到大规模应用的赤潮治理技术,在国外被誉为“中国制造的赤潮灭火器”,具有广泛的应用前景。
六、工程创新
项目以改性黏土技术为核心,构建了赤潮治理的技术工程体系,主要内容包括:基于黏土表面改性理论,研发了高效、环保的赤潮治理材料,并实现工程化生产;设计研发了不同型号的现场作业专业装备,开发出全球首艘赤潮治理专用船;建立了赤潮应急处置的专家诊断与决策系统,实现了集“科学决策—高效作业—能力支撑”于一体的赤潮治理作业工程化创新。
七、效益分析
项目取得的主要社会经济效益情况如下:
(1)服务于国家战略需求:技术通过国家核安全局审核,成功治理了防城港核电冷源取水海域的棕囊藻赤潮,并推广到阳江、大亚湾等核电站,为我国滨海核电的冷源安全提供了重要保障。
(2)保障近海生态环境:技术已多次成功消除了发生在近海养殖/景观及重大水上活动海域赤潮,保障了相关企业免受经济损失、重大活动得以顺利进行,产生了显著的社会效益,对我国近海渔业生产、海洋旅游等开发利用活动和生态环境保护发展产生了重要作用。
(3)带动相关企业产业升级:项目成果的落地转化,带动了兖矿等国有大型企业产品的升级改造,使企业产业体系由以前传统的低端产品向高科技、环保型产品转化,拓展了企业产品品种、提高了产品利润,近3年新增销售额 1.36亿元。
(4)引领国际赤潮治理科技进步:项目成果走出国门,实现了中国赤潮治理材料和设备的出口,在多国沿海成功示范应用,对国内外赤潮治理等海洋环保技术的进步起到了显著的推动作用。
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