潘纲,中科院生态环境研究中心研究员,博士生导师。主要研究方向为湖泊富营养化治理、环境界面化学、环境水化学、分子环境科学和环境纳米技术等。发表论文200余篇,国内外专利60余项。从1991年到2001年,分别在英国的East Anglia大学、Leeds大学、Plymouth大学和Imperial College学习和工作;2000年入选中科院“百人计划”,2003年入选“优秀百人计划”。科技部欧盟科技合作项目首席科学家,“十五”国家重大专项副首席科学家、多项国家重点基础研究项目课题负责人、国家基金委重大基金项目专家组专家、国家发改委澳发署太湖项目国际专家委员会专家、中国环境学会水环境分会副理事长、中国海洋湖沼学会水环境分会理事、中国物理学会同步辐射专业委员会委员、上海光源国家科学中心学术委员会委员,美国化学会会员、若干学术期刊的编委。
湖泊,大地明珠,不仅使我们的星球更加璀璨,还为人类生息繁衍提供了良好的环境。 曾几何时,“一湖春色万波清”是对秀美湖水最好的描述。如今,肆虐的蓝藻水华却让明珠黯然失色,成为国人的忧患所在。
近30年来,湖泊富营养化所导致的蓝藻水华频繁暴发,生态灾害事件频发,严重影响湖泊功能的发挥,制约区域经济可持续发展,阻碍了生态文明建设的步伐,成为一个世界难题。然而,却有这样一位科学家,他不畏艰难,勇于向自然索要技术,十年磨一剑,向疯狂的水华“蓝魔”发起了挑战!他就是中国科学院生态环境研究中心“优秀百人计划”获得者潘纲研究员。
蓝藻何以成为“生态癌症”
蓝藻,作为一种原始、古老的原核藻类,它在地球上生存的时间已有35亿年之多,也是地球上迄今为止发现最早的光合放氧生物。与细菌和真菌植物不同的是,作为一种自养性生物,蓝藻的光合作用能力很强,除能主动利用空气和水体中的二氧化碳和氮制造营养物质外,还能释放出大量的氧气。“科学家认为,正是蓝藻强大的光合作用能力,有效降低了二氧化碳的浓度,才使地球大气圈中的含氧量达到了现在的水平,因此,蓝藻对于人类和整个生物圈来说,并不是可有可无的。”潘纲解释道。
但是,蓝藻中的微囊藻、水华束丝藻、鱼腥藻等在富含氮、磷和有机物的富营养水体和高温季节,呈爆发性的“疯长”,并形成淡水水体中的“水华” 海水中的“赤潮”。不仅严重阻碍了其它浮游生物的正常生长,而且会在其覆盖水域,阻挡阳光和氧气的进入,污染环境、恶化水质,可使河流、湖泊、海洋,变成死河、死湖、死海,因此被人们惊呼为“生态癌症”。
国家重大需求与现实困境
水质改善和内源污染的控制刻不容缓,已经成为国家的重大战略需求。2015年国务院印发《水污染防治行动计划》,提出到2020年,“七大重点流域水质优良(达到或优于Ⅲ类)比例总体达到70%以上”,“地级及以上城市集中式饮用水水源水质达到或优于Ⅲ类比例总体高于93%”,“京津冀区域丧失使用功能(劣于V类)的水体断面比例下降15个百分点左右,长三角、珠三角区域力争消除丧失使用功能的水体”。2015年4月25日,国务院颁发关于加快推进生态文明建设的意见,提出到2020年,“重要江河湖泊水功能区水质达标率提高到80%以上”。要实现上述目标,必须通过控制污染物排放,恢复和构建健康水生态系统,从而解决水质安全的可持续性问题。现已公认,在外源污染得到有效控制后(这需要若干年),内源污染将在今后很长一段时间内成为制约水质达标的关键问题,同时内源污染本身也成为制约生态系统恢复的瓶颈问题。要想五年内解决这些问题,必须实现内源污染技术上的突破,这就需要一种高效、绿色、安全、节能和长效的综合性水体修复技术。潘纲认为现有的技术主要受困于以下四方面:
水质改善方面缺乏生态安全的快速达标技术
水质改善是有效治理富营养化和藻华暴发的前提,通过降低水中氮磷浓度,提高水体透明度可以有效防止藻华暴发。由于河流、湖泊的自然属性和现有治理技术的局限性,要想在5年时间内实现政府提出的天然水体水质达标是很困难的。目前,市场上水质改善技术类型多样,包括人工湿地技术、水动力学技术、人工增氧和絮凝沉淀技术等。大部分技术在景观、小型水体或水厂中应用效果较好,但由于成本和效率等原因不适合大面积水体应用,因此,针对天然水体的水质改善尚缺乏生态安全的尤其使得水质能够快速达标的高效技术。
藻华控制方面缺乏可大面积实施的应急技术