——记中国科学院生态环境研究中心研究员俞文正
水是生命之源，其质量关乎民生福祉。在水的世界里，那些肉眼难见的细微颗粒和杂质，如同隐匿的“小麻烦”，影响水的纯净与安全。絮凝——这一神奇的操作，宛如一场微观世界里的“魔法聚会”，能让这些微小的颗粒相互“拥抱”、聚集，从而实现水与杂质的高效分离。什么是絮凝?就是指使水或液体中悬浮微粒集聚变大、或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝。
在中国科学院生态环境研究中心，有一位深耕絮凝及饮用水净化领域的科研先锋——俞文正研究员，他的研究方向主要是水处理技术、污染物去除及其对人体健康的影响，包括饮用水处理，混凝、膜、水质与健康等。他以严谨务实的态度、勇于探索的精神，在科研路上不断攀登，为守护人们的饮用水安全倾尽全力，为保障饮用水安全、推动生态文明建设贡献了重要科研力量。
俞文正在其工作近4年的英国帝国理工学院土木环境系
溯源求学路 科研志坚毅
家乡的小河奔流不息，童年的俞文正常在水中嬉戏，捧起河水一饮而尽。多年以后，他站在长江边皱眉凝视着浑浊的江水，一个问题浮上心头：如何让千家万户的水龙头，流淌出安全清澈的生命之源?
俞文正，这位来自浙江宁波的青年科研学者，大学就读于武汉大学给水排水专业。彼时，武大丰富的课程体系如同一座知识的宝库，水利、化学、物理等多学科知识的交融，为他打开了多学科交叉研究的大门，也为他日后的水质科研奠定了坚实基础。
2005年，怀揣着对科研的热爱与追求，俞文正保送至哈尔滨工业大学硕博连读，师从我国著名水处理专家、中国工程院院士李圭白院士。李院士是我国饮用水研究领域的泰斗，他破格接收了这位怀揣梦想的学子。在李院士的实验室里，一台利用率不高的仪器引起了俞文正的注意，那是英国伦敦大学学院一位混凝研究领域教授的发明。从这台仪器入手，俞文正开启了絮凝机理的研究之旅。李院士开明支持的态度，以及“理论与实践相结合”的培养理念，如明灯般照亮了他的科研方向。研究生第一年课程结束后，他便被派到现场进行实地调研，在实践中发现问题、解决问题，提升理论研究水平。
2009年，广州市某水厂出厂水锰常年超标，饮用水安全岌岌可危，水厂下达一周内通水的死命令。俞文正顶住压力，与师妹深入水厂调研，在李院士的远程指导下，利用移动式水质应急高效全自动微型实验台，确定药剂最优组合剂量及投加方式，成功解决有机络合态锰导致的出水锰浓度超标问题，让原本浑浊的水变得清澈透亮。这次实践不仅让他收获颇丰，接连在核心期刊发表成果，更让他深刻体会到科研成果应用于实际的重要性。
博士期间，俞文正还获得英国奖学金前往伦敦大学学院交流的机会，师从絮凝领域国际权威学者John Gregory教授。在英国的一年里，每周与教授在酒吧或餐厅的科研讨论，成为他灵感不断涌现的源泉。他一口气发表了8篇SCI论文，科研生涯自此起飞。这段经历也证明，此前李圭白院士对他的训练为成果产出奠定了坚实基础。
俞文正与其博士生导师哈尔滨工业大学李圭白院士(2024年11月)
深耕絮凝域 创新结硕果
微观机理探幽，絮凝理论革新。多年来，俞文正对絮凝微观机理的研究达到了深入且细致的程度。他提出絮体生长的关键因素是絮体表面的活性位点，这一观点对基于zeta电位的传统混凝机理进行了创新性补充。通过探索絮体在不同条件下的生长、破碎和再生情况，他发现絮体破碎涉及羟基桥在碱性条件的断裂，持续破碎过程消耗絮体表面的水基，限制后续絮体再生，证明了化学键变化对混凝过程的重要性。
进一步研究后，俞文正发现纳米颗粒性质的化学键变化是造成絮凝效能差异化的本质原因。通过对不同时间絮体结构变化的观察，他发现了絮体在老化过程中结晶逐步释放出所吸附有机物的现象，并提出了絮体老化理论，阐释了絮凝纳米颗粒、纳米团簇的结构。这些研究解释了高密度澄清池及絮体污泥回流过程中絮体与有机物相互作用的过程，验证了絮体表面活性位点对絮体生长及有机物去除的关键作用。
同时，俞文正证实了有机物中不同官能团与絮体的亲和能力决定了其混凝去除效率。通过宏观和微观表征，他发现混凝有利于去除分子量较大的有机物，腐殖酸类组分比蛋白质类组分更容易通过混凝去除。高分辨质谱分析揭示，混凝过程优先去除分子质量大、氧碳比高、氢碳比低的有机物。深入研究具有关键官能团的小分子混凝过程后，他首次从官能团尺度解释了混凝去除有机物的原理：羟基与絮体表面活性官能团结合能力强，可被混凝有效去除;低浓度下，苯环通过形成金属-π键促进混凝;絮体对电离前后羧基的亲和力差异显著，电离后的羧基难以通过混凝去除。这些研究成果为混凝工艺提供了理论依据，使在实际水处理过程中可根据水源有机物化学性质预判混凝工艺的可行性和去除效率，并考虑结合其他水处理工艺提高效率。
新兴污染应对，纳米网捕显效。随着塑料制品的广泛使用，其降解产生的纳米塑料(NPs)成为重大污染问题，威胁人类健康。传统混凝工艺去除NPs效果不佳，俞文正研究组摒弃传统思路，选择通过调控絮体纳米晶体结构来克服局限性，从而提出了一种新的絮凝机理。
他们使用过碳酸钠和Fe(II)混凝剂实现原位氧化混凝，使絮体中的氢氧化铁纳米颗粒经电子转移机制变为高效去除NPs的柔性纤铁矿纳米网。实验结果表明，原位氧化混凝工艺显著提高了混凝速率与NP去除效率。该方法兼具Fe(II)的电荷中和能力和Fe(III)的快速沉淀优势，形成结构稳定、可再生的絮体，对天然有机物、水动力扰动和pH变化表现出更强适应性。结构表征显示，传统Fe(III)混凝剂只能形成细小的水铁矿颗粒并简单附着在NP单体表面，而Fe(II)混凝剂形成的片状纳米纤铁矿则包裹NP单体，实现完全表面改性。适量的SPC氧化剂能在加速Fe(II)混凝的同时保留这种结构，进一步强化纳米网捕效应。分子动力学结果表明，该方法形成的纤铁矿纳米网表面与NPs的结合力更强，能在更近距离产生势垒，且被氧化的NP分子能与其表面第一壳层配位形成更稳定构型。这一研究为混凝处理新兴污染物提供了有效方法，为混凝未来发展指明方向，对环境修复和新兴污染物全球管理具有重要意义。
俞文正与其博士后导师英国帝国理工学院Nigel Graham教授
成果惠人民 饮水更安全
俞文正将膜技术与絮凝机理研究相融合，走出了一条独特研究道路。在膜法饮用水处理方面，他发现混凝预处理工艺需结合氧化工艺才能有效控制膜污染。他积极参与科研项目，其“饮用水中天然有机物的水质风险及去除关键技术应用”项目，依托国家高层次人才计划等课题，瞄准国家重大需求，针对饮用水中天然有机物及其衍生的消毒副产物与慢性疾病的关系和控制难题展开研究。
该项目通过大数据分析等手段，确定相关物质与慢性疾病的相关关系，为医学微观机制研究奠定基础。基于健康影响确定水中有机物浓度阈值，优化混凝、生物慢滤和纳滤截留等组合工艺去除有机物。项目成果丰硕，授权国家发明专利8件，编制团体标准2项，近三年累计应用产值超4.47亿元，为相关企业带来净利润超7000余万元。研究成果现已服务于北京、河南等多地城镇居民，实现工程转化应用，提升居民饮用水安全性，获得国内外同行高度认可，经鉴定总体达到国际先进水平。
在该项目中，俞文正的主要科研创新贡献有三点：首先，他提出利用大分子生物聚合物在纳滤膜表面形成功能调控层，削减纳滤产水中消毒副产物的生成，为饮用水的安全提供技术保障。这是首次在纳滤膜表面构建大分子生物聚合物功能调控层的尝试，实现了纳滤膜膜污染的控制和污染物去除效率的提高。
其次，他开发了基于生物活性炭的生物慢滤工艺和FexO/FeNC@AC活性炭填料，解决自来水中难降解NOM的高效稳定去除问题。该工艺具有绿色可持续、高效低成本的优点，为自来水深度处理提供了重要技术选择。
最后，他提出了无泡曝气技术强化生物慢滤的新理念和技术方案。无泡曝气实现了滤池内溶解氧浓度的均匀分布和精细调控，克服了生物过滤内部缺氧的技术难题，同时避免了常规曝气对生物膜的扰动，显著提高了生物慢滤对难降解有机物的去除效率。
此外，依托该项目的创新成果，俞文正还牵头制定《自来水中消毒副产物终端纳滤去除技术规程》团体标准，推广新型纳滤净水技术在农村和城市的应用，解决终端用户饮水安全的重要社会问题。
俞文正在絮凝研究领域深耕细作，用实际行动诠释了一名科研工作者的责任与担当。他的研究成果，不仅创造了显著的经济和社会效益，更为我国居民饮用水安全提供了坚实的保障。当问及动力源泉，他看着课题组网站上奔腾的瀑布图，说：“科研的终极激励，就是看见成果流入百姓生活。”
未来，他将继续秉持初心，不断探索创新，坚持“让每一滴水都安全”的使命，为保障饮用水安全、推动生态文明建设贡献更多力量，让清澈之水润泽更多人的生活。(文/丁旭)
俞文正与联合培养博士生导师英国伦敦大学学院John Gregory教授
