藻华爆发是威胁全球水生态系统与人类健康的重大环境问题，更是制约水产养殖业绿色可持续发展的关键瓶颈。传统化学除藻方法（如投加硫酸铜）虽能快速杀灭藻类，却往往导致藻细胞破裂、毒素释放，并引发二次污染，难以实现水资源循环利用与藻类生物质资源化回收。如何在不依赖化学药剂的前提下，同步实现高效除藻、水质净化与藻类资源回收，已成为当前可持续水产养殖面临的核心挑战。
近日，中国科学院生态环境研究中心孙猛研究员团队在该领域取得重要突破，相关研究成果以“Advancing sustainable aquaculture with a zero-valent copper filter system”为题发表于国际顶级期刊Nature Sustainability（DOI: 10.1038/s41893-026-01902-y）。
针对上述难题，研究团队创新设计并构建了一套基于零价铜微孔滤材（CuMF）的低压快速过滤系统（LpRFS-CuMF）。该技术颠覆了传统“化学杀藻”思路，开创了“物理截留—催化净化—资源回收”的全新范式。本研究的核心发现包括：1. CuMF可实现藻细胞完全截留，水渗透率达11,700 LMH bar⁻¹，优于传统聚合物过滤器；2. CuMF通过高效催化界面溶氧形成亚稳态高价铜物种，通过界面电子转移选择性氧化胞外有机物和富电子污染物，同时完整保留藻细胞，为后续资源化回收奠定基础；3. 在实际养殖水体处理中，LpRFS-CuMF在0.05 MPa低压下稳定运行，并将藻类生物质浓缩至原水的8.9倍；且同步削减了循环水中藻毒素、嗅味物质、抗生素、耐药细菌、抗性基因和病毒等，使循环水具有更好的安全性和回用潜力，显著降低了循环水的水生态风险；4. 浓缩藻类可通过厌氧发酵生产生物乙醇，剩余残渣可制备藻源生物炭用于污染物吸附，实现“水质净化—再生水回用—藻类回收—资源再利用”的绿色闭环循环。
本研究首次将零价铜滤材的物理分离功能与界面催化功能有机整合，揭示了高价铜介导的电子转移氧化路径在藻源有机物降解中的关键作用，为藻华治理领域提供了从分子机制到工程技术层面的系统创新。技术经济分析与生命周期评价表明，与传统化学除藻相比，该系统处理成本降低64.8%，21类环境影响指标降幅达77.5%至97.2%，有力验证了其环境效益与经济可行性的高度统一。
该成果为全球水产养殖业绿色转型提供了可复制、可推广的技术路径，更以“治水—回用—减碳—创能”的协同范式，为破解水资源短缺难题、推进生物质资源化利用、助力实现国家“双碳”战略目标，贡献了具有实践价值的“中国方案”。
论文第一作者为清华大学联合培养博士研究生朱婷婷，通讯作者为中国科学院生态环境研究中心孙猛研究员。研究工作得到了曲久辉院士的悉心指导。研究还得到国家自然科学基金基础科学中心项目（52388101）、国家自然科学基金项目（52270043）以及国家重点研发计划青年科学家项目（2024YFC3715000）资助。
环境水质学重点实验室
2026年7月28日