8月23日至25日，2019中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會科學(xué)技術(shù)年會在古都西安召開。為托舉青年科技工作者，啟迪思想創(chuàng)新，此次年會專門開辟了“青年科學(xué)家專場”，為近年來嶄露頭角的青年學(xué)者和科技人才提供交流和探討的舞臺。圍繞“環(huán)?？萍紕?chuàng)新助力污染防治攻堅戰(zhàn)”這一主題，8位青年科學(xué)工作者發(fā)表了自己的科研成果和見解。本刊特將他們的發(fā)言摘編刊發(fā)，以饗讀者。

——編者

磁性納米材料環(huán)境應(yīng)用潛力巨大

趙曉麗? （中國環(huán)境科學(xué)研究院研究員）

我報告的題目是《磁性納米材料在污染物分析降解中的應(yīng)用研究》。

2019年《科學(xué)》雜志載文指出，每年進入地球系統(tǒng)的納米物質(zhì)超過3億噸，這些物質(zhì)包括天然納米物質(zhì)，也有一些人為的納米污染物的排放，比如垃圾焚燒和工業(yè)生產(chǎn)釋放到大氣和水體當中的人為納米污染物的排放。我們平常所說的納米材料主要是指工程納米材料，這類材料是近20多年來才出現(xiàn)在地球系統(tǒng)中新的成員，它是人們?yōu)榱藵M足使用的目的人工合成的納米材料，這些納米物質(zhì)深刻影響著地球系統(tǒng)的物質(zhì)能量循環(huán)，隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展，其產(chǎn)量和排放量還在進一步增加。

在國際納米科技領(lǐng)域，科研人員對納米物質(zhì)的認識經(jīng)歷了一個從新產(chǎn)品到新型污染物到納米安全的認識發(fā)展過程。隨著納米材料的應(yīng)用與日俱增，它的生物毒性引發(fā)了人們的關(guān)注。我們團隊把研究重點放在了納米材料在水環(huán)境中污染物的分析、吸附和降解的應(yīng)用上。由于納米材料有容易堵塞和難以分離的特性，我們團隊將磁性材料與納米材料相結(jié)合，得到磁性納米材料。磁性納米材料結(jié)合了納米材料粒徑小、擴散路徑短和萃取速度快的優(yōu)點。

我們團隊攻關(guān)的對象是納米二氧化三鐵，團隊著力解決了兩個非常關(guān)鍵的問題，其一是磁性納米材料要可控穩(wěn)定地被合成，其二是磁性納米材料對有機污染物的吸附能力。為此，我們自主制備了4大類10多種可用于對比研究、粒徑均勻和表面結(jié)構(gòu)可控的納米四氧化三鐵復(fù)合材料，開發(fā)了基于磁分離的環(huán)境水體痕量污染物快速分析新方法。實驗證明，我們研發(fā)的磁性納米材料在污染物的分析、吸附去除和催化降解方面有著巨大的環(huán)境應(yīng)用潛力，最終我們解決了納米材料在固相萃取應(yīng)用中難以固液分離的關(guān)鍵難題。

環(huán)境DNA是量化生物多樣性的利器

張效偉? （南京大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授）

我的報告題目是《eDNA塑造生態(tài)毒理學(xué)研究的新時代》。

經(jīng)濟發(fā)展給自然生態(tài)環(huán)境和地貌帶來巨變。由于人類的活動工業(yè)化、城市化，各種環(huán)境因子進入到生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)里面。這里面有很多的因素，它們可能是通過毒害作用影響人體健康的物質(zhì)。幾乎在所有的自然環(huán)境中，這些污染因素都會同時存在，我們很少去觀察在這些污染物同時存在的情況下，后面的風(fēng)險是怎么樣的，這就是問題的提出。

正因為這些物質(zhì)都是潛在的、有害的，在上世紀60年代西方就發(fā)展了一個基于生物多樣性保護為目標的生態(tài)毒性測試，包括初級生產(chǎn)者、消費者、高級消費者（比如說魚類等），正是因為高等消費者非常重要，所以在世界各國都根據(jù)自己獨特的生態(tài)環(huán)境和自己獨特的物種組成，選擇他們自己的物種作為毒害化學(xué)策劃標準方法。但這些方法的準確性不是很可靠。

為克服上述的弱點問題，我們團隊在2016年開始采用eDNA的方法來進行生物多樣性監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用和推廣。所謂eDNA就是在環(huán)境樣品當中的DNA，一類是生物個體的DNA，一類是大型動物的游離碎片。eDNA從它的沉降、降解以及最后的擴散，我們都可以進行模擬，可以預(yù)測eDNA在不同環(huán)節(jié)當中的降解和遷移，相對于傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)的驗證方法，這種監(jiān)測技術(shù)提供了一種更高的可重復(fù)性和分辨率。

eDNA技術(shù)的神奇之處在于，通過分析一杯水里的物質(zhì)，就可以知道當時的生態(tài)環(huán)境當中有哪些浮游動物和魚類等生物。我們已經(jīng)用eDNA技術(shù)來監(jiān)測長江江豚種群的游動軌跡，并顯示魚類和浮游生物的分布情況和生物多樣性等信息，這對于全面地評估環(huán)境脅迫因子對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的長期效應(yīng)及其作用機制無疑是非常有利的。

新技術(shù)令海洋油氣開采更清潔

楊強? （華東理工大學(xué)機械與動力工程學(xué)院教授）

我的報告題目是《海洋平臺生產(chǎn)廢水CFC高效處理成套技術(shù)及裝備》。

中央提出“海洋強國”的國家戰(zhàn)略，而增強油氣資源的自主開發(fā)能力、提升海洋裝備實力，是我國當前的重要工作。海洋開采是將海底有用的礦產(chǎn)資源包括油氣，通過鉆井打井到海上平臺，海上平臺有固定式平臺、浮動式平臺，在平臺上進行簡單處理，把水進行凈化，油輸送到岸上進行利用過程。在這個過程中，在海洋石油工業(yè)中最嚴重的污染物就是油污染，日常生產(chǎn)排放的生產(chǎn)水是油污染的一個主要來源。世界海洋石油生產(chǎn)水和油的比例大概是3：1，即每產(chǎn)一噸油就有3噸廢水會帶到地面上，怎樣處理這些廢水是目前的關(guān)鍵難題。

我們團隊針對水中油如何高效分離的問題構(gòu)建了液滴調(diào)控系統(tǒng)，在研究了從整個纖維層面的油滴黏附到整個液滴從碰撞到分離，還有碰撞融合的過程后，團隊利用基于纖維誘導(dǎo)聚結(jié)的作用機理，提出了在流動過程中用親油纖維對高黏重油液滴進行快速捕獲。針對油包氣、水包油的難題，研究團隊構(gòu)建了基于親油纖維和疏油纖維的組合，實現(xiàn)物理分離過程。在此基礎(chǔ)上我們開發(fā)了親水/親油組合纖維聚結(jié)除油技術(shù)裝備，并構(gòu)建了以該技術(shù)裝備為核心的生產(chǎn)廢水成套處理流程。從我們的技術(shù)裝備在南海崖城13-1氣田和和渤海曹妃甸油氣田的應(yīng)用來看，實踐證明在海上污染物的源頭控制上取得了較好的處理效果。

目前，我們團隊圍繞著渤海海域、東海海域、南部的南海、東部海域做了所有的水系統(tǒng)的調(diào)研，包括針對當今的難題進一些實驗，達到了比較好的處理效果。圍繞海洋海上平臺，我們還圍繞近海的大型石化企業(yè)，包括中石化和中石油開展工作，對大量的含油污水進行處理。這個技術(shù)也受到了比較大的關(guān)注。

針對目前海上污染物的源頭控制問題，我認為要突出三個服務(wù)：服務(wù)國家海上油氣平臺建設(shè)、服務(wù)國家海上平臺管理和服務(wù)海洋強國戰(zhàn)略;以及落實兩種措施，即加快對裝備完整性管理、增強遠程控制和無人值守的能力。

衛(wèi)星遙感把自然保護地監(jiān)管落到實處

侯鵬? （生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心高級工程師）

我報告的題目是《自然保護地國家生態(tài)監(jiān)管業(yè)務(wù)化技術(shù)體系及運行機制研究》。

自然保護地是大自然瑰寶，我們建立了各類保護區(qū)和保護地，為什么要提出國家保護地體系，就是因為我們保護地之間的管理是有沖突的。截至2018年，我國保護地占陸地和海洋的比例距離生物多樣性公約提出的到2020年的目標還差很遠。如何實現(xiàn)自然保護地生態(tài)監(jiān)管的業(yè)務(wù)化運行，保障國家生態(tài)安全底線是社會可持續(xù)發(fā)展的重要命題。

我認為，人類活動干擾監(jiān)管技術(shù)流程一直是個嚴重問題。整個的技術(shù)體系要求遙感數(shù)據(jù)、地面數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)形成一些分類規(guī)則，比如采礦、開發(fā)、分類規(guī)則是形成一個干擾信息的分類體系，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)一個定量的人為干擾信息技術(shù)，在這里面最核心的就是遙感跟地面相結(jié)合，遙感和地面怎么結(jié)合？需要引入一個三查模式。首先巡查要充分的利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，能夠發(fā)現(xiàn)解決的潛在的信息它的變化信息，通過巡查之后利用詳查信息，來鎖定我們的位置信息、屬性信息和初步問題的檢查，要把我們遙感監(jiān)測的信息進行位置核查、地面核查、屬性核查，服務(wù)于監(jiān)督和指導(dǎo)。

接下來，我要從監(jiān)督執(zhí)法和綜合決策兩大需求，以衛(wèi)星遙感技術(shù)為主要驅(qū)動，對自然保護地人類活動和生態(tài)保護成效的監(jiān)測評估業(yè)務(wù)化運行技術(shù)體系和運行機制進行說明。對于人類活動監(jiān)管，我重點介紹了衛(wèi)星遙感監(jiān)測發(fā)現(xiàn)和國家地方協(xié)同運行的工作機制;對于生態(tài)保護成效，我以生態(tài)系統(tǒng)類型構(gòu)成和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能為內(nèi)容主線，提出了自然保護地成效評估的框架和指標方法，構(gòu)建了生態(tài)安全貢獻度評估模型。我們團隊的研究成果在應(yīng)用到秦嶺北麓的監(jiān)測管理時中取得了非常顯著的成效，很好地落實了中央關(guān)于加強生態(tài)保護的要求。

熱解氣化技術(shù)處理農(nóng)村垃圾經(jīng)濟環(huán)保

趙明? （清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院特別研究員）

我報告的題目是《高熱值有機固廢清潔氣化技術(shù)》。

固廢是污染的一個源頭，現(xiàn)在我們要把垃圾分類做好，有利于后續(xù)的固廢污染的控制，最后就可以免受和少受填埋空間的限制。就固廢目前的污染和控制現(xiàn)狀而言，典型的有機固廢包括生活垃圾、餐廚垃圾以及工業(yè)上的有機廢物，其實大眾的有機固廢很多來自種植養(yǎng)殖業(yè)，每年幾十億噸只有兩億噸來自城市生活垃圾。跟我們?nèi)嗣袢罕娤⑾⑾嚓P(guān)的恰恰就是這2億噸的城市生活垃圾以及其他農(nóng)村的生活垃圾，這是目前問題比較大的一個領(lǐng)域，我今天主要講的正是這些來自城市的固廢。

我認為，熱解氣化技術(shù)這種有機固廢的處理方式有很多好處，轉(zhuǎn)化效率比較高，有利于農(nóng)村的一些廢物的處理。對于大型的城市肯定要做直接焚燒的大規(guī)模集中處置，根據(jù)我的觀察，在人口高度聚集的大城市實行“大焚燒”（日處理規(guī)模600噸以上）的格局目前看來無可撼動。但對于廣大縣域的生活垃圾，以及區(qū)域性明顯的工業(yè)有機固廢和有機危險廢物，小型化處理（200噸/天及以下）的需求使得熱解氣化成為焚燒的替代路線。所以對于廣大的縣域或者其他的園區(qū)以及量比較小的需要模塊化移動式的裝備的場景下，我推薦熱解氣化的。

我通過計算，認為當前的危廢焚燒時每噸產(chǎn)生的殘渣量較大，如果采用熔融技術(shù)的話殘渣量會大為減少，整個流程耗電比安全填埋處理費用要低很多，所以氣化熱解是比較經(jīng)濟的一個途徑。我們做過結(jié)論性的調(diào)研，課題組從2015年就建了LBC的實驗室，這個實驗室是想通過一些問題進行微觀理論的研究和材料的開發(fā)，最后實現(xiàn)規(guī)?；膽?yīng)用。實驗室對固廢的處理就是把它進行熱解氣化，后端用內(nèi)燃機發(fā)電，目前我們給研究生、博士生的課題主要是集中在除焦和污染物的排除這些方面。對于高熱值的的固廢能做的事情更多了，例如可以將其變成干凈的氣體。在我看來，熱解氣化上游連接垃圾分類保證物料的均質(zhì)性與高熱值，下游連接分布式產(chǎn)能實現(xiàn)熱-電-化多元利用，因此有望成為占地小投資少、二次污染易控和能源轉(zhuǎn)化效率高的小型化主流技術(shù)。目前，我們團隊除了做技術(shù)之外還做了一些產(chǎn)業(yè)化的探索，有希望在2到3年的時間里實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

京津冀告別霧霾未來可期

雷宇? （生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院研究員）

我報告的題目是《京津冀及周邊地區(qū)大氣環(huán)境容量和空氣質(zhì)量改善路徑研究》。

京津冀地區(qū)密集的社會經(jīng)濟活動和占比很大的工業(yè)排放是造成該地區(qū)污染最主要的原因，我們團隊在環(huán)境容量上之所以要針對京津冀來進行，是因為京津冀周邊是我們國家環(huán)境空氣質(zhì)量最差的一個區(qū)域。京津冀周邊一共是28個城市，面積大概在全國的1/25左右，5%左右的面積，工業(yè)產(chǎn)量尤其是排放大概都在20%至60%之間，它的密度非常高。

另一方面從能源結(jié)構(gòu)來講，這里除了北京和天津這兩個城市以外，其他幾個城市煤炭的比重都在70%至90%之間，遠超全國的平均值（60%左右），而煤炭的排放強度非常大。作為交通運輸來講，這個區(qū)域84%的貨運量是由貨車來完成的，這部分貨運排放量也很高。這幾個問題結(jié)合在一起造成了整個區(qū)域大氣污染的排放情況非常嚴重。此外當?shù)氐牡匦魏投練庀髼l件則加劇了污染的程度。

我們研究發(fā)現(xiàn)，對2000年以來逐年氣象條件下空氣質(zhì)量模型模擬結(jié)果進行分析歸納后，可以發(fā)現(xiàn)氣象條件對區(qū)域PM2.5年均濃度的影響最高可達正負10%。通過算法分析，發(fā)現(xiàn)以PM2.5年均濃度達標為約束，區(qū)域主要大氣污染物排放量需要在2016年的基礎(chǔ)上減排50%以上。

結(jié)合京津冀城市PM2.5的濃度的特點，我們給出了三個情景的設(shè)想：第一個是“十三五”目標所要求的情景;第二個是分類改善的情景——我認為濃度相對比較高的城市下降的速率應(yīng)該更快;第三個情景則被給出了相對更激進的要求，第三個符合現(xiàn)在的“美麗中國”建設(shè)和十九大提出的目標要求。最后，介紹一下通過什么樣的措施能夠使整個區(qū)域達到上述預(yù)期，為此我們研究團隊進行了幾方面模型的拼接，提出了實現(xiàn)區(qū)域空氣質(zhì)量改善的技術(shù)路徑和分階段目標。

最后，我認為，雖然這幾年臭氧濃度在提高，但是二氧化硫、氮氧化物濃度在降低，因此我相信臭氧濃度會慢慢降低的，這也會堅定決策者的信心。

遙感監(jiān)測助力污染物傳輸管控

劉誠? （中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院教授）

我報告的題目是《大氣污染立體遙感監(jiān)測》。

隨著“大氣國十條”的實施，雖然我國給京津冀、長三角定了可量化的指標，但是一個地方的空氣污染既受到本地排放和二次生成的影響又受到區(qū)域傳輸?shù)挠绊?。落實污染治理的主體責任，需要明確本地排放和外地輸送的相對貢獻，這給遙感技術(shù)提供了用武之地。我們團隊的研究正是由此入手，以達到污染物傳輸?shù)墓芸刂卫砟繕恕?/p>

在研究中，我們團隊基于地基、船基、機載、星載等大氣環(huán)境立體遙感監(jiān)測平臺，開展了大氣污染物時空分布、來源和機理研究。以湖南省為例，當北風(fēng)吹來的話，湖南和相鄰省份之間的二氧化碳就可以相互輸送，通過遙感就知道哪些是當?shù)嘏诺?，哪些是其他省份排的?/p>

安徽省安慶市的環(huán)保部門說，衛(wèi)星遙感很有幫助，如果有一些工廠藏身在慶安的深山老林里，而不在我們記錄的列表上，那通過衛(wèi)星遙感，環(huán)保部門是可以獲知這些工廠的排放情況的。我們團隊為了驗證衛(wèi)星的準確性，在衛(wèi)星上天之前將已知濃度的樣品讓衛(wèi)星接收到，算出來衛(wèi)星的光譜，把這個標準濃度與已知濃度數(shù)據(jù)進行對比，證明準確度是非常高的，這個結(jié)果也被國際頂級期刊所接受。

在地面遙感方面，我們研究團隊建立了一個能同時觀測霧霾和甲醛的網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)也配合國家的“一帶一路”倡議，在重慶、西安、蘭州等西部城市還有南極和北極安裝了儀器，這些設(shè)備能夠提供污染物的垂直分布，其中橫坐標是時間，縱坐標是高度，每10分鐘是一條廓線。在實際驗證之后，我們團隊通過遙感數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，結(jié)果對環(huán)保治理很有指導(dǎo)意義。

此外，長江船載遙感航測發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)達省份的污染物主要是來自工廠，農(nóng)業(yè)省份主要是來自于汽車尾氣。我們團隊的研究人員還參與了中日韓污染物跨界傳輸?shù)恼n題研究，我們用船舶搭載儀器從大連開到韓國，觀察有多少污染物是從中國傳到韓國，又有多少污染物是從韓國傳入國內(nèi)的。

用新型催化劑吸附典型環(huán)境污染物

展思輝? （南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授）

我報告的題目是《典型環(huán)境污染物的污染控制機制研究》。

當下環(huán)境污染物的去除很多時候借助于環(huán)境催化，取得了很好的效果。但是常用的催化劑實際上存在著易中毒、易失火等問題，實際中如何進一步提升其效果還需要探索其微觀機制。為了在一個復(fù)雜的環(huán)境體系中高效地去除污染物同時保持催化劑的穩(wěn)定性，我們團隊設(shè)想通過材料表面的改性和調(diào)控進行催化氧化一體化的過程。

我們的研究人員首先通過表面酸性調(diào)控、表面氧化還原性調(diào)控設(shè)計出一種新型催化劑，揭示出固氣界面調(diào)控吸附—活化—凈化污染物的機制。隨后，我們構(gòu)建了病原微生物固液界面化學(xué)靶向凈化體系，解決了原有的消毒過程中存在的很多動力學(xué)的問題和非靶向凈化的問題。最后，我們研究團隊通過界面的調(diào)控和改性，使之能夠產(chǎn)生更多的活性，提升了吸附、氧化、催化典型環(huán)境污染物質(zhì)的效率。我們團隊的研究成果在與軍方合作后實現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化，設(shè)計出的在光合作用下快速去除典型污染物的操作過程，可以用于野外飲水安全保障，對于水中微生物檢測亦有很大貢獻。