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中国环境科学学会科学技术年会"青年科学家专场"见闻

中国环境科学学会科学技术年会"青年科学家专场"见闻
2019年08月26日 09:10 新浪公益

  中国环境科学学会为托举青年科技工作者,启迪新的学术思想,在古都西安召开的2019中国环境科学学会科学技术年会开辟了“青年科学家专场”,围绕着“环保科技创新助力污染防治攻坚战”这一主题,为近年来崭露头角的青年学者和技术人才提供了交流和探讨的舞台。此前,中国环境科学学会在网站上刚公布了获评“第二届中国环境科学学会青年科学家奖”的30位候选人,其中金奖10名,优秀奖20名。

8月23日上午10名“第二届中国环境科学学会青年科学家奖”金奖获得者上台领奖8月23日上午10名“第二届中国环境科学学会青年科学家奖”金奖获得者上台领奖

  8月23日下午的“青年科学家专场”活动,由中国环境科学学会青年科学家分会秘书长鲁玺和西安建筑科技大学环境与市政工程学院的陈荣教授共同主持。现场一共有8位青年科学工作者代表做了报告,每个人在30分钟的现场报告时间内贡献出了富有前瞻性的内容,大大拓展了与会者们的认知和知识视野。下面让我们对他们的报告内容做一下了解。

  磁性纳米材料有巨大的环境应用潜力

  第一个走上讲台的是中国环境科学研究院赵晓丽研究员,她报告的题目是《磁性纳米材料在污染物分析降解中的应用研究》。她先从我们平常听说的纳米材料说起,这类材料是人们为了满足使用目的用人工合成出来的纳米材料,也是近些年来的研究热点。除此之外还有一些人为的纳米污染物的排放,比如垃圾焚烧和工业生产释放到大气和水体当中的纳米污染物。

中国环境科学研究院研究员赵晓丽在“青年科学家专场”介绍磁性纳米材料中国环境科学研究院研究员赵晓丽在“青年科学家专场”介绍磁性纳米材料

  在国际纳米科技领域,科研人员对纳米物质的认识经历了一个从新产品到新型污染物到纳米安全的认识发展过程。随着纳米材料的应用与日俱增,它的生物毒性引发了人们的关注。如何推动产业的健康发展,生产出既能够满足应用需要又环境友好的工程纳米材料,赵晓丽团队把研究重点放在了纳米材料在水环境中污染物的分析、吸附和降解上的应用上。由于纳米材料有容易堵塞和难以分离的特性,她的团队将磁性材料与纳米材料相结合,得到磁性纳米材料。磁性纳米材料结合了纳米材料粒径小、扩散路径短和萃取速度快的优点。

  接下来她和团队着力解决了两个非常关键的问题,其一是磁性纳米材料要可控稳定地被合成,其二是磁性纳米材料对有机污染物的吸附能力。为此他们自主制备了4大类10多种可用于对比研究、粒径均匀和表面结构可控的纳米四氧化三铁复合材料,开发了基于磁分离的环境水体痕量污染物快速分析新方法。实验证明,他们研发的磁性纳米材料在污染物的分析、吸附去除和催化降解方面有着巨大的环境应用潜力,解决了纳米材料在固相萃取应用中难以固液分离的关键难题。

  环境DNA是检测和量化生物多样性的利器

  南京大学环境学院张效伟教授报告的题目是《eDNA塑造生态毒理学研究的新时代》。他从一张从卫星上俯瞰亚洲夜晚璀璨灯火的图片说起,介绍了经济发展给自然生态环境和地貌带来的巨变。由于工业化和城市化,各种环境胁迫因子进入到生态环境系统里面,许多有毒物质通过各种机制导致大量物种种群的衰退。为了评估物种受到的化学毒害,各国在过去50年的时间里面形成了一套评估生态风险环境质量的简单策略,主要包括两种方法:一是通过仪器分析,二是通过实验室的毒性测试。这些方法费时费力,对野外本土生物群的监测因此被认为是当前生态毒理学研究的关键弱点。

“青年科学家专场”活动由中国环境科学学会青年科学家分会秘书长鲁玺(右)和西安建筑科技大学环境与市政工程学院的陈荣教授联合主持  “青年科学家专场”活动由中国环境科学学会青年科学家分会秘书长鲁玺(右)和西安建筑科技大学环境与市政工程学院的陈荣教授联合主持

  为克服上述的弱点问题,张效伟及其团队2016年开始采用eDNA的方法来进行生物多样性的监测技术的应用和推广。所谓eDNA就是在环境样品当中的DNA,一类是生物个体的DNA,一类是大型动物的游离碎片。eDNA从它的沉降、降解以及到最后的扩散都可以用一元方程来进行模拟,可以预测eDNA在环节当中的降解和迁移,相对于传统的形态学的验证方法,它提供了一种更高的可重复性和分辨率的监测技术。

  eDNA技术的神奇之处在于通过分析一杯水里面的物质就可以知道当时的生态环境当中都有哪些浮游动物和鱼类等生物。张效伟通过多个案例显示,eDNA可以用来监测长江江豚种群的游动轨迹,以及显示鱼类和浮游生物的分布情况和生物多样性等信息,这对于全面地评估环境胁迫因子对区域生态系统的长期效应及其作用机制无疑是非常有利的。

  新技术令海洋油气开采更清洁

  华东理工大学机械与动力工程学院的杨强教授报告的题目是《海洋平台生产废水CFC高效处理成套技术及装备》。杨强先介绍了项目的研究背景。我国现阶段油气资源开采的过程,简而言之是通过钻井打井后把油气水混合物在平台上进行简单处理,把水进行净化,油气输送到岸上进行利用。这一过程中每产1吨的油伴随着有3吨的水被带到地面上,这些水部分被回注到地下部分被排放到海中。对这些废水的排放进行控制和处理成为目前世界海上石油平台生产的一个关键难题。

华东理工大学机械与动力工程学院教授杨强华东理工大学机械与动力工程学院教授杨强

  我国现有海上平台所用到基本上都是物理法和少量的化学法。杨强的团队针对水中油如何高效分离的问题构建了液滴调控系统,研究了从整个纤维层面的油滴黏附到整个液滴从碰撞到分离,还有碰撞融合的过程。然后团队利用基于纤维诱导聚结的作用机理,提出了在流动过程中用亲油纤维对高黏重油液滴进行快速捕获。针对油包气、水包油的难题,研究团队构建了基于亲油纤维和疏油纤维的组合,实现物理分离过程。在此基础上他们开发了亲水/亲油组合纤维聚结除油技术装备,并构建了以该技术装备为核心的生产废水成套处理流程。杨强最后介绍了他们的技术装备在南海崖城13-1气田和和渤海曹妃甸油气田的应用情况,实践证明在海上污染物的源头控制上取得了较好的处理效果。

  卫星遥感把自然保护地监管落到实处

  生态环境部卫星环境应用中心高级工程师侯鹏报告的题目是《自然保护地国家生态监管业务化技术体系及运行机制研究》。侯鹏先介绍了我国自然保护地的现状及主要管控要求。自然保护地是大自然瑰宝,但截至2018年,我国保护地占陆地和海洋的比例距离生物多样性公约提出的到2020年的目标还差很远。如何实现自然保护地生态监管的业务化运行,保障国家生态安全底线是社会可持续发展的重要命题。

生态环境部卫星环境应用中心高级工程师侯鹏生态环境部卫星环境应用中心高级工程师侯鹏

  接下来侯鹏从监督执法和综合决策两大需求,以卫星遥感技术为主要驱动,对自然保护地人类活动和生态保护成效的监测评估业务化运行技术体系和运行机制进行了说明。对于人类活动监管,他重点介绍了卫星遥感监测发现和国家地方协同运行的工作机制;对于生态保护成效,他以生态系统类型构成和生态系统服务功能为内容主线,提出了自然保护地成效评估的框架和指标方法,构建了生态安全贡献度评估模型。他们的研究成果在应用到秦岭北麓的监测管理时中取得了非常显著的成效,很好地落实了中央关于加强生态保护的要求。

  热解气化技术使小城市和农村垃圾处理更加经济环保

  清华大学环境学院特别研究员赵明报告的题目是《高热值有机固废清洁气化技术》。他认为目前国家积极推行“无废城市”试点工作,体现了新时期对固体废物污染治理的新理念——充分源头减量加“零填埋”末端处置技术,这也符合十九大报告和近期一些政策对垃圾处理的要求。根据赵明的观察,在人口高度聚集的大城市实行“大焚烧”(日处理规模600吨以上)的格局目前看来无可撼动,但对于广大县域的生活垃圾,以及区域性明显的工业有机固废和有机危险废物,小型化处理(200吨/天及以下)的需求使得热解气化成为焚烧的替代路线。

  赵明通过计算,认为当前的危废焚烧时每吨产生的残渣量较大,如果采用熔融技术的话残渣量会大为减少,整个流程耗电比安全填埋厂处理费用要低很多,所以气化热解是比较经济的一个途径。对于高热值的的固废能做的事情更多了,例如可以将其变成干净的气体。在他看来,热解气化上游连接垃圾分类保证物料的均质性与高热值,下游连接分布式产能实现热-电-化多元利用,因此有望成为占地小投资少、二次污染易控和能源转化效率高的小型化主流技术。目前赵明及其团队除了做技术之外还做了一些产业化的探索,有希望在2到3年的时间里实现产业化。

  京津冀告别雾霾未来可期

  生态环境部环境规划院研究员雷宇报告的题目是《京津冀及周边地区大气环境容量和空气质量改善路径研究》。他在阐述自己报告的研究背景时,介绍了京津冀地区密集的社会经济活动和占比很大的工业排放是造成该地区污染最主要的原因,当地的地形和冬季气象条件则加剧了污染的程度。根据他的研究,对2000年以来逐年气象条件下空气质量模型模拟结果进行分析归纳后,可以发现气象条件对区域PM2.5年均浓度的影响最高可达正负10%。通过基于WRF-CMAQ开发的模型迭代算法分析,发现以PM2.5年均浓度达标为约束,区域主要大气污染物排放量需要在2016年的基础上减排50%以上。

生态环境部环境规划院研究员雷宇生态环境部环境规划院研究员雷宇

  雷宇在研究中结合京津冀城市PM2.5的浓度的特点进行了一些分析,给出了三个情景的设想:第一个是“十三五”目标所要求的情景;第二个是分类改善的情景——他认为浓度相对比较高的城市下降的速率应该更快;第三个情景则被给出了相对更激进的要求,第三个符合现在的“美丽中国”建设和十九大提出的目标要求。最后他介绍了通过什么样的措施能够使整个区域达到上述预期,为此研究团队进行了几方面模型的拼接,提出了实现区域空气质量改善的技术路径和分阶段目标。他在最后指出,虽然这几年臭氧浓度在提高,但是二氧化硫、氮氧化物浓度在降低,因此他相信臭氧浓度会慢慢降低的,这也会坚定决策者的信心。

  遥感监测助力污染物传输管控

  中国科学技术大学地球和空间科学学院教授刘诚报告的题目是《大气污染立体遥感监测》。随着“大气国十条”的实施,虽然我国给京津冀、长三角定了可量化的指标,但是一个地方的空气污染既受到本地排放和二次生成的影响又受到区域传输的影响。落实污染治理的主体责任,需要明确本地排放和外地输送的相对贡献,这给遥感技术提供了用武之地。刘诚的研究正是由此入手以达到污染物传输的管控治理目标。

  立体遥感监测是大气环境研究的重要领域。随着科学硬件的进步,现在卫星遥感的高分辨率可以准确的捕捉到工厂排放源,排放物涵盖了二氧化硫、甲醛和臭氧等。在研究中,刘诚及其团队基于地基、船基、机载、星载等大气环境立体遥感监测平台,开展了大气污染物时空分布、来源和机理研究。研究人员通过计算,发现卫星遥感监测的准确度非常高的,相关研究成果和模型也被国际顶级期刊所接受。此外,长江船载遥感航测发现经济发达省份的污染物主要是来自工厂,农业省份主要是来自于汽车尾气。研究人员还参与了中日韩污染物跨界传输的课题研究,他们用船舶搭载仪器从大连开到韩国,观察有多少污染物是从中国传到韩国,又有多少污染物是从韩国传入国内的。

  新型催化剂使典型环境污染物无处藏身

  南开大学环境科学与工程学院教授展思辉报告的题目是《典型环境污染物的污染控制机制研究》。当下环境污染物的去除很多时候借助于环境催化,取得了很好的效果。但是常用的催化剂实际上存在着易中毒、易失火等问题,实际中如何进一步提升其效果还需要探索其微观机制。为了在一个复杂的环境体系中高效地去除污染物同时保持催化剂的稳定性,展思辉及其团队设想通过材料表面的改性和调控进行催化氧化一体化的过程。

  研究人员首先通过表面酸性调控、表面氧化还原性调控设计出一种新型催化剂,揭示出固气界面调控吸附——活化——净化污染物的机制。之后他们构建了病原微生物固液界面化学靶向净化体系,解决了原有的消毒过程中存在的很多动力学的问题和非靶向净化的问题。最后研究团队通过界面的调控和改性,使之能够产生更多的活性,提升了吸附、氧化、催化典型环境污染物质的效率。展思辉介绍称,他们的研究成果在与军方合作后实现了成果转化,设计出的在光合作用下快速去除典型污染物的操作过程可以用于野外饮水安全保障,对于水质的微生物检测亦有很大贡献

  在当下生态文明建设上升为国家战略之际,环保科研领域的需求为科学研究指明了方向,也为青年科学家的成长提供了难得的时代机遇。现场做报告的青年学者在汇报研究成果时纷纷表示,能得到这样一个机会在全国层面上来展示自己的成果,显示了中国环境科学学会对青年科学家的成长与培养的高度重视,因此他们备感振奋。我们期待广大青年生态环境科技工作者展现出更大的创新和科研活力,在广阔的环保舞台上实现更大的人生价值。

    《环境与生活》杂志主笔 刘国伟

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