北京市科技新星系列专访——蒋靖坤:科技治霾 打赢蓝天保卫战役

发布日期: 2017- 11- 27 信息来源: 新华网 字号:[ ]

新华网北京11月27日电(陈梦瑶)在清华大学环境学院教授蒋靖坤看来,对大气污染有效的控制和治理离不开科学研究的理论依据和技术支撑。蒋靖坤带领的团队正是从大气颗粒物的测量、成因、来源和控制等多方面展开了科研攻关与技术创新。

在我国北方,冬季采暖季颗粒物污染尤其严重。蒋教授表示,控制颗粒物,不仅要控制一次颗粒物的排放,还需要控制二次颗粒物的生成。这是因为,排放自机动车、燃煤、工业活动等的一次污染物中的二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等气态污染物还会在大气中转化为二次颗粒物,包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐和二次有机气溶胶。通过大气颗粒物来源解析可以发现,北京大气颗粒物中的二次组份可占PM2.5总质量浓度的50%——70%。

日常生活经验告诉我们,冬季大气中的颗粒物浓度随着冬季取暖燃煤量的显著增多而增高。人为活动排放污染物是颗粒物浓度增加的主因,同时冬季不利的气象条件也为浓度的增加做了“贡献”。由于冬季气温低,易产生逆温层,使得污染物积累在逆温层之下的狭小空间,更加重了颗粒物污染程度。正是基于以上背景,蒋靖坤团队围绕气溶胶测量仪器的研发、污染源一次颗粒物的形成与排放、大气二次颗粒物的成因三个方面展开了一场“蓝天保卫战”。

蒋靖坤认为,当前气溶胶研究领域最重要的使命,乃是如何精确地测量复杂的污染物组分,并揭示其相互影响和转化的机理。基于京津冀地区污染物来源、成分以及在大气中化学反应极其复杂的现状,蒋靖坤团队从两个角度入手,一是研发更准确、快速、细致、全方位的测量仪器,二是利用所测量的大量数据进行多维度数据分析、大胆假设与科学求证,用实验方法及模型计算相结合,将复杂问题抽丝剥茧,并一一解答。

在测量仪器方面,蒋靖坤研发了气溶胶全粒径谱测量仪、1-3纳米气溶胶粒径分布测量仪、颗粒物有机组分在线测量仪、微型空气质量自动监测站和污染源PM10/PM2.5双级虚拟撞击采样器等。其中,1-3纳米气溶胶粒径分布测量仪、颗粒物有机组分在线测量仪属于国际前沿技术,完善了气溶胶领域相关测量方法和仪器。其研制的气溶胶全粒径谱测量仪、微型空气质量自动监测站和污染源PM10/PM2.5双级虚拟撞击采样器等也已经逐步被相关单位应用,为我国大气细颗粒物污染防控提供了技术保障。

“测得快就是要时间分辨率高,捕捉污染物瞬时变化过程;测得细就是不仅要测浓度,还要测粒径分布、成分组成和形貌等,在变化的过程中对不同污染物精确定位;测得全就是不能有任何疏漏,进而开展全面综合的研究。”蒋靖坤说。在气溶胶污染特征方面,蒋靖坤锲而不舍地利用自主研发仪器及目前国际上先进仪器,对气溶胶的来源、成因、环境影响等进行了深入细致的研究,终于成果斐然,曾先后获国家科技进步二等奖、教育部科技进步一等奖和北京市科技进步一等奖,并受邀担任国际相关领域核心期刊的编辑。

放眼国际,蒋靖坤领导的气溶胶实验室也保持着测量仪器更为先进的优势。他们还建立了系统燃烧测试平台,将粒径谱仪、颗粒物有机组分在线测量仪、气溶胶质谱等最先进的测量仪器应用在了各类污染源的实际测量中,包括民用固体燃料燃烧、工业煤燃烧、机动车等。蒋靖坤通过实际测量各类污染源排放情况,指导制定合理的污染物源头控制措施。比如,在民用固体燃料燃烧排放污染物研究中,他通过实验测量及模拟,分析了民用煤燃烧过程中颗粒物的阶段性排放特征及生成机制。针对燃烧初期污染物大量排放的特征及机理,他通过实验室控制试验和外场应用实践提出了燃料调质(原煤碳化、生物质-无烟煤混烧)和开发新炉具提高燃烧效率两条控制途径,从而大幅度降低了民用固体燃料燃烧污染物的排放。这些方法已经在京津冀地区居民散户中得到应用,并取得了阶段性成果。成果为环保部民用燃煤污染物排放相关管理政策的制定提高了科学支撑。

“不同污染物之间相互转化、相互影响,只有瞄准和探究各类污染物在大气中的变化过程,才能建立更为科学的和精准的污染物控制措施。”蒋靖坤领导的研究团队使用先进的测量仪器,在北京、上海、林芝等典型污染和清洁大气环境开展大气外场观测,研究大气二次颗粒物的成因。提出了适用于我国污染大气环境高颗粒物浓度下高新粒子生成速率的量化公式。与已有欧美方法相比,新公式改进了对新粒子凝并损失的估算。并发现凝并去除效应是北京地区新粒子生成事件的主控因子,这同欧美相关大气站点的发现有着显著差异。研究成果将有益于进一步认知我国典型大气环境中二次新粒子生成现象的特征和机理。

随着现实需求与环境变化,大气颗粒物污染对人体健康的效应也是摆在科学家面前的难题。蒋靖坤正在进一步提高对污染源一次颗粒物形成和排放的准确认识,并揭示京津冀地区高气溶胶浓度背景下的大气二次颗粒物成因,同时通过与其他专业的学者合作,综合评估颗粒物的环境及健康风险。他在研究气溶胶理化性质的基础上,也逐步将目光转向颗粒物的健康影响上。“一方面要建立气溶胶健康影响评估方法、研发气溶胶健康影响测量仪器;另一方面,利用毒理学实验方法,科学评估我国当前颗粒物的毒性及影响。”蒋靖坤说。

人的成长与发展离不开团队的力量。对蒋靖坤而言,科技新星计划聚集了一大批优秀的专家学者,北京市科委除了提供必要的科研经费支持之外,还为其搭建了一个与专家学者深入交流的平台。在项目申报、实施、结题的过程中,北京市科委均组织专家对项目进行考核和指导,这对于项目的顺利开展具有重要的指导意义。同时他呼吁:“科技新星项目作为北京市的重要人才项目,可以考虑适当增加支持力度,同时探索新星项目结题后的后续支持机制。”

相关链接

蒋靖坤,清华大学长聘教授,博士生导师,环境模拟与污染控制国家重点联合实验室清华大学分室主任。清华大学环境科学与工程系学士和硕士,圣路易斯华盛顿大学能源环境与化学工程系博士,2008年至2010年在明尼苏达大学机械工程系从事博士后研究。主要从事气溶胶测量和大气颗粒物成因研究工作。先后承担了国家重大科研仪器设备研制专项、基金委重大项目、国家重点研发计划、973、863等任务。入选了教育部“长江学者奖励计划”青年学者、国家自然科学基金委优秀青年基金、中组部“万人计划”青年拔尖人才、环保部青年拔尖人才。曾获亚洲青年气溶胶科学家奖、美国空气与废物管理学会优秀博士论文奖、国家科技进步二等奖、教育部科技进步一等奖和北京市科技进步一等奖等奖励。任美国气溶胶研究学会会刊《Aerosol Sci & Technol》编辑、欧洲气溶胶研究学会会刊《J Aerosol Sci》编委和欧洲地球科学学会期刊《Atmos Chem Phys》客座编辑。


浏览次数: 【打印本页】 【关闭窗口】

分享到:
0

Produced By 大汉网络 大汉版通发布系统