细颗粒物污染相关基础研究和技术研究、应用进展

大气环境科学研究的发展与大气环境受污染物质的冲击和影响直接有关，世界范围内有关科学研究都是在一系列大气环境污染问题推动下发展的，我国关于大气颗粒物尤其是细颗粒物（PM2.5）的研究亦是如此。

2012年秋冬及2013年初全国大范围出现重污染天气以来，尤其是“大气十条”实施以来，在基础研究方面，国家自然科学基金委员会围绕大气污染形成机理及大气污染对健康的影响，于2015年正式启动“中国大气复合污染成因、健康影响与应对机制”联合重大研究计划项目，包括成因与应对机制、大气细颗粒物的毒理与健康效应两大方向；在治理技术方面，科技部于2016年以来持续实施国家重点研发计划“大(污染成因与控制技术研究”重点专项；在管理研究方面，2017年9月，环保部牵头实施“大气重污染成因与治理攻关项目”，围绕《京津冀及周边2016-2018年秋冬季大气污染综合治理攻坚行动方案》，为排放清单、污染源解析、控制方案提供科技支撑等。

大量科研投入产生的成果，为人们准确掌握PM2.5污染的成因、来源、危害等有关事实，以及探究这些事实所隐含的机制和意义，并且运用这些事实和机制达到最佳控制效果等提供了重要支撑。

当然，PM2.5被认为是最复杂的大气污染物，代表了大气复合污染的复合性及复杂的综合信息，关于PM2.5的一些谜团刚刚揭开，更多未知的问题还需要去深入了解，距离完完全全的认知还有很远的距离。

一、大气污染基础研究领域取得的一些重要进展

近年来，我国研究者通过外场观测、实验室模拟和数值模型等方法对大气环境的物理过程、化学过程等进行了多角度多层次的研究，其中关注的主要问题包括：大气复合污染的来源研究、大气环境的氧化过程和污染成因以及大气污染的传输等。

（1）北京大学研究团队提出大气复合污染的科学概念。

针对我国大气污染特征的本质变化，我国应对的不再是单一类型的大气污染问题，而是多种污染物同时以高浓度存在的难题。更加重要的是，以O3和PM2.5为代表的大气污染物在来源、形成过程和环境效应等方面都是相互作用、密切联系的。这种“复合”特征的大气污染在全球范围具有独特性。

（2）形成大气氧化性的科学理论。

大气氧化是大气化学过程的本质，剧烈的人为活动会改变大气氧化性的平衡，导致大气氧化能力的快速上升，成为一系列重大大气污染问题（酸雨、O3和PM2.5）的根源之一。

调控大气氧化水平成为大气污染控制的重要环节，成为破解大气酸化、O3和二次颗粒物等污染问题的关键。

（3）形成我国大气污染总量控制理论。

为支撑国家空气质量改善，形成了系统的大气污染总量控制理论，包括大气污染临界水平量化、排放与环境目标之间源-受体关系、总量控制目标确定及总量分配方法、总量控制的环境效果评估方法等。这一理论体系在国家SO2和酸雨控制实践中发挥了坚实的支撑作用，并将逐步扩展到大气污染防控的其他领域。

（4）形成大气复合污染研究的技术体系。

北京大学以我国典型城市群的长期定点研究为基础，针对大气复合污染的特征，形成了包括监测网络、源排放、预测预报、防控方案在内的技术体系，这技术体系在珠江三角洲已完成落地应用，并逐步推广到我国其他城市群，成为国家大气行染联防联控的关键技术支撑。

（5）完成全国动态污染源清单。

污染源清单是大气污染的科学研究和管理决策均重须的关键信息，但是长期以来成为我国大气污染领城的一个薄弱环节。针对我国社会经济快速变化的特点，构建了适宜我园的大气污染源清单编制技术方法，井广泛地应用于空气污染、气象、能源和控制决策等各方面。高等学校在行染源清单方面的工作使得我国在这一领域进入世界先进行列。

二、大气环境质量管理决策支撑方面的代表性成果

（1）大气环境监测单项技术已取得重要突破，初步形成了满足常规监测业务需求的技术体系。

研发的PM2.5、O3、VOCs等污染物监测技术和设备，基本满足了城市空气质量自动监测等需求，有效支撑了空气质最新标准的实施；研发的部分高端科研仪器如气溶胶雷达、单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪等已开始得到应用。

（2）大气污染源排放清单技术取得了具有国际影响力的重要成果。

基于大量现场测试，初步建立了基于工艺和控制技术的中国大气污染源排放因子库；开发了具有自主知识产权的多尺度高分辨率排放源模式，建立了在线排放清单计算和网格化处理技术平台，实现了多年度、多尺度、多化学组分的排放清单集成计算处理及与大气化学模式之间的无缝链接；建立了集成不确定性分析、卫星逼感、地面观测、模型模拟的排放清单多维校验技术。

（3）大气污染预报预警与过程分析技术方面，CMAQ、 CAMx以及中国科学院大气物理所自主研发的嵌套网格空气质量预报模式（NAQPMS）等模型在全国和重点城市得到了快速发展和大量应用。

清华大学开发的臭氧RSM模型和颗粒物RSM模型能够进行快速污染源解析，特别是对于非线性系统，已经应用于中国东部、长三角及珠三角地区。中国环境规划院和清华大学等基于CAM、空气质量模型的颗粒物来源追踪技术（PSAT）定量模拟了全国PM2.5的跨区域输送规律，建立了全国31个省市（源）向333个地级城市（受体）的PM2.5传输矩阵，为区域大气污染控制提供了重要决策支撑。

三、重点源大气污染治理技术术研发及应用进展

当前，我国主要大气污染物排放量大，多种污染物同时以高浓度存在，形成过程相互影响，频发灰霾等区域性环境污染问题。

从污染物主要来源看，主要是电力、冶金、建材、化工等工业排放，机动车、船舶等交通运物排放，城市扬尘、散烧煤、农畜业等面源排放。

近年来，国家通过自然科学基金、“973”计划、“863”计划、国家科技支撑计划、环保部公益性项目、国家重大科学仪器设备开发专项等科技项目投入了大量经费，用于支持先进大气污染物控制技术研发及产业化应用。

（1）颗粒物治理技术方面。

近年来主要在颗粒物凝并长大动力学机理研究、基于强化细颗粒物脱除的静电/布袋增效技术研究，以及多场协同作用下颗粒物高效控制新技术开发等方面取得了重大进展，发展了静电除尘、袋式除尘和电袋复合除尘等除尘技术，其中现有近75%的火电机组安装了静电除尘器，湿式静电除尘、移动极板电除尘、低温电除尘、高效凝并、烟气调质、高效供电电源等多种高效除尘技术也得到了完善开发和应用。

（2）SO2控制技术方面。

在脱硫效率、吸收剂品质适应性、煤质和硫份适应性等多方面研究取得突破，使石灰石/石灰-石膏湿法（含白泥、电石渣）、循环流化床干法/半干法、氨法、海水法等主要烟气脱硫技术及其标准化、产业化取得重大进展。

（3）NOx控制技术方面。

发展了低NOx燃烧技术、选择性催化还原法（SCR）烟气脱硝技术、选择性非值化还原法（SNCR）烟气脱硝技术和SNCR-SCR耦合脱硝技术等。

（4）VOCs治理技术方面。

随着近年来VOCs控制理论的不断发展，VOCs控制正向从源头控制到未端治理的全工艺流程治理转变，以吸附技术、催化燃烧技术、生物技术、低温等离子体技术以及几种典型组合技术为代表的VOCs控制技术得到初步应用发展。

（5）移动源大气污染治理技术方面。

我国机动车尾气处理装置行业在产品技术水平、产业装备和制造水平上均有明显提升。

以柴油车尾气处理领域为例，形成了满足国四排放标准的成套后处理技术与装备，在国产柴油车上实现了规模化应用，支撑了全国范围内柴油车国四标准实施，关键技术的突破与应用带动了我国柴油车污染排放控制领域产业的发展，“十二五”期间已建成年产600万升的大尺寸SCR催化剂载体生产线，建立了年产70万套的SCR催化转化器生产线，建成了年产300万升的DOC生产线，以及年产20万件的CDPF涂覆生产线。

（6）面源大气污染控制技术方面。

主要在煤改气及天然气锅炉低氮燃烧、生物质炉灶利用、餐饮业油烟分解、路面扬尘净化、农畜业氨排放控制等面源污染物控制等方面取得了一定进展。

推进煤改气及低氮燃烧技术在治理原煤散烧过程中得到了应用，并进一步研究开发了低NOx的燃气锅炉；生物质炉灶在新型炉具市场呈增长趋势，采用二次进风半化燃烧方式，研究设计了热效率较高的生物炉灶；催化臭氧氧化、介质阻挡放电等技术在餐饮业油烟净化中得到应用，可同时抑制二次污染的产生；纳膜抑尘技术、气雾抑尘技术等已开始应用于扬尘治理；通过低氮伺料喂养、饲养房改造，及构建农畜业污染物碱排控制技术体系，有效解决我国农畜业的氨排放问题。

（7）室内空气污染物净化技术方面。

在室内空中的VOCs、超细颗粒物以及有毒有害微生物防治方面取得了显著进展。

低温下催化分解甲醛、苯等挥发性有机污染物的治理研究得到了迅速的发展；典型循环“存储-放电（Cycled Storage-Discharge，CSD）等离子体可实现室温条件下所有湿度范围内甲醛和苯系物的完全氧化。

研究开发了高效空气过滤器（High Efficiency Particulate Air，HEPA）和静电驻极体过滤器等除尘设备，可有效去除室内空气中的超细颗粒物。

研究开发的新型高中效空气过滤、高强度风管紫外线辐照和室内空气动态离子杀菌组合空气卫生工程技术等有害微生物净化新方法，均显示出优良空气除菌效果。

本文节选于《大气细颗粒物污染》，由中国环境科学学会编著。