2010年以前拟开展的科研工作

2010年以前拟开展的科研工作

(-)水污染

——湖泊富营养化与水华的研究

我国对湖泊富营养化与水华的研究相比国际上落后了 20年，特别是在 控制与治理方面远落后于世界的先进水平。自“七五”以来，我国相继开 展了湖泊（滇池、巢湖）富营养化和东南沿海赤潮发生机理研究，对水体 藻华/赤潮控制因子N、P及其来源也作了较深人的研究。20世纪90年代 以来，一些大型湖泊的污染控制工程开始实施。但至今尚没有全面开展富 营养化发生机理的研究，如湖泊水华发生的机理、我国主要湖泊毒性藻类 的异常增殖和产毒的规律、藻毒素类型、含量、健康危害等。水体中具有 雌激素效应的各类有机污染物（环境雌激素）对人类及对生态系统的危害 研究近来在国际上备受关注，但在我国基本上仍属空白。灾害的监控、评 价、预测等是国际上十分活跃的前沿研究，尤其是水华发生标志物或预测 体系，在我国还有待开展。

——安全饮用水保障与水质学研究

水环境污染防治在世界各国被广泛关注。目前我国正面临着建国以来 最严重的水环境问题。水体污染源可分为两大类：点源和面源。城市水体 面源污染实时在线监测系统可以为我国科学家开展面源污染控制面研究提 供非常有用的基础数据和监测方法。监测系统可针对暴雨径流污染监测， 进行实时实地在线监测记录，具有技术上、经济上和快速简捷的优势，可 移动作业。建立可移动作业的城市水体面源污染实时在线监测系统，对于 提髙我国关于水体面源污染控制方面的水平具有重要意义。水质学研究、 特别是饮用水安全评价是一个涉及面非常广、对仪器条件要求非常高的工 作，建立水质学研究与应用平台对于提高全国的饮用水研究与管理水平， 确保我国的饮用水安全具有重要意义。水质学研究与应用平台至少包括以 下4个方面：常规分析、微量化学物质分析、微生物分析与生物测试。系 统针对面源污染源进行实时实地在线监测记录，包括降雨量、降雨历时、 水流量、流速、水质等。水质指标包括COD、B0D、氮、磷、浊度、色 度、TSS等，每3分钟可读出数据，并可自动记录、储存和输出数据，可 以实现远程操作。由于水源的面积广泛，流域很长，有地表水和地下水 源，不可能靠几个在线检测点就能解决问题。所以必须建立海量样品（每 次100~500个样本）采集、预处理和分析平台，并保证预处理的效率和 结果重复可靠，才能真正实现淡水水源的安全保障、水质调査研究和污染 情况与规律的研究。

——废水生物处理系统的微尺度原位分析平台研究

对废水生物处理反应器中主要污染物和微生物的微观分析，对于深人 理解废水处理过程的本质，提高处理系统的性能，实现对生物处理系统的人为调控，以及进行技术革新具有重要的意义。近年来以核酸杂交技术为 主的分子生物学技术的发展，为监测和调控废水生物处理反应器中的微生 物提供了新的方法和手段。分子生物学分析可以通过检测废水生物处理反 应器中微生物种群DNA序列多态性、鉴定个体的基因型，并在分子水平上 阐述分子适应等生态问题的机制，为废水生物处理提供理论依据。另一方 面，在线分析技术、微探针、化学芯片、激光共聚焦扫描显微镜等先进工 具和手段的迅速发展和应用，为人们从微观角度上深入探索废水生物处理 的过程和机制带来了极大的便利。

新型化学分析技术与分子生物学分析技术的结合，可以监测废水生物 处理反应器中主要污染物在反应器中的吸附、絮凝和降解规律、微生物群 落的组成及其在空间上的关系，以及各种群的功能等之间的联系，对于深 入理解废水生物处理的机制、提高处理系统的性能以及开发新的生物处理 技术具有非常重要的意义和广阔的应用前景。

(二）大气污染

——大气纳米颗粒物的污染特征与其化学/生物反应性以及辐射强迫规律研究

区别于一般的TSP、PM10、PM2.5，大气纳米颗粒物，作为一类新的 气溶胶颗粒物，其污染特征、化学、生物反应与一般pm级颗粒物明显不 同，是目前大气环境科学家、材料科学家和生物科学家研究的热点。对各 种颗粒物进行时间和空间的监测和评价颗粒物对人体健康污染程度十分重 要。目前存在的重要而且必须解决的科学问题是大气纳米颗粒物的污染特 征（质量、金属元素、离子、有机物、特殊元素等）、其化学（表面的污 染物的反应）/生物反应（与生物体系的相互作用）性规律和辐射强迫规 律。大气气溶胶的光学和辐射特性，其辐射强迫和气候效应是国际前沿的 研究内容，其对准确评估和预测大气气溶胶的气候影响具有重要意义。在 2010年之前紧迫需要开展的工作是有关典型城市大气纳米颗粒物的采样与分析，结构表征（表面、粒径、结构与孔），传输规律，以及纳米赚物 上光化学反应和辐射强迫规律，探究影响大气纳米颗粒物的污染特征的主 要因素。

——大气非均相光化学反应与光化学烟雾反应的研究

建立具有国际先进水平和综合特性的光化学烟雾反应平台，利用该平 台模拟我国的污染状况进行大气短寿命物种均相和非均相光化学反应和暗反应，通过模拟反应得到基本的反应常数和重要参数，这不仅可以在一定 程度描述我国的污染特征和形成机制，同时可以补充国际上类似的研究成 果库，建立我国在国际大气环境化学领域的优势地位。利用该平台还可以 开展人工控制城市大气光化学烟雾箱实验模拟，模拟研究城市大气中光化 学烟雾的形成过程，探究城市光化学烟雾形成的机制，找寻控制光化学烟 雾污染的措施。

该反应平台包括光化学反应烟雾箱及其控制系统和模拟实验以及监测 分析系统。光化学反应烟雾箱及其控制系统主要包括烟雾箱体以及反应条 件控制单元，其中最为重要的部分为紫外线光照模拟器，美国的烟雾箱仅 此部分就投人约40万美元；模拟实验以及监测分析系统主要包括各种现代 化的高技术监测分析仪器及其有效合理的组合，这些仪器包括质谱，高分 辨率光谱仪(FTIR),颗粒物快速监测分析仪器等。在目前的实验条件下, 光化学烟雾反应平台进行模拟反应实验中应配备具有快速响应和高时间分 辨率的颗粒物监测和分析仪器，其中包括对颗粒物粒径浓度谱的分析仪器 和对颗粒物成分进行快速分析的仪器。特别是有机成分的详细定量分析。

——大气短寿命痕量气体光化学和环境效应研究

大气痕量气体环境化学研究是多学科交叉发展的前沿领域，大气痕量 气体可通过影响大气辐射传输、大气化学及云和降水过程等，改变地气系 统内部的辐射能量收支和水循环，最终对酸沉降和生态环境变化产生巨大 影响。大气痕量气体由于其在研究全球环境变化中的关键性作用和复杂的 物理化学特性及高变率的时空分布，成为当今国际科学界研究焦点。重要 大气痕量短寿命物种和自由基的反应和演变过程的研究，将为揭示大气环 境污染的微观机制提供原始创新性成果。通过物种的形成及其化学反应通 道和反应规律研究，将有助于发现和确定大气污染过程中的重要反应过程 和规律，不仅为大气模式研究提供重要参数，而且能为揭示污染物的反应 和演化过程和机理，提出污染减控新思路服务。研究大气重要痕量成分时 空分布、变化规律和环境效应需要高精密技巧的吸收光谱学设备（HF- CAS, High - Finesse absorption spectroscopy ),时间分辨光谱学设备，时间 分辨FTIR-MS等。

——机动车排放尾气控制性能评价技术与实时测试系统

尾气控制性能评价技术研究内容主要包括：以汽车发动机排气为实验 气体的三效催化剂评价装置设计方案；以汽车发动机排气为实验气体的三 效催化剂评价装置控制系统的研究与相应软件的编制（该控制系统包括发 动机工况控制、输送气泵控制、流量（质量流量计）控制、催化反应器程 序升温控制、质谱仪自动进样控制和输气管线温度控制）；数据采集系统 软件的研究和开发（数据采集包括发动机负荷、输出功率、燃油效率、空 燃比、温度、压力、排放气体组成浓度）；数据处理系统软件的研究和开 发。机动车排放实时测试系统的研究包括：测试系统的组成方案；开发不 同车辆如小汽车、巴士、大货车等实际道路工况采集系统和复现系统；开 发车辆实际排放测试系统的软件（包括排放测试仪的控制、数据采集和综 合数据处理等）；实际装备和应用。

——大气环境及人居环境中污染物的高效化学治理过程研究与开发

研究与开发主要针对目前已有的化学治理过程的不足，开发具有实际 应用意义和背景的燃煤NOx污染控制技术、柴油车尾气DeNOx技术和居 室环境中微量甲醛的富集与催化脱除，并进行相关的应用基础研究。研究 重点在于高效的整体结构催化剂的研究开发以及催化剂放大制备及性能评 价系统的建立。整体结构催化剂的优点是压降小，适于高空速下运行；强 度好，抗震性强；热容量小，易于点火；整体装配，易于更换；催化剂活 性组分担载量少，效率高。对于以扩散控制为化学反应控制步骤的反应来 说具有特殊的优势。因此整体结构催化剂在工业废气的催化燃烧、电厂烟 气中NOx的选择性催化还原以及机动车尾气中HC、CO、NOx、碳颗粒物 的消除等气固反应过程中的应用具有深远的意义。研究过程需要建立整体 结构催化剂及催化新材料的理论与技术研究平台、整体结构催化剂放大制 备及性能评价技术平台，以及专门用于室内环境研究的可调控环境舱 (Controlled Environment Chamber, CEC)的建立。

——新一代环境大气模拟舱实验系统建设

针对中国地区大气复合污染与防治研究，建设我国自己的“环境大气.模拟舱”。环境大气模拟舱由两个半球组成，体积约260m3;直径约10m ~15m。材料为 12(Vm 厚的 FEP，高透过率（UV75%，VIS85% -90%),地 面为铝材料，表面由FEP覆盖，在实验过程中可以用水致冷防止被太阳晒得过热，保持真实的大气温度。两个混合风扇，雌为67m3/min，保持均 匀分布。一个空气净化和干燥系统提供NOx，NMHC和干空气。一个水压 控制的钢外壳用来保护模拟舱避免不利的气候条件。新型环境大气模拟舱 实验系统。该系统主要包括样品制备、进样、环境条件实现和控制、反应 舱、检测以及标准化的数据处理和分析系统等。 

(三）土壤污染

——研究污染土壤性状以及对土壤生物的影响

生物修复包括吸附、解吸、扩散、挥发、生杨富集以及生物与非生物 的转化等理化现象与生物现象。进行土壤生物修复必须充分了解土壤性 状、污染物性质与浓度。土壤中大多数化学反应发生在具有较大比表面积 的土壤粘粒矿物上，土壤粘粒的基本化学特性影响污染物的归宿、转化和 生物降解，尤其是对那些可溶性并对土壤生物起控制作用的污染化学品。 这些因素主要包括土壤pH、CEC,粘粒矿物和有机质含量及表面吸附性 能、营养元素、盐分、矿物质和重金属的存在形态等。对植物修复，主要 研究土壤各种理化性质对超富集吸收的作用，超富集植物根际高浓度条件 下各种重金属的动力学过程及其影响因子；在超富集植物生长条件下，如 何调控土壤性质促进金属的释放；在考虑土壤缓冲容量下，金属元素被带 走后，它的各种形态在土壤中重新平衡以及对其他元素（特别是H+)的 吸附一解吸平衡的影响。对微生物修复，主要研究污染土壤性质对外来菌 种适应能力的关键影响因素，以及如何提高土壤中微生物对土壤有机污染 物的矿化分解效率。

——超富集植物寻找及超富集机理研究

我国具有丰富的野生植物资源。对一些典型矿区如稀土矿区、铅锌矿 区、铜矿区等进行富集植物调査、收集和筛选，发现潜在的有价值的超富 集植物资源，建立超富集植物的种子资源库和数据库，是一项非常有意义 的工作。目前，国内外已发现的大多数超富集植物生长缓慢、矮小，只是 对某种重金属起作用。因此，目前最重要的是要找到产量高、生长期短、 能同时富集几种重金属、能有效地从根部迁移到茎叶中又能忍耐富集金属 毒性的超富集植物。在此基础上，采用先进的分析仪器和技术深入研究超 富集植物吸收重金属的机制，阐明重金属在植物体内的运输方式、途径及 其金属超富集作用的生理和分子机制?’进行超富集植物中重金属载体和耐 性基因的分离与克隆，并转导到生物量更高的植物体内。如金属硫蛋白与 植物螯合肽（PCs)能与进人植物体内的重金属络合，导人MT和PCs基 因的烟草或其他植物对重金属的抗性明显提高。选择更高效的植物种类， 应用分子生物学和基因工程技术，提高超富集植物的重金属含量和生物产 量，培育转基因高效型修复植物，把植物修复技术推向工程应用。

——污染土壤微生物修复研究 

结合现代生物技术如固定化微生物与固定化酶技术、混合降解菌群培 养等以提高微生物修复技术对土壤中污染物尤其是有机污染物的降解能 力。土壤微生物修复还包括植物一微生物体系修复研究，植物修复与传统 的物理化学方法相结合的综合技术研究，特殊污染土壤生物修复的田间试 验研究。

(四）有机物污染

——持久性有机污染物污染特征研究

由于持久性有机污染物种类繁多、理化性质复杂多变、涉及多重环境 影响因素，因此，多相介质中有关POPs分布、迁移、转化的机理、动力 学、生物有效性和定量模拟等理论问题，以及现场诊断、控制、治理和修 复的技术原理成为当今世界生态环境研究的热点和难点。伴随我国社会经 济的高速发展，持久性有机污染物经各种途径的排放不断上升，污染状况 呈现恶化趋势，因暴露剂量和几率的增加造成居民健康安全面临严重威 胁，对不同规模和尺度的区域生态系统构成伤害，许多甚至是不可逆的。

而当前对污染程度、范围、发展趋势、作用途径和方式、暴露危害的状况 等的认识和了解相当粗浅，甚至是空白，致使无法或难以制定相应的控 制、治理和修复的策略和工程技术措施。近年来仪器分析发展很快，从高 灵敏度的在线连续监测到分子水平的生态毒理学检测仪器，为深人认识持 久性有机污染物的机制，发展创新性污控技术提供了很好的契机。由于 POPs的含量很低，所以必须发展高效率、高选择性并且符合绿色环保标准 的样品预处理方法和设备。

(五）大气污染实时监测

采用分光光度法，从强光灯发出的光或天空散射光，利用吸收光谱方 法，对被测气体的吸收光谱进行检测。主要开展光路系统设计与评价及相 关设备的研制和开发，满足对排放源的监测、大气污染浓度检测及污染负荷量分布M細财。

(六）环境污染对健康影响机理的研究

国外对环境污染与健康关系的研究十分重视。近年来，随着生命科学 和环境科学的发展及生物技术的广泛应用，科学家们得以从机理上探讨环 境与健康的关系。在探讨污染物危害健康的病理机制中，从过去的整体、器官和系统水平逐步深入，一直到当前的细胞、蛋白质水平乃至基因 水平。

长期以来，我国环境科学领域注重污染治理技术的开发研究，对环境 污染物与健康关系的科学研究比较薄弱，实验室支持力度不足。目前这方 面的研究大多数还处于环境污染与人体健康关系的调査统计阶段，很少进 行环境污染与人体健康定量关系的实验研究。对一些量大面广，已经普遍 存在于环境之中的持久性有机污染物、挥发性有机污染物、地表水中微量 污染物对人体健康的影响以及土壤污染物对农作物、人体健康影响的定量 检测、分析和实验研究还远远不够。.因此，目前利用现代生物实验技术进 行环境污染对人体健康的危害机理的研究巳经刻不容缓，建立能够解决环 境与健康相应科学问题的实验室也势在必行。拟以我国现阶段对人类健康 构成威胁的主要环境污染物及其联合作用成分作为研究因子，采用环境流 行病学、毒理学实验以及现代遗传学技术，揭示这些环境因素对人群健康 危害的生物学规律，以建立精准的剂量一效应关系，既可为环境污染对健 康危害的判别标准和相关标准的制定提供科学依据，亦可为污染损害人体 健康的赔偿机制和相关政策提供科技支持。