車載煙霧箱助力大氣協(xié)同治理

你是否有過這樣的經(jīng)歷？抬頭望向天空，明明藍(lán)天白云陽光燦爛，手機(jī)里的空氣質(zhì)量App卻提示“臭氧超標(biāo)”。這種看不見的污染從何而來？又該如何治理？最近，一輛搭載了“新型車載式室內(nèi)室外可切換平行雙反應(yīng)器煙霧箱”的“戰(zhàn)車”穿梭在大灣區(qū)城市，正在用最前沿的科技手段尋找答案。

治氣攻堅(jiān)遇難題

“魔箱”妙解來破局

近年來，廣東省空氣持續(xù)改善有目共睹，但近地面臭氧卻成了引起大氣污染的“頑固分子”。據(jù)廣東省環(huán)境科學(xué)研究院大氣環(huán)境研究所專家介紹，近地面臭氧不同于工廠煙囪直接排放的污染物，它是由汽車尾氣、工業(yè)企業(yè)排放的揮發(fā)性有機(jī)物和氮氧化物在光照條件下經(jīng)過復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)生成的。因此，要持續(xù)打贏“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，必須破解近地面臭氧生成的獨(dú)特“配方”，識(shí)別本地的污染成因，提出臭氧污染防控的“廣東方案”。

“新型車載式室內(nèi)室外可切換平行雙反應(yīng)器煙霧箱”就是解決上述難題的“利器”。該系統(tǒng)由廣東省環(huán)境科學(xué)研究院聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所于2021年3月開始立項(xiàng)研究，歷經(jīng)兩年半攻關(guān)，于2024年9月通過院士領(lǐng)銜的性能評(píng)估。專家一致認(rèn)為該煙霧箱為我國(guó)首套可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)室外條件切換的移動(dòng)式雙反應(yīng)器煙霧箱系統(tǒng)，整體性能達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，其中移動(dòng)雙反應(yīng)器煙霧箱室內(nèi)室外切換及平行性能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

該設(shè)備是能夠部署在不同研究地區(qū)的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，可通過對(duì)前體污染物種類、濃度和環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)及調(diào)控，模擬研究本地大氣污染特征和機(jī)制，識(shí)別關(guān)鍵影響因素，服務(wù)于污染來源解析及高效污染防控對(duì)策制定。

平行實(shí)驗(yàn)探真章

雙車聯(lián)用溯本源

初見這臺(tái)新型車載式煙霧箱，科技感撲面而來，白色箱體緊湊地安裝在專用卡車上，兩側(cè)延伸出的采樣管道可直連監(jiān)測(cè)設(shè)備。最引人注目的是可升降的雙反應(yīng)器裝置，通過智能控制系統(tǒng)，能隨時(shí)“變身”，在可控人造光源環(huán)境和露天真實(shí)太陽光照下自動(dòng)切換開展模擬實(shí)驗(yàn)。

據(jù)介紹，“新型車載式室內(nèi)室外可切換平行雙反應(yīng)器煙霧箱”是一種用于模擬大氣污染反應(yīng)過程的移動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)A艙裝滿真實(shí)空氣，接受自然陽光照射，模擬大氣環(huán)境的本底反應(yīng)；B艙通過精密配氣系統(tǒng)人為“加料”——調(diào)整揮發(fā)性有機(jī)物和氮氧化物的濃度比例。通過對(duì)比兩艙在相同溫濕度、光照強(qiáng)度條件下臭氧生成差異，研究人員能精準(zhǔn)鎖定導(dǎo)致臭氧激增的“元兇”。該煙霧箱系統(tǒng)兼具可移動(dòng)性、真實(shí)太陽光照與人造光源可切換性及雙反應(yīng)器平行性三大獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，與先進(jìn)的高分辨率大氣組分在線分析系統(tǒng)聯(lián)用，可滿足在不同地區(qū)開展近真實(shí)大氣環(huán)境條件下臭氧生成等光化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的需求。雙反應(yīng)器設(shè)計(jì)允許同步進(jìn)行平行或?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn)，通過“純凈空氣-真實(shí)大氣”多維度、“室內(nèi)-室外”多場(chǎng)景的系統(tǒng)性研究，對(duì)站點(diǎn)大氣污染成因進(jìn)行“全面體檢”，科學(xué)支撐周邊污染源管控措施的制定。

而配套的大氣成分超級(jí)觀測(cè)平臺(tái)車則配備了多臺(tái)先進(jìn)的大氣組分在線監(jiān)測(cè)分析設(shè)備，包括質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀、高分辨率氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀、掃描電遷移率粒徑譜儀和在線色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀等，具備完善的氣態(tài)、顆粒態(tài)污染物監(jiān)測(cè)分析能力。通過這套完整的可移動(dòng)式大氣化學(xué)組分觀測(cè)系統(tǒng)，科研人員能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研究區(qū)域大氣組分，在線追蹤揮發(fā)性有機(jī)物、臭氧、二次有機(jī)氣溶膠等一次和二次污染物濃度和組分的動(dòng)態(tài)變化。

雙車協(xié)同工作，能夠在野外及城市等不同環(huán)境場(chǎng)景下開展高分辨率的大氣組分原位監(jiān)測(cè)和反應(yīng)過程模擬，通過多維度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集成和綜合分析，為二次污染成因分析、污染來源解析提供科技支撐。

一線“把脈”查病灶

精準(zhǔn)“開方”治空氣

過去，技術(shù)人員主要在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室利用人造光照在單一煙霧箱體系下模擬大氣反應(yīng)，但受污染分布區(qū)域性、復(fù)雜氣象條件等的綜合影響，僅靠實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)較難指導(dǎo)城市開展具體的空氣污染防控工作，現(xiàn)在針對(duì)這個(gè)問題有了更好的實(shí)驗(yàn)方案。

基于可移動(dòng)式平行雙反應(yīng)器煙霧箱和觀測(cè)平臺(tái)的聯(lián)合應(yīng)用，可針對(duì)廣東省內(nèi)不同城市大氣光化學(xué)污染問題，開展室內(nèi)煙霧箱控制實(shí)驗(yàn)及室外真實(shí)大氣、真實(shí)光照條件下的對(duì)比、平行實(shí)驗(yàn)，為粵港澳大灣區(qū)臭氧和PM2.5協(xié)同防控和空氣質(zhì)量持續(xù)改善提供精準(zhǔn)科技支撐，也為打造具有全國(guó)影響力的科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提供基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

在東莞市東城石井國(guó)控站點(diǎn)，這臺(tái)白色的移動(dòng)大氣實(shí)驗(yàn)室正在展開外場(chǎng)綜合觀測(cè)——真實(shí)環(huán)境空氣通入雙反應(yīng)器煙霧箱，并在真實(shí)太陽光照下模擬大氣光化學(xué)反應(yīng)，通過添加不同的污染物，評(píng)估排放對(duì)臭氧生成的影響。技術(shù)人員同時(shí)可通過大氣組分在線分析設(shè)備實(shí)時(shí)捕捉氣態(tài)、顆粒態(tài)污染物特征，研究成果將直接支撐東莞市大氣污染防治工作的精準(zhǔn)施策，助力粵港澳大灣區(qū)空氣質(zhì)量持續(xù)改善。

“新型車載式室內(nèi)室外可切換平行雙反應(yīng)器煙霧箱”以科技創(chuàng)新賦能環(huán)境治理，其創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和全面的污染組分檢測(cè)能力，必將在大氣污染防治領(lǐng)域開拓出更廣闊的應(yīng)用前景，為廣東省持續(xù)深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)注入強(qiáng)勁動(dòng)力。