进展|气溶胶中关键毒性化学组分的内在关联机制

　　在国家自然科学基金项目(批准号：T2122006、22188102)等资助下，复旦大学李庆教授和清华大学王书肖教授等课题组合作，提出以削减人群健康风险为导向的工业烟气治理策略。相关研究成果以“基于工业源气溶胶毒性效应实现以健康为导向的大气污染控制(Achieving health-oriented air pollution control requires integrating unequal toxicities of industrial particles)”为题，于2023年10月14日发表在《自然•通讯》(Nature Communications)。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42089-6

　　空气污染已成为全球最大的环境健康风险因素。工业化的迅速发展带来了大气污染，为了改善空气质量，各国政府优先对火力发电行业实施了日趋严格的污染物浓度控制政策。然而，近年来学术界在质疑基于污染物质量浓度的控制标准是否能有效降低健康风险。如何有效控制大气污染排放源，以保护人民生命健康，一直是国际上面临的巨大挑战。

　　针对这一难题，该研究团队对我国重点工业源(包括钢铁、电力和水泥行业)产生的气溶胶开展系统研究，发现了工业源气溶胶的生物毒性差异，阐明了气溶胶中金属等关键毒性化学组分的内在关联机制(图1)。基于气溶胶毒性效应的量化参数，结合我国大气污染物排放清单、空气质量模式、人群暴露模型与费效分析，阐释以削减“健康风险”为导向的大气污染调制机制(钢铁行业实施超低排放改造)，相比于以削减气溶胶“质量浓度”为导向的机制(电力行业实施超低排放改造)，可以更为有效的降低人群健康暴露风险(约5.4~8.2倍)。此外，若优先对气溶胶毒性效应更高的工业源开展超低排放(钢铁)，能节约大量的经济成本(图2)。

图1 钢铁厂(Iron and steel plants)、电厂(Power plants)和水泥厂(Cement plants)燃烧排放气溶胶(a)氧化应激效应(ROS)、(b)毒性金属组分以及(c)关键化学组分对ROS效应贡献比例解析(金属是工业源气溶胶的主导毒性成分)

　　图2 (a)我国工业大气污染基于“质量浓度”和“健康风险”减排策略的花费以及收益(2019年，超低排放削减的PM2.5排放量及基于ROS效应调控的排放量)的概念图;我国大陆区域电力行业(b)和钢铁行业(c)超低改造后的气溶胶基于ROS效应调控的人群暴露健康风险改善效果的分布情形

　　该研究基于对18个省/直辖市的82个实际工业排放源现场测量、关键毒性组分的化学甄别、生物毒性解析、空气质量模拟、暴露风险评估以及成本效益计算，突破了当前“基于PM2.5质量浓度”的大气污染控制政策，提出“基于PM2.5健康风险”的工业烟气污染治理思路，为建立面向人民生命健康的大气污染调控机制提供了理论依据和数据支撑。