PM2.5的監(jiān)測(cè)技術(shù)及現(xiàn)狀

王媛　賈曉

【摘 要】PM2.5的污染對(duì)人和環(huán)境造成很大的影響，對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度的監(jiān)測(cè)已迫在眉睫；本文就PM2.5的概念、來源以及監(jiān)測(cè)的技術(shù)和方法進(jìn)行論述，重點(diǎn)介紹了三種技術(shù)方法：重量法、β射線吸收法和振蕩微量天平法，并對(duì)國(guó)內(nèi)外的PM2.5的監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

【關(guān)鍵詞】PM2.5；來源；監(jiān)測(cè)技術(shù)；監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

0.概述

PM2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。它的直徑還不到人的頭發(fā)絲粗細(xì)的1/20。[1]PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)，且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，被稱為大氣污染的元兇。

氣象專家和醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為，由細(xì)顆粒物造成的灰霾天氣對(duì)人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。粒徑10微米以上的顆粒物，會(huì)被擋在人的鼻子外面；粒徑在2.5微米至10微米之間的顆粒物，能夠進(jìn)入上呼吸道，但部分可通過痰液等排出體外，另外也會(huì)被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較?。淮蟛糠諴M2.5能沉降在呼吸道中，同時(shí)由于許多致癌和有毒物質(zhì)如苯并[a]芘等多富集在PM2.5顆粒物上，因此PM2.5顆粒物對(duì)人體的危害非常大，越來越受到人們的重視。[2]

1.PM2.5的來源

PM2.5的化學(xué)組分主要包括有機(jī)碳、碳黑、粉塵、硫酸銨（亞硫酸銨）、硝酸銨等五類物質(zhì)。有機(jī)碳、碳黑、粉塵，屬于原生顆粒物，被稱為一次顆粒物。硫酸銨（亞硫酸銨）、硝酸銨等，是由人類活動(dòng)排放或自然產(chǎn)生的二氧化硫和二氧化氮等，在大氣中經(jīng)過光化學(xué)反應(yīng)形成的二次污染物，所以被稱為二次顆粒物。[3]

1.1工業(yè)源排放

經(jīng)除塵器除塵后排放氣體中所含有的煙塵是形成PM2.5的主要來源（尤其是燃煤電廠、冶金廠等工業(yè)排放源），他們?cè)诖髿猸h(huán)境中經(jīng)擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)等過程往往造成PM2.5分布的交叉區(qū)域，某些區(qū)域PM2.5的濃度將呈現(xiàn)峰值。

1.2機(jī)動(dòng)車輛尾氣

燃油機(jī)動(dòng)車產(chǎn)生的CO、NOx及CH等是PM2.5的間接來源。Kevin A. Whitney指出在所有燃油機(jī)動(dòng)車輛尾氣中，78%-85%的顆粒物是PM2，5； J.A.Gi]lies也指出機(jī)動(dòng)車輛尾氣中PM2，5的主要成分為元素碳（EC），其次是有機(jī)碳（OE），并發(fā)現(xiàn)PM2.5的濃度與NOx的排放率之間呈現(xiàn)線性增函數(shù)關(guān)系。

1.3道路及施工揚(yáng)塵

機(jī)動(dòng)車行駛及建筑物施工造成二次揚(yáng)塵，其中較大的顆粒物因重力作用而沉降到地面，粒徑小的因沉降速度小，受環(huán)境因素影響而長(zhǎng)期懸浮于空氣中，隨時(shí)間推移PM2.5；濃度成增加的趨勢(shì)。長(zhǎng)宗寧就干線道路懸浮物隨距離的衰減進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：SPM平均濃度在離道路50m內(nèi)，衰減率約為25%，50m以外約為3%，干線道路的影響大約為50m左右，隨著遠(yuǎn)離道路，元素碳是衰減比例最高的元素，用CMB法分析得出路邊汽車對(duì)SPM貢獻(xiàn)率為48%。[4]

2.PM2.5的監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法

PM2.5質(zhì)量濃度的測(cè)量可通過手工重量法和自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行測(cè)量，由于顆粒物細(xì)粒子PM2.5的組成與機(jī)理的特殊性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的PM10，因此只有少數(shù)設(shè)備通過了美國(guó)環(huán)保署的認(rèn)證。[5]

2.1重量法[6]-[7]

通過有一定切割特性的采樣器，用恒定速度抽取定量的體積空氣，使外界環(huán)境空氣中的PM2.5被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的重量差以及采樣體積，計(jì)算出PM2.5濃度。

濾膜稱重法測(cè)定的是顆粒物的絕對(duì)質(zhì)量濃度，它的原理簡(jiǎn)單、測(cè)定數(shù)據(jù)可靠、測(cè)量不受顆粒物的形狀、大小和顏色等的影響，但是在測(cè)定的過程中，操作繁瑣、費(fèi)時(shí)、采樣儀笨重、噪聲大，且不能立即給出測(cè)試結(jié)果。

2.2 β射線吸收法

此方法是通過測(cè)量β射線的強(qiáng)度變化來確定氣溶膠的質(zhì)量濃度。顆粒物被采集到濾膜上，β射線穿過該濾膜是其強(qiáng)度發(fā)生變化。穿過濾膜的β射線的強(qiáng)度隨著顆粒物的負(fù)載量成比例減弱。β射線衰減檢測(cè)是一個(gè)帶有連續(xù)過濾帶（filter tape）的自動(dòng)化采樣器，每一次測(cè)量時(shí)都有“新鮮”的過濾節(jié)（filter segment）。最初，利用未暴露的過濾節(jié)作為空白衰減來測(cè)量β射線衰減，然后把這段過濾節(jié)暴露在周圍顆粒物中，在一段時(shí)間內(nèi)收集顆粒物，此時(shí)再次測(cè)量β射線衰減，經(jīng)空白修正后轉(zhuǎn)換為質(zhì)量濃度。

2.3振蕩微量天平法

此方法被廣泛用作連續(xù)PM10質(zhì)量測(cè)量檢測(cè)器，如果用PM2.5采樣頭取代PM10采樣頭，它也可以連續(xù)測(cè)量PM2.5的濃度。在該方法中，收集顆粒物的濾膜被放在一個(gè)玻璃管頂部，該玻璃管應(yīng)用電場(chǎng)內(nèi)振蕩，隨著濾膜上收集的顆粒物不斷增加，玻璃管的振蕩頻率降低，方法的靈敏度約為1～2μg/ m3，典型的分辨時(shí)間為5min。[8]為了維持必要的精密度，錐形元件必須保持恒溫，以避免膨脹或收縮造成的影響，并要遞升溫度以除去被吸附的水分，這樣才能避免周圍環(huán)境濕度的變化造成的影響。但是，無論在采樣頭處還是在錐形元件處加熱樣品，都會(huì)使氣溶膠中的半揮發(fā)性物質(zhì)損失。

3.PM2.5的國(guó)內(nèi)外監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

氣溶膠的早期觀測(cè)主要針對(duì)TSP，隨著人們對(duì)細(xì)顆粒物對(duì)生物健康的危害的重視，PM10和PM2.5的觀測(cè)研究逐漸成為重點(diǎn)。美國(guó)EPA（美國(guó)環(huán)保局）從1987年開始了對(duì)PM10的網(wǎng)絡(luò)化觀測(cè)，從1999年開始了PM2.5的觀測(cè)；歐洲EMEP（歐洲空氣污染物長(zhǎng)程飄移監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)）從1998年開始PM10的網(wǎng)絡(luò)化觀測(cè)，目前已有十幾個(gè)國(guó)家參與，部分國(guó)家也對(duì)PM2.5進(jìn)行觀測(cè)。

2011年12月21日，中國(guó)環(huán)境保護(hù)部部長(zhǎng)周生賢在“2012年全國(guó)環(huán)保工作會(huì)議”上表示，“必須抓緊修改完善，增加PM2.5檢測(cè)指標(biāo)，盡力爭(zhēng)取早發(fā)布。2012年在京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角等重點(diǎn)區(qū)域及直轄市和省會(huì)城市開展PM2.5檢測(cè)充分說明國(guó)家對(duì)于PM2.5超標(biāo)的重視，周生賢還強(qiáng)調(diào)，必須建立區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)等方式控制PM2.5。國(guó)家對(duì)于PM2.5的重視使得減輕PM2.5的外患成為可能。

2012年10月11日，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部副部長(zhǎng)吳曉青表示，新的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》頒布后，環(huán)保部明確提出了新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的“三步走”目標(biāo)。截至目前，全國(guó)已有195個(gè)站點(diǎn)完成PM2.5儀器安裝調(diào)試并試運(yùn)行，有138個(gè)站點(diǎn)開始正式PM2.5監(jiān)測(cè)并發(fā)布數(shù)據(jù)。

迄今為止，PM2.5的污染情況不容樂觀，所以了解其污染現(xiàn)狀、污染變化規(guī)律、污染類型，判明主要污染源并制定切實(shí)可行的防治措施，改善人氣環(huán)境質(zhì)量，改善居住環(huán)境，降低相關(guān)疾病的發(fā)病率，減輕社會(huì)和家庭的醫(yī)藥費(fèi)用負(fù)擔(dān)，提高生活質(zhì)量都具有理論指導(dǎo)意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李廣超，傅梅綺.大氣污染控制技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社，2005，2：69.

[2]曾凡剛.大氣環(huán)境監(jiān)測(cè).化學(xué)工業(yè)出版社，2003，1：305.

[3]楊新興，馮麗華.大氣顆粒物PM2.5及其危害.前沿科學(xué)，2012，1，6，21：25.

[4]鐘天翔.杭州市空氣環(huán)境中揮發(fā)性有機(jī)物與PM2.5污染研究.

[5]崔延青，王春迎，尚永昌.大氣細(xì)粒子（PM2.5）監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012.4：10.

[6]朱一船，張晶，周文剛，等.LD-3C型微電腦激光粉塵儀及其質(zhì)量濃度轉(zhuǎn)換系數(shù)K值的測(cè)定[J].中國(guó)環(huán)境衛(wèi)生，2003，6（1-3）：103-107.

[7]楊書申，邵龍義，龔鐵強(qiáng)，等.大氣顆粒物濃度檢測(cè)技術(shù)及其發(fā)展[J].北京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，4-1：36-39.

[8]白志鵬，王寶慶，王秀艷，姬亞芹，等.空氣顆粒物污染與防治.化學(xué)工業(yè)出版社，2011，1：63.