淺談PM2.5

郭倩倩 于會山

摘要：通過對能見度和PM2.5的有關(guān)介紹，指出PM2.5給人們健康帶來的危害以及對環(huán)境造成的污染，并提出了PM2.5的檢測技術(shù)和預(yù)防方法。

關(guān)鍵詞：能見度；PM2.5;危害；檢測；預(yù)防隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活水平的不斷提高，人們對于環(huán)境的問題越來越關(guān)注。而PM2.5是構(gòu)成環(huán)境問題的一個重要因素，因此人們也越來越重視PM2.5。PM2.5雖然粒徑小，但是含有大量害的和有毒的物質(zhì)，這對人們的身體健康和環(huán)境質(zhì)量造成很大的影響。2012年2月，國務(wù)院同意發(fā)布新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中增加了PM2.5濃度限值。2013年，韋斯特和他的同事們在《環(huán)境研究通訊》（Environmental Research Letters）發(fā)表了他們的研究論文，得出如下結(jié)論：全世界每年因?yàn)槭彝獾挠卸究諝馕廴疚锛?xì)顆粒物而死亡的人數(shù)為210萬。

各監(jiān)測站點(diǎn)實(shí)時數(shù)據(jù) 更新時間：2014-06-10 21:00

這個圖表是我市最近檢測的空氣質(zhì)量狀況，由圖表可知PM2.5是首要污染物。下邊我們介紹一下PM2.5的有關(guān)知識。

1能見度的定義

大氣能見度是指視力正常的人，在當(dāng)時天氣條件下能夠從天空背景中看到和辨認(rèn)的目標(biāo)物(黑色、大小適中)的最大水平距離。通俗來說就是指人們能夠看得到多遠(yuǎn)。所謂有效能見度是指四周視野中二分之一以上的范圍里都能看到的最大水平距離。一般來說，大氣能見度的好壞受自然因素（如氣象條件）和人為因素（如大氣污染物）的共同影響，包括天氣、相對濕度、云層和云量、氣溶膠光學(xué)厚度和組分（如大氣污染物）等因素。由于各種因子的影響，臺站四周大氣透明程度往往不同，為了表示臺站四周多數(shù)能見距離，提出了有效能見度的概念。

2大氣能見度與PM2.5的關(guān)系

大氣能見度降低的主要原因是大氣污染物對太陽光的吸收和散射，從而降低物體與背景之間的對比度。通常顆粒物濃度達(dá)0.1μg/m3時，能見度開始下降；濃度達(dá)0.15μg/m3。時，陽光中的紫外線將減少7.5％；濃度達(dá)0.25μg/m3時，能見度下降52．7％；濃度達(dá)0．50μg/m3時，能見度下降80．8％。可見光的波長在0.4～0.7μm，而粒徑在這個尺寸范圍的顆粒物正是PM2.5的主要組成部分，這些顆粒物對可見光的散射消光能力最強(qiáng)，其中，含有硫酸根和硝酸根的顆粒物最易散射可見光。PM2.5對光的吸收效應(yīng)幾乎全部是由炭黑(主要成分為元素碳)和含有炭黑的顆粒物造成的。盡管全世界每年排放的炭黑量占TSP 排放量的比例不高，但其引起的消光效應(yīng)卻非常大。因此，PM2.5是能見度降低的主要原因。

3什么是PM2.5？

PM，英文全稱為particulate matter(顆粒物)，2013年2月，全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會將PM2.5的中文名稱命名為細(xì)顆粒物。細(xì)顆粒物的化學(xué)成分主要包括有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na+）等。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。雖然PM2.5只是地球的大氣成分中含量很少的組分部分，但是它對空氣質(zhì)量的好壞以及大氣能見度等有著重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑很小，并且含大量的有害物質(zhì)和有毒物質(zhì)并它在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，所以對人們身體健康狀況和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

4 PM2.5的來源及危害

4.1 PM2.5的來源

PM2.5的主要來源主要有自然源和人為源兩種，但最主要的來源則是人為。

自然源包括土壤揚(yáng)塵、海鹽、植物花粉、孢子、細(xì)菌等。自然界中的災(zāi)害事件，如火山爆發(fā)向大氣中排放了大量的火山灰，森林大火或裸露的煤原大火及塵暴事件都會將大量細(xì)顆粒物輸送到大氣層中。

人為源包括固定源和流動源。固定源包括日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)（煤炭、石油及其他礦物燃燒產(chǎn)生的工業(yè)廢氣）。流動源主要是汽車尾氣排放等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物，大多含有重金屬等有毒物質(zhì)，包括散播到空氣中的灰塵、硫酸、硝酸、有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ?，?jīng)過一系列光化學(xué)反應(yīng)形成二次污染物。

除自然源和人為源之外，大氣中的氣態(tài)前體污染物會通過大氣化學(xué)反應(yīng)生成二次顆粒物，實(shí)現(xiàn)由氣體到粒子的相態(tài)轉(zhuǎn)換。如：SO2+H2O→H2SO4、H2SO4+NaCl→HCl+Na2SO4、HNO3+NH3→NH4NO3

4.2 PM2.5的危害

4.2.1 健康危害

美國的大量研究表明，對人體健康危害最大的顆粒物是PM2.5，因?yàn)檫@些細(xì)顆粒物可以穿過肺部并存留在肺的深處。顆粒物的粒徑越小，進(jìn)入人體呼吸道的部位就越深，對人體的傷害就越大，直徑在2.5μm以下的細(xì)顆粒物，被吸入人體后會進(jìn)入支氣管甚至肺泡，可以穿透人體呼吸道的防御毛發(fā)狀結(jié)構(gòu)（也就是鼻腔中的鼻纖毛）進(jìn)入人體內(nèi)部，引發(fā)人體整個范圍的疾病，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，對人體健康的傷害更大。同時，PM2.5還可成為病毒和細(xì)菌的載體，為呼吸道傳染病的傳播推波助瀾。

PM2.5對心血管系統(tǒng)也可以產(chǎn)生毒性作用。它主要通過兩條途徑危害人體的心血管：一是通過引起炎癥反應(yīng)及繼發(fā)的高凝狀態(tài)，二是通過改變自主神經(jīng)功能。人體吸入PM2.5顆粒物后可能會引發(fā)機(jī)體的一系列急性應(yīng)激反應(yīng)，并改變循環(huán)系統(tǒng)功能，從而導(dǎo)致心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

4.2.2 環(huán)境危害

PM2.5會導(dǎo)致大氣能見度降低，從而影響到人們的生產(chǎn)和生活。由二氧化硫和氮氧化物等轉(zhuǎn)化而成的硫酸和硝酸液滴是PM2.5的來源之一，也是形成酸雨的主要原因，能夠?qū)λ鷳B(tài)系統(tǒng)、陸地生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，通過食物鏈危害人體健康，同時會對建筑物、機(jī)械和市政設(shè)施產(chǎn)生腐蝕作用。大氣中的PM2.5，還會干擾太陽和地面的輻射，從而對地區(qū)性甚至全球性氣候產(chǎn)生影響。

PM2.5有強(qiáng)烈的削光能力，使大氣的消光度數(shù)倍甚至數(shù)十倍的增加，使視野大大縮短，遠(yuǎn)處變成一片暗灰色。能見度的下降讓大自然的美麗風(fēng)景變的黯然失色，容易使人的心理健康受到影響；能見度下降的嚴(yán)重時，還可能導(dǎo)致交通受阻等。

PM2.5濃度太高對氣候最顯著的影響是日照顯著減少，PM2.5同時還改變了氣溫和降水模式，PM2.5導(dǎo)致我國霧天增多。

5PM2.5的檢測技術(shù)

中國環(huán)境監(jiān)測總站2012年5月下發(fā)的《PM2.5自動監(jiān)測儀器技術(shù)指標(biāo)與要求（試行）》確定了三種PM2.5的自動監(jiān)測方法，分別是β射線方法儀器加裝動態(tài)加熱系統(tǒng)，β射線方法儀器加動態(tài)加熱系統(tǒng)聯(lián)用光散射法，微量振蕩天平方法儀器加膜動態(tài)測量系統(tǒng)（FDMS）。還有一種最原始的方法就是手工監(jiān)測。

5.1 重量法

其原理是分別通過一定切割特征的采樣器，以恒速抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中的PM2.5被截留在已知質(zhì)量的濾膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的質(zhì)量差和采樣體積，計(jì)算出PM2.5的濃度。

重量法測定的是顆粒物的絕對質(zhì)量濃度，原理簡單，測定數(shù)據(jù)可靠，測量不受顆粒物形狀、大小、顏色等的影響，是最直接、最可靠的方法，可作為驗(yàn)證其他方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿，在多個國家被列為國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法(參考方法)。然而重量法需要人工稱重，程序比較繁瑣而費(fèi)時。因此，這種方法及儀器多應(yīng)用于進(jìn)行單點(diǎn)、某時間段內(nèi)的采樣與監(jiān)測，不能用于實(shí)時連續(xù)監(jiān)測。

5.2 微振蕩天平法

微量振蕩天平法(TEOM法，Tapered Element OscillatingMicrobalance)是在質(zhì)量傳感器內(nèi)使用一個振蕩空心錐形管，在其振蕩端安裝可更換的濾膜，振蕩頻率取決于錐形管特征和其質(zhì)量。當(dāng)采樣氣流通過濾膜，其中的顆粒物沉積在濾膜上，濾膜的質(zhì)量變化導(dǎo)致振蕩頻率的變化，通過振蕩頻率變化計(jì)算出沉積在濾膜上顆粒物的質(zhì)量，再根據(jù)流量、現(xiàn)場環(huán)境溫度和氣壓計(jì)算出該時段顆粒物標(biāo)態(tài)的質(zhì)量濃度。

石英諧振器對表面的質(zhì)量變化十分敏感，空氣中PM2.5顆粒物濃度數(shù)量級一般為0.1mg/m3，水分含量數(shù)量級為1g/m3， 濕度達(dá)到80%以上，震蕩頻率開始顯著變化，濕度越高，變化越，必然會引起較大的測量誤差。通常微量震蕩天平法都采用采樣管加熱技術(shù)將水氣化，而在實(shí)際測量過程中，部分揮發(fā)性顆粒物也會被氣化，從而造成測量結(jié)果偏低，在這種情況下就需要為微量振蕩天平法監(jiān)測儀配置濾膜動態(tài)測量系統(tǒng)(FDMS)，配置有膜動態(tài)測量系統(tǒng)后儀器能準(zhǔn)確測量在測量過程中揮發(fā)掉的顆粒物，使最終報(bào)告數(shù)據(jù)得到有效補(bǔ)償，更接近于真實(shí)值。

5.3 β射線法

β射線法則是利用β射線衰減的原理測試采樣期間增加的顆粒物質(zhì)量。環(huán)境空氣由采樣泵吸入采樣管,經(jīng)過濾膜后排出，顆粒物沉淀在濾膜上，當(dāng)β射線通過沉積著顆粒物的濾膜時，β射線的能量衰減，衰減的程度與PM2.5的重量成正比，通過對衰減量的測定便可計(jì)算出顆粒物的濃度。

β射線法準(zhǔn)確測量的前提是濾膜和PM2.5粒子的均一性， 否則會導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏高。此外，空氣中水分對濾膜也有較大的影響，在濕度較大的地區(qū)或者短期濕度變化大的情況下，數(shù)據(jù)也會發(fā)生較大的偏差,儀器的故障率也較高。因此，β射線法必須加裝動態(tài)加熱系統(tǒng)(DHS)，才能最大限度減少對顆粒物監(jiān)測結(jié)果的影響。

5.4 光散射法

光散射法是通過測量顆粒物受光照射后所發(fā)出的散射光信號的大小來測量顆粒物的質(zhì)量濃度。該法是利用Mie散射理論及顆粒物的各參量來反演顆粒物質(zhì)量濃度的。實(shí)際上，光的散射與顆粒物濃度間的關(guān)系受到顆粒物的化學(xué)組成、形狀、比重、粒徑分布等諸多因素的影響，這意味著光散射和顆粒物濃度之間的定量關(guān)系隨時都可能改變，這就需要不斷地用標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行校正。文獻(xiàn)報(bào)道，利用光散射儀測定PM2.5，至少有30%～40%的不確定性。

下面我們對這幾種檢測方法做一下比較。

6PM2.5的應(yīng)對措施預(yù)防方法

6.1 過濾法

包括空調(diào)、加濕器、空氣清新器等，優(yōu)點(diǎn)是明顯降低PM2.5的濃度，缺點(diǎn)是濾膜需要清洗或更換。

6.2 水吸附法

超聲霧化器、室內(nèi)水簾、水池、魚缸等，能夠吸收空氣中的親水性PM2.5，缺點(diǎn)是增加濕度，憎水性PM2.5不能有效去除。

6.3 植物吸收法

植物葉片具有較大的表面積，能夠吸收有害氣體和吸附PM2.5，優(yōu)點(diǎn)是能產(chǎn)生有利氣體，缺點(diǎn)是吸收效率低，有些植物會產(chǎn)生有害氣體。

7PM2.5和PM10的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

表1是GB環(huán)境空氣污染物基本項(xiàng)目濃度限值

目前，我國的pm2.5標(biāo)準(zhǔn)值為24小時平均濃度小于75微克/立方米為達(dá)標(biāo)，然而，這一數(shù)值與pm2.5國際標(biāo)準(zhǔn)相比，還相差甚遠(yuǎn)，僅僅是達(dá)到世衛(wèi)組織設(shè)定的最寬標(biāo)準(zhǔn)。

世界衛(wèi)生組織(WHO)認(rèn)為，pm2.5標(biāo)準(zhǔn)值為小于每立方米10微克。年均濃度達(dá)到每立方米35微克時，人患病并致死的幾率將大大增加。

而以世衛(wèi)組織數(shù)據(jù)為準(zhǔn)的話，pm2.5國際標(biāo)準(zhǔn)分別為準(zhǔn)則值，24小時小于25微克;過渡期目標(biāo)1,24小時小于75微克;過度目標(biāo)2,24小時小于50微克;過度其目標(biāo)3,24小時小于37.5微克。

8結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)，提高身體素質(zhì)，已經(jīng)成為全社會的共識。目前PM2.5這一空氣質(zhì)量監(jiān)測概念的興起，更讓人們認(rèn)識到我國在環(huán)境保護(hù)方面做的很不足，與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國有許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)值得總結(jié)學(xué)習(xí)，必須讓全社會真正意識保護(hù)環(huán)境的重要性，保護(hù)環(huán)境應(yīng)是每個公民應(yīng)盡義務(wù)。因此本介紹了能見度以及PM2.5的有關(guān)知識，人們可以了解PM2.5的來源及其危害，做好預(yù)防措施。

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