PM2.5.doc

PM2.5对大气的污染状况及其监测防治摘要 PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。现在该污染物已经引起广泛关注，本文针对我国PM2.5基本污染情况和监测防治做一个简要的综述。关键词 PM2.5； 颗粒物； 1. PM2.5概述1.1. PM2.5 概念很多人都熟悉PM10，这个大气颗粒物很早就被列入空气检测的指标。但如果是初次接触，“PM2.5”这一串字符也许让你能够想到PM10。PM是英文particulate matter（颗粒物）的首字母缩写。准确的PM2.5定义要在“直径”之前加一个修饰语“空气动力学”。空气中的颗粒物并非是规则的球形，那怎么定义又怎么测量其直径呢？在实际操作中，如果颗粒物在通过检测仪器时所表现出的空气动力学特征与直径小于或等于2.5微米且密度为1克/立方厘米的球形颗粒一致，那就称其为PM2.5。这样的定义也就决定了在测定PM2.5时，需要利用空气动力学原理把PM2.5与更大的颗粒物分开，而不是用孔径为2.5微米的滤膜来分离。 我们一般知道PM10，与PM2.5相类似的定义将定义中的2.5换成10即可，PM10也被称为可吸入颗粒物。在PM10中，直径在2.5至10微米之间的颗粒物被称为粗颗粒物，与细颗粒物相对。1.2 . PM2.5的产生PM2.5不是一种单一成分的空气污染物，而是由来自许多不同的人为或自然污染源的大量不同化学组分组成的一种复杂而可变的大气污染物。就产生过程而言，PM2.5可以由污染源直接排出（称为一次粒子），也可以是各污染源排出的气态污染物经过冷凝或在大气中发生复杂的化学反应而生成（称为二次粒子）。大气颗粒物中大部分的硫酸、硫酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、元素碳（NP）和有机碳（BP）等组分存在于之中。1.3 PM2.5的来源虽然自然过程也会产生PM2.5，但其主要来源还是人为排放。人类既直接排放PM2.5，也排放某些气体污染物，在空气中转变成PM2.5。直接排放主要来自燃烧过程，比如化石燃料（煤、汽油、柴油）的燃烧、生物质（秸秆、木柴）的燃烧、垃圾焚烧。在空气中转化成PM2.5的气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物。其它的人为来源包括：道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘、厨房烟气。自然来源则包括：风扬尘土、火山灰、森林火灾、漂浮的海盐、花粉、真菌孢子、细菌。 PM2.5的来源复杂，成分自然也很复杂。主要成分是元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。其它的常见的成分包括各种金属元素，既有钠、镁、钙、铝、铁等地壳中含量丰富的元素，也有铅、锌、砷、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。2000年有研究人员测定了北京的PM2.5来源：尘土占20%；由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占17%、10%、6%；烧煤产生7%；使用柴油、汽油而排放的废气贡献7%；农作物等生物质贡献6%；植物碎屑贡献1%。有趣的是，吸烟也贡献了1%，不过这只是个粗略的科学估算，并不一定准确。该研究中也测定了北京PM2.5的成分：含碳的颗粒物，硫酸根，硝酸根，铵根加在一起占了重量了69% 。类似地，1999年测定的上海PM2.5中有41.6%是硫酸铵、硝酸铵，41.4%是含碳的物质。1.4 PM2.5的危害气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。每个人每天平均要吸入约1万升的空气，进入肺泡的微尘可迅速被吸收、不经过肝脏解毒直接进入血液循环分布到全身；其次，会损害血红蛋白输送氧的能力，丧失血液。对贫血和血液循环障碍的病人来说，可能产生严重后果。例如可以加重呼吸系统疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠状动脉等心脏疾病。总之这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。在欧盟国家中，PM2.5导致人们的平均寿命减少8.6个月。而PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。目前国际上主要发达国家以及亚洲的日本、泰国、印度等均将PM2.5列入空气质量标准。而最为悲催的是，PM2.5尚未被列入我国环境空气质量指标，因此这就成了美国大使馆数据和政府官方数据直接冲突的根本原因。中国工程院院士、中国环境监测总站原总工程师魏复盛研究结果还表明（魏复盛， 1999），PM2.5和PM10浓度越高，儿童及其双亲呼吸系统病症的发生率也越高，而PM2.5的影响尤为显著，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米，死亡风险就开始上升。浓度每增加10微克/立方米，总的死亡风险就上升4%，得心肺疾病的死亡风险上升6%，得肺癌的死亡风险上升8%4-5。这意味着多大的风险呢？我们可以拿吸烟做个比较。吸烟可使男性得肺癌死亡的风险上升21倍（也就是上升2100%），女性的风险上升11倍（1100%）；使中年人得心脏病死亡的风险上升2倍（200%）。和吸烟一比，PM2.5的危害就显得非常小了。如果吸烟都没有让你感到恐惧，那你就不用担心眼下PM2.5超标对健康的影响了。 但是，从全社会的角度出发，降低这些看似不大的风险，收益却是很大的。美国环保局在2003年做了一个估算：“如果PM2.5达标，全美国每年可以避免数万人早死、数万人上医院就诊、上百万次的误工、上百万儿童得呼吸系统疾病”。相比当前的中国，美国当时的空气质量已经相当不错，只有很少的地区存在略微的超标。如果中国的PM2.5能够达标，社会收益无疑将会是巨大的。整体环境科学上增刊登过北京大学医学部公共卫生学院教授潘小川及其同事一项新发现：2004年至2006年期间，当北京大学校园观测点的PM2.5日均浓度增加时，在约4公里以外的北京大学第三医院，心血管病急诊患者数量也有所增加。虽然PM10和PM2.5都是心血管病发病的危险因素，但PM2.5的影响显然更大。世界卫生组织在2005年版空气质量准则中也指出：当PM2.5年均浓度达到每立方米35微克时，人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15%。一份来自联合国环境规划署的报告称，PM2.5每立方米的浓度上升20毫克，中国和印度每年会有约34万人死亡。1.5. PM2.5的标准及监控状况PM2.5的标准，是由美国在1997年提出的，主要是为了更有效地监测随着工业化日益发达而出现的、在旧标准中被忽略的对人体有害的细小颗粒物。PM2.5指数已经成为一个重要的测控空气污染程度的指数。到2010年底为止，除美国和欧盟一些国家将PM2.5纳入国标并进行强制性限制外，世界上大部分国家都还未开展对PM2.5的监测，大多通行对PM10进行监测。美国国家航空航天局（NASA）2010年9月公布了一张全球空气质量地图，专门展示世界各地PM2.5的密度。地图由加拿大达尔豪斯大学的两位研究人员制作。他们根据NASA的两台卫星监测仪的监测结果，绘制了一张显示出2001年至2006年PM 2.5平均值的地图。 在这张图上红色（即PM2.5密度最高)，出现在北非、东亚和中国。中国华北、华东和华中PM2.5的密度，指数甚至接近每立方米80微克，甚至超过了撒哈拉沙漠。在这张2001-2006年间平均全球空气污染形势图上，全球PM2.5最高的地区在北非和中国的华北、华东、华中全部。世界卫生组织(WHO)认为，PM2.5小于10是安全值，而中国的这些地区全部高于50接近80，比撒哈拉沙漠还要高很多。即使没有人为污染，空气中也有一定浓度的PM2.5，这个浓度被称为背景浓度。在美国和西欧，背景浓度大约为3-5微克/立方米，澳大利亚的背景浓度也在5微克/立方米左右。中国的背景浓度有多高？目前尚无公开的数据，但应该不会和其他国家相差太大。2. 国内外研究进展在过去的十多年间，美国和一些欧洲国家开展了大规模的PM2.5 研究，主要涉及PM2.5 质量浓度的时空分布、排放清单、排放特征谱、源解析以及PM2.5 对大气能见度和人体健康影响等方面。美国加州地区是进行细微颗粒物研究最多的地方，研究表明：PM2.5 的浓度取决于源排放、化学变化以及气象条件、地理条件等复杂因素的交织作用；在某一地区，PM2.5 及其二次粒子的前体物的浓度主要受地区性和区域性的源排放与气象条件的影响；城区一次颗粒物（元素碳、有机碳）的浓度要高于周围农村地区，而二次颗粒物在地区性的空间分布上则相对均匀；PM2.5 的浓度具有周期性的日变化且随季节不同而有所不同,PM2.5 与PM10的质量浓度比率通常在) 1/2-4/5之间，不同地区可能有所不同；就季节而言，这一比率在秋季要高于夏季。在我国，针对PM2.5 开展的研究甚少，尚未形成大规模、高层次的系统研究。少数城市进行的研究虽然取得了一些成果，对细微颗粒物的污染有了一定的认识，但大多数只有个别点位、短期的监测，尚不能藉此对PM2.5 的污染特征进行全面的分析。对PM2.5 的源排放特征进行的调查、研究更是缺乏。一些研究直接引用国外相同或相似污染源的排放数据，不能真正定量解析我国PM2.5 的来源3. PM2.5在我国污染现状中国尚未开展大范围的PM2.5监测，公开的PM2.5数据非常有限。位于广州的环保部华南环境科学研究所从2011年从6月13日开始每日发布PM2.5监测值，截至11月20日，浓度范围在0.6至99 微克/立方米之间（注：0.6这个数据应该是仪器故障所致，正常值不会这么低），平均值为38微克/立方米，这个值超过了拟发布的年均标准（35微克/立方米）。在这121天中，已经有6天超过了拟发布的日均标准（75微克/立方米）。从近十几年来发表的科学论文中，可以查到中国一些大城市某一区域某一阶段的PM2.5的测定值。例如，2000年在北京的5个监测点测得的PM2.5年均值为101微克/立方米；2008北京奥运会的17天中，在北大测得的PM2.5最低28.2，最高147.4微克/立方米， 平均64.7微克/立方米。1999年，在上海两个监测点测定的PM2.5年均值为57.9和61.4 微克/立方米。这些年均值都远高于拟发布的年均标准（35微克/立方米）。 除了查阅以上这些零星的数据，我们还可以根据PM10的数据估算一下PM2.5的浓度。按照中国现行的空气质量标准，PM10是常规监测指标，全国性监测已开展了十几年。从2001年至2009年，全国主要城市PM10的平均值从125降到了90微克/立方米。PM2.5和PM10之间的比例通常在0.5-0.8之间，我们取0.8做一个极端估算可得：2009年全国主要城市的PM2.5平均值为72微克/立方米，是即将发布的新标准的2.1倍（35微克/立方米）。和美国的空气质量相比，这差多少呢？2009年，全美国年均PM2.5为9.9微克/立方米，在724个监测点中有90%以上的监测点年均值低于12.6微克/立方米。 全国的年均值只是用来反映我国颗粒物污染的总体现状，对于评价我们所在城市的空气质量意义并不大。我们更需要关注的是离我们生活、工作最近的监测点的数据。这个数据哪里有呢？如果你生活在北京而且恰好在美国大使馆附近，那你可以参考该馆发布的实时PM2.5数据。 过值得一提的是，虽然美国大使馆的监测仪器是专业的，但是大使馆毕竟不是环境监测部门，没有证据表明他们的工作人员具备相应的专业知识，而且他们测出的PM2.5数值经常比环保部门以及第三方测定的PM10还高，这是不正常的。所以，美国大使馆的数据也只能“仅供参考”。 然而，我们更多的人并不生活在北京，即使在北京也不在美国大使馆附近，那我们该看哪里的数据呢？全国主要城市的实时PM10数据可以在环境监测总站的网站上查到，每个城市都有数个监测点，我们可以选离得最近的那个点作参考。如果你很乐观，那么可以估算PM2.5=PM10 0.5，如果你很悲观，那么就估算PM2.5=PM10 0.8。所以对于这样一个污染物，我们的生命健康并不乐观，所以加强监测和治理是必要的。参考文献：1 Combustion Aerosols: Factors Governing Their Size and Composition and Implications to Human Health, Journal of the Air&Waste Management Associate, 50: 92 邵龙义,时宗波,黄勤;都市大气环境中可吸入颗粒物的研究J;环境保护;2000年01期 3 杨浮沫，贺克斌 北京大气细粒子PM2.5的化学组成J 清华大学自然科学版 2002年12期4 张晶，陈宗良，王玮 北