pm2.5监测.doc

pm2.5监测及评价研究进展摘要:综合阐述了近年来国内外PM2.5的监侧方法、观测站网建设发展、以及PM2.5,对人体健康、大气环境及天气、气候等方面的影响研究，井对国内外PM2.5,空气质量标准差异进行了比较分析，提出了加强PM2.5监测及影响评价的建议。关键词:PM2.5.监侧.人体趁康.大气环境.空气质虽标准。中国分类号:X831 文献标识码:A 文章编号:I007-9033(2011)04-0001060 引言大气颗粒物质(Particulate Matter, PM )是大气中固体和液体颗粒物的总称。粒径为0.01-100 um的大气颗粒物，统称为总悬浮颗粒物(TSP)1-2。而PM10和PM2.5分别指空气动力学直径小于或等于10 um和2.5um的大气颗拉物。PM10也称为可吸入颗粒物(Inhalable Particles)，世界卫生组织(WHO)则称之为可进入胸部的颗粒物(Thoracic Parti-cles)；PM2.5因其能够进入人体肺泡，故被定义为可入肺颗粒物(Repairable Particles )35。PM2.5属于细微颗粒物范畴，通常也被称为细粒子(Fine Particles),PM2.5的主要来源为日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。虽然PM2.5只是地球大气成分中含最很少的组分，但由于大部分有害元素和化合物都富集在细颗粒物上，而随着粒径的减小，细颗粒物在大气中的存留时间和呼吸系统对其的吸收率也随之增加，因此,相对于TSP、PM10，粒径较小且毒性较大的PM2.5对空气污染、大气能见度、人体健康以及大气能量平衡影响更大67。目前，PM2.5已成为国内外城市大气的首要污染物8-9，是大气气溶胶研究的热点和前沿。自20世纪80年代开始，国内外采用各种监测手段和评估方法开展了大量的PM2.5采集和分析工作，获得了不少关于PM2.5性质、来源、对人体健康和大气能见度影响等的研究成果59。但由于PM2.5的组成复杂且多变，采样监测与分析评价技术成为了科学研究和专业应用的基础和关键10-19。本文拟对近年来PM2.5的一些监测和评估研究现状进行归纳总结，并对做好PM2.5监测及评价工作提出一些建议，以期对今后开展有关研究有所裨益。1 PM2.5的监测 获得准确的监测数据是开展PM2.5影响研究与专业服务的基础。而PM2.5的监测比较复杂，因为它是空气中漂浮着的各种大小颗粒物中较细小的部分。所谓“细小”是指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2.5um、密度为1g/m3的球形颗粒一致。因此,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2.5um的滤膜来分离20-22。但归纳起来，测定PM2.5的浓度主要是两个步骤，即把PM2.5与较大的颗粒物分离，以及测定分离出来的PM2.5的重量。1.1 PM2.5的分离 国内外分离PM2.5的方法基本一致，均由具有特殊结构的切割器及其产生的特定空气流速达到分离效果。其基本原理是:在抽气泵的作用下,空气以一定的流速流过切割器，较大的颗粒因为惯性大而被涂了油的部件截留，惯性较小的细颗粒绝大部分随着空气流而通过20。1.2 PM2.5重量测定 目前，国际上广泛采用的PM2.5重量测定方法主要有三种:重量法、B射线吸收法和微量振荡天平法21221.2.1重量法 所谓重量法是指将PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称重。滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗拉还是能穿过滤膜。但只要滤膜对于0.3um以上的颗粒截留效率大于99%就算合格2021。因为所损失的极细小颗粒物对PM2.5的重量贡献很小，对分析结果影响不大。目前按照重量法设计的采样设备较多，如中国生产的TH-150型智能中流量颗粒物采样器、四通道PM2.5采样器(PR2300)、美国URG公司生产的通用型大气污染物采样仪(URG-3000k )、德国GRIMM分析仪等。这些采样器利用Teflon膜或PTEE滤膜对PM2.5进行采样，再采用称重法计算颗粒物质量浓度。 重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的标杆。然而重量法需要人工称重,程序比较繁琐而费时20-21。因此，这种方法及仪器多应用于进行单点、某时间段内的采样与监测，为大气污染调查、研究提供数据。如邓利群等23使用基于重量法的VAPS通用型大气污染物采样仪(URG3000k)对PM2.5和环境空气中相关气体同时采集，从而分析2008年7月至2009年4月北京东北部城区PM2.5的污染状况、相关气体组分变化特征以及二次无机组分形成的机制。1.2.2 B射线吸收法 将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束B射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度与PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量20-21。由于这种方法可实现自动、连续监测，因此多应用于大气环境监测业务应用中24-26。例如,位于北京的美国大使馆架设的PM2.5监洲仪就是使用这一方法监测的。1.2.3微公振荡天平法 基于微量振荡天平法研制的采样器由空心玻璃管、滤芯等组成。该空心玻璃管一头粗一头细，粗头固定，细头装有滤芯。工作原理为:空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该倾率和细头重量的平方根成反比，于是，根据振荡频率的变化算出收集到的 PM2.5的重量2021。该方法可实现自动、连续监侧。因此，近年来我国多个地区采用微量振荡天平法测定PM2.5浓度。例如，2011年沈阳市环境监渊中心站采用“赛默飞世尔”的1405型振荡天平法颗粒物监侧仪对PM2.5进行了长期的监洲和分析27。除了以上三种PM2.5重量测定方法外，还有利用光散射的原理测定颗粒物浓度的方法。但是，这种方法并没有被各国环保部门采纳为标准方法，虽然目前有依据此原理制成的专业仪器在某些科研中时有运用21。该测定方法的原理是:空气中的颗粒物浓度越高。对光的散射就越强；测定光的散射后，理沦上就可以算出颗粒物浓度。但在实际运用中，由于光的散射与颗粒物浓度之间的关系是受到诸多因素的影响，例如顺粒物的化学组成、形状、比重、料径分布等，而这些都取决于污染源的组成。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变，需要仪器使用者不断地用标准方法进行校正。有研究者做过理论计算:利用光散射仪测定PM2.5至少有30%-40%的不确定性21。这种不确定性是这类仪器固有的。2 PM2.5监测站网建设2.1国外PM2.5监测站网概况 目前，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，大部分国家都还未开展对PM2.5的监测。美国现行的空气质量监测网络对PM2.5和PM10司时监测，包括1028个PM2.5站点和702个PM10站点，这些均由州或地方环保部门负责运行28。2.2国内PM2.5监测站网建设 1983年，国家环境保护总局要求在部分城市建设空气质最连续自动监测系统。近年来，各城市环境监测站陆续增加PM10监测站点，而PM2.5并未纳入国家环境保护总局考核范围28。气象部门早在1994年建成青海瓦里关全球大气成分本底观测站，浙江临安和北京上甸子国家大气成分本底观测站，以及香格里拉、阿克达拉和金沙区域大气成分观侧站，并于2005年在全国新建了30个大气成分观测站，以上测站均将PM2.5纳入监测项目。目前已形成了覆盖全国的PM2.5观测网络和产品服务系统。3 PM2.5的影响及评价标准3.1 PM2.5的影响3.1.1对大气环境及气候的影响 由于细颗粒物质的散光效应以及炭黑、含炭黑颗粒等对光具有较强的吸收作用，空气中不同大小的颗粒物均能降低能见度，不过相比于粗颗粒物，更为细小的PM2.5降低能见度的能力更强21.2930，而给交通运输和日常生活带来极大的不便，严重时甚至会导致恶性事故。空气中能见度的降低本质上就是可见光的传播受到阻碍。当颗粒物的直径和可见光的波长接近的时候，颗粒对光的散射消光能力最强。可见光的波长为0.4-0.7um，而PM2.5的主要组成部分的粒径正是在这个尺寸附近21.31。研究32-36表明，粗颗粒的消光系数约为0.6m2/g，而PM2.5的消光系数则为1.25-10.0m2/g，其中，PM2.5的主要成分硫酸按、硝酸铵和有机颗粒物的消光系数约为3.0m2/g，是粗颗粒的5倍。所以，PM2.5是灰霾天能见度降低的主要原因。根据2010年灰霾试点监测报告，灰霾天气时，PM2.5的浓度明显比平时高, PM2.5的浓度越高，能见度就越低37。PM2.5不仅降低空气中的能见度，还是空气污染的主要来源。据国外有关部门研究，PM2.5颗粒在空气中的停留时间大概为30-70d38。PM2.5颗粒还可以随气流被输送到几百甚至几千千米的地方,造成广域的污染。目前，我国还没有对PM2.5进行大规模的系统研究，只有部分城市在个别的点位进行了一些短期的监测分析。研究39表明，我国沿海地区, 如青岛、长江三角洲的上海、珠江三角洲地区的香港、深圳、珠海以及福建省的厦门、台湾省的台中等城市PM2.5的污染水平较低，这可能是特殊的地理位置所造成的;在内陆地区，南京、太原、柳州和南宁等污染非常严重，最高值(南京)可达到美国PM2.5日均浓度标准的4.6倍。PM2.5对气候、温度等的影响也不容忽视。由于细颗粒物的存在，直接阻挡太阳光抵达地球表面，这样使可见光的光学厚度增大，抵达地面的太阳能量剧烈下降，使地面温度降低，高空温度升高。Se-infeld40估计，地球大气的不透明度增加4倍时，将使全球温度降低3.5 K之多，如果维持这么大的降温幅度，地球将会面临一个灾难性的冰河期。3.1.2对人体健康的影响已有的研究9.32,41-43表明，PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死等。PM2.5对呼吸系统最严重的危害结果是使肺纤维化，引发各种呼吸系统病变，同时，可吸人颗粒物还容易吸附空气中的多环芳烃、多环苯类等致癌物质，使得癌症的发病率升高21。如，Mar等44发现西雅图城市儿童哮喘急诊人数与细颗粒物(粒径小于1um的污染水平显著相关;Glantz45研究指出，由于超细颗粒物较易进入户内，使得敏感人群具有更多的接触机会，并且粒径小于0.02um的亚微颗粒具有穿透肺泡壁进入肺间质的能力，可以被间质淋巴系统运送入血液，故推测其可能在引发肺部炎症，造成机体严重病理损伤中起重要作用。 此外，大量流行病学研究9-10,32.40-46发现，PM2.5浓度的增高与心肺疾病的超额发病率、死亡率相关，尤其是在原先患有呼吸、心血管系统疾病的人群及身体状况不佳的老年人中。如，美国EPA进行的两项前瞻性队列研究表明，总死亡率及心肺疾病死亡率的上升与大气中PM2.5浓度增高相关。6个城市队列研究表明，在污染最严重与最轻的两城市之间，当PM2.5浓度差异为18.6ug/m3时，疾病死亡发生的危险度上升了26%9。Schwartz等46利用时间序列分析方法发现，当大气中PM2.5浓度增加10ug/m3时，研究人群的总死亡率由2.1%上升到3.75%，并发现肺炎、心脏病及其他一些疾病的死亡率上升的效应随着暴露时间的延长而增强。然而，目前对PM2.5的致病机制还不是很清楚。许多研究者认为细颗粒物可能通过氧化、炎症刺激以及对遗传物质的作用等对机体造成损害，但需要进一步探索其生物效应9。3.2 PM2.5的评价标准美国环保局在1997年制定世界上第一个PM2.5标准。之后，许多国家陆续将PM2.5纳入监测指标。然而，由于各国的污染现状和经济发展水平不同，其制定的标准也有所不同。表1表明，世界卫生组织(WHO)根据美国癌症协会和哈佛大学的研究结果，于2005年制定了PM2.5的准则值;同时，还设立了3个过渡期目标值，为目前还无法一步到位的地区提供了阶段性目标，其中月标一1的标准最为宽松，目标一3最严格。当PM2.5的质量浓度高于准则值时，死亡风险就会显著上升。2016年中国拟实施的标准与WHO过渡期目标一1相同。美国和日本的标准一样，与目标一3基本一致。欧盟的标准略微宽松，与目标-2一致。澳大利亚的标准最为严格，年均标准比WHO的准则值还低。标准的宽严程度基本反映了各国的空气质量情况，空气质量越好的国家就越有能力制定和实施更为严格的标准。4小结 目前，国内外对PM2.，监测、影响与影响评价标准等方面都取得了一定进展。随着我国经济社会的快速发展，大气中PM2.5的监测浓度上L升趋势增大。由于PM2.5对人体健康、大气能见度以及大气环境污染具有更加显著的危害和潜在影响，加上近年来公众环境影响意识的不断提高，今后我国气象和环保等相关部门需进一步加强对PM2.5的监测与影响评价研究。为此，提出以下几点建议:(1)加快制订PM2.5二观测技术规范和国家标准，进一步完善采样方法和监测技术，跟踪国际先进监测技术的发展，研发国产化高精度、自动连续监测仪器，提高我国大气监测的科技支撑力。(2)加强气象、环保等部门的监测信息共享网络建设，联合布设高密度的PM2.5监测站网，实现区域PM2.5无缝隙监控，提升对区域大气环境的监测与预警能力。(3)及时发布并充分利用PM2.5监测数据，进一步开展PM2.5对大气环境、人体健康等的影响机理研究，从而采取有针对性的措施以最大限度减轻PM2.5的不利影响。(4)政府结合经济社会发展水平制订颁布具有高约束力和强制性的排放标准，实施更有效的监督手段，逐步减少工业生产、交通等行业PM2.5的排放，从根本上解决PM2.5的危害问题。参考文献1 唐孝炎.大气环境化学M.北京:高等教育出版社，1991:164.2 吕永达,霍仲厚.特殊环境生理学M.北京:军事医学科学出版社，2003:251-252.3 Sloss L L, Smith I M. 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