Friday, September 30, 2022

PM2.5的來源和危害

PM是英文particulate matter(顆粒物)的首字母縮寫。準確的PM2.5定義要在“直徑”之前加一個修飾語“空氣動力學”,這可不是故作高深。空氣中的顆粒物並非是規則的球形,那怎麼定義又怎麼測量其直徑呢?在實際操作中,如果顆粒物在通過檢測儀器時所表現出的空氣動力學特徵與直徑小於或等於2.5微米且密度為1克/立方厘米的球形顆粒一致,那就稱其為PM2.5。這樣的定義也就決定了在測定PM2.5時,需要利用空氣動力學原理把PM2.5與更大的顆粒物分開,而不是用孔徑為2.5微米的濾膜來分離。

一.總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物、PM10和PM2.5

空氣污染指數(Air pollution Index,簡稱API)是評估空氣質量狀況的一組數字,它能告訴您今天或明天您呼吸的空氣是清潔的還是受到污染的,以及您應當注意的健康問題。它將常見的空氣污染物濃度簡化為一組指數型數值,中國計入空氣污染指數的項目暫定為:二氧化硫(SO)、氮氧化物(NO)和總懸浮顆粒物。

需要解釋一下的是總懸浮顆粒物這個概念。懸浮在空氣中的粒徑≤100微米的顆粒物叫做總懸浮顆粒物。其中粒徑小於等於10微米的稱為PM10,又叫做可吸入顆粒物。總懸浮物顆粒和PM10在粒徑上存在着包含關係,即PM10為總懸浮顆粒物的一部分。可吸入顆粒物中,那些粒徑小於或等於2.5微米的固體顆粒或液滴就叫做PM2.5,也叫細顆粒物,大於2.5微米而小於等於10微米的叫做粗顆粒物。

總懸浮顆粒物可分為一次顆粒物和二次顆粒物。一次顆粒物是由天然污染源和人為污染源釋放到大氣中直接造成污染的物質,如:風揚起的灰塵、燃燒和工業煙塵。二次顆粒物是通過某些大氣化學過程所產生的微粒,如:二氧化硫轉化生成硫酸鹽。 在空氣質量預測中,對煙塵或粉塵的監測,要給出粒徑分布。當粒徑大於10微米時,要考慮沉降;小於10微米時,與其他氣態污染物一樣,不考慮沉降。對所有煙 塵、粉塵聯合預測,結果表達為總懸浮顆粒物,僅對小於等於10微米的煙塵、粉塵預測,結果表達為PM10,如果對粒徑小於等於2.5微米的顆粒物進行監測,結果就表達為PM2.5。

那麼,PM2.5到底有多大呢?很細小的沙粒,直徑有90微米,人類的頭髮,直徑一般是50-70微米,也就是說PM2.5隻有人類頭髮的三十分之一左右,肉眼是看不見的。

 

值得一提的是,PM2.5顆粒細小,基本不考慮沉降,而是漂浮在空中,並且一般的口罩對PM2.5沒有阻擋作用,加之PM2.5能夠直接進入人的支氣管和肺泡,干擾肺部的氣體交換,所以空氣中PM2.5濃度如果較高,對人體健康的危害就很大。

二.PM2.5的來源和成分

PM2.5既來源於自然,也來源於人為。自然來源包括:風揚塵土、火山灰、森林火災、漂浮的海鹽、花粉、真菌孢子、細菌。

但PM2.5的主要來源還是人為排放。人類既直接排放PM2.5,也排放某些氣體污染物,在空氣中轉變成PM2.5。直接排放主要來自燃燒過程,比如化石燃料(煤、汽油、柴油)的燃燒、生物質(秸稈、木柴)的燃燒、垃圾焚燒。在空氣中轉化成PM2.5的氣體污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨氣、揮發性有機物。其它的人為來源包括:道路揚塵、建築施工揚塵、工業粉塵、廚房煙氣。

M2.5的來源複雜,成分自然也很複雜。主要成分是元素碳、有機碳化合物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽。其它的常見的成分包括各種金屬元素,既有鈉、鎂、鈣、鋁、鐵等地殼中含量豐富的元素,也有鉛、鋅、砷、鎘、銅等主要源自人類污染的重金屬元素。

2000年有研究人員測定了北京的PM2.5來源:塵土佔20%;由氣態污染物轉化而來的硫酸鹽、硝酸鹽、氨鹽各佔17%、10%、6%;燒煤產生7%; 使用柴油、汽油而排放的廢氣貢獻7%;農作物等生物質貢獻6%;植物碎屑貢獻1%。有趣的是,吸煙也貢獻了1%,不過這只是個粗略的科學估算,並不一定準確。該研究中也測定了北京PM2.5的成分:含碳的顆粒物,硫酸根,硝酸根,銨根加在一起佔了重量了69% 。

三.PM2.5的危害

一般來說,顆粒物的直徑越小,進入呼吸道的部位越深。粒徑10微米以上的顆粒物,會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,能夠進入上呼吸道,但部分可通過痰液等排出體外,另外也會被鼻腔內部的絨毛阻擋,對人體健康危害相對較小;而粒徑在2.5微米以下的細顆粒物,因為過於細小,不易被阻擋,可深入到細支氣管和肺泡,干擾肺部的氣體交換,引發包括哮喘、支氣管炎和心血管病等方面的疾病。 如下圖所示,不同大小的黑點代表了不同粒徑的顆粒PM10和PM2.5,越小的顆粒進入人體的路徑越深。

研究表明,PM2.5主要對呼吸系統和心血管系統造成傷害,包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困難、降低肺功能、加重哮喘、導致慢性支氣管炎、心律失常、非致命性的心臟病、心肺病患者的過早死亡。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

如果空氣中PM2.5的濃度長期高於10微克/立方米,死亡風險就開始上升。濃度每增加10微克/立方米,總的死亡風險就上升4%,得心肺疾病的死亡風險上升6%,得肺癌的死亡風險上升8%。這意味着多大的風險呢?我們可以拿吸煙做個比較。吸煙可使男性得肺癌死亡的風險上升22倍(也就是上升2200%),女性的風險上升12倍(1200%);使中年人得心臟病死亡的風險上升2倍(200%)。和吸煙一比,PM2.5的危害就顯得非常小了。如果吸煙都沒有讓你感到恐懼,那你就不用擔心眼下PM2.5超標對健康的影響了。但是,從全社會的角度出發,降低這些看似不大的風險,收益卻是很大的。美國環保局在2003年做了一個估算:“如果PM2.5達標,全美國每年可以避免數萬人早死、數萬人上醫院就診、上百萬次的誤工、上百萬兒童得呼吸系統疾病”。相比當前的中國,美國當時的空氣質量已經相當不錯,只有很少的地區存在略微的超標。如果中國的PM2.5能夠達標,社會收益無疑將會是巨大的。

上述關於PM2.5死亡風險的數據源自2002年發表於《美國醫學會雜誌》的一篇論文。這篇論文分析了一項長期研究中參與者的死亡率和空氣污染之間的關係,發現死亡率升高與PM2.5和二氧化硫的污染有關聯,而與粗顆粒物污染沒有可靠的關聯。該項在美國進行的前瞻性研究始於1982年,當時招募了120萬的參與者。論文的結論是基於長達16年的隨訪數據,是目前關於PM2.5污染增加死亡風險最可靠的證據。

四.PM2.5的濃度和標準

即使沒有人為污染,空氣中也有一定濃度的PM2.5,這個濃度被稱為背景濃度。在美國和西歐,背景濃度大約為3-5微克/立方米,澳大利亞的背景濃度也在5微克/立方米左右。中國的背景濃度有多高?目前尚無公開的數據,但應該不會和其他國家相差太大。

2012年3月我國公布的新《環境空氣質量標準》仍保留了之前一直執行的150微克/立方米為PM10的日均濃度限值,並按照PM2.5佔PM10的50%的比例設立了PM2.5日均濃度值為75微克/立方米。

世界衛生組織(WHO)和一些國家的PM2.5標準(單位:微克/立方米)

本文資料來自:派力迪譚知還的日誌

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