城市大气可吸入颗粒的危害及防治

　　摘要：本文通过对城市中大气可吸入颗粒物PM10(空气动力学直径小于或等于10μm)的基本特性及污染现状的介绍，从对人类自身和城市环境两个方面阐述了大气可吸入颗粒的严重危害。同时,针对我国目前对城市大气可吸入颗粒物研究情况提出相应的控制及防治方法。
　　关键词：可吸入颗粒大气环境污染人体危害防治对策
　　0引言
　　当今，城市大气污染是世界各国面临的最大挑战之一,已被各国政府高度重视。如何防止城市大气污染,减轻其危害的影响,是当今重大而紧迫的课题。中国城市化和工业化的快速发展与能源消耗的迅速增加,给中国城市带来了很多空气污染问题。目前,颗粒物、SO2和NOx是城市大气污染的主要污染物,而颗粒物污染尤为严重。在研究过程中,人们逐渐认识到粒径小于10μm的颗粒物(即PM10)是悬浮颗粒物中对环境和人体健康危害最大的一类,因此,国际上很重视对PM10的研究和防治工作,大多数国家都规定了空气中PM10的质量标准。美国国家环保局EPA于1985年将原始颗粒物指示物质由总悬浮颗粒物(TSP)项目修改为PM10,我国也于1996年规定了PM10的二级质量标准为100μg/m3。[1]本文拟在PM10对人体健康和城市环境方面的影响进行评述,并提出相应的空气污染控制方法。
　　1大气可吸入颗粒PM10的介绍
　　1.1城市空气颗粒物的分类及PM10的界定
　　空气颗粒物是悬浮在空气中微小固体和液体小滴的混合物，是雾、烟和空气尘埃的主要成分。空气颗粒物中直径大于100μm的可以较快落到地面（通常叫降尘），直径小于100μm的叫总悬浮颗粒物（TSP），其中直径小于10μm的空气颗粒物又被国际标准化组织称为可吸入颗粒物（PM10），可以几小时甚至几年在空中飘浮。在可吸入颗粒物中，直径大于2.5μm的被称为可吸入粗颗粒物，直径小于2.5μm的为细颗粒物（PM2.5），也有人称之为可入肺颗粒物。[2]
　　1.2PM10的特性
　　大气颗粒物的化学成分因其来源不同而在种类和数量上变化很大。由于PM10主要来自于人为源(如石化燃料的燃烧、机动车尾气、工业粉尘、废弃物焚烧等),多为燃烧产物而含有大量对人体有害的成分;且颗粒物的粒径越小,其化学成分越复杂、毒性越大,这是因为小颗粒物的巨大表面积使其能吸附更多的有害物质,并能使毒性物质有更高的反应和溶解速度。[3]
　　PM10中常见的化学成分有无机离子、微量元素、颗粒元素碳(PEC,有时也称为碳黑)和有机化合物,有时PM10上还吸附有病原微生物(病毒和细菌)。
　　PM10能长期漂浮于空气中,因此又称为飘尘。PM10在空气中受重力、浮力和拖曳力的作用,其在空气中的停留时间和转移主要取决于颗粒物的粒径大小。[4]
　　PM10主要经呼吸道进入人体,也有一小部分可通过消化道或皮肤进入人体。PM10沉积在人体呼吸道后,它们的清除、滞留和转移与其粒径、沉积地点有关。一般来说,粒径越小、沉积地点越远,所需的清除时间就越长,就越易滞留在人体内,越易使毒性物质转移到身体的其他部位。
　　1.3我国PM10的的污染现状
　　目前,我国大气可吸入颗粒物的污染状况非常严重。1995-1996年中国环境监测总站对广州、武汉、兰州、重庆4大城市进行了为期了两年的PM2.5、PM2.5-10和PM10监测。结果表明[5],1995年PM10年日均值为95-273μg/m3,超过我国空气质量二极标准28%-173%。PM2.5年均值浓度为57-160μg/m3,比美国1997年颁布的标准值高2.8-9.7倍。从2000年中国环境状况公报公布的监测结果来看,统计的338个城市中,63.5%的城市超过国家空气质量二级标准,其中超过三级标准的有112个城市,占监测城市的33.1%。而悬浮颗粒物或可吸入颗粒物年均值超过国家二级标准限值的城市占统计城市的61.6%。由此可见,控制PM10污染,减少PM10对人体健康和环境的危害已经成为当前我国大气污染防治工作的重中之重。
　　2大气可吸入颗粒PM10对环境的影响
　　2.1PM10对温度的影响
　　由于颗粒物的存在,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,抵达地面的太阳能通量剧烈下降,从而使地面温度降低,高空的温度增高。特别是直径在0.1-5μm的颗粒,通过散射与吸收太阳与地球辐射在大气能量平衡中起着重要作用。资料表明,当PM10浓度达100μg/m3时,到达地面的紫外线减少7.5%；当PM10为600μg/m3时,到达地面的紫外线减少42.7%；当PM10为1000μg/m3时,到达地面的紫外线减少60%。
　　2.2PM10对能见度的影响
　　2.2.1对光的散射的影响
　　光的散射是能见度降低的最主要因素,颗粒物的散射能造成60%-95%的能见度减弱。空气分子对光的散射作用很小,其最大的视距(极限能见度)为100-300km(具体数值与光的波长有关)。在实际的大气中由于颗粒物的存在,能见度一般远远低于这一数值。在城市污染大气中，能见度在5km左右甚至更低;在浓雾中，能见度只有几米。在大气气溶胶中,主要是粒径为0.1μm-1.0μm的颗粒物通过光的散射而降低物体与背景之间的对比度,从而降低能见度。
　　2.2.2对光的吸收效应
　　PM10和PM2.5对光的吸收效应通常是使能见度降低的第二大因素。而PM10和PM2•5对光的吸收几乎全部都是由炭黑(也称元素碳)和含有炭黑的颗粒引起的。每年,世界上排放的炭黑的量占人为颗粒排放量的1.1%-2.5%,占全部颗粒排放量的0.2%-1.0%。但是,它们的消光效应却是不可忽视的,因为煤烟的总消光系数是透明颗粒的2-3倍,所以大气中少量的煤烟颗粒就可以导致光强降低很多。这些光吸收颗粒物可能会使某些地方的能见度降低一半以上,还可形成烟雾而使城市呈褐色。[6]
　　3大气可吸入颗粒PM10对人类的危害
　　可吸入颗粒物对人体健康的危害主要表现在“三致”作用方面：致癌、致畸、致突变。主要原因在于可吸入颗粒物通常富集各种重金属元素（如As、Se、Pb、Cr等）和PAHs(多环芳烃类)、PCDD/Fs(二英类)等有机污染物，这些多为致癌物质和基因毒性诱变物质，危害极大，其主要来源是矿物燃料的燃烧所致。统计数据显示[7]，PM10的浓度每增加10g/m3，死亡率将增加0.7%-1.6%；PM10污染对感冒时咳嗽、支气管炎的影响均呈显著性正相关，即PM10污染越重，两种疾病发病率越高；儿童肺功能随着空气污染加重而下降，儿童咳痰、咳嗽症状的发生率呈线性增加。国外许多学者根据近年的死亡率研究，说明PM10(尤其是PM2.5)与呼吸道和心血管疾病的死亡率有直接的关系；在人口统计基础上的健康影响研究也说明可吸入颗粒物浓度直接影响长期和短期死亡率。
　　一般状态下，成年人一昼夜要呼吸10-15立方米空气，并伴随着吸入大量的大气颗粒物，但并不是所有的颗粒物都会导致患病率和死亡率增加。颗粒物对人体的危害程度强烈依赖于其成分和粒径分布。颗粒物的成分是主要的致病因子，决定是否有害和引起何种疾病。一方面，PM10和PM2.5（尤其是PM2.5）中很大比例来自燃烧过程和大气中二次反应，本身很可能就是有毒、有害物质；另一方面，这些较细小的颗粒组成的复杂结构集合体比由较大颗粒组成的简单结构集合体具有大得多的比表面积，因此，在PM10和PM2.5上更容易吸附一些对人体健康有害的重金属和有机物，从而产生更大的毒性。（如图1）
　　图1PM10对人类的毒性作用
　　图2不同粒径的可吸入颗粒在呼吸道各个部位的沉积
　　一般而言，直径为2.5-10微米之间的大部分粒子被阻留在鼻腔或口腔内，在鼻腔内的高沉积可能导致上呼吸道疾病，如鼻窦炎、过敏症等等。小于2.5微米的粒子主要沉积于气管和肺部（尤其是后者），沉积在肺部的粒子一般能存留数周至数年，因此其对人体健康的影响是持续的，危害更大。（如图2）
　　4PM10的防治对策
　　4.1减少污染排放
　　开发研究先进的技术手段,提高能源的燃烧效率,减少能源消耗;改进污染控制设备(如工厂消烟除尘设备、机动车尾气颗粒物回收装置等)的使用效率;研究可行的秸杆综合利用技术等以及推广使用清洁的能源来减少由于工业生产和人类活动中的燃料燃烧所造成的污染排放。
　　4.2控制建筑施工与地面扬尘
　　对所有施工工地实行“封闭”管理,即封闭施工、封闭运输和封闭堆放,减少由于城市建设施工引起的扬尘污染;消除城市裸露地面,扩大城市绿地覆盖率,提高道路机扫率,对进入市区的机动车进行清洗,以控制并减少地面扬尘造成的二次污染。
　　4.3建立污染预警系统
　　在大力发展环境空气质量预报的基础上,建立空气污染预警系统,在可能发生严重污染(如沙尘暴期间,秋冬季不利气象条件下等)之前,向公众发出警报,提醒敏感人群采取措施尽可能少接触高污染环境,必要时鼓励或强制某些排污单位采取减排措施以减轻空气污染的压力。
　　4.4合理城市工业布局
　　即使达到国家规定的废气排放标准的工业企业,其气体排放物仍对大气有一定的污染。所以,在旧城改建和新城规划时应充分考虑当地的自然条件,包括主导风向和地理环境。在工业企业选址时,从大气影响方面考虑,应注意以下三点:一、根据城市的主导风向,厂址应选在下风向；二、厂址应选在空气流畅,利于废气扩散和稀释的地方；三、与居住区之间要保持一定的距离。距离的大小,根据卫生部颁发的防护级别标准执行。如氮肥生产企业属于一级防护企业,应与居住区有1000米距离,这之间应种植卫生防护林带。
　　4.5搞好城市绿化
　　搞好城市绿化是防治城市大气污染的重要生物措施。利用植物杀菌、滞尘、吸收有毒气体、调节二氧化碳和氧气比例等特性,减少城市大气污染,提高城市大气质量。
　　5结语
　　总而言之，虽说国内外对大气可吸入颗粒PM10的研究还在进一步深入，对其造成的一些疾病原理尚未弄明，但在科学技术迅猛发展的今天,只要我们能够正确认识和对待在研究过程中所出现的种种问题，全面认知PM10指日可待。
　　参考文献
　　[1]董雪玲.大气可吸入颗粒物对环境和人体健康的危害.资源•产业，2004.
　　[2]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.
　　[3]向英,柯儒杰.空中杀手—大气污染[M]•北京：中国建材工业出版社,1998.
　　[4]周伟,叶舜华.有关气溶胶吸入危害的研究[J].中国公共卫生学报，15(4).
　　[5]魏复盛,腾恩江,吴国平,等.我国4个大城市空气PM2.5、可吸入颗粒物污染及其化学组成[J].中国环境监测,2001,17(7).
　　[6]刘大锰,李运勇,蒋佰坤,等.北京首钢地区大气颗粒物中有机污染物的初步研究[J].地球科学,2003,28(3).
　　[7]胡京南.小个子杀手--可吸入颗粒物.绿色观察.2005.