大气环境中 PM2.5的研究进展与展望

大气环境中 PM2.5的研究进展与展望

李俊

武汉智汇元环保科技有限公司 湖北武汉 430079

摘要：概述了国内外关于大气环境中PM_2.5的研究进展。针对目前国内部分城市雾霾天气情况日趋严重，国内相关部门和领域更加重视PM_2.5的监测和研究现状，并对PM_2.5未来的研究方向进行了展望。

关键词：PM_2.5；大气环境；研究进展

一、引言

大气气溶胶是大气与悬浮在其中的固体和液体微粒共同组成的多相体系，其粒径、形状、浓度、化学成分都随着时间和空间的变化而有所差异。根据其粒径的大小可分为TSP(总悬浮颗粒物)、PM₁₀、PM_2.5。PM_2.5是指空气动力学直径在2.5μm以下的大气颗粒物，又称细颗粒物。PM_2.5的主要由人为排放造成，人为排放分为直接排放和间接排放。直接排放主要来自化石燃料(煤、汽油、柴油)的燃烧，生物质(秸秆、木柴)的燃烧，垃圾的焚烧和汽车尾气的排放。间接排放是由于二氧化硫（SO₂）、氮氧化物（NOx）、氨（NH₃）和挥发性有机物（VOC_S）在大气中经过复杂的物理、化学变化产生的二次颗粒物引起的。相比其他不同粒径的大气颗粒物，PM_2.5具有粒径小，面积大，重量轻，活性强，易附带有毒、有害物质(例如，重金属、微生物等)，且在大气中的停留时间长、输送距离远等特点。因此它对人体健康的危害更大，影响范围也更加广泛。美国北卡罗来纳大学环境科学院与国家环境保护局研究人员在《环境研究通讯》发布研究报告称，每年全球每年约210万人死于大气中PM_2.5等悬浮颗粒物浓度上升对人体肺部造成损害。由于大气中颗粒物对光的散射和吸收，PM_2.5还会导致城市人为能见度下降，产生雾霾天气。相关研究表明PM_2.5对气候、温度也有一定影响，使地面温度降低，高空温度升高。可以看出PM_2.5的防治防控对减缓气候变化的影响具有重要意义

近年来，由PM_2.5所造成的污染事件越来越多，公民和有关部门也越来越重视环境中PM_2.5的浓度情况。世界卫生组织(WHO)在2005年颁布的《空气质量准则》中规定：PM_2.5的年均浓度和日均浓度的限值分别为10μg/m³和25μg/m³。我国在拟于2016年实施的《环境空气质量标准》中规定：PM_2.5的年均浓度和日均浓度的一级限值为15μg/m³和35μg/m³，二级限值为35μg/m³和75μg/m³。结合实际情况，我国是发展中国家，许多技术并不完善，并且我国对PM_2.5的研究起步较晚。

二、国内外PM_2.5的研究进展

随着民众健康和环保意识的增强，对空气质量也提出了更高的要求，PM_2.5也得到了公众及社会更多的关注。一些发达国家和地区具有成熟的大气监测网络和健全的大气环境信息公开制度，可以快速有效地实时监测空气质量，为空气质量改善提供数据支持。美国对可吸入颗粒物的研究始于20世纪80年代初，并且于1985年美国国家环境保护局将原颗粒物质指示物总悬浮颗粒物(TSP)项目修改为PM₁₀。美国环境保护局在1997年又提议修改美国国家大气质量标准，规定了PM_2.5的最高限值。加拿大、西班牙等欧美其他国家也在PM_2.5研究方面做了大量的工作。2010年底，美国和欧盟等主要发达国家都已将PM_2.5纳入空气质量标准并进行强制性限制。

中国在气溶胶细粒子研究方面起步较晚，近年来国内也加大了对PM_2.5的研究。前期的研究内容主要是以PM_2.5与气象条件的关系为主。刘辉等2008年6—9月在北京城区清华大学和郊区密云水库开展大气颗粒物观测，采集了PM_2.5样品共180个，分析表明除污染源排放外，气象条件也是影响PM_2.5及其水溶性离子浓度的重要因素。气团来源分析显示，南方气流的区域性缓慢传输是导致2008年北京奥运会前期PM_2.5重污染过程的关键成因。与其对比的北方洁净气流频繁、快速的输入则是促进北京奥运会期间PM_2.5浓度显著降低的重要原因之一。樊文雁等2007年夏秋季节，在北京325m气象塔8m、80m和240m平台梯度观测，分析雾、霾、晴3种典型天气状况下大气细粒子质量浓度垂直分布特点。

吴志萍等在清华大学校园内研究草坪、篱草、阔叶乔木、针叶乔草、阔叶乔草和乔灌草6种城市绿地空气PM_2.5浓度的日变化规律、月变化规律，分析不同类型绿地空气PM_2.5浓度差异以及不同天气条件下PM_2.5浓度。孟昭阳等2005年12月至2006年2月在太原市区持续观测了气溶胶细粒子PM_2.5，并应用Sunset碳分析仪进行了有机碳(Organic Carbon，OC)和元素碳(Elemental Carbon，EC)的测定，结果表明:太原冬季PM_2.5，OC和EC浓度均较高，即太原市冬季PM_2.5和碳气溶胶污染严重。各种气象条件对PM_2.5，OC，EC和OC/EC比值的变化都有不同程度的影响，特别是大雾天气、相对湿度、风速和降雪是影响碳气溶胶浓度变化的重要因素。

周丽运用统计分析和气象统计预报的方法，使用北京白石桥小区的污染物观测资料和同期北京地区的气象观测资料，对影响大气污染的气象因子进行了综合分析，并分别建立了气溶胶PM_2.5粒子浓度与气体污染物、气象要素场的两类统计相关拟合模型。

近年来随着监测手段的进步，关于PM_2.5的观测特征以及成分和来源分析研究越来越多。陶俊等于2009年4月19日至5月17日在成都城区每天采集PM_2.5样品，然后对样品进行8种碳组分、水溶性有机碳、左旋葡聚糖及水溶性离子分析，初步探讨了碳气溶胶的来源。因子分析结果表明OC₂、OC₃、OC₄和WSOC主要来源于生物质燃烧排放，EC1主要来源于燃煤排放，EC2、EC3主要来源于机动车排放。王巍等探讨北京地区沙尘暴期间PM₁₀、PM_2.5中所含化学元素含量变化的规律和特点。木拉提等分析北京和内蒙古阿拉善盟两地沙尘天气期间大气颗粒物PM_2.5和PM₁₀质量浓度的变化及其部分元素浓度的变化特征，研究发现，污染元素Pb、As容易在粒径较小的PM_2.5中聚集，并且主要受人为活动的影响，可能与沙尘天气无关联。张永等研究家庭居室空气中PM_2.5浓度及其影响因素，结果显示室内空气浓度超过美国EPA环境空气中PM_2.5标准且与室内PM₁₀浓度具有统计学相关。程鸿等调查北京市住宅室内空气颗粒物的污染状况，研究室外颗粒物以及室内活动对室内颗粒物浓度变化的影响，为制订和修订相应的室内空气质量标准提供基础数据及相应的科学依据。

三、研究展望

1、我国对PM_2.5的监测还不够完善，得到的结果也是局域性的，数据的系统性较差，不能客观的、全面的反应中国PM_2.5污染的整体状况。因此要加强对PM_2.5监测站点的布置。但中国土地辽阔，人口分布不均匀，环境状况各不相同，应当首先选择一些具有代表性的地方建立站点。

2、目前世界上多采用：重量法、光散射法、β射线吸收法和微量振荡天平法对PM_2.5进行监测。通过我国官方发布的PM_2.5数据与美国大使馆发布的数据差异过大这一事件，说明对不同地区、不同环境状况、不同的监测物质，应采用不同的方法。要根据实际情况，在以上四种基本方法的基础上，进行有针对性的改进，使测量结果更加准确，有助于进一步的对大气污染物进行控制和处理。

3、在对颗粒物的控制方面也存在许多难点需要攻克。例如寻找和利用清洁能源，目前的清洁能源主要有太阳能，氢能，风能等等，但受到科技发展和环境条件的制约，不能广泛应用到实际生产生活当中。最有效的办法是加大政府部门对环保政策的执行力度，严格按照标准排放污染物。

4、我国空气污染已是复合型污染，二次颗粒物是困扰着我们的主要问题。二次颗粒物的合成途径多，不易消除。因此注意消减二次颗粒物的前体物是控制PM_2.5污染的重中之重。

参考文献

[1]杨新兴,尉鹏,冯丽华.大气颗粒物PM2.5及其源解析[J].前沿科学,2013,7(02):12-19.

[2]杨新兴,尉鹏,冯丽华.大气颗粒物PM2.5及其控制对策与措施[J].前沿科学,2013,7(03):20-29.

[3]王婷婷,王丽艳.我国大气污染防治法律制度评析及其完善[J].资源与产业,2014,16(02):32-36.