都市大气环境中可吸入颗粒物的研究

都市大气环境中可吸入颗粒物的研究

李俊

武汉智汇元环保科技有限公司 湖北武汉 430079

摘要：本文对可吸入颗粒物的相关术语及其对环境造成的影响等方面进行了论述。进一步探讨了大气中可吸入颗粒物的防治措施。

关键词：可吸入颗粒物；大气环境；能见度

一、有关大气颗粒物的术语

PM₁₀和PM_2.5是在近年来出现的两个术语,同时还有一系列描述大气颗粒物的名词,这些名词或因检测方法、应用领域不同而得名,或因为健康效应而得名。常用的有:

悬浮颗粒物(SPM):为所有大气颗粒物的通用术语(PooleyandGibbs,1996);

大气气溶胶(Aerosol):一般指在广义的大气(包围地球的全部空气)中的悬浮颗粒物(许钟麟,1998);

总悬浮颗粒物(TSP):系指大气中100μm以下的颗粒(中华人民共和国国家标准:大气环境标准,GB3095—82);

烟(Smoke):根据ISO的定义,烟“通常系指由冶金过程中形成的固体粒子的气溶胶。它是由熔融物质挥发后生成的气态物质的气凝物,在生成过程中总是伴有诸如氧化之类的化学反应”(ISO);

黑烟(Black Smoke):燃烧产生的能见气溶胶(蒋展鹏,1992);

炭黑(Carbon black):指工业生产过程产生的或由天然森林火灾产生的,由粒径在10～1000nm的球粒和复合颗粒组成的碳质物质(据国际理论化学和应用化学联合会),它一般是由化石燃料不完全燃烧所致(Goldberg,1985);

PM₁₀:指空气动力学直径小于或等于10μm的大气颗粒物(Pooley and Gibbs,1996);

PM_2.5:指空气动力学直径小于或等于2.5μm的大气颗粒物(Pooley and Gibbs,1996);

可吸入颗粒(Inhalable Particles):通过呼吸系统可以吸入人体的颗粒(PooleyandGibbs,1996),我国曾称为飘尘,通常就是指PM₁₀;

可入肺颗粒(Respirable Particles):能够进入人体肺泡的颗粒(Pooley and Gibbs,1996),通常就是指PM_2.5。

二、大气中可吸入颗粒物对环境造成的影响分析

1、大气中可吸入物颗粒对能见度的影响

当前，大气中可吸入物颗粒对能见度的影响得到了环保部门的高度重视，虽然在大气中，大气中可吸入物颗粒的含量较少，但是这些颗粒物对城市大气光学性质的影响高达99%。有研究证实，大气中可吸入物颗粒的性质跟能见度的降低存在相关性，能见度降低的主要原因是气体分子和颗粒物对光的吸收和散射作用从而削弱了光信号，在散色的作用下减少了目标物同天空背景的对比度而引起。（1）大气中可吸入物颗粒对光的散色效应。能见度下降的最主要原为光散射，大气中可吸入物颗粒的散色能够削弱60%~95%的能见度。通常情况下，空气分子对光的散射作用非常小，极限能限度为100~300km，真实值由光的波长确定。在大气中，因为存在可吸入物颗粒，导致能见度常常小于某个数值，针对极干净的大气而言，能见度至少为30km；而在环境污染严重的城市中，大气能见度不超过5km；如果雾严重，能见度甚至可能只能几米。在大气气溶胶中，主要是粒径为0.1um~1.0um的颗粒在光的散射作用下导致物体和背景的对比度降低，从而导致能见度下降。（2）可吸入颗粒物对光吸收效应的影响。可吸入颗粒物对光的吸收效应是导致能将度下降的第二个主要原因，无论是PM₁₀还是PM_2.5二者对光的吸收几乎均是因为碳元素和含碳元素的颗粒导致的。据相关资料显示，全球排放的碳元素的总量在人为颗粒排放量中所占的比例约1.1%~2.5%，在全部颗粒物排放量中所占的比例约0.2%~1.0%，但是这些碳元素的消光效应却是不容忽视的，究其主要原因为煤烟的总消光系数约透明颗粒的2~3倍，即便大气中煤烟颗粒的含量不高，依然可以明显得降低光强度。并且这些光吸收颗粒物还可能导致个别地方的能见度降低50%提上，其形成的烟雾还可能让整个城市为褐色。

2、可吸入颗粒物对温度的影响

由于可吸入颗粒物在大气中的存在，这些颗粒会直接阻挡太阳光顺利抵达地球表面，如此便增加了可见光的光学厚度，导致抵达地面的太阳能通量大幅度降低，引起地面温度骤降而高空中的温度升高。特别是对于粒径为0.1~0.5um的颗粒物而言，其能够通过散射和吸收太阳与地球辐射从而在大气能量平衡中发挥重要作用。有研究发现，当可吸入颗粒物的浓度为100ug/m³时，到达地面的紫外线减少约7.5%，而当可吸入颗粒物的浓度达到600ug/m³时，达到地面的紫外线减少为42.7%；而当可吸入颗粒物浓度达到1000ug/m³时，达到地面的紫外线减少达60%，并且能够至少让全球的温度下降3.5℃，如此大的降温效果如果维持数年，便可以引起冰河期。

三、大气中可吸入颗粒物的防治措施

1、控制好污染源头。具体而言，可以从两个方面入手：第一，完善并严格按照各地方关于文明施工管理办法要求，对城市进行科学规划和管理，针对建筑工程和市政工程的施工现场，必须采取封闭式的管理方式，实现运输和施工的封闭，以此减少施工过程中产生的扬尘污染。另外，采取措施减少大面积的裸露地面，增加城市道路清扫和洒水的频率，以便及时控制和降低地面扬尘引起的二次污染问题。第二，引进国内外先进技术，极大技术的研发力度，提高石油等化石能源的燃烧效率，尽量减少化石能源在燃烧过程中产生的废气。在现有的污染控制设备的基础上，对其进行相应的改进和创新，淘汰落后的污染控制设备，从而提升污染控制设备的整体效果。除此之外，还应该加大新型清洁能源的研发和推广力度，从而减少化石燃料在燃烧过程中产生的废气等污染物，从源头上入手实现对可吸入颗粒物的控制。

2、科学规划工业布局。改善居住环境离不开广社会每一个成员的积极参与，作为生产企业首先要做的事情便是改进自身的生产方式。结合当前工业发展现状，依然有个别企业采用传统粗放的生产方式，因此要摒弃传统粗放型生产模式，积极引用国内外先进的生产工艺技术，实现节能减排的目的。十九大报告中指出，“坚持人与自然和谐共生，树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策”。随着社会对大气环境相关部门也制定了响应政策和专项资金的支持，引导排放量大的企业转型，实现其产业的调整和升级。建议相关部门完善关于可吸入颗粒物防治的法律法规，针对那些严重违反环境保护法，并对环境造成严重污染的企业，给与严重处罚，情节严重时还勒令其停业整改，从而促进企业生产方式的转变，全面提升企业的环境保护意识。除此之外，政府部门还应该合理规划城市中的工业布局，在新建城市和改造旧城时，必须充分考虑所在地区的气候情况和地理条件，做好工业生产企业的选址工作，具体而言，可从以下三个方面入手：一是要充分结合城市的主导风向，保证工业企业位于下风向位置；而是工业企业的场地必须通风良好，主要是促进废气的稀释和扩散；三是工业区必须同居住区保持一定的距离，并且在二者之间设置绿化防护带，以免工业废气朝居民区蔓延。

3、优化完善城市绿化工作。做好城市的绿化工作，加强生态绿化建设，加大对湿地资源的保护力度，在城市周边建设永久性绿带防护圈。除此之外，针对个别植被覆盖率低和土壤风沙尘影响大的地区，要加强植物的恢复工作，从而减少扬沙。

4、应用先进技术提高可吸入颗粒物监测效果。大气可吸入颗粒物当前之所以没有得到高度重视，很大程度是因为很多人不清楚可吸入颗粒物污染现状，更不清楚可吸入颗粒物的危害。对此，在加大宣传可吸入颗粒物污染的严重性和危害的同时还应该加大对大气可吸入颗粒物的有效监测，以便准确评价当前大气可吸入颗粒物污染现状，为大气污染防治提供检测技术和数据保障。相关部门还应该积极应用先进的大气污染监测技术，利用先进设备监测大气可吸入颗粒物污染状况。在此基础上借助各类媒体和社交软件，推送大气环境质量状况，并实时播报城市大气情况。

综上所述，都市大气可吸入颗粒物在我们周围大气环境中普遍存在,这些细颗粒物无论对人体健康还是对生活质量都有较大的影响。对大气的物理化学性质的研究有助于判别这些超细颗粒的来源，从未而对大气环境进行针对性的有效治理与防控。

参考文献

[1]赵汝星,苏艳飞,翁佳宾,谢安,张恩送,王朋飞.校园大气环境中可吸入颗粒物的监测研究——以北京工业职业技术学院为例[J].北京工业职业技术学院学报,2012,11(01):33-37.

[2]张先飞.可吸入颗粒物与细颗粒物对空气质量等级的影响[J].中国高新技术企业,2015(14):97-98.