张焕坤 倪爽英 曹鹏 周琳 赵树慈 河北省环境科学研究院
摘要：本文结合对大气 PM2.5的来源与组成的分析, 阐述了对大气PM2.5污染控制的重大意义, 并对我国的污染现状和污染特征进行分析，提出了对PM2.5污染的控制途径。
关键词：PM2.5；污染现状；控制状况
大气颗粒物（Partieulate Matter，即PM）是大气中固体和液体颗粒物的总称。按其粒径大小可分为粗分散体系（粒径>10µm）和胶体分散系（0.001～10µm）。其中，粒径0.1～10µm为可吸入颗粒物，也是对人体健康危害最大的颗粒物质。目前，大多数国家规定了空气中可吸人颗粒（空气动力学当量直径小于10µm，即PM10）的质量标准。我国于1996年颁布的空气质量标准规定PM10的二级日平均质量标准为0.15mg/m3[1]，未对空气中细颗粒物（空气动力学当量直径小于2.5µm，即PM2.5）作出相应规定；而2012年2月29日发布的新的空气质量标准规定PM10的二级日平均质量标准为0.15mg/m3，PM2.5的二级日平均质量标准为0.075mg/m3[2]，新的空气质量标准增加了PM2.5指标。现在美国等发达国家更重视空气中PM2.5的污染，美国EPA于1997年颁布细颗粒物的空气质量标准，年均值0.015mg/m3，日均值0.065mg/m3[3]。欧美发达国家在颗粒物的源解析、组成结构、毒物学、病理学、大气输运过程及空气质量模型等方面做了很多的工作。尽管国内外在可吸入颗粒物产生机理研究方面都取得一定进展，但由于实验室条件等的限制，今后对可吸入颗粒物 PM2.5的研究还应引起足够重视，为保持生态和生活健康提供借鉴和基础剖析 PM2.5的组成与来源、分析PM2.5控制的有效途径，对治理城市大气污染的近期目标和长远目标均有积极意义。
一 PM2.5的基本来源与组成
PM2.5由直接排入空气中的一次微粒和空气中的气态污染物通过化学转化生成的二次微粒组成。一次微粒主要由尘土性微粒和由植物及矿物燃料燃烧产生的碳黑（有机碳）粒子2大类组成。二次微粒主要由硫酸铵和硝酸铵组成，其形成的主要过程是大气中的一次气态污染SO2和NOX通过均相或非均相的氧化形成酸性气溶胶，再和大气中唯一的偏碱性气体 NH3反应生成硫酸铵（亚硫酸铵）和硝酸铵气溶胶粒子。大气中的水滴为这些化学转化过程提供了重要的前提条件。硫酸铵和硝酸铵是水溶性盐类, 在水中的溶解度均较高，所以，大气中的水滴就易成为二次污染物1000m以下低空不断累积的重要媒介。PM2.5中一次粒子与二次粒子的比例因地而异, 主要取决于污染源的特征和气象、气候特征。
在一次微粒中，尘土性微粒主要来源于道路、建筑和农业产生的扬尘；碳黑粒子主要来源于柴油发动机汽车、锅炉、废物焚烧、露天烧烤、火烧秸秆和居民烧柴等。在一次微粒的各个来源中，PM2.5所占的比例相差较大，道路扬尘与建筑扬尘以粗颗粒为主, 由燃烧产生的颗粒则以PM2.5为主。在城市的一次粒子中， 由燃烧产生的碳黑有机碳粒子尽管在大气气溶胶中所占比例一般不超过20%，但其对可见光有着强烈的吸光效应。
硫酸铵和硝酸铵的前体物SO2主要来源于燃煤锅炉和燃油锅炉，NOX主要来源于锅炉与机动车，NH3主要来源于化肥生产、动物粪便、焦炭生产、冷冻车间和控制 NOX的锅炉（NH3作为降解剂）。NH3是大气中唯一的碱性气体，大气中的 NH3溶解在水滴中形成NH4+能加快SO2的氧化速度。SO2与NH3的反应属于不可逆反应，而NOX与NH3的反应属于可逆的反应，其反应易受到温度和湿度的影响。在二次粒子的生成过程中，大气相对湿度起着至关重要的作用。相对湿度不仅是决定二次粒子的生成和低空累积的重要条件，而且是决定二次粒子粒径增大与散射率变化的首要条件[4]。
二 PM2.5的危害
我国大气PM2.5的污染十分严重，经过部分专家对我国几所城市进行了数年的研究对比后发现，我国水平普遍超过了新标准的2～8倍。
（一）对健康的影响
自上个世纪80年代后期以来，人们逐渐重视大气颗粒物对健康影响的研究。不少研究发现，大气中PM2.5浓度的上升与咳嗽等呼吸道症状产生、肺功能减弱及哮喘的发病相关。国际标准化组织（ISO）提出的易引起儿童和承认发生肺部疾病的高危性颗粒物为粒径小于2.4μm的颗粒物，与PM2.5甚为接近。另外，PM2.5甚至可以进入血液系统中去，直接导致心血管疾病[5]。PM2.5对人体健康影响主要包括：增加发病率和死亡率；危害呼吸系统和心血管系统；改变肺功能及其结构；改变免疫功能；增加癌患，如肺癌等[6]。
（二）对大气能见度的影响
自上世纪70年代以来，大气颗粒物对能见度的影响，就一直是环保部门关注的问题之一。大气能见度主要是由大气颗粒物对光的散射和吸收决定的。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。
大气能见度的降低主要是由于物体和环境之间失去了对比度，以及大气细颗粒和气体污染物对光的吸收和散射减弱了光信号。PM2.5对光的吸收效应几乎全部是由碳黑（也称元素碳）和含有碳黑的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的碳黑仅占人为颗粒物排放量的1.1%～2.5%和全部颗粒物排放量的0.2%～1.0%。但其引起的消光效应却要高得多，在某些地方甚至可以使能见度降低一半以上[7]。
三 我国的污染现状和污染特征
（一）区域变化特征
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点进行了一些短期的研究，从一些研究结果可以看出，我国PM2.5污染非常严重。
在我国沿海地区，青岛、上海、香港、深圳、厦门以及台北等城市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、柳州等污染十分严重，最高值（南京）都能达到美国PM2.5日均浓度标准的4.6倍。
（二）时间变化特征
王丽京等[8]取北京大学、东四和中国气象局探测基地3个观测站每个代表月的所有观测日的平均值作为北京市该季度PM2.5的质量浓度，对其季变化进行了研究，发现夏季PM2.5的质量浓度最高，秋季最低，春冬两季相差不大；刘咸德等[9]对青岛PM2.5的研究也得到了相同的结果；而朱易等[10]研究发现，南宁市PM2.5的污染春、冬季明显大于夏、秋季，丛俊等[11]还得出其日变化呈现双峰、双谷现象，夜间高、白天低，上午高、下午低。PM2.5质量浓度季变化规律的不同可能与各地污染源排放结构、气象条件等因素有关，监测时间短也是一个重要原因。
（三）空间变化特征
王庚辰等对北京地区PM2.5的质量浓度的垂直分布进行了研究，发现其随高度的增加而减小。在夏季，边界层中PM2.5的质量浓度为近地面相应值的90%左右，而在冬季则为70％～80%。对澳门地区道路附近的PM2.5质量浓度的垂直分布进行了研究，发现PM2.5的质量浓度随高度的上升先下降，当高度上升至30m左右后，浓度变化趋于平缓[12]，这与北京市近地层PM2.5质量浓度随高度变化的趋势一致。
四 PM2.5 的控制途径
（一）一次粒子的控制
一次粒子的成分复杂、来源较广，在常规的大气监测与控制中，细粒子往往被忽视，所以目前一次粒子的控制应从以下几个方面入手。
1、摸清各种来源中的粒径分布，抓住污染“大户”。
2、摸清各种来源的时空分布特征，分区、分时加以控制。
3、 杜绝城市近郊的秸秆、草木和废物的露天焚烧设备的燃烧状况，减少碳黑和有机碳粒子的排放。
我国一些地区特别是经济和农业比较发达的大中城市郊区，田间地头、道路两旁随意焚烧农作物秸秆，造成烟雾弥漫，环境污染，有时还酿成交通事故和飞机不能按时起飞。例如，石家庄郊县麦收时由于乱烧秸秆，到处烟雾弥漫，甚至影响了正定机场飞机的起降。所以，在麦收到来之际，北京、天津、石家庄、济南、西安、郑州、沈阳、成都、上海、南京等10大城市郊区和京津塘、京石、沪宁、济青等4条高速公路沿线，已划为秸秆综合利用和禁烧重点地区，严禁在以上城市郊区和公路两侧焚烧农作物秸秆。
农业部与国家环保总局、财政部等单位还联合发布了《秸秆禁烧和综合利用管理办法》的通知，先后与陕西、河北、北京、天津、江苏、河南、上海等7省（市）人民政府签订了“农作物秸秆综合利用和禁烧工作协议书”，并投入3000万元资金，以秸秆腐烂还田技术为突破口，通过对联合收割机的改造等，力求在5年内基本解决焚烧秸秆问题。
（二）二次粒子的控制
PM2.5的控制分为一次粒子的控制和二次粒子的控制。目前的大气污染源调查与控制主要是针对一次粒子，而二次粒子是北京上空“灰锅盖”中首要成分，控制二次粒子可能是目前控制北京市大气中PM2.5污染的一个最为有效的突破点。控制二次粒子的方法可从2个方面入手，即控制二次粒子的前体物（SO2、NOX和NH3）和控制二次粒子生成与累积的途径。
1、控制前体物
二次粒子的前体物中，SO2和NOX在来源的时空分布上、数量上均和NH3有着较大的差别。在时空分布上，SO2和NOX面广而持续；在数量上，SO2和NOX的排放量远远超过NH3。大气中90%以上的NH3来源于动物粪便、化肥的生产与使用，控制起来可能比控制SO2和NOX更为容易些。所以，在控制SO2和NOX的同时，要重视对NH3的控制。
2、控制二次粒子生成与累积的途径
前体物生成二次粒子和二次粒子在低空累积产生累积效应，需要特定的时空条件和气象条件。控制前体物各自的时空分布和根据不同的气象条件选用不同污染紧急控制措施，可阻断和避免可能对市民造成严重危害的累积性污染。
参考文献
[1]GB3095—1996．环境空气质量标准[S]．
[2]GB3095—2012．环境空气质量标准[S]．
[3]USEPA Office of Air and Radiation.Office of Air Quality Planning and Standards.Fact Sheet-EPA’s Recommended Final Ozone and Particulate Matters Standards[S],1999．
[4]颜芬．综述城市大气中PM2.5的污染[J]．广东科技,2008, (2)．
[5]尚伟,黄超,王菲．超细颗粒物PM2.5控制技术综述[J]．环境科技,2008,21(增刊2)．
[6]王冰,张承中．大气可吸入颗粒物PM2.5研究进展[J]．中国科技信息,2009, (8)．
[7]贾海红,王祖武,张瑞荣．关于PM2.5的综述[J].污染防治技术,2003,16(4)．
[8]王京丽,谢庄,张远航等．气象学报[J]．北京市大气细微粒子质量浓度特征研究,2004,62(1)．
[9] 刘咸德,封跃鹏,贾红等．青岛市大气颗粒物来源的定量解析—化学质量平衡方法[J]．环境科学研究,1998,17(5)．
[10] 朱易，胡横生，张新英等．南宁市大气颗粒物TSP，PM10和PM2.5污染水平研究[J]．环境污染与防治,2004,26(3)．
[11] 丛俊,吴新,鲁端峰等．基于ELPI 的南京城区大气可吸入颗粒物现状分析[J]．江苏环境科技,2006,19(4)．
[12] 郝明途,林天佳,刘焱．我国PM2.5的污染状况和污染特征[J]．环境科学与管理,2006,31(2)．
发布者：办公室
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