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大氣顆粒物源解析

來源:泰然健康網(wǎng) 時間:2024年11月26日 18:00

一、空氣質(zhì)量常識
        (一)空氣污染與污染物
       空氣污染通常是指由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)進入大氣中,呈現(xiàn)出足夠的濃度,達到足夠的時間,并因此危害了人類的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象。在特定時間和地點,空氣質(zhì)量受到許多因素影響,來自固定和流動污染源的人為排放是影響空氣質(zhì)量的最主要因素之一,城市的建筑密度、地形地貌和氣象條件等也是影響空氣質(zhì)量的重要因素。
空氣中的污染物主要分為兩類,即氣態(tài)污染物和顆粒物。氣態(tài)污染物主要有二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、碳氫化合物、臭氧(O3)等;顆粒物主要有粉塵、酸霧、氣溶膠等。
       (二)顆粒物污染
       空氣中固態(tài)和液態(tài)顆粒狀態(tài)的物質(zhì)統(tǒng)稱空氣顆粒物。顆粒物按大小可分為總懸浮顆粒物(TSP)、可吸入顆粒物(PM10)和細顆粒物(PM2.5)等。
       1、總懸浮顆粒物(TSP)
       總懸浮顆粒物(TSP)指空氣動力學直徑小于或等于100微米的顆粒物。燃煤排放煙塵、工業(yè)廢氣中的粉塵及地面揚塵是大氣中TSP的重要來源。
       2、可吸入顆粒物(PM10)
       可吸入顆粒物(PM10)指空氣動力學直徑小于或等于10微米的顆粒物,也稱飄塵。城市中PM10主要來自污染源的直接排放如道路塵土、建筑施工、生產(chǎn)排放,及環(huán)境空氣中硫氧化物、氮氧化物、揮發(fā)性有機化合物及其它化合物互相作用形成的細小顆粒物。
       PM10危害包括健康危害和環(huán)境危害兩方面。PM10會累積在呼吸系統(tǒng)中,對呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)造成傷害,導(dǎo)致哮喘、肺癌、心血管疾病、出生缺陷和過早死亡等;可吸入顆粒物對光的散射效應(yīng)和吸收效應(yīng),是大氣能見度降低的最主要因素。
       3、細顆粒物(PM2.5)
       細顆粒物(PM2.5)是指環(huán)境空氣中將空氣動力學當量直徑小于2.5微米的顆粒物。其來源廣泛、成因復(fù)雜,主要化學成分包括無機成分、有機成分、微量金屬元素、元素碳(EC)、生物物質(zhì)(細菌、病菌、霉菌等)等。PM2.5來源主要分為自然源(揚塵、海鹽、植物花粉、細菌等)和人為源(化石燃料燃燒、機動車尾氣、生物質(zhì)燃燒等)兩種。

          與PM10相比,PM2.5粒徑小,富含大量的有毒、有害物質(zhì),且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠,因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。PM2.5被吸入人體后會直接進入支氣管,干擾肺部的氣體交換,引發(fā)包括心臟病、肺病、呼吸道疾病,降低肺功能等疾病;若通過支氣管和肺泡進入血液,其中重金屬等有害物質(zhì)溶解在血液中則危害更大。此外,PM2.5是造成灰霾天氣的元兇之一,直接導(dǎo)致城市能見度下降,嚴重危害生產(chǎn)生活和人體健康。


圖1  PM2.5的一般形成機理


(三)顆粒物化學組成
1、無機鹽類
顆粒物中無機鹽類主要是指水溶性無機鹽類,包括銨鹽、硝酸鹽、硫酸鹽等。
無機鹽類是顆粒物的重要組成成分,主要是通過燃煤、機動車、工業(yè)、揚塵、生物質(zhì)燃燒等排入環(huán)境中的一次污染物(二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮),在大氣環(huán)境中經(jīng)物理、化學或生物因素作用下發(fā)生變化,或與環(huán)境中其他物質(zhì)二次反應(yīng)所形成,其形成機制往往較為復(fù)雜,且毒性更強,對氣溶膠的化學性質(zhì)有重要影響。
2、碳質(zhì)組分
大氣顆粒物中的含碳組分主要包括有機碳(OC)、元素碳(EC)。
OC是一種含有上百種有機化合物的混合物,包括污染源排放的一次有機碳和碳氫化合物通過光化學反應(yīng)等途徑生成的二次有機碳。EC通常是由木材等生物質(zhì)或化石燃料的不完全燃燒產(chǎn)生的,并由污染源直接排放,故主要存在于一次氣溶膠中。
3、元素組分
大氣顆粒物中包含不少地殼物質(zhì)和痕量元素,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在于大氣顆粒物中的元素種類達七十余種。這些元素來自各種源,天然源中風沙和火山爆發(fā)是最主要的,人為源中主要來自化石燃料的高溫燃燒過程和其他高溫燃燒的工業(yè)過程,如燃煤、燃油、鋼鐵冶煉、沙塵等。
4、有機組分
有機物在大氣中廣泛存在,是大氣顆粒物的重要組分。大氣顆粒物中所含有的有機組分包括多環(huán)芳烴化合物、正構(gòu)烷烴、酞酸酯、醛酮類羰基化合物等有毒有機污染物。
多環(huán)芳烴化合物(PAHs)是對人體健康危害最大的環(huán)境致癌物質(zhì),目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的致癌性多環(huán)芳烴及其衍生物超過400種,其中苯并芘是公認的三致(致癌、致突變、致畸性)化合物。大氣中的多環(huán)芳烴多集于顆粒物中。
(四)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)
AQI,即空氣質(zhì)量指數(shù)(Air Quality Index),是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)。參與空氣質(zhì)量評價的主要污染物為PM2.5、PM10、SO2、二氧化氮(NO2)、O3、CO六項,AQI的計算與評價過程大致可分為三個步驟:
1、對照各項污染物的分級濃度限值(表1),以六項污染物的實測濃度值(其中PM2.5、PM10為24小時平均濃度)分別計算得出空氣質(zhì)量分指數(shù)(Individual Air Quality Index,簡稱IAQI);
2、從各項污染物的IAQI中選擇最大值確定為AQI,當AQI大于50時,將IAQI最大的污染物確定為首要污染物;
3、對照 AQI分級標準(表2),確定空氣質(zhì)量級別、類別及表示顏色、健康影響與建議采取的措施。
簡言之,AQI就是各項污染物的IAQI中的最大值,當AQI大于50時,對應(yīng)的污染物即為首要污染物。若IAQI最大的污染物為兩項或兩項以上時,并列為首要污染物。IAQI大于100的污染物為超標污染物。
AQI共分六級,從一級優(yōu)、二級良、三級輕度污染、四級中度污染,直至五級重度污染、六級嚴重污染,空氣污染指數(shù)分別劃分為0-50、51-100、101-150、151-200、201-300和大于300六檔。其數(shù)值越大、級別和類別越高、表征顏色越深,說明空氣污染狀況越嚴重,對人體的健康危害也就越大。市民看AQI時,不需要記住AQI的具體數(shù)值和級別,只需要注意六種評價類別和表征顏色。當類別為優(yōu)或良、顏色為綠色或黃色時,一般人群都可以正?;顒?;當類別為輕度污染以上,顏色為橙色、紅色、紫色或褐紅色時,各類人群就需要關(guān)注建議采取的措施,在安排自己的生活與出行時作為參考。
表1  空氣質(zhì)量分指數(shù)及對應(yīng)的污染物項目濃度限值

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