城市大气细颗粒物PM2.5监测及控制的方法研究进展
- 格式：pdf
- 大小：1.20 MB
- 文档页数：4
2018年8月n m i tJournal of Green Science and Technology第16期城市大气细颗粒物PM2.5监测及控制的方法研究进展宋海啸，玉亮，翟付顺，于守超(聊城大学农学院，山东聊城252059)摘要：指出了大气污染是近些年来生态环境中最为突出的事情，大气污染中尤其是P M2.5给人们的身体健康和交通安全带来了重大隐患，国外大量的流行病学研究已经证明了P M2.5与许多负面的健康效应有关。
概述了目前国内外关于P M2.5的监测方法、P M2.5国内外监测站网的建设、P M2.5对人体及大气环境影响，以及P M2.5污染控制方法的研究进展。
关键词：大气污染；P M2.5;监测方法中图分类号：X831 文献标识码：A文章编号=1674-9944(2018)16-0029-041引言近些年来,我国工业化与城市化进程不断加快，在 社会经济发展的同时，诸多环境问题也随之而来，其中 最令人关注和担心的就是京津冀等东部地区大范围的 雾霾天气[1]。
究其原因，主要是由于化石燃料（煤、汽 油、柴油）和生物质（秸杆、木柴）等的燃烧、道路和建 筑施工扬尘，使得空气中的颗粒物含量急剧增多，造成 大气污浊、大气能见度下降、雾霾出现的频率和浓度持 续增长以及对人类的危害愈发严重等问题[2~4]。
大气 颗粒物成为城市大气中的主要污染物，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）、PMW、PM2.5。
PM2.5是指空气动力学直径在2.5fim以下的大气颗粒物，又称细颗粒物。
PM2.5的来 源分为天然源、人为源和混合源。
其中人为源是城市 PM2.5的主要来源，人为源又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、氮氧化物和挥发性有机 物在大气中转化产生的二次颗粒物引起的[w]。
PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但由 于无机硝酸、硫酸盐、有机化合物、元素碳以及粉尘等物 质都富集在细颗粒物上，且与较粗颗粒物相比，细颗粒 物粒径更小。
在大气中的存留时间更长，更易被人呼吸 进入肺部甚至进人血液，因此，相对于TSP、PM1C, PM2.5对人体健康的危害以及对大气能见度影响更大[7’8]。
随着PM2.5对人体的危害越来越大，社会各界 对PM2.5的高度重视，所以能为社会大众提供一个真实 可信的空气质量数据极为重要。
2 PM2.S的监测开展p m2.5影响研究的前提是取得精准的监测数据。
但是p m2.5的监测并不容易，因为PM2.5是大气中 漂浮着的各种大小颗粒物中极其微小的部分。
测定 PM2.S时，需要利用空气动力学原理把PM2.S与更大的 颗粒物分开。
测定p m2.5的浓度的关键两个步骤，即首 先把p m2.5与较大的颗粒物分离，其次测定分离出来的 PM2.5的重量[s]。
2.1 PM2.S的分离国内外分离PM2.5的方法大同小异，均由具有特殊 结构的切割器及其产生的特定空气流速达到分离效果。
其基本原理是:在抽气泵的作用下，空气以一定的流速 流过切割器,较大的颗粒因为惯性大而被涂了油的部件 截留，惯性较小的细颗粒绝大部分随着空气流而通过[1°]。
2.2 PM2.S重置测定目前，被世界各国广泛采用的p m2.5重量测定方法 主要有3种：重量法、卩射线吸收法和微量振荡天平法[11]。
2.2.1 重量法所谓重量法是指通过具有一定切割性的采样器，将 PM2.5直接截留在滤膜上，然后用天平称出采样前后的 重量差和体积差得出PM2.5的浓度。
滤膜并不能把所 有的PM2.5都收集到，一些极其微小的颗粒也可以穿过 滤膜。
但只要滤膜对于0.3/xm以上的颗粒截留效率大 于99%，就算合格。
因为所损失的极细小颗粒物对PM2.5的重量贡献很小，对分析结果影响不大。
重量法 是最直接、最可靠的方法，是验证其他方法是否准确的 标杆，张俊峰™、部凇宇等[13]在使用重量法监测p m2.5数据的研究中皆证实了此观点。
之前重量法有诸多缺 点，如需要人工称重，程序比较繁琐而费时。
因此，这种 方法及仪器多应用于进行单点、某时间段内的采样与监 测[9]。
但近些年来相关研究人员在手工重量法的原理 上设计了自动监测仪，该仪器可以实现样品采集、滤膜 平衡、滤膜称重等环节的自动化，并且全自动检测仪监收稿日期：2018-06-21基金项目：山东省自然科学基金项目（编号:ZR2011EL(H3);聊城大学大学生创新计划项目（编号:26312178807)作者简介:宋海啸（1994一），男，硕士研究生，研究方向为园林规划设计、园林生态方面的学习与研究。
通讯作者:于守超（1979—），男，副教授，研究方向为园林规划设计、园林生态方面的研究。
29宋海啸，等：城市大气细颗粒物p m2.5监测及控制的方法研究进展环境与安全测p m2.5的结果和手工监测的结果具有较高的一致性，其中一些重要环节也达到了中国PM2.5手工标准测定 方法的相关要求[14]。
2.2.2 p射线吸收法将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束卩射线，射线 穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度与 PM2.5的重量成正比。
根据射线的衰减就可以计算出 PM2.5的重量。
由于这种方法可实现自动、连续监测，因此多应用于大气环境监测业务应用中。
赵鑫等[15]在基 于|3射线吸收法之上，设计了可对PM2.5浓度值进行实 时监测的仪器，研究结果显示与称量法相比PM2.5的测 量误差相对较大，最大时误差可达20%，PMi。
的测量误 差相对较小，均在5%以下。
若将仪器进行改进其精度 也会提高。
左健等[16]、沈友弟[17]也皆在基于P射线吸 收法的PM2.5测量技术的研究中得出同样的结果。
北 京的美国大使馆所使用的PM2.5监测仪就是基于卩射线 吸收法监测的[1S]。
2.2.3微量振荡天平法基于微量振荡天平法研制的采样器由空心玻璃管、滤芯等组成。
该空心玻璃管一头粗一头细，粗头固定，细头装有滤芯。
工作原理为：空气从粗头进，细头出 PM2.5就被截留在滤芯上。
在电场的作用下，细头以一 定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比，于是，根据振荡频率的变化算出收集到的PM2.5的重量。
该 方法可实现自动、连续监测。
除了以上3种PM2.5重量 测定方法外，还有利用光散射的原理测定颗粒物浓度的 方法。
但是，这种方法并没有被各国环保部门采纳为标 准方法，虽然目前有依据此原理制成的专业仪器在某些 科研中时有运用。
该测定方法的原理是:空气中的颗粒 物浓度越高，对光的散射就越强；测定光的散射后，理论 上就可以算出颗粒物浓度。
但在实际运用中，由于光的 散射与颗粒物浓度之间的关系是受到诸多因素的影响，例如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布等，而这 些都取决于污染源的组成。
这意味着光散射和颗粒物 浓度之间的换算公式随时随地都可能在变，需要仪器使 用者不断地用标准方法进行校正[19]。
3 PM2.5监测站网建设3.1国外PM2.S监测站网概况目前，除美国和欧盟一些国家将PM2.5纳人国标并 进行强制性限制外，大部分国家都还未开展对PM2.5的监测。
美国现行的空气质量监测网络对PM2.5和PMi。
同时监测，PM2.5监测站点已多达1028个，PMi。
监测站 点也已经有702个,这些站点的数量和分布位置都是根 据所处地的人口数量、交通环境等来设定[2°]。
3.2国内PM2.S监测站网建设1983年，国家环境保护总局要求在部分城市建设 空气质量连续自动监测系统。
近年来，各城市环境监测 站也陆续开展了 PMt。
监测站点的建设,但细微颗粒物 并未被纳为国家环境保护总局考核对象[5]。
据中国工 程院院士郝吉明介绍，目前我国已经建成世界上最多的30大气监测站，并且全国范围内的大气细微颗粒物监测网 也已经建成，形成了覆盖全国的PM2.5观测网络和产品 服务系统，但由于我国幅员辽阔，人口分布不均，所以监 测站在京津冀布局的更为广泛。
4 PM2.S产生的影响4.1对大气层以及气候产生的影响即使大气中细微颗粒物的含量比很小，但它却对大 气环境造成了很大程度的破坏，空气中存在的大小不一 的颗粒物还会不同程度的影响了能见度[21]。
颜芬[22]在 调查研究中认为，大气气溶胶和气体分子会对在传播过 程中0.4〜0.7 pm的可见光造成削弱，并且大气中细微 颗粒物粒径小于2.5p m的粒子（PM2.5)对可见光的削 弱作用远大于粒径大于2. 5 jxm的颗粒，也就是说PM2.5在是影响能见度的主导因素，PM2.5的浓度值和可 见度呈负相关。
在无污染的大气环境中人类的正常可 视距离为30 km左右，在被城市污染的大气环境中人类 的可视距离为5 km左右，在重度雾霾污染的大气环境 中人的可是范围仅仅只有十几米甚至是几米[23]。
在日 常生活中，如果PM2.5的浓度值达到严重程度，将会大 大提高大型交通事故的发生率。
PM2.5也是其他大气污 染的罪魁祸首，PM2.S可以在大气中停留很长时间，少则 30 d,多则可达70 d左右，不仅停留时间长，PM2.5的流 动性也很强，它可以被输送到上千公里之外的范围，造 成大规模的大气环境污染[24]。
PM2.5阻碍可见光到达 地面，使地球吸收太阳能量降低，导致气候、温度等受其 影响，也就造成了地球表面温度降低，地球上空温度升 高。
如果这一现象一直持续恶化，那么地球将会面临极 其恐怖的冰河期[9]。
4.2对人类健康产生的影响毕晓萍[25]从气象和医学角度分析得出，大气中直 径大于10 pm的颗粒物会被人类的呼吸道组织阻隔在 人体外面，对人没有危害。
颗粒物直径在2.5〜10 ju m 范围之内的，可以进人人类的上呼吸道，但是绝大多数 被人通过唾液等被排出体外，对人体伤害不大。
但是，直径小于2.5mm的颗粒物被吸入人体后，能够到达支 气管,使得肺部气体交换系统紊乱，直接导致人类患上 哮喘、支气管炎以及结膜炎等疾病。
直径小于2. 5 pm 的颗粒吸附着无机硝酸、硫酸盐等有害物质以及铅、铬、镉等重金属，它们会通过支气管和肺泡进人血液，这些 有害物质会溶于血液之中对人体造成极大的伤害。
张 凡等[26]通过研究发现PM2.5可导致人体肺功能和呼吸 功能下降、呼吸系统感染、免疫能力下降,促使过敏性结 膜炎恶化、心脏病发病率升高，甚至会导致不良妊娠、早 产以及婴儿出生体重过轻并且还会毒害生殖系统等。
哈佛大学曾对8000名成年人进行了长达16年的颗粒 物与疾病的关系研究，结果表明PM2.5出现的频率和浓 度与死亡率呈正相关关系[21]。
