可吸入颗粒物的研究
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颗粒污染对肺部健康的影响研究随着现代社会的快速发展,城市化进程加快,颗粒污染成为人们关注的焦点之一。
颗粒污染主要包括细颗粒物(PM2.5)和可吸入颗粒物(PM10),它们的存在给人们的健康带来了重大威胁。
肺部是人体最重要的呼吸器官,颗粒污染对肺部健康的影响备受关注。
本文将就颗粒污染对肺部健康的影响进行研究,探寻其中的原因和解决方法。
一、颗粒污染如何进入肺部肺部的主要功能是呼吸,呼吸让身体摄取氧气,同时将二氧化碳排出体外。
颗粒污染可以与气体一起进入人体肺部,随着呼吸运动进入肺泡,与血液中的氧气发生竞争,这样一来可以大大减少肺部氧气的含量。
细颗粒物可以穿透肺泡壁进入血液循环,影响心脑等器官健康,并将有毒物质释放入血液中。
除此之外,颗粒污染还会使肺泡表面张力降低,通气不畅,影响氧气的摄取和二氧化碳的排出,使肺部机能受到严重的影响。
二、颗粒污染对肺部健康的影响颗粒污染对肺部健康的影响比较广泛,包括以下几个方面:1. 慢性阻塞性肺病(COPD)长期暴露于颗粒污染中,会对呼吸器官造成严重的损害。
其中慢性阻塞性肺病(COPD)是最常见的一种。
COPD是由烟草、气体、石棉等有害物质引起的肺部疾病,严重影响人们的呼吸功能。
2. 哮喘颗粒污染也会加重哮喘病人的症状,降低肺部免疫力。
长期暴露于颗粒污染中的儿童和老年人更容易患上哮喘。
3. 肺癌颗粒污染中的有害物质,如多环芳烃等,会对人体 DNA 产生破坏,并增加患上肺癌的风险。
三、缓解颗粒污染对肺部健康的影响颗粒污染对肺部健康的影响不可避免,但我们可以采取措施缓解其对健康造成的影响。
以下是几个可以采取的措施:1. 减少车辆尾气的排放减少车辆尾气的排放是缓解颗粒污染最有效的方法之一。
政府可以制定更严格的环保法律,对机动车排放的污染物进行控制和管制。
2. 加大空气净化力度可以在城市主要路段、公园等开展空气净化工作,采用最先进的空气净化器和技术,使空气中的有害物质减少。
3. 提高人们的环保意识提高人们的环保意识,如垃圾分类、减少不必要的开车、爱护环境等。
颗粒物污染控制技术研究进展近年来,随着城市化进程不断加快和工业化程度的加深,大气颗粒物污染问题日益凸显,给人们的健康和生活带来严重影响。
因此,研究颗粒物污染控制技术是当今的一个重要研究方向。
本文将从不同角度探讨当前颗粒物污染控制技术的研究进展。
一、颗粒物的种类和来源颗粒物分为可吸入颗粒物、可入肺颗粒物和细颗粒物三种类型。
可吸入颗粒物是指直径在10微米以下的颗粒物,可入肺颗粒物是指直径在2.5微米以下的颗粒物,而细颗粒物则是指直径在0.1微米以下的微小颗粒物。
颗粒物污染主要来源于机动车尾气、工业生产和焚烧固体废物等渠道。
由于颗粒物具有高度可悬浮性和滞留性,因此很容易被人体吸入,从而导致人体健康受到严重威胁,如引起不健康的生理反应、呼吸系统疾病、心血管疾病和神经系统疾病等。
二、常见的颗粒物控制技术目前,常见的颗粒物控制技术主要包括机械过滤法、静电集尘法、湿法脱硫除尘技术、燃烧控制技术以及三维电泳喷雾技术等。
1. 机械过滤法机械过滤法是将气体通过不同直径的过滤介质进行过滤,在介质表面截留大颗粒物和沉积小颗粒物,从而达到过滤的目的。
目前,高效静电过滤器已应用到汽车废气处理和工业粉尘控制领域。
2. 静电集尘法静电集尘法是利用电场将颗粒物带电而产生的静电力引导在电极上沉积,使颗粒物从气流中分离出来,其技术简单、效率高,通常用于粉尘和烟雾颗粒的集尘。
3. 湿法脱硫除尘技术湿法脱硫除尘技术是通过溶液或喷雾将气体中的污染物喷雾产生气液两相接触,利用化学反应和物理作用将气相污染物转化成液相,从而达到净化气体的目的。
4. 燃烧控制技术燃烧控制技术是指通过调节燃料、氧气和燃料输送及化学反应等因素,改变燃烧过程产物的性质和状态,从而达到减少大气污染物排放的目的。
5. 三维电泳喷雾技术三维电泳喷雾技术是应用电场传输技术与喷雾技术相结合,通过静电吸附作用实现微小颗粒物有效去除。
该技术具有去除细颗粒物效果好、设备简单且操作便利等优点。
附录J (规范性附录)室内空气中可吸入颗粒物的测定方法可吸入颗粒物的测定方法有重量法(GB 6921)、光散射法(WS/T206)、压电晶体振荡法以及β射线法等。
原则上这些方法均可用于室内空气中可吸入颗粒物的测定,但这些方法必须符合GB 6921或WS/T206,或经重量法(GB 6921)比对合格方可。
下面仅列出重量法测定室内空气中可吸入颗粒物的分析方法供参考。
J.1 相关标准及依据本方法主要依据GB 6921《大气飘尘浓度测定方法》。
J.2 原理使一定体积的空气进入切割器,将10μm以上粒径的微粒分离。
小于这一粒径的微粒随着空气流经分离器的出口被阻留在已恒重的滤膜上。
根据采样前后滤膜的重量差及采样体积,计算出可吸入颗粒物浓度,以mg/m3表示。
J.3 切割器性能指标J.3.1 要求所用切割器在收集效率为50%时的粒子空气动力学直径D50=10±1μm。
J.3.2 要求切割曲线的几何标准差σg小于等于1.5。
J.3.3 在有风条件下(风速小于8m/s)切割器入口应具有各向同性效应。
J.3.4 所用切割器必须经国家环境保护总局主管部门(或委托的单位)校验标定。
J.4 采样系统性能指标J.4.1 在同样条件下三个采样系统浓度测定结果变异系数应小于15%。
J.4.2 在采样开始至终了的时间内,采样系统流量值的变化应在额定流量的±10%以内。
J.4.3 采样设备噪声应符合国家有关标准。
J.5 采样要求J.5.1 采用合格的超细玻璃纤维滤膜。
采样前在干燥器内放置24h,用感量优于0.1mg的分析天平称重,放回干燥器1h后再称重,两次重量之差不大于0.4mg即为恒重。
J.5.2 将已恒重好的滤膜,用镊子放入洁净采样夹内的滤网上,牢固压紧至不漏气。
采样结束后,用镊子取出。
将有尘面两次对折,放入纸袋,并做好采样记录。
J.5.3 如果测定任何一次浓度,采样时间不得少于1h。
测定日平均浓度间断采样时不得少于4次。
可吸入颗粒物的研究1.国内外可吸入颗粒物研究概况及发展目前我国对于可吸入颗粒物的研究才刚刚起步,还没有系统的研究,也没有对这些细颗粒污染物的物理化学特征及其环境效应进行过系统的评价,而国外对于和可吸入颗粒物环境行为的研究起步较早。
从20世纪80年代起,美国环保局在1997年率先颁布了可吸入颗粒物5的空气质量标准,年均值15.0 u g.m-3,日均值65.0 u g.m-3。
其它欧美及亚洲国家、澳大利亚等也都已经出台相应的有关PM2.5甚至PM,。
的空气质量标准,并在颗粒物的源解析,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。
2.可吸入颗粒物概念可吸入颗粒物是指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称,其粒径范围约为0.1-100 微米。
有些颗粒物因粒径大或颜色黑可以为肉眼所见,有些则小到使用显微镜才可观察到。
通常把粒径在10微米以下的称为可吸入颗粒物(PM10)。
它们是可在大气中长期飘浮的悬浮微粒,也称可吸入尘或飘尘。
2.1可吸入颗粒物的来源可吸人颗粒物的来源可分为自然源和人为源:自然源包括植物花粉和孢子、土壤扬尘、海盐等;人为源又可分为固定源和移动源,前者如燃料燃烧、工业生产过程,后者如交通运输等。
可吸入颗粒物的质量分布主要是扬尘、机动车尾气(不包括二次污染物)、海盐、富钙和钛化合物(来自固结或矿物处理工厂)、生物体的燃烧、元素碳和二次污染物。
2.2可吸入颗粒物的危害可吸入颗粒物在环境空气中持续的时间很长,对大气能见度影响都很大。
一些颗粒物来自污染源的直接排放,比如烟囱与车辆。
另一些则是由环境空气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物及其它化合物互相作用形成的细小颗粒物,它们的化学和物理组成依地点、气候、一年中的季节不同而变化很大。
可吸入颗粒物通常来自在未铺沥青、水泥的路面上行使的机动车、材料的破碎碾磨处理过程以及被风扬起的尘土。
可吸入颗粒物不仅对环境产生了严重的影响,而且对人体健康等造成了广泛的损害。
可吸入颗粒物在环境空气中持续的时间很长,对人体健康和大气能见度影响都很大。
可吸入颗粒物被人吸入后,会累积在呼吸系统中,引发许多疾病。
对粗颗粒物的暴露可侵害呼吸系统,诱发哮喘病。
细颗粒物可能引发心脏病、肺病、呼吸道疾病,降低肺功能等。
因此,对于老人、儿童和已患心肺病者等敏感人群,风险是较大的。
另外,环境空气中的颗粒物还是降低能见度的主要原因,并会损坏建筑物表面。
颗粒的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素。
她主要表现在两个方面:一是,粒径越小,越不易沉积,长时间漂浮在大气中吸入体内,且容易深入肺部。
一般地说,粒径在100um 以上的尘粒会很快在大气中沉降:10um以上的尘粒可以滞留在呼吸道中;5~10um的尘粒大部分会在呼吸道沉积,被分泌的黏液吸附,可以随痰排出;小于5um的微粒能深入肺部,0.01~0.1um的尘粒,50%以上将沉积在肺腔中,引起各种尘肺病。
二是粒径越小,颗粒表面的比表面积越大,物理、化学活性越高,加剧了生理效应的发生和发展。
此外,颗粒的表面可以吸附空气中的各种有害气体及其他污染物,而成为它们的载体,如可以承载强致癌物质苯并芘及细菌等。
2.3可吸入颗粒物的产生机理与源解析方法可吸入颗粒物产生机理的研究是在实验室中模拟实际操作进行的,通过实验室测试,可以鉴定影响可吸入颗粒物排放的各种因素并建立各种因素之间的一些经验或半经验性的函数关系式,可以进行不同排放源可吸入颗粒物的化学特性,粒度分布等分析,确定出主要的影响因素,通过优化操作条件来最终减少或控制可吸入颗粒物的排放,实现可吸入颗粒物的源头治理114J。
源解析的主要方法分为两类:以污染区域为对象的受体模型和以污染源为对象的扩散模型。
受体模型的研究方法主要包括显微法、物理法和化学法等,目前国内外科研工作者已经成功地开发出了10余种受体模型,主要包括化学质量平衡法(CMB),主成份分析法(PCA),因子分析法(F A),多元线性回归法(M I R)等。
大气可吸入颗粒物的成分分析技术2.3.1元素分析大气颗粒物的元素分析方法有无损分析法和样品经消解后分析法等两种分析方法。
(1)将空气颗粒物捕集后不经样品消解处理而直接进行定量分析多种元素的方法有:仪器中子活化法(NAA)、质子荧光法(PIXE)、能量色散和波长色散X射线荧光法(XRF)等。
在NAA法中,必须使用原子能加速器,测定多种元素的灵敏度很高,用滤膜捕集测定空气颗粒物中的21个元素,检测限为0.01~10ppm。
PIXE测定中必须使用质子加速器,灵敏度很高,可捕集18个元素,检测限为0.1ng/m3~2ng/m3(Cu、Zn)。
XRF灵敏度稍低,但相对低廉,且操作方便,元素的相互干扰较少。
(2)空气颗粒物样品经酸分解后.原子吸收法(AAS)、等离子发射光谱法(ICP-AEC)、等离子发射光谱一质谱法(ICP—MS)分析是最为广泛使用的方法。
酸消解的方法有聚四氟乙烯衬里的高压釜法和微波消解后,后者是近年来最为常用的方法,具有省时、简单、消解时酸的使用量少、二次污染小等优点。
2.3.2碳的成分分析在EC、OC分别测定中,常使用的方法有热分离法、光学法和酸分解法。
其中热分离法使用较多,最佳的分离温度设定十分重要,已有许多研究报导。
2.3.3水溶性成分分析以水位提取液,样品经超声波提取后,一般金属离子用AAS、ICP-AES、ICP—MS法测定。
阴离子SO。
2-,NO,一、Cl_等及阳离子NH。
+的最佳测定方法是IC法。
甲酸、醋酸根离子也可用IC法测定,检测限可分别达0.03 p g/L及0.07 u g/L。
2.3.4有机成分分析用GC—MS法同时测定PAH和正构烷烃及有机氯化合物、用GC—ECD或GCMS法定量测定空气颗粒物中的PCB及有机氯杀虫剂等都已有报道,而且GC—MS法、IC法及CE法测定羧酸类的报道较多。
3可吸入颗粒的测定重量法3.1方法原理分别通过具有一定切割特性的采样器,以恒速抽取定量体积空气,使环境空气中PM2.5 和PM10 被截留在已知质量的滤膜上,根据采样前后滤膜的重量差和采样体积,计算出PM2.5 和PM10 浓度。
3.2仪器和设备(1)切割器:PM10 切割器、采样系统:切割粒径Da50=(10±0.5)μm;捕集效率的几何标准差为σg=(1.5±0.1)μm。
其他性能和技术指标应符合HJ/T 93-2003 的规定。
PM2.5 切割器、采样系统:切割粒径Da50=(2.5±0.2)μm;捕集效率的几何标准差为σg=(1.2±0.1)μm。
其他性能和技术指标应符合HJ/T 93-2003 的规定。
(2)采样器孔口流量计或其他符合本标准技术指标要求的流量计。
大流量流量计:量程(0.8~1.4)m3/min;误差≤2%。
中流量流量计:量程(60~125)L/min;误差≤2%。
小流量流量计:量程<30 L/min;误差≤2%。
(3)滤膜:根据样品采集目的可选用玻璃纤维滤膜、石英滤膜等无机滤膜或聚氯乙烯、聚丙烯、混合纤维素等有机滤膜。
滤膜对0.3μm 标准粒子的截留效率不低于99%。
空白滤膜进行平衡处理至恒重,称量后,放入干燥器中备用。
(4)分析天平:感量0.1mg 或0.01mg。
(5)恒温恒湿箱(室):箱(室)内空气温度在(15~30)°C 范围内可调,控温精度±1°C。
箱(室)内空气相对湿度应控制在(50±5)%。
恒温恒湿箱(室)可连续工作。
干燥器:内盛变色硅胶。
3.3样品采集(1)环境空气监测中采样环境及采样频率的要求,按HJ/T 194 的要求执行。
采样时,采样器入口距地面高度不得低于1.5m。
采样不宜在风速大于8 m/s 等天气条件下进行。
采样点应避开污染源及障碍物。
如果测定交通枢纽处PM10 和PM2.5,采样点应布置在距人行道边缘外侧1m 处。
(2)采用间断采样方式测定日平均浓度时,其次数不应少于 4 次,累积采样时间不应少于18h。
(3)采样时,将已称重的滤膜(5.3)用镊子放入洁净采样夹内的滤网上,滤膜毛面应朝进气方向。
将滤膜牢固压紧至不漏气。
如果测定任何一次浓度,每次需更换滤膜;如测日平均浓度,样品可采集在一张滤膜上。
采样结束后,用镊子取出。
将有尘面两次对折,放入样品盒或纸袋,并做好采样记录。
(4)采样后滤膜样品称量按第7 章分析步骤进行。
3.4样品保存滤膜采集后,如不能立即称重,应在4°C 条件下冷藏保存3.5 分析步骤将滤膜放在恒温恒湿箱(室)中平衡24h,平衡条件为:温度取15°C~30°C 中任何一点,相对湿度控制在45%~55%范围内,记录平衡温度与湿度。
在上述平衡条件下,用感量为0.1mg 或0.01mg 的分析天平称量滤膜,记录滤膜重量。
同一滤膜在恒温恒湿箱(室)中相同条件下再平衡1h 后称重。
对于PM10 和PM2.5 颗粒物样品滤膜,两次重量之差分别小于0.4mg 或0.04mg为满足恒重要求。
3.6结果计算与表示3.6.1结果计算PM2.5 和PM10 浓度按下式计算:100012⨯-=vw w p 式中: ρ ——PM10 或PM2.5 浓度,mg/m3;w2 ——采样后滤膜的重量,g ;w1 ——空白滤膜的重量,g ;V ——已换算成标准状态(101.325kPa, 273K )下的采样体积,m3。
3.6.2结果表示计算结果保留3 位有效数字。
小数点后数字可保留到第3 位。
4减少措施要减少颗粒物对人体的危害,从自身出发,要有意识做到以下几点:(1).提高个人的环保意识,多参加植树造林活动,增加绿地面积,尽量减小裸露的地面。
(2).城市施工时应注意防止造成大量的扬尘。
(3).驾车的朋友,提倡使用绿色燃料。
(4).日常生活中,尽量少用煤作为燃料。
现在用电比使用天然气、液化石油气及煤气等燃料相对便宜,改用微波炉、电饭煲等做饭可减少厨房的空气污染。
(5).在室内,要经常保持清洁卫生,吸烟者不要在室内吸烟,适当养些绿色花草以保持室内空气的清新。
(6).喜欢晨练的中老年人,应避开早晨6~8时空气污染高峰期,上午9时以后锻炼为宜;且不要到公路边锻炼,应选择绿色植物多、空气质量好、环境较为安静的公园内。
冬季由于室外温度低,为防止中老年人心脑血管病的发生,选择上午10时后锻炼为宜。
(7).大型商场或公共娱乐场所,由于周末、节假日时人员众多,空气质量极差,易造成呼吸系统的疾病(冬季为甚),故不宜久留。