影响空气质量的可吸入颗粒物

影响空气质量的污染物很多，而目前空气质量日报中以二氧化硫、一氧化碳、可吸入颗粒物、二氧化氮和臭氧五种污染物在空气中的含量来衡量空气质量的好坏。根据2000年我国环境公报公布的监测结果，在338个城市中，有63.5%的城市年均超过国家空气质量二级标准。而悬浮颗粒物年均值超过国家二级标准的城市达到61.6%，成为影响空气质量的主要污染物。在悬浮颗粒物中，直径较小、在空气中悬浮时间较长、影响人类健康最大的，是可吸入颗粒物。一、概念与定义由于空气的浮力和气流上升时的夹带作用，固态和液态的颗粒物能够较长时间地漂浮在空中，这些颗粒物就是悬浮颗粒物(气象上也叫大气气溶胶，直径在0.1～100微米之间)。在悬浮颗粒物中，其直径在10微米以下，小到可以通过鼻嘴吸入，叫可吸入颗粒物。更为严格的定义是：能悬浮在空气中，空气动力学当量直径小于或等于100微米的颗粒物叫悬浮颗粒物；空气动力学当量直径小于或等于10微米的颗粒物叫可吸入颗粒物。由于颗粒物的形状和密度各异，相同直径或重量的粒子在空气中的动力学运动特征是不同的，因此用到了空气动力学当量直径这一概念，指在低雷诺数气流中与单位密度球具有相同末沉降速度的颗粒直径。二、来源与组成可吸入颗粒物有自然产生和人类活动所产生两大来源。由自然产生的如火山爆发、森林火灾、自然风蚀、流星飞尘、风刮尘埃、花粉孢子、植物和昆虫碎片以及其他地质活动等。还有大气微生物，如病毒、细菌等。人类活动所产生的如日常生活中取暖燃烧、垃圾焚烧、火化等；工业活动中建筑、采石、采矿、水泥制造、机械研磨；化学工业生产过程中的废气、烟气排放等；还有交通运输的汽车排放物、航空排放物等。一般来说，自然生成的颗粒物排入大气的速率和移出的速率可达到平衡，是能够保持空气的相对清洁的。人类活动所产生的颗粒物则是造成空气质量下降的主要原因。有的人为颗粒物排放到空中，经过光化学反应过程还可能生成新的化学性质非常稳定的颗粒物，参与地-气-生物物质循环，长期污染环境，损害人体健康。如：含硫燃料燃烧产生的二氧化硫，和工业排放的氮氧化物，进入大气后，在阳光的作用下，会生成硫酸、硝酸和光化学烟雾，最后又以酸雨的形式降落到地面。酸雨很容易溶淋含铅矿渣和其他含铅金属，形成铅的化合物，污染土壤和水体。这些铅的化合物不能自然降解，水中的铅通过食物链的作用被水生生物蓄积，土壤中的铅被植物吸收，进入生态系统。可吸入颗粒物的组成十分复杂，其化学和物理组成根据地点、气候、一年中的季节不同而变化很大，这从其来源就可以看出。在大城市，颗粒物主要化学成分有硅的氧化物及其盐类、碳的氧化物及其盐类、硫的氧化物及其盐类、氟化物、有机物碎屑、汽车排放颗粒，以及烟气等经光化学反应后形成的二次污染物气溶胶盐，如硫酸盐、硝酸盐、氨盐等，及吸附在气溶胶盐上的一些重金属，如铅、汞等。还含有多环芳烃、二英等致癌物质。此外，还有城市餐饮业的烧烤、油脂燃烧产生的有害物质，以及流行性的病毒、细菌等。三、危害空气中的颗粒物的危害极大。轻者污染建筑物表面，影响市容，重者降低能见度，影响交通，还会腐蚀和损害建筑物和公共设施，影响绿化植物的生长。更为严重的是，可吸入颗粒物影响人的身体健康，降低生活质量。特别是直径小于2.5微米的颗粒物，对人体健康影响最大。除了众所周知的病毒、细菌会直接使人致病外，其他可吸入颗粒物被人吸入后，会积累在人的呼吸道中，诱发呼吸道炎症、哮喘等疾病。直径小于2.5微米的颗粒物，甚至可以通过人体屏障，进入肺部和其他组织，引起炎症和血栓。有的颗粒物可能还会引起电极反应，从而影响神经系统。如由于含碳有机物的热解和不完全燃烧可能产生的多环芳烃，能诱发癌变。由于含氯、碳、氢化合物的物质燃烧会产生二英，它除了是众所周知的致癌物质外，还会引起人类严重的生育生长问题。含铅的可吸入颗粒物被人吸食，铅在人体内聚集过多，会引起痴呆、贫血等症状。所以，对于有哮喘、心肺病史的儿童、老人，在空气质量超过三级(轻度污染)时，要减少户外活动。四、活动范围和清除空气中颗粒物的活动范围视天气条件、颗粒直径和物理化学性质而定。据监测，北京的沙尘暴中大的颗粒有来自数百千米以外的，小的尘埃有来自数千千米以外的。一般气象条件下，可吸入颗粒物在平流层也可以观测得到，其高度超过10千米，可在空中漂浮数天到数百天。人类活动向大气中排放了大量的颗粒物，但人们无法把它从大气中清除。大气中颗粒物的清除主要靠自然清除。在自然清除过程中，降水冲刷和重力沉降起到主要作用。从全球范围来看，估计降水过程可以把大气中的颗粒物移走80%左右。其主要过程是：直径小于0.2微米的粒子，在扩散漂移过程中会凝聚成较大的颗粒，较大的颗粒一部分成为云的凝结核，另一部分在云滴增大过程中又被云滴收集，云滴大到足以下降时，有的会通过碰并(碰撞合并)的方式俘获空中颗粒物。在北京，冬季经常见到的灰黑色的残雪，就是因为雪花中含有大量的固态颗粒物。因此，在空气污染严重的地区，降水是不清洁的水源之一。在无降水过程时，直径大于1微米的颗粒，其下降速度已达到重力沉降的条件，成为这些粒子移出大气的主要过程。例如直径分别为1和10微米(可吸入颗粒物的尺度)的颗粒，下降速度分别约达到每秒钟0.03毫米和3毫米，也就是每日分别下降2.5米和250米。估计大气中因重力沉降作用可使20%左右的颗粒物清除出大气。事实上，自然清除过程的速度跟不上人类活动不断向大气排放颗粒物的速度，才形成空气质量的恶化。因此，还人类一个清洁空气环境在于人类本身——减少污染物向大气的排放。 ① 王存忠编审是大气科学名词审定委员会秘书。

Inhalable Tarticulate Matter that Influence Air Quality