环境空气颗粒物来源解析技术及最新研究进展

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1、1空气颗粒物概述20世纪50年代前后在世界上不同地区的城市中发生了几起著名的空气污染事件，如1944年的洛杉矶烟雾事件、1952年的伦敦烟雾事件和1961年四日市哮喘病事件，这些都是空气污染物在短时间内大量增加导致的。空气颗粒物是环境空气的重要污染物之一，空气颗粒物不是一种单一成分的空气污染物，而是由许多人为或自然污染源排放的大量化学物质所组成的一种复杂的大气污染物，其中既有污染源直接排出的颗粒物（称为一次颗粒物，PrimaryParticles），也有气态污染物在大气中经过冷凝或复杂的化学反应而生成的颗

2、粒物（称为二次颗粒物，SecondaryParticles）。1.1空气颗粒物的粒径分布对大气中颗粒的划分通常是以空气动力学直径为基础的，根据其粒径大小，又可分为总悬浮颗粒物TSP（空气动力学直径小于或等于100μm）和可吸入颗粒物（空气动力学直径小于或等于10μm）。可吸入颗粒物又可分为细颗粒物PM2.5（空气动力学直径小于或等于2.5μm）和粗颗粒物PM10（空气动力学直径介于2.5μm至10μm）。图1空气颗粒物的三模态分布空气颗粒物的来源和形成过程、在大气中的迁移转化、输送和清除过程及其物理化学性

3、质均与粒径有着直接的关系。空气颗粒物通常呈三模态分布，即粒径小于0.08μm的爱根（Aitken）核模态、粒径0.08μm～2μm的积聚模态（Accumulationmode）和粒径大于2μm的粗粒子模态（Coarseparticlemode）。粗粒子模态的颗粒物主要是由工业源与生活源燃烧排放、机械粉碎过程和交通运输等产生的一次颗粒物和各种自然界产生的颗粒物组成。这部分颗粒物是构成空气颗粒物的体积浓度和质量浓度的主体，由于重力沉降作用大而在大气中存在的时间不长。爱根核模态颗粒物也称为超细颗粒物（Super

4、fineparticles），主要是由污染气体经过复杂的大气化学反应转化而成，或者由高温下排放的过饱和气态物质冷凝而成，也有少量来自于自然界和人为源直接排放。积聚模态颗粒物主要是由爱根核模态颗粒物通过碰并、凝聚、吸附等物理效应长大而成，也可由挥发性组分凝结或通过气粒转化而成，此外还有一部分来自于细小的地面尘。这部分颗粒物在大气中最为稳定，因而存在时间最长，输送距离最远，污染范围最广。1.2空气颗粒物的化学组成空气颗粒物的化学组成分析是二十世纪六十年代以来进行得最多的研究之一，从化学的角度而言，颗粒物都是成

5、分复杂的混合物，但其来源与形成机制除了小部分重叠之外截然不同，从而造成其化学组成有着很大的区别。表1列出了颗粒物在形成方式、化学组成、来源以及其它性质上的差别。粗颗粒物的主要成分为无机物，与产生它的矿物、土壤、材料等的成分相近；细颗粒物则可由硫酸盐、硝酸盐、铵盐、氢离子、EC、重金属、有机物及微生物组成，其中酸或盐类的负离子包括SO42-、NO3-和Cl-等，重金属元素包括Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn等，有机物包括正构烷烃、多环芳烃、杂环化合物等。在这些污染物中含有为数可观的致癌、致突变、致畸性化合

6、物和一些有毒有害化学成分。表1空气颗粒物的性质细颗粒物粗颗粒物形成气体，细微固体/液体大的固体/液体形成方式化学反应；成核；冷凝；凝并；气体已溶解并反应的雨雾液滴蒸发机械破坏（如碾压、研磨、表面磨损）；飞沫蒸发；尘土扬起组成离子，EC，有机物，金属，颗粒所含水分扬尘，燃煤和燃油飞灰，地壳元素（Si、Al、Ti、Fe等）的氧化物），海盐，花粉，孢子，轮胎磨损碎屑溶解性大部分可溶解、吸湿大部分不溶解、不吸湿来源煤、石油、汽油、柴油、木柴等的燃烧；NOx、SO2和部分有机物的大气转化；冶炼等高温过程工业粉尘和道

7、路尘的再扬起；土壤受扰动而悬浮；建筑与拆除；煤和石油的燃烧；海浪飞沫滞留时间数天至数周数分钟至数小时传输距离数百至数千公里<1公里至数十公里1.3空气颗粒物的健康影响研究在空气颗粒物的健康影响方面，主要的研究结果来自于二十世纪八十年代末以来进行的大量流行病学研究。这些研究揭示了长期或短期暴露于颗粒物（通常以环境空气中的PM10、PM2.5质量浓度表征）与多种健康指示如就诊率次数、呼吸系统发病率、肺活量降低和死亡率等之间的联系。颗粒物对健康造成的影响包括从呼吸道发病率增加、病症加剧到未成年死亡的危险性增加等

8、。表2概括了一些研究对于PM10与PM2.5的年均浓度增加10μg/m3，相对危险（RR）分别为1.1和1.14，即死亡率分别增加10%和14%。Pope等人基于美国癌症协会（ACS）对美国151个城市50多万年龄超过30岁的成年人所进行的为期8年的研究，发现PM2.5的浓度每增加10μg/m3，死亡率增加6.8%。颗粒物浓度的增加还导致支气管炎患病率显著上升，成年人与儿童的肺功能FEV1（1秒钟强力呼吸容积）显著降低，其中P