1、浅谈 PM2.5 污染监测现状及控制治理摘要：根据收集的 PM2.5 形成机理、危害、来源，以及主要监测方法及标准，分析 PM2.5 控制防治对策。 关键词：PM2.5；浓度；标准；灰霾；重量法； 射线吸收法；微量振荡天平法；VOC；机动车尾气 Abstract: according to the collection of the formation mechanism, PM2.5 harm, the source, and the main monitoring method and standard, analyzes PM2.5 control and prevention coun
2、termeasures. Keywords: PM2.5; Concentration; Standard; Gray haze; The weight method; ray absorption method; Trace oscillation balance method; VOC; The motor vehicle exhaust 中图分类号： R123 文献标识码： A 文章编号： PM2.5 是今年媒体曝光率最高的一个名词，也是环境学术界研究争议最激烈的课题之一。PM，英文全称为 particulate matter(颗粒物） 。PM2.5是表示空气动力学粒径小于或等于 2.5
3、 微米的颗粒物。 自然界会产生 PM2.5，但是 PM2.5 主要来自人类排放。这里面包括了直接排放，和排放污染物形成的二次污染物产生 PM2.5。直接排放主要来自燃烧过程，比如煤、汽油、柴油等燃料的燃烧、生物质的燃烧和垃圾焚烧。在空气中转化成 PM2.5 的气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物。其它的人为来源包括：道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘、厨房烟气。自然来源则包括：风扬尘土、火山灰、森林火灾、漂浮的海盐、花粉、真菌孢子、细菌。 可见，PM2.5 主要来源于人类日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，他们大多含有重金属等有毒物质1，其主要成分是
4、元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。2000 年有研究人员测定了北京的 PM2.5 来源：尘土占 20%；由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占 17%、10%、6%；烧煤产生 7%；使用柴油、汽油而排放的废气贡献 7%；农作物等生物质贡献 6%；植物碎屑贡献 1%。有趣的是，吸烟也贡献了 1%，当然这只是个粗略的科学估算2。该研究中也测定了北京 PM2.5 的成分：含碳的颗粒物，硫酸根，硝酸根，铵根加在一起占了重量了 69% 。类似地，1999 年测定的上海 PM2.5 中有 41.6%是硫酸铵、硝酸铵，41.4%是含碳的物质3。 气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾
5、天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。PM2.5 不易被阻挡,被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。老人、小孩以及心肺疾病患者是 PM2.5 污染的敏感人群。这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大4。 如果空气中 PM2.5 的浓度长期高于 10 微克/立方米，死亡风险就开始上升。浓度每增加 10 微克/立方米，总的死亡风险就上升 4%，得心肺疾病的死亡风险上升 6%，得肺癌的死亡风险上升 8%5。从全社会的角度出发，降低 PM2.5 这些看似不大的风险，收益却是很大的。美国
6、环保局在 2003 年做了一个估算：“如果 PM2.5 达标，全美国每年可以避免数万人早死、数万人上医院就诊、上百万次的误工、上百万儿童得呼吸系统疾病”6。相比当前的中国，美国当时的空气质量已经相当不错，只有很少的地区存在略微的超标7。如果中国的 PM2.5 能够达标，社会收益无疑将会是巨大的。 自从美国于 1997 年率先制定 PM2.5 的空气质量标准以来，许多国家都陆续跟进将 PM2.5 纳入监测指标。如果单纯从保护人类健康的目的出发，各国的标准理应一样，因为制定标准所依据的是相同的科学研究结果。然而，标准的制定还需考虑各国的污染现状和经济发展水平，在一个空气污染严重的发展中国家制定极为
7、严格的空气质量标准只能成为一个华丽的摆设，没有实际意义。根据美国癌症协会和哈佛大学的研究结果，世界卫生组织（WHO）于 2005 年制定了 PM2.5 的准则值。高于这个值，死亡风险就会显著上升。WHO 同时还设立了三个过渡期目标值，为目前还无法一步到位的地区提供了阶段性目标，其中过渡期 1 的标准最为宽松，过渡期 3 最严格5。 表1 世卫及主要国家地区 PM2.5 标准一览表 表1 列举了 WHO 以及几个有代表性的国家的标准。中国将实施的标准二类区与 WHO 过渡期 1 标准相同, 一类标准和 WHO 过渡期 3 标准基本一致。美国和日本的标准一样，与过渡期 3 目标基本一致。欧盟的标准
8、略微宽松，与过渡期 2 标准一致，澳大利亚的标准最为严格，年均标准比 WHO 的准则值还低。标准的宽严程度基本反映了各国的空气质量情况，空气质量越好的国家就越有能力制定和实施更为严格的标准。 中国发布的新标准 GB 3095-2012 中 PM2.5 二类标准与 WHO 过渡期目标 1 一致，虽然落后于发达国家，但也算是开始了三步走的第一步。然而，即使标准值相同，而评判是否达标的方式不同，约束力是有极大差异的。举个例子，中国现行的空气质量标准制定于 1996 年，其中 PM10的日均标准为 150 微克/立方米，表面上已和美国现行标准一样严格。但是，按照美国的标准，平均每年最多只能有 1 天超
9、标，否则就算不达标，超标地区需要提交改进方案并加以实施。而在中国的标准文件中，没有类似的规定。各地区在执行标准时，只是计算每年的“达标天数”和“达标率” 。PM10 的标准至今已经执行了 16 年，一个 86.2%的达标率还可以作为正面消息报道8。 在发布的 PM2.5 新标准中，依然没有规定多高的达标率才是可接受的。WHO 和其他国家是怎么规定的呢？WHO 要求每年最多有 3 天超标（99%的达标率） ，澳大利亚最多 5 天，而美国和日本要求的达标率为 98%。中国PM2.5 标准的落后不仅是在标准值，更重要的是在约束力上。 只要读懂了 PM2.5 的定义就不难想到，PM2.5 的测定办法分
10、两部走：（1）把 PM2.5 分离出来；（2）测定分离出来的 PM2.5 的重量。 对于 PM2.5 的分离来说，2.5 微米是一个踩在边线上的尺寸。直径恰好为 2.5 微米的颗粒有 50%的概率能通过切割器。大于 2.5 微米的颗粒并非全被截留，而小于 2.5 微米的颗粒也不是全都能通过。例如，按照环境空气 PM10 和 PM2.5 的测定 重量法的要求，3.0 微米以上颗粒的通过率需小于 16%，而 2.1 微米以下颗粒的通过率要大于 84%9。 目前，各国环保部门广泛采用的 PM2.5 测定方法有三种：重量法、 射线吸收法和微量振荡天平法，这三种方法也同样被我国新颁布的标准所认可。其测定
11、的第一步是一样的，区别在于第二步如何测定 PM2.5的重量。 重量法：是指通过恒速抽取定量体积空气，使环境空气中 PM2.5 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 的浓度。该方法最直接、最可靠，是验证其它方法是否准确的标杆。然而要实现自动监测，就需要用到另外两种方法。 射线吸收法：将 PM2.5 样品气体的相对湿度调整到 35以下，进入仪器后颗粒物被收集在可以自动更换的滤膜上。滤膜两侧分别设置了 射线源和 射线检测器。随着滤膜上收集的颗粒物越来越多，颗粒物质量也随之增加， 射线检测器检测到的 射线强度也会相应地减弱。仪器通过分析 射线检测器的信号变化
12、得到一定时段内采集的颗粒物质量数值，结合相同时段内采集样品体积，最终得出采样时段的颗粒物浓度10。美国大使馆那台知名度很高的仪器依据的就是此原理。 微量振荡天平法：测量 PM2.5 质量的微量振荡天平传感器主要部件是一支一端固定、另一端装有滤膜的空心锥形玻璃管，样品气流从固定的粗端进入通过滤膜，颗粒物被收集在滤膜上。在工作时，空心锥形玻璃管处于振荡状态，细头以一定频率振荡，该频率和细头质量的平方根成反比。仪器通过准确测量频率变化得到颗粒物的质量，然后根据收集这些颗粒物时采集的样品体积计算出样品的浓度10。但是，在测量过程中，为了消除水汽影响，需要加温，而加温过程会造成颗粒物中挥发性物质的损失，
13、从而影响数据准确性。知名厂商赛默飞研制出了滤膜动态测量系统(FDMS)，可对结果进行校准。 破解 PM2.5 治理难题，产业结构优化、能源结构调整是必由之路。这就需要从改善环境质量出发，严格环境准入，推进能源清洁化使用，加快淘汰落后产能，实行多种污染物协同控制，大幅削减污染物排放量，形成环境优化经济发展的倒逼机制。 要控制前体物氮氧化物、二氧化硫的排放，控制工业燃料燃烧排放为首要任务。比如火电行业节能减排虽已取得显著成效，但我国人均装机容量远低于发达国家平均水平，我国的能源结构决定了今后相当长的时间内，燃煤机组装机容量还将不断增长，火电厂排放的二氧化硫、氮氧化物和烟尘仍将增加。可见工业燃料燃烧
14、排放的大气污染物的控制成效，将直接影响我国大气环境质量改善和工业可持续发展。 除了火电行业之外，钢铁、水泥、燃煤锅炉等都需要进一步深化二氧化硫、氮氧化物、烟尘等污染物减排。同时，石油化工、有机化工、油漆喷涂等行业也需要加强挥发性有机物的治理工作。 在 PM2.5 的形成过程中，挥发性有机化合物(VOC)发挥了重要作用，因此 VOC 的监测防治丝毫不亚于工业燃料燃烧排放。但是，与控制二氧化硫、氮氧化物相比，VOC 的控制难度更大，因为 VOC 可能是成百上千种物质，而且分布在许多行业。如化学原料及化学品制造、印刷、石油加工、家具制造、纺织、皮革等行业，都会涉及到 VOC 的排放问题。因此及早制定
15、相关的行业标准和控制目标，是控制 PM2.5 的关键所在。 机动车尾气排放也是 PM2.5 控制的重点。截至 2011 年年底，我国机动车保有量达 2.25 亿辆，巨大保有量的背后是日益严重的尾气污染。环境保护部发布的 2011 年中国机动车污染防治年报显示，机动车污染“已经是大气环境污染治理最突出、最紧迫的问题之一” 。这需要加大淘汰黄标车的力度，加严新车排放标准，以降低机动车排放强度。而对于数量更为庞大的在用车减排，关键在于油品升级，可现在油品升级步伐已经严重落后于机动车排放标准的提高。数据显示，到 2014 年才能在全国范围内供应满足国排放标准要求的车用汽油，满足国排放标准要求的车用柴油
16、标准目前还处于起草阶段。因此加快油品升级，加快汽车尾气防治步伐刻不容缓 另外，施工扬尘也成为影响城市环境质量的重要方面。1.5 亿平方米的建筑工地所产生的扬尘占 PM2.5 排放总量的 16左右。可见施工扬尘监控重要而更容易取得成效。 由于 PM2.5 是典型的区域性污染物，治理 PM2.5 需要采用综合手段，实现多污染环节协同减排，就像密切咬合齿轮，环环相扣，整个减排工作的关键在于环境管理和相关配套的监测技术和标准。环境管理工作应服务于环境质量的改善。 参考文献 1.中国环境网站http:/ 2.Zheng, M., et al., Seasonal trends in PM2.5 sour
17、ce contributions in Beijing, China. Atmospheric Environment, 2005. 39(22): p. 3967-3976。 3.Ye, B.M., et al., Concentration and chemical composition of PM2.5 in Shanghai for a 1-year period. Atmospheric Environment, 2003. 37(4): p. 499-510。 4.中国环境网站http:/ 5.世界卫生组织http:/whqlibdoc.who.int/hq/2006/WHO_S
18、DE_PHE_OEH_06.02_eng.pdf , 2005。 6.美国环保局, Guidance for determining boundaries of fine particle attainment and nonattainment areas (fact sheet). 2003。 7.美国环保局网站, http:/www.epa.gov/airtrends/pm.html#pmloc。 8.环保部网站新闻, 陕西渭南城区前半年环境空气质量再创新高.http:/ 9.国家环境保护标准, 环境空气 PM10 和 PM2.5 的测定 重量法. (HJ 618-2011)。 10.中国环境网站http:/
