认识PM2.5

任海燕

(中国环境科学出版社，北京 100062)

入冬以来，各地接连出现灰霾天气，引发人们对于空气质量标准和污染问题的关注。而随着美国驻华使馆对北京市空气质量监测数据的发布，PM2.5随即成为新闻热词。PM2.5是指空气动力学当量直径(Dp)小于2.5μm的大气颗粒物，通常被称为细粒子或细颗粒物，在中国还被称为可入肺颗粒物。

一 PM2.5与大气颗粒物

在环境科学领域，大气颗粒物(Particulate Matter，PM)特指悬浮在空气当中的固体颗粒或液滴，是空气污染的一个主要来源。通常所称的总悬浮颗粒物(TSP)，是指Dp小于100μm的大气颗粒物(在美国，TSP则是指Dp小于40μm的大气颗粒物)。目前，学术界对大气颗粒物尚无统一的分类方法。

(1)按形成过程，大气颗粒物可分为一次颗粒物和二次颗粒物。前者是由排放源直接排入大气中的液态或固态颗粒物；后者是由排放源排放的气态污染物，经化学反应或物理过程转化而成的液态或固态颗粒物。

(2)按颗粒物在重力作用下的沉降特性，分为飘尘和降尘。通常定义Dp小于10μm的颗粒物为飘尘，能在空气中长期飘浮。中国1996年颁布修订的《环境空气质量标准》中将“飘尘”改为“可吸入颗粒物”。定义Dp大于10μm的为降尘，在重力作用下可以降落，其自然沉降速度一般在1cm/s以上。但对于飘尘和降尘的粒径界限，有文献报道是30μm，也有的报道是100μm。

(3)按照颗粒物进入人体呼吸道的行为，分为可吸入颗粒物(在中国，曾称为飘尘)和可入肺颗粒物。前者的Dp在10μm以下，常用PM10表示；后者的Dp在2.5μm以下，常用PM2.5表示。

(4)按大气颗粒物的形成、迁移、转化及物理化学性质随着粒径大小而明显不同的特点，又将大气颗粒物分为粗粒子(粗颗粒物)、细粒子(细颗粒物)和超细粒子(超细颗粒物)。有关前两者的粒径界限，文献报道也多有差异，一般定在2.5μm；对于后两者的粒径界限，有1μm和0.1μm两种说法。

上述分类，除第一种外，均以颗粒物的粒径作为界定，但由于定量标准上的不一致，这些分类方法似乎缺乏准确性。而到底是以粗、细来命名更准确，还是以进入呼吸道的行为来命名更准确，还是有其他更合理的分类方法，尚待深入研究。

TSP、PM10、PM2.5在粒径上存在包含关系。将所有液态和固态颗粒物联合测定，结果表达为TSP；仅对小于10μm的颗粒物进行测定，结果表达为PM10；仅对小于2.5μm的颗粒物进行测定，结果表达为PM2.5。国内外研究结果表明，PM10与TSP的重量比值为0.6～0.8，PM2.5与PM10的比值为0.5～0.8。

二 PM2.5的成分与来源

与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，作为其他污染物的载体，易富集空气中的有毒重金属、酸性氧化物、有机污染物、碳酸钙、细菌和病毒等，输送距离远，且能够长时间停留在空气中，因此对人体健康和大气环境质量的影响更大。

PM2.5的主要成分是元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。除此之外，常见的成分包括各种金属元素，既有钠、镁、钙、铝、铁等地壳中含量丰富的元素，也有铅、锌、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。

PM2.5主要来源于燃烧、扬尘等过程，如煤炭的燃烧、机动车尾气的排放、生活炉灶的燃烧、垃圾的焚烧、道路扬尘、建筑扬尘等。同时，人为活动排入大气中的二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物等气态污染物经化学反应或物理过程也可形成粒径较小的二次颗粒物，包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐和光化学烟雾等。此外，火山灰、森林火灾、海盐、花粉、真菌孢子、细菌等自然污染源也是PM2.5的来源。

三 PM2.5的危害

(1)健康危害

颗粒物的粒径越小，进入人体呼吸道的部位就越深，对人体的伤害就越大。一般而言，Dp超过10μm的颗粒物，会被鼻纤毛挡在外面；Dp在2.5～10μm的颗粒物，可以进入上呼吸道，但随着痰液和喷嚏会被部分排出体外，对人体健康危害相对较小；而直径在2.5μm以下的细颗粒物，被吸入人体后会进入支气管甚至肺泡，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎等方面的疾病。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。同时，PM2.5还可成为病毒和细菌的载体，为呼吸道传染病的传播推波助澜。

(2)环境危害

PM2.5会导致大气能见度降低，从而影响到人们的生产和生活。由二氧化硫和氮氧化物等转化而成的硫酸和硝酸液滴是PM2.5的来源之一，也是形成酸雨的主要原因，能够对水生生态系统、陆地生态系统造成破坏，通过食物链危害人体健康，同时会对建筑物、机械和市政设施产生腐蚀作用。大气中的PM2.5，还会干扰太阳和地面的辐射，从而对地区性甚至全球性气候产生影响。

四 PM2.5与大气能见度

大气能见度降低的主要原因是大气污染物对太阳光的吸收和散射，从而降低物体与背景之间的对比度[1]。通常颗粒物浓度达0.1μg/m3时，能见度开始下降；浓度达0.15μg/m3时，阳光中的紫外线将减少7.5%；浓度达0.25μg/m3时，能见度下降52.7%；浓度达0.50μg/m3时，能见度下降80.8%[2]。可见光的波长在0.4～0.7μm，而粒径在这个尺寸范围的颗粒物正是PM2.5的主要组成部分，这些颗粒物对可见光的散射消光能力最强，其中，含有硫酸根和硝酸根的颗粒物最易散射可见光[3]。PM2.5对光的吸收效应几乎全部是由炭黑(主要成分为元素碳)和含有炭黑的颗粒物造成的。尽管全世界每年排放的炭黑量占TSP排放量的比例不高，但其引起的消光效应却非常大。因此，PM2.5是能见度降低的主要原因。

五 PM2.5的监测技术

目前，各国广泛采用的PM2.5测定方法有三种：重量法、β射线吸收法和微量震荡天平法。其中，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。

2011年11月1日，中国环保部发布的《环境空气 PM10和PM2.5的测定 重量法》开始实施，首次对可入肺颗粒物PM2.5的测定进行了规范。

六 PM2.5的相关标准

PM2.5的标准，最早是由美国在1997年提出的。该标准规定PM2.5的日均浓度和年均浓度的限值分别为65μg/m3和15μg/m3。目前，美国、日本、澳大利亚、欧盟等都已陆续将PM2.5纳入国家标准。同美国等国家一样，中国所制定的环境空气质量标准对大气颗粒物的控制也经历了从TSP到PM10再到PM2.5的过程。2011年底，中国就PM2.5的标准问题进行了征求意见，新的《环境空气质量标准》将PM2.5纳入常规空气质量评价。新标准中将PM2.5日均和年均浓度限值分别定为75μg/m3和35μg/m3，与世界卫生组织过渡期第1阶段目标值相同。

七 PM2.5的治理

PM10主要是一次颗粒物，即主要来自污染源的直接排放，而PM2.5则具有双重属性。在PM2.5中，约50%为一次颗粒物，如扬尘、烟尘、粉尘等；另外50%为二次颗粒物，如二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物等在空气中发生物理或化学作用形成的颗粒物。根据这一特点，对PM2.5中一次颗粒物的治理，可以从其排放源入手，但对于二次颗粒物的治理，则必须从其他多种污染物的排放源入手。因此，除了关注二氧化硫的大气治理模式外，必须同时关注氮氧化物、挥发性有机物等多种污染物。而具体到单一污染物，也必须关注多个污染源，既要关注电厂等工业大点源的治理，也要关注燃煤小锅炉污染、扬尘等面源以及机动车等移动源。此外，应当针对形成区域PM2.5污染和灰霾的前体物，开发重要行业重点污染源关键污染物的控制技术，研究建立环境PM2.5污染评价指标体系和排放标准体系，以及PM2.5污染物的人群健康和生态风险评估方法。

参 考 文 献

[1]Chan Y C，Simpson R W, McTainsh G H, et al. Source apportionment of visibility degradation problems in Brisbane (Australia) using the multiple linear regression techniques[J]. Atmospheric Environment，1999，33(19): 3237-3250.

[2]国家环境保护局科技标准司．大气污染物综合排放标准详解[M]．北京：中国环境科学出版社，1997，68．

[3] Introduction to visibility.[EB/OL]http://www.epa.gov/visibility/pdfs/introvis.pdf.