大气颗粒物源解析

一、空气质量常识
        （一）空气污染与污染物
       空气污染通常是指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到足够的时间，并因此危害了人类的舒适、健康和福利或环境的现象。在特定时间和地点，空气质量受到许多因素影响，来自固定和流动污染源的人为排放是影响空气质量的最主要因素之一，城市的建筑密度、地形地貌和气象条件等也是影响空气质量的重要因素。
空气中的污染物主要分为两类，即气态污染物和颗粒物。气态污染物主要有二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、碳氢化合物、臭氧（O3）等；颗粒物主要有粉尘、酸雾、气溶胶等。
       （二）颗粒物污染
       空气中固态和液态颗粒状态的物质统称空气颗粒物。颗粒物按大小可分为总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）等。
       1、总悬浮颗粒物（TSP）
       总悬浮颗粒物（TSP）指空气动力学直径小于或等于100微米的颗粒物。燃煤排放烟尘、工业废气中的粉尘及地面扬尘是大气中TSP的重要来源。
       2、可吸入颗粒物（PM10）
       可吸入颗粒物（PM10）指空气动力学直径小于或等于10微米的颗粒物，也称飘尘。城市中PM10主要来自污染源的直接排放如道路尘土、建筑施工、生产排放，及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。
       PM10危害包括健康危害和环境危害两方面。PM10会累积在呼吸系统中，对呼吸系统和心血管系统造成伤害，导致哮喘、肺癌、心血管疾病、出生缺陷和过早死亡等；可吸入颗粒物对光的散射效应和吸收效应，是大气能见度降低的最主要因素。
       3、细颗粒物（PM2.5）
       细颗粒物（PM2.5）是指环境空气中将空气动力学当量直径小于2.5微米的颗粒物。其来源广泛、成因复杂，主要化学成分包括无机成分、有机成分、微量金属元素、元素碳（EC）、生物物质（细菌、病菌、霉菌等）等。PM2.5来源主要分为自然源（扬尘、海盐、植物花粉、细菌等）和人为源（化石燃料燃烧、机动车尾气、生物质燃烧等）两种。

          与PM10相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。PM2.5被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括心脏病、肺病、呼吸道疾病，降低肺功能等疾病；若通过支气管和肺泡进入血液，其中重金属等有害物质溶解在血液中则危害更大。此外，PM2.5是造成灰霾天气的元凶之一，直接导致城市能见度下降，严重危害生产生活和人体健康。

图1  PM2.5的一般形成机理

（三）颗粒物化学组成
1、无机盐类
颗粒物中无机盐类主要是指水溶性无机盐类，包括铵盐、硝酸盐、硫酸盐等。
无机盐类是颗粒物的重要组成成分，主要是通过燃煤、机动车、工业、扬尘、生物质燃烧等排入环境中的一次污染物（二氧化硫、二氧化氮、一氧化氮），在大气环境中经物理、化学或生物因素作用下发生变化，或与环境中其他物质二次反应所形成，其形成机制往往较为复杂，且毒性更强，对气溶胶的化学性质有重要影响。
2、碳质组分
大气颗粒物中的含碳组分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）。
OC是一种含有上百种有机化合物的混合物，包括污染源排放的一次有机碳和碳氢化合物通过光化学反应等途径生成的二次有机碳。EC通常是由木材等生物质或化石燃料的不完全燃烧产生的，并由污染源直接排放，故主要存在于一次气溶胶中。
3、元素组分
大气颗粒物中包含不少地壳物质和痕量元素，现已发现存在于大气颗粒物中的元素种类达七十余种。这些元素来自各种源，天然源中风沙和火山爆发是最主要的，人为源中主要来自化石燃料的高温燃烧过程和其他高温燃烧的工业过程，如燃煤、燃油、钢铁冶炼、沙尘等。
4、有机组分
有机物在大气中广泛存在，是大气颗粒物的重要组分。大气颗粒物中所含有的有机组分包括多环芳烃化合物、正构烷烃、酞酸酯、醛酮类羰基化合物等有毒有机污染物。
多环芳烃化合物（PAHs）是对人体健康危害最大的环境致癌物质，目前已经发现的致癌性多环芳烃及其衍生物超过400种，其中苯并芘是公认的三致（致癌、致突变、致畸性）化合物。大气中的多环芳烃多集于颗粒物中。
（四）环境空气质量指数（AQI）
AQI，即空气质量指数（Air Quality Index），是定量描述空气质量状况的无量纲指数。参与空气质量评价的主要污染物为PM2.5、PM10、SO2、二氧化氮（NO2）、O3、CO六项，AQI的计算与评价过程大致可分为三个步骤：
1、对照各项污染物的分级浓度限值（表1），以六项污染物的实测浓度值（其中PM2.5、PM10为24小时平均浓度）分别计算得出空气质量分指数（Individual Air Quality Index，简称IAQI）；
2、从各项污染物的IAQI中选择最大值确定为AQI，当AQI大于50时，将IAQI最大的污染物确定为首要污染物；
3、对照 AQI分级标准（表2），确定空气质量级别、类别及表示颜色、健康影响与建议采取的措施。
简言之，AQI就是各项污染物的IAQI中的最大值，当AQI大于50时，对应的污染物即为首要污染物。若IAQI最大的污染物为两项或两项以上时，并列为首要污染物。IAQI大于100的污染物为超标污染物。
AQI共分六级，从一级优、二级良、三级轻度污染、四级中度污染，直至五级重度污染、六级严重污染，空气污染指数分别划分为0-50、51-100、101-150、151-200、201-300和大于300六档。其数值越大、级别和类别越高、表征颜色越深，说明空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。市民看AQI时，不需要记住AQI的具体数值和级别，只需要注意六种评价类别和表征颜色。当类别为优或良、颜色为绿色或黄色时，一般人群都可以正常活动；当类别为轻度污染以上，颜色为橙色、红色、紫色或褐红色时，各类人群就需要关注建议采取的措施，在安排自己的生活与出行时作为参考。
表1  空气质量分指数及对应的污染物项目浓度限值

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