细颗粒物又称细粒、细颗粒。PM2.5:指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 μm 的颗粒物,也称细颗粒物。这个值越高,就代表空气污染越严重。可吸入颗粒物又称为PM10,指空气动力学当量直径在10微米以下的颗粒物。
虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。细颗粒物粒径小,含有大量的有毒、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。
中文名: 细颗粒物
外文名: PM2.5
直径: ≤2.5微米
英文全称: fine particulate matter
单位: μg·m-3(微克每立方米)
正式定名
2012年2月,国务院同意发布新修订的《环境空气质量标准》增加了细颗粒物监测指标。
2013年2月28日,全国科学技术名词审定委员会称PM2.5拟正式命名为“细颗粒物”。
全国科学技术名词审定委员会副主任刘青表示,换名是“针对PM2.5的特殊个案而设立的”。
命名建议:粉尘(TSP)→飘尘(PM10)→微尘(PM2.5)→霾尘(PM1)
在环境科学领域,根据大气污染物存在状态,将其分为气溶胶态污染物(颗粒物)和气态污染物。
根据央视新闻【PM2.5中文名字尘埃落定!】,在征询了相关部门和专家的意见后,PM2.5的中文名字在2013年4月19日尘埃落定了——“喂人民服雾”。
化学成分
细颗粒物的化学组成十分复杂,不同时间和空间, 细颗粒物的化学成分是不同的,不同化学组分的颗粒物对人体健康和大气能见度的影响亦不相同,这些影响还与化学成分在颗粒物内部和表面存在状态有关。此外,不同来源的颗粒物,其化学组成有所不同,因此颗粒物的化学组成可用来进行颗粒物的来源分析。
细颗粒物的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。
大气中的含碳粒子是由有机碳(OC)和吸光的元素碳(EC)组成,元素碳的化学结构类似于不纯的石墨,有机碳是细颗粒物中含量最高的组分
主要来源
颗粒物的成分很复杂,主要取决于其来源。主要有自然源和人为源两种,但危害较大的是后者。
自然源包括土壤扬尘(含有氧化物矿物和其他成分)海盐(颗粒物的第二大来源,其组成与海水的成分类似)、植物花粉、孢子、细菌等。自然界中的灾害事件,如火山爆发向大气中排放了大量的火山灰,森林大火或裸露的煤原大火及尘暴事件都会将大量细颗粒物输送到大气层中。
人为源包括固定源和流动源。固定源包括各种燃料燃烧源 ,如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤与燃气或燃油排放的烟尘。流动源主要是各类交通工具在运行过程中使用燃料时向大气中排放的尾气。
PM2.5可以由硫和氮的氧化物转化而成。而这些气体污染物往往是人类对化石燃料(煤、石油等)和垃圾的燃烧造成的。在发展中国家,煤炭燃烧是家庭取暖和能源供应的主要方式。没有先进废气处理装置的柴油汽车也是颗粒物的来源。燃烧柴油的卡车,排放物中的杂质导致颗粒物较多。
在室内,二手烟是颗粒物最主要的来源。颗粒物的来源是不完全燃烧、因此只要是靠燃烧的烟草产品,都会产生具有严重危害的颗粒物,使用品质较佳的香烟也只是吸烟者的自我安慰(甚至可能因为臭味较低,而造成更大的危害);同理也适用于金纸燃烧、焚香及燃烧蚊香。
除自然源和人为源之外,大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物,实现由气体到粒子的相态转换。如:
SO2+H2O→H2SO3
HNO3+NH3→NH4NO3
盐的水合物:如xCl.yH2O、xNO3.yH2O、xSO4.yH2O,随着湿度的变化,水合物对PM2.5的影响较大,水不仅与盐化合物生成水合物,由于湿度的改变还形成了盐的微小溶液液滴。
存在危害
虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分,但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比,细颗粒物粒径小,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。研究表明,颗粒越小对人体健康的危害越大。细颗粒物能飘到较远的地方,因此影响范围较大。
此外,细颗粒物对人体健康的危害要更大,因为直径越小,进入呼吸道的部位越深。10μm直径的颗粒物通常沉积在上呼吸道,2μm以下的可深入到细支气管和肺泡。细颗粒物进入人体到肺泡后,直接影响肺的通气功能,使机体容易处在缺氧状态。
人体呼吸器官本身就有很强的防御粉尘(细颗粒物)进入和沉积体内的功能。细颗粒物进入肺部及人体的防御机制如下:
吸入空气中的粉尘(细颗粒物),首先经过鼻毛格栅的阻滤,继而受到鼻咽腔解剖结构的影响,气流方向和速度改变,在鼻腔及咽部形成涡流,尘粒(细颗粒物)受惯性作用,大于10μm的易撞击而附着于上呼吸道壁上,这样一般可阻滤吸入空气中30~50%的粉尘(细颗粒物)。
气流进入下部呼吸道后,随气管、支气管的逐级分支,气流速度变得缓慢,气流方向改变,气流中的尘粒(细颗粒物)沉降附着于管壁的粘液膜上,粘液膜下纤毛细胞的摆动将粘液推向喉部,随痰排出体外,此部分阻留的粉尘多在 2~10μm大小。能进入肺泡的细颗粒物,多数小于 2μm,大部分被肺内吞噬细胞吞噬,通过覆盖在肺泡表面的一层表面活性物质和肺泡的张弛活动,移送到具有纤毛细胞的支气管粘膜表面再被移送出去。进入肺泡的细颗粒物只有很小一部分被尘细胞(吞噬有细颗粒物的吞噬细胞)带入肺泡间隔,经淋巴或血液循环而到达肺及人体的其它组织,引起生理病理作用。
只有吸入的细颗粒物数量过大,人体呼吸器官的防御功能不能将其过滤、附着、阻留,或细颗粒物沉积于肺泡又不能完全清除时,才会在肺内沉积,从而从物理和化学两个维度造成对人体的危害。物理上的异常导致尘肺病,化学上(有毒)的异常导致肺癌。
在20世纪70年代,人们开始注意到颗粒物污染与健康问题之间的联系。在美国,每年由于颗粒物污染造成的死亡人数约为22000-52000人(2000年数据),在欧洲这一数字则高达20万。
2013年,许多研究已证实颗粒物会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。
颗粒物的大小决定了它们最终在呼吸道中的位置。较大的颗粒物往往会被纤毛和黏液过滤,无法通过鼻子和咽喉。然而,小于10微米的颗粒物即可吸入颗粒物(PM10),可以穿透这些屏障达到支气管和肺泡。而小于2.5微米的颗粒物,细颗粒物(PM2.5),比表面积大于PM10,更易吸附有毒害的物质。由于体积更小,PM2.5具有更强的穿透力,可能抵达细支气管壁,并干扰肺内的气体交换。更小的微粒(直径小于等于100纳米)会通过肺部传递影响其他器官。
其中,发表于《美国医学会杂志》的一项研究表明,PM2.5会导致动脉斑块沉积,引发血管炎症和动脉粥样硬化,最终导致心脏病或其他心血管问题[3]。这项始于1982年的研究证实,当空气中PM2.5的浓度长期高于10 μg/m3,就会带来死亡风险的上升。浓度每增加10 μg/m3,总的死亡风险会上升4%,心肺疾病带来的死亡风险上升6%,肺癌带来的死亡风险上升8%。此外,PM2.5极易吸附多环芳烃等有机污染物和重金属,使致癌、致畸、致突变的机率明显升高。
最小的颗粒物(直径小于等于100纳米,合0.1微米)带来的危害更为严重[4]。有证据表明这些颗粒物可以传过细胞膜到达其他器官,包括大脑。有研究指出,这些微粒可能引发脑损伤(包括老年痴呆症)。值得注意的是,柴油发动机产生的微粒直径通常在 100 纳米(合0.1微米)左右。
世界卫生组织对PM2.5的标准 每立方米PM2.5小于10微克为安全值
中国政府对PM2.5的标准 每立方米PM2.5小于75微克为安全值
中国的空气污染越来越严重,不良空气质量带来的健康问题也是日益严重。例如,世界银行近期发布的报告表明,由室外空气污染导致的过早死亡人数,平均为每天1000人,每年有35至40万的人面临着死亡。具体来讲,早在1997年,世界银行就预计有5万中国人因为空气污染而过早死亡。总体来说,这份报告发现,中国的空气污染使得城市居民的寿命减少了18年。