淺談 PM2.5 污染監(jiān)測現(xiàn)狀及控制治理 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：根據(jù)收集的 PM2.5 形成機(jī)理、危害、來源，以及主要監(jiān)測方法及標(biāo)準(zhǔn)，分析 PM2.5 控制防治對(duì)策。 關(guān)鍵詞： PM2.5；濃度；標(biāo)準(zhǔn)；灰霾；重量法； 射線吸收法；微量振蕩天平法； VOC；機(jī)動(dòng)車尾氣 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 countermeasures. Keywords: PM2.5； Concentration； Standard； Gray haze； The weight method； ray absorption method； Trace oscillation balance method； VOC； The motor vehicle exhaust R123 A PM2.5 是今年媒體曝光率最高的一個(gè)名詞，也是環(huán)境學(xué)術(shù)界研究爭議最激烈的課題之一。 PM，英文全稱為particulate matter(顆粒物）。 PM2.5 是表示空氣動(dòng)力學(xué)粒徑小于或等于 2.5 微米的顆粒物。 自然界會(huì)產(chǎn)生 PM2.5，但是 PM2.5 主要來自人類排放。這里面包括了直接排放，和排放污染物形成的二次污染物產(chǎn)生 PM2.5。直接排放主要來自燃燒過程，比如煤、汽油、柴油等燃料的燃燒、生物質(zhì)的燃燒和垃圾焚燒。在空 氣中轉(zhuǎn)化成PM2.5 的氣體污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨氣、揮發(fā)性有機(jī)物。其它的人為來源包括：道路揚(yáng)塵、建筑施工揚(yáng)塵、工業(yè)粉塵、廚房煙氣。自然來源則包括：風(fēng)揚(yáng)塵土、火山灰、森林火災(zāi)、漂浮的海鹽、花粉、真菌孢子、細(xì)菌。 可見， PM2.5 主要來源于人類日常發(fā)電、工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣排放等過程中經(jīng)過燃燒而排放的殘留物，他們大多含有重金屬等有毒物質(zhì) 1，其主要成分是元素碳、有機(jī)碳化合物、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽。 2000 年有研究人員測定了北京的 PM2.5 來源：塵土占 20%；由氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化而來的硫酸鹽、硝 酸鹽、氨鹽各占 17%、 10%、 6%；燒煤產(chǎn)生 7%；使用柴油、汽油而排放的廢氣貢獻(xiàn) 7%；農(nóng)作物等生物質(zhì)貢獻(xiàn) 6%；植物碎屑貢獻(xiàn) 1%。有趣的是，吸煙也貢獻(xiàn)了 1%，當(dāng)然這只是個(gè)粗略的科學(xué)估算 2。該研究中也測定了北京 PM2.5 的成分：含碳的顆粒物，硫酸根，硝酸根，銨根加在一起占了重量了69% 。類似地， 1999 年測定的上海 PM2.5 中有 41.6%是硫酸銨、硝酸銨， 41.4%是含碳的物質(zhì) 3。 氣象專家和醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為，由細(xì)顆粒物造成的灰霾天氣對(duì)人體健康的危害甚至要比沙塵暴更大。 PM2.5 不易被阻擋 ,被吸 入人體后會(huì)直接進(jìn)入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣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。這些顆粒還可以通過支氣管和肺泡進(jìn)入血液，其中的有害氣體、重金屬等溶解在血液中，對(duì)人體健康的傷害更大 4。 如果空氣中 PM2.5 的濃度長期高于 10 微克 /立方米，死亡風(fēng)險(xiǎn)就開始上升。濃度每增加 10 微克 /立方米，總的死亡風(fēng)險(xiǎn)就上升 4%，得心肺疾病的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升 6%，得肺癌的死亡風(fēng)險(xiǎn)上升 8%5。從全社會(huì)的角度出發(fā)，降低 PM2.5 這些看似不大的風(fēng)險(xiǎn)，收益卻是 很大的。美國環(huán)保局在 2003 年做了一個(gè)估算： “ 如果 PM2.5 達(dá)標(biāo)，全美國每年可以避免數(shù)萬人早死、數(shù)萬人上醫(yī)院就診、上百萬次的誤工、上百萬兒童得呼吸系統(tǒng)疾病 ”6 。相比當(dāng)前的中國，美國當(dāng)時(shí)的空氣質(zhì)量已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，只有很少的地區(qū)存在略微的超標(biāo) 7。如果中國的 PM2.5 能夠達(dá)標(biāo)，社會(huì)收益無疑將會(huì)是巨大的。 自從美國于 1997 年率先制定 PM2.5 的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以來，許多國家都陸續(xù)跟進(jìn)將 PM2.5 納入監(jiān)測指標(biāo)。如果單純從保護(hù)人類健康的目的出發(fā)，各國的標(biāo)準(zhǔn)理應(yīng)一樣，因?yàn)橹贫?biāo)準(zhǔn)所依據(jù)的是相同的科學(xué)研究結(jié)果 。然而，標(biāo)準(zhǔn)的制定還需考慮各國的污染現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在一個(gè)空氣污染嚴(yán)重的發(fā)展中國家制定極為嚴(yán)格的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)只能成為一個(gè)華麗的擺設(shè)，沒有實(shí)際意義。根據(jù)美國癌癥協(xié)會(huì)和哈佛大學(xué)的研究結(jié)果，世界衛(wèi)生組織（ WHO）于 2005 年制定了 PM2.5的準(zhǔn)則值。高于這個(gè)值，死亡風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)顯著上升。 WHO 同時(shí)還設(shè)立了三個(gè)過渡期目標(biāo)值，為目前還無法一步到位的地區(qū)提供了階段性目標(biāo)，其中過渡期 1 的標(biāo)準(zhǔn)最為寬松，過渡期 3最嚴(yán)格 5。 表 1 世衛(wèi)及主要國家地區(qū) PM2.5 標(biāo)準(zhǔn)一覽表 表 1 列舉了 WHO 以及幾個(gè)有代 表性的國家的標(biāo)準(zhǔn)。中國將實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)二類區(qū)與 WHO 過渡期 1 標(biāo)準(zhǔn)相同 , 一類標(biāo)準(zhǔn)和 WHO 過渡期 3 標(biāo)準(zhǔn)基本一致。美國和日本的標(biāo)準(zhǔn)一樣，與過渡期 3 目標(biāo)基本一致。歐盟的標(biāo)準(zhǔn)略微寬松，與過渡期 2標(biāo)準(zhǔn)一致，澳大利亞的標(biāo)準(zhǔn)最為嚴(yán)格，年均標(biāo)準(zhǔn)比 WHO 的準(zhǔn)則值還低。標(biāo)準(zhǔn)的寬嚴(yán)程度基本反映了各國的空氣質(zhì)量情況，空氣質(zhì)量越好的國家就越有能力制定和實(shí)施更為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。 中國發(fā)布的新標(biāo)準(zhǔn) GB 3095-2012 中 PM2.5 二類標(biāo)準(zhǔn)與WHO 過渡期目標(biāo) 1 一致，雖然落后于發(fā)達(dá)國家，但也算是開始了三步走的第一步。然而，即使標(biāo)準(zhǔn)值相同 ，而評(píng)判是否達(dá)標(biāo)的方式不同，約束力是有極大差異的。舉個(gè)例子，中國現(xiàn)行的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定于 1996 年，其中 PM10 的日均標(biāo)準(zhǔn)為150 微克 /立方米，表面上已和美國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)一樣嚴(yán)格。但是，按照美國的標(biāo)準(zhǔn)，平均每年最多只能有 1 天超標(biāo)，否則就算不達(dá)標(biāo)，超標(biāo)地區(qū)需要提交改進(jìn)方案并加以實(shí)施。而在中國的標(biāo)準(zhǔn)文件中，沒有類似的規(guī)定。各地區(qū)在執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，只是計(jì)算每年的 “ 達(dá)標(biāo)天數(shù) ” 和 “ 達(dá)標(biāo)率 ” 。 PM10 的標(biāo)準(zhǔn)至今已經(jīng)執(zhí)行了 16 年，一個(gè) 86.2%的達(dá)標(biāo)率還可以作為正面消息報(bào)道 8。 在發(fā)布的 PM2.5 新標(biāo)準(zhǔn)中，依然沒有 規(guī)定多高的達(dá)標(biāo)率才是可接受的。 WHO 和其他國家是怎么規(guī)定的呢？ WHO 要求每年最多有 3 天超標(biāo)（ 99%的達(dá)標(biāo)率），澳大利亞最多 5 天，而美國和日本要求的達(dá)標(biāo)率為 98%。中國 PM2.5 標(biāo)準(zhǔn)的落后不僅是在標(biāo)準(zhǔn)值，更重要的是在約束力上。 只要讀懂了 PM2.5 的定義就不難想到， PM2.5 的測定辦法分兩部走：（ 1）把 PM2.5 分離出來；（ 2）測定分離出來的 PM2.5 的重量。 對(duì)于 PM2.5 的分離來說， 2.5 微米是一個(gè)踩在邊線上的尺寸。直徑恰好為 2.5 微米的顆粒有 50%的概率能通過切割器。大于 2.5 微米的 顆粒并非全被截留，而小于 2.5 微米的顆粒也不是全都能通過。例如，按照環(huán)境空氣 PM10 和PM2.5 的測定 重量法的要求， 3.0 微米以上顆粒的通過率需小于 16%，而 2.1 微米以下顆粒的通過率要大于 84%9。 目前，各國環(huán)保部門廣泛采用的 PM2.5 測定方法有三種：重量法、 射線吸收法和微量振蕩天平法，這三種方法也同樣被我國新頒布的標(biāo)準(zhǔn)所認(rèn)可。其測定的第一步是一樣的，區(qū)別在于第二步如何測定 PM2.5 的重量。 重量法：是指通過恒速抽取定量體積空氣，使環(huán)境空氣中 PM2.5 被截留在已知質(zhì)量的濾 膜上，根據(jù)采樣前后濾膜的重量差和采樣體積，計(jì)算出 PM2.5 的濃度。該方法最直接、最可靠，是驗(yàn)證其它方法是否準(zhǔn)確的標(biāo)桿。然而要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測，就需要用到另外兩種方法。 射線吸收法：將 PM2.5 樣品氣體的相對(duì)濕度調(diào)整到 35以下，進(jìn)入儀器后顆粒物被收集在可以自動(dòng)更換的濾膜上。濾膜兩側(cè)分別設(shè)置了 射線源和 射線檢測器。隨著濾膜上收集的顆粒物越來越多，顆粒物質(zhì)量也隨之增加， 射線檢測器檢測到的 射線強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)地減弱。儀器通過分析 射線檢測器的信號(hào)變化得到一定時(shí)段內(nèi)采集的顆粒物質(zhì)量數(shù)值，結(jié)合相同時(shí)段內(nèi) 采集樣品體積，最終得出采樣時(shí)段的顆粒物濃度 10。美國大使館那臺(tái)知名度很高的儀器依據(jù)的就是此原理。 微量振蕩天平法：測量 PM2.5 質(zhì)量的微量振蕩天平傳感器主要部件是一支一端固定、另一端裝有濾膜的空心錐形玻璃管，樣品氣流從固定的粗端進(jìn)入通過濾膜，顆粒物被收集在濾膜上。在工作時(shí)，空心錐形玻璃管處于振蕩狀態(tài)，細(xì)頭以一定頻率振蕩，該頻率和細(xì)頭質(zhì)量的平方根成反比。儀器通過準(zhǔn)確測量頻率變化得到顆粒物的質(zhì)量，然后根據(jù)收集這些顆粒物時(shí)采集的樣品體積計(jì)算出樣品的濃度 10。但是，在測量過程中，為了消除水汽影響， 需要加溫，而加溫過程會(huì)造成顆粒物中揮發(fā)性物質(zhì)的損失，從而影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。知名廠商賽默飛研制出了濾膜動(dòng)態(tài)測量系統(tǒng) (FDMS)，可對(duì)結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)。 破解 PM2.5 治理難題，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整是必由之路。這就需要從改善環(huán)境質(zhì)量出發(fā)，嚴(yán)格環(huán)境準(zhǔn)入，推進(jìn)能源清潔化使用，加快淘汰落后產(chǎn)能，實(shí)行多種污染物協(xié)同控制，大幅削減污染物排放量，形成環(huán)境優(yōu)化經(jīng)濟(jì)發(fā)展的倒逼機(jī)制。 要控制前體物氮氧化物、二氧化硫的排放，控制工業(yè)燃料燃燒排放為首要任務(wù)。比如火電行業(yè)節(jié)能減排雖已取得顯著成效，但我國人均裝機(jī)容量 遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家平均水平，我國的能源結(jié)構(gòu)決定了今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，燃煤機(jī)組裝機(jī)容量還將不斷增長，火電廠排放的二氧化硫、氮氧化物和煙塵仍將增加?？梢姽I(yè)燃料燃燒排放的大氣污染物的控制成效，將直接影響我國大氣環(huán)境質(zhì)量改善和工業(yè)可持續(xù)發(fā)展。 除了火電行業(yè)之外，鋼鐵、水泥、燃煤鍋爐等都需要進(jìn)一步深化二氧化硫、氮氧化物、煙塵等污染物減排。同時(shí)，石油化工、有機(jī)化工、油漆噴涂等行業(yè)也需要加強(qiáng)揮發(fā)性有機(jī)物的治理工作。 在 PM2.5 的形成過程中，揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC)發(fā)揮了重要作用，因此 VOC 的監(jiān)測防治 絲毫不亞于工業(yè)燃料燃燒排放。但是，與控制二氧化硫、氮氧化物相比， VOC 的控制難度更大，因?yàn)?VOC 可能是成百上千種物質(zhì)，而且分布在許多行業(yè)。如化學(xué)原料及化學(xué)品制造、印刷、石油加工、家具制造、紡織、皮革等行業(yè)，都會(huì)涉及到 VOC 的排放問題。因此及早制定相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和控制目標(biāo)，是控制 PM2.5 的關(guān)鍵所在。 機(jī)動(dòng)車尾氣排放也是 PM2.5 控制的重點(diǎn)。截至 2011 年年底，我國機(jī)動(dòng)車保有量達(dá) 2.25 億輛，巨大保有量的背后是日益嚴(yán)重的尾氣污染。環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的 2011 年中國機(jī)動(dòng)車污染防治年報(bào)顯示，機(jī)動(dòng)車污染 “ 已經(jīng)是大氣環(huán)境污染治理最突出、最緊迫的問題之一 ” 。這需要加大淘汰黃標(biāo)車的力度，加嚴(yán)新車排放標(biāo)準(zhǔn)，以降低機(jī)動(dòng)車排放強(qiáng)度。而對(duì)于數(shù)量更為龐大的在用車減排，關(guān)鍵在于油品升級(jí)，可現(xiàn)在油品升級(jí)步伐已經(jīng)嚴(yán)重落后于機(jī)動(dòng)車排放標(biāo)準(zhǔn)的提高。數(shù)據(jù)顯示，到 2014 年才能在全國范圍內(nèi)供應(yīng)滿足國 排放標(biāo)準(zhǔn)要求的車用汽油，滿足國 排放標(biāo)準(zhǔn)要求的車用柴油標(biāo)準(zhǔn)目前還處于起草階段。因此加快油品升級(jí)，加快汽車尾氣防治步伐刻不容緩 另外，施工揚(yáng)塵也成為影響城市環(huán)境質(zhì)量的重要方面。 1.5 億平方米的建筑工地所產(chǎn)生的揚(yáng)塵占 PM2.5 排放總量的 16左右。可見施工揚(yáng)塵監(jiān)控重要而更容易取得成效。 由于 PM2.5 是典型的區(qū)域性污染物，治理 PM2.5 需要采用綜合手段，實(shí)現(xiàn)多污染環(huán)節(jié)協(xié)同減排，就像密切咬合齒輪，環(huán)環(huán)相扣，整個(gè)減排工作的關(guān)鍵在于環(huán)境管理和相關(guān)配套的監(jiān)測技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境管理工作應(yīng)服務(wù)于環(huán)境質(zhì)量的改善。 參考文獻(xiàn) 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