空氣中顆粒物污染特征分析

屈紅艷

摘要: 分析了我國近20a來城市環(huán)境空氣懸浮顆粒物變化的特征和近幾年對(duì)PM10、Pm².5的研究狀況及存在的問題，建立了TSP與PM10、PM10與Pm².5之間的線性方程。結(jié)果表明，懸浮顆粒物的平均濃度由1982年的0.729mg/m³下降到1997年的0.291mg/m³。南方城市、沿海城市環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物濃度顯著低于北方城市、內(nèi)陸城市。1997年，南方城市、沿海城市環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物年均濃度值均達(dá)到了GB3095-1996二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。城市空氣中PM10污染很嚴(yán)重，大體相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)70年代中后期水平。

關(guān)鍵詞: 城市環(huán)境；粒狀污染物；污染氣象學(xué)；相互關(guān)系

1前言

空氣中的污染顆粒物，特別是空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于10μm(PM10)和小于2.5μm顆粒物（Pm².5）對(duì)人體健康的影響已受到廣泛的關(guān)注。1996年1月8日，我國批準(zhǔn)了《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-1996），該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PM10的濃度限值做出了規(guī)定；1996年9月27日，歐盟通過了大氣質(zhì)量評(píng)價(jià)控制準(zhǔn)則(96/62/EG)，對(duì)PM10的濃度也做出了限制；1997年，美國EPA首次頒布了細(xì)顆粒物Pm².5的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。近幾年我國學(xué)者對(duì)PM10 和Pm².5的污染水平、成分來源、對(duì)污染物的富集、顆粒物的污染與人體健康的關(guān)系等進(jìn)行了研究。本文對(duì)我國城市環(huán)境空氣中TSP近20a來的變化、TSP、PM10 和Pm².5相關(guān)性、顆粒物對(duì)一些污染物的富集情況以及污染物在大氣與顆粒物之間的分配進(jìn)行了分析。另外還對(duì)我國與德國空氣中顆粒物的污染水平和相關(guān)性進(jìn)行了初步的對(duì)比分析。

2 環(huán)境空氣中顆粒物污染狀況

1981～1998年，全國大中城市環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物（TSP）濃度變化情況見圖1。

由圖1可知，1982～1997年，TSP的平均濃度由0.729mg/m³降低到0.291mg/m³；在南方城市，由0.470mg/m³降低到0.200mg/m³；在北方城市，由0.950mg/m³降低到0.381mg/m³。1990～1998年，在沿海城市，由0.325mg/m³降低到0.167mg/m³；在內(nèi)陸城市，由0.425mg/m³降低到0.331mg/m³。

由于南方城市冬季無燃煤取暖、煙塵排放少，地面植被覆蓋率較北方城市高，加之降水次數(shù)和降水量均多于北方城市，南方城市的TSP濃度顯著低于北方城市,但這一差距呈逐漸縮小的趨勢。沿海地區(qū)城市基礎(chǔ)設(shè)施較完善，集中供熱、供氣比例高于內(nèi)陸地區(qū)，內(nèi)陸的中西部城市特別是西北地區(qū)干旱少雨，加劇了總懸浮顆粒物污染水平。

根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站對(duì)幾個(gè)城市進(jìn)行的PM10 和Pm².5的監(jiān)測研究工作，1995年和1996年，我國城市環(huán)境空氣中PM10 濃度為0.185mg/m³、Pm².5為0.109mg/m³。1996年，德國環(huán)境空氣中TSP濃度均值為0.041mg/m³，PM10均值為0.034mg/m³。1978年，法蘭克福的PM10濃度為0.12mg/m³，1993年降低為0.040mg/m³，1996年，法蘭克福的Pm².5濃度為0.028mg/m³。1995年和1996年，廣州、重慶、武漢和蘭州4個(gè)城市PM10對(duì)照點(diǎn)（清潔區(qū)）均值為0.120mg/m³, 與法蘭克福1978年的水平相當(dāng)。

3 環(huán)境空氣中小顆粒物的研究狀況

1988年對(duì)廣州、鄭州、云南3地大氣環(huán)境中Pm².5濃度、離子濃度、酸度和酸化緩沖能力進(jìn)行了分析；對(duì)北京市大氣中PM２.0的來源進(jìn)行了分析，對(duì)華北清潔地區(qū)空氣中PM２.0的來源進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)城區(qū)與清潔區(qū)存在很大差異，城區(qū)Pm².０主要來源為汽車尾氣(59.7%)，清潔區(qū)主要為土壤塵(67.1%)，雖然不同的解析源的方法存在著較大的差異，但對(duì)宏觀環(huán)境的分析有一定的意義和參考價(jià)值。對(duì)大氣顆粒物（PM10）源解析常用的化學(xué)質(zhì)量平衡法(CMB)、因子分析法(KA)、目標(biāo)變換因子法(TTFA)、目標(biāo)識(shí)別因子法(TTRA)及投影尋蹤回歸新技術(shù)(PPR)進(jìn)行了比較，指出每種方法的局限性或不足。

對(duì)廣州、重慶、武漢和蘭州4個(gè)城市大氣中PM10 和Pm².5的組成、顆粒物的污染水平及與人體健康關(guān)系等進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，通過聚類分析指出城市大氣顆粒物中元素的來源，指出高富集于顆粒物上的金屬和非金屬元素(Cu、Zn、Pb、S、Cl、Se、As、Br)。將PM10 、Pm².5污染監(jiān)測與健康調(diào)查相結(jié)合，提出了空氣中PM10 、Pm².5與兒童呼吸系統(tǒng)患病發(fā)生率呈線性相關(guān)，其影響比二氧化硫和氮氧化物更密切?？諝馕廴緡?yán)重組對(duì)兒童呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生率是污染較輕組的1.71～3.95倍。呼吸系統(tǒng)疾病受顆粒物影響大的另一原因應(yīng)與顆粒物對(duì)多種有害物質(zhì)的吸附有關(guān)。對(duì)城市居民區(qū)空氣中多環(huán)芳烴污染物氣態(tài)和固態(tài)分布做出了分析。即使在氣溫高達(dá)35℃時(shí)，具有強(qiáng)致癌作用的 B[a]P(25ng/m³)在顆粒物上仍占87.0%，被懷疑有致癌性的苯并[k]熒蒽(40ng/m³)在顆粒物上也占87.5%，致癌的四環(huán)芳烴苯并[a]蒽在顆粒物上的比例為35%。五環(huán)芳烴在PM10 上吸附的量占在總懸浮顆粒物總量的85％以上。若空氣中顆粒物B[a]P濃度為22ng/m³，苯并[k]熒蒽濃度為36ng/m³, 它們?cè)赑m².5上吸附的量約占總量的50%以上；Pm².5約有50%由鼻腔分離，按每人每天吸入空氣10ｍ3計(jì)，通過細(xì)顆粒物吸入身體未被鼻腔分離的B[a]P為55ng，苯并[k]熒蒽為90ng。

在我國南北方城市中，細(xì)顆粒物及多環(huán)芳烴的污染比較嚴(yán)重，超標(biāo)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。有關(guān)居住區(qū)多環(huán)芳烴污染與人體健康水平（特別是癌癥）的關(guān)系，不同代表性區(qū)域細(xì)顆粒物吸附有機(jī)物性能，細(xì)顆粒物濃度與人體關(guān)系等尚需系統(tǒng)研究。

4 環(huán)境空氣中不同粒徑顆粒物相關(guān)性分析

環(huán)境空氣中TSP、PM10 和Pm².5之間存在相互聯(lián)系，在不同的條件下，PM10、Pm².5在TSP中所占的比例也有所不同。在上海某居民區(qū)，PM10≈0.85TSP， 1996年德國，PM10≈0.83TSP，1995年和1996年的蘭州，PM10≈0.25TSP。一般講, 空氣質(zhì)量較好時(shí), 空氣中小顆粒物所占比例高，其中汽車尾氣貢獻(xiàn)率較高。

某城市環(huán)境空氣中總懸浮顆粒物與PM10 的相關(guān)性見圖2。線性方程為:y=0.5048x+0.0254, 相關(guān)系數(shù) r=0.8646，n=20，若顯著性水平α=0.001, r0.001=0.6787,r>>r0.001, TSP與PM10線性關(guān)系非常顯著。

建立Pm².5與PM10間的線性方程見圖3。線性方程為：y=0.5385x+0.0102, 相關(guān)系數(shù)r=0.9569，n=16,若顯著性水平α=0.001, r0.001=0.7420, r>>r0.001, Pm².5與PM10線性關(guān)系非常顯著。

從1995、1996年4個(gè)城市監(jiān)測結(jié)果看，我國城市環(huán)境大氣中Pm².5污染較為嚴(yán)重,平均濃度為0.109mg/m³, Pm².5與PM10之比較低為0.59。1996年，德國法蘭克福Pm².5濃度為0.028mg/m³,與PM10之比為0.70，由此可見空氣中顆粒物濃度越低，Pm².5所占比例越高。

5 結(jié)論

近20年來，我國城市環(huán)境空氣中顆粒物污染變化顯著。顆粒物濃度大幅度減小，小顆粒物所占比例增大。南方與北方城市、東部與西部城市環(huán)境空氣中顆粒物濃度差別較大，但這種差距呈縮小趨勢。