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10个问题解析PM2.5的真实面目

官人|云飘飘

2013/01/15

私聊

环境监测政策法规

近期全国各地灰霾天气严重，PM2.5指数偏高，好多人还不清楚PM2.5倒是什么？对我们的健康危害到底有多大？下面就用几个问题来简单说明下：

1. PM2.5是什么？

PM2.5——细颗粒物，是对空气中直径小于或等于2.5微米的固体颗粒或液滴的总称。这些颗粒如此细小，肉眼是看不到的，它们可以在空气中漂浮数天。人类纤细的头发直径大约是70微米，这就比最大的PM2.5还大了近三十倍。

2. PM2.5来自哪里，都有些什么成分？

虽然自然过程也会产生PM2.5，但其主要来源还是人为排放。人类既直接排放PM2.5，也排放某些气体污染物，在空气中转变成PM2.5。直接排放主要来自燃烧过程，比如化石燃料(煤、汽油、柴油)的燃烧、生物质(秸秆、木柴)的燃烧、垃圾焚烧。在空气中转化成PM2.5的气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物。其它的人为来源包括：道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘、厨房烟气。自然来源则包括：风扬尘土、火山灰、森林火灾、漂浮的海盐、花粉、真菌孢子、细菌。

PM2.5的来源复杂，成分自然也很复杂。主要成分是元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。其它的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、砷、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。

3. PM2.5对健康有什么危害？

PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。

如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米，死亡风险就开始上升。浓度每增加10微克/立方米，总的死亡风险就上升4%，得心肺疾病的死亡风险上升6%，得肺癌的死亡风险上升8%。

PM2.5的危害固然不可忽视，但仍不可与吸烟相比。吸烟可使男性得肺癌死亡的风险上升22倍(也就是上升2200%)，女性的风险上升12倍(1200%)；使中年人得心脏病死亡的风险上升2倍(200%)

4. 如果没有污染，PM的浓度有多高，现在实际有多高？

即使没有人为污染，空气中也有一定浓度的PM2.5，这个浓度被称为背景浓度。在美国和西欧，背景浓度大约为3-5微克/立方米[5]，澳大利亚的背景浓度也在5微克/立方米左右[9]。中国的背景浓度有多高？目前尚无公开的数据，但应该不会和其他国家相差太大。

5. 其他国家实施PM2.5的标准了吗，标准值是多少？

其他国家实施PM2.5标准
6. 中国的PM2.5标准和其他国家比，很落后吗？

中国的PM2.5标准拟于2016年生效，虽然比美国落后了一二十年，但和欧盟的2015年生效相比，也不算太晚。如果仅从标准的数值来看，中国即将发布的新标准已经与WHO过渡期目标-1一致，虽然落后于发达国家，但也算是开始了三步走的第一步。然而，即使标准值相同，而评判是否达标的方式不同，约束力是有极大差异的。在即将发布的PM2.5新标准中，依然没有规定多高的达标率才是可接受的。WHO和其他国家是怎么规定的呢？WHO要求每年最多有3天超标(99%的达标率)，澳大利亚最多5天，而美国和日本要求的达标率为98%。中国PM2.5标准的落后不仅是在标准值，更重要的是在约束力上

7. 新标准即将发布，为什么要到2016年才实施？

对于这个问题，标准制定者是这样回答的：“考虑到环境空气质量标准实施是一项复杂的系统工程，以及目前全国的环境监测能力现状，结合现行标准实施过程中的经验，为保障数据准确性和可比性，将全国统一实施本标准的时间定为2016 年1 月1 日，以便为各地区预留足够的准备时间，加强标准实施的有关配套工作

8. 怎么测定PM2.5？

空气中漂浮着各种大小的颗粒物，PM2.5是其中较细小的那部分(定义见问答1)。不难想到，测定PM2.5的浓度需要分两步走：(1)把PM2.5与较大的颗粒物分离；(2)测定分离出来的PM2.5的重量。目前，各国环保部门广泛采用的PM2.5测定方法有三种：重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法。这三种方法的第一步是一样的，区别在于第二步。

将PM2.5直接截留到滤膜上，然后用天平称重，这就是重量法。值得一提的是，滤膜并不能把所有的PM2.5都收集到，一些极细小的颗粒还是能穿过滤膜。只要滤膜对于0.3微米以上的颗粒有大于99%的截留效率，就算是合格的[19]。损失部分极细小的颗粒物对结果影响并不大，因为那部分颗粒对PM2.5的重量贡献很小。

　　重量法是最直接、最可靠的方法，是验证其它方法是否准确的标杆。然而重量法需人工称重，程序繁琐费时。如果要实现自动监测，就需要用到另外两种方法。

　　β射线吸收法：将PM2.5收集到滤纸上，然后照射一束beta射线，射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减，衰减的程度和PM2.5的重量成正比。根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量[20]。美国大使馆那台知名度很高的仪器依据的就是此原理。

　　微量振荡天平法：一头粗一头细的空心玻璃管，粗头固定，细头装有滤芯。空气从粗头进，细头出，PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下，细头以一定频率振荡，该频率和细头重量的平方根成反比。于是，根据振荡频率的变化，就可以算出收集到的PM2.5的重量。

　　将PM2.5分离出来的切割器又是怎么工作的呢？在抽气泵的作用下，空气以一定的流速流过切割器时，那些较大的颗粒因为惯性大，一头撞在涂了油的部件上而被截留，惯性较小的PM2.5则能绝大部分随着空气顺利通过。也许你已经觉察到，这和发生在我们呼吸道里的情形是非常相似的：大颗粒易被鼻腔、咽喉、气管截留，而细颗粒则更容易到达肺的深处，从而产生更大的健康风险。

　　对于PM2.5的切割器来说，2.5微米是一个踩在边线上的尺寸。直径恰好为2.5微米的颗粒有50%的概率能通过切割器。大于2.5微米的颗粒并非全被截留，而小于2.5微米的颗粒也不是全都能通过。例如，按照《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》的要求，3.0微米以上颗粒的通过率需小于16%，而2.1微米以下颗粒的通过率要大于84%[21]。

　　特殊的结构加上特定的空气流速共同决定了切割器对颗粒物的分离效果，这两者稍有变化，就会对测定产生很大影响，而使结果失去可比性。因此，美国环保局在1997年制定世界上第一个PM2.5标准的时候，一并规定了切割器的具体结构[16]。于是，虽然 PM2.5的测定仪器有不少品牌，它们外观却极为相似。

9. 市面上有些手机大小的仪器号称可以测PM2.5，靠谱吗？

和环保部门采用的标准方法相比，用非专业仪器测PM2.5显然是不可靠的，但很难说到底有多不准，只有拿来和标准方法对比一下才知道。测出来的数据也许能说明一点问题，比如能分辩出房间里有没有人吸烟，是不是刚扫过地，可是这些你的鼻子也能做到吧。

　　市面上的非专业仪器利用光散射的原理测定颗粒物浓度，这种方法并没有被各国环保部门采纳为标准方法，但是有依据此原理制成的专业仪器，在科研中也有运用。空气中的颗粒物浓度越高，对光的散射就越强。光的散射相对容易测，把它测出来，理论上就可以算出颗粒物浓度了。但在实际运用中，事情并没有这么简单。光的散射与颗粒物浓度之间的关系是很不确定的，受到诸多因素的影响，例如颗粒物的化学组成、形状、比重、粒径分布，而这些都取决于污染源的组成。这意味着光散射和颗粒物浓度之间的换算公式随时随地都可能在变，需要仪器使用者不断地用标准方法进行校正，没有经过科学训练的业余人士不大可能办得到。有研究者做过理论计算：利用光散射仪测定PM2.5，至少有30-40%的不确定性[22]。这种不确定性是这类仪器固有的，质量可靠的专业仪器尚且如此，更何况市面上仪器的质量并不都是理想的呢。

10. 灰霾天是PM2.5引起的吗？

虽然肉眼看不见空气中的颗粒物，但是颗粒物却能降低空气的能见度，使蓝天消失，天空变成灰蒙蒙的一片，这种天气就是灰霾天。根据《2010年灰霾试点监测报告》，在灰霾天，PM2.5的浓度明显比平时高，PM2.5的浓度越高，能见度就越低[23]。

　　虽然空气中不同大小的颗粒物均能降低能见度，不过相比于粗颗粒物，更为细小的PM2.5降低能见度的能力更强。能见度的降低其本质上是可见光的传播受到阻碍。当颗粒物的直径和可见光的波长接近的时候，颗粒对光的散射消光能力最强。可见光的波长在0.4-0.7微米之间，而粒径在这个尺寸附近的颗粒物正是PM2.5的主要组成部分。理论计算的数据也清楚地表明这一点：粗颗粒的消光系数约为0.6平方米/克，而PM2.5的消光系数则要大得多，在1.25-10平方米/克之间，其中PM2.5的主要成分硫酸铵、硝酸铵和有机颗粒物的消光系数都在3左右，是粗颗粒的5倍[24]。所以，PM2.5是灰霾天能见度降低的主要原因。

　　值得一提的是，灰霾天是颗粒物污染导致的，而雾天则是自然的天气现象，和人为污染没有必然联系。两者的主要区别在于空气湿度，通常在湿度大于90%时称之为雾，而湿度小于80%时称之为霾，湿度在80-90%之间则为雾霾的混合体

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