空氣中顆粒物污染特征分析

屈紅艷

摘要: 分析了我國近20a來城市環境空氣懸浮顆粒物變化的特征和近幾年對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、沿海城市環境空氣中總懸浮顆粒物濃度顯著低于北方城市、內陸城市。1997年，南方城市、沿海城市環境空氣中總懸浮顆粒物年均濃度值均達到了GB3095-1996二級標準。城市空氣中PM10污染很嚴重，大體相當于發達國家20世紀70年代中后期水平。

關鍵詞: 城市環境；粒狀污染物；污染氣象學；相互關系

1前言

空氣中的污染顆粒物，特別是空氣動力學當量直徑小于10μm(PM10)和小于2.5μm顆粒物（Pm².5）對人體健康的影響已受到廣泛的關注。1996年1月8日，我國批準了《環境空氣質量標準》（GB3095-1996），該標準對PM10的濃度限值做出了規定；1996年9月27日，歐盟通過了大氣質量評價控制準則(96/62/EG)，對PM10的濃度也做出了限制；1997年，美國EPA首次頒布了細顆粒物Pm².5的空氣質量標準。近幾年我國學者對PM10 和Pm².5的污染水平、成分來源、對污染物的富集、顆粒物的污染與人體健康的關系等進行了研究。本文對我國城市環境空氣中TSP近20a來的變化、TSP、PM10 和Pm².5相關性、顆粒物對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行了分析。另外還對我國與德國空氣中顆粒物的污染水平和相關性進行了初步的對比分析。

2 環境空氣中顆粒物污染狀況

1981～1998年，全國大中城市環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。沿海地區城市基礎設施較完善，集中供熱、供氣比例高于內陸地區，內陸的中西部城市特別是西北地區干旱少雨，加劇了總懸浮顆粒物污染水平。

根據中國環境監測總站對幾個城市進行的PM10 和Pm².5的監測研究工作，1995年和1996年，我國城市環境空氣中PM10 濃度為0.185mg/m³、Pm².5為0.109mg/m³。1996年，德國環境空氣中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個城市PM10對照點（清潔區）均值為0.120mg/m³, 與法蘭克福1978年的水平相當。

3 環境空氣中小顆粒物的研究狀況

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

對廣州、重慶、武漢和蘭州4個城市大氣中PM10 和Pm².5的組成、顆粒物的污染水平及與人體健康關系等進行了較為系統的研究，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污染監測與健康調查相結合，提出了空氣中PM10 、Pm².5與兒童呼吸系統患病發生率呈線性相關，其影響比二氧化硫和氮氧化物更密切。空氣污染嚴重組對兒童呼吸系統疾病的發生率是污染較輕組的1.71～3.95倍。呼吸系統疾病受顆粒物影響大的另一原因應與顆粒物對多種有害物質的吸附有關。對城市居民區空氣中多環芳烴污染物氣態和固態分布做出了分析。即使在氣溫高達35℃時，具有強致癌作用的 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%，致癌的四環芳烴苯并[a]蒽在顆粒物上的比例為35%。五環芳烴在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, 它們在Pm².5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，通過細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，細顆粒物及多環芳烴的污染比較嚴重，超標現象時有發生。有關居住區多環芳烴污染與人體健康水平（特別是癌癥）的關系，不同代表性區域細顆粒物吸附有機物性能，細顆粒物濃度與人體關系等尚需系統研究。

4 環境空氣中不同粒徑顆粒物相關性分析

環境空氣中TSP、PM10 和Pm².5之間存在相互聯系，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，PM10≈0.85TSP， 1996年德國，PM10≈0.83TSP，1995年和1996年的蘭州，PM10≈0.25TSP。一般講, 空氣質量較好時, 空氣中小顆粒物所占比例高，其中汽車尾氣貢獻率較高。

某城市環境空氣中總懸浮顆粒物與PM10 的相關性見圖2。線性方程為:y=0.5048x+0.0254, 相關系數 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, 相關系數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線性關系非常顯著。

從1995、1996年4個城市監測結果看，我國城市環境大氣中Pm².5污染較為嚴重,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 結論

近20年來，我國城市環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、東部與西部城市環境空氣中顆粒物濃度差別較大，但這種差距呈縮小趨勢。