摘要：细颗粒物又称细粒、细颗粒。大气中粒径小于2μm（有时用小于2.5μm，即PM2.5）的颗粒物（气溶胶）。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，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。随着我国越来越多的城市空气质量亮起了红灯，人们越来越关注自己所生活环境的空气质量，本文将研究细颗粒物的危害与治理方法。
关键词：细颗粒物 来源 二氧化硫 细菌 标准
1.细颗粒物概况
1.1 简介
在空气动力学和环境气象学中，颗粒物是按直径大小来分类的，粒径小于100微米的称为TSP，即总悬浮物颗粒；粒径小于10微米的称为PM10，即可吸入颗粒物；粒径小于2.5微米的称为PM2 .5，即细颗粒物，它的直径仅相当于人的头发丝粗细的1/20 。被吸入人体后会进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等方面的疾病。这些颗粒还可以通过支气管和肺泡进入血液，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。
虽然细颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但它与较粗的大气颗粒物相比，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影响更大。
1.2 构 成
细颗粒物的成分很复杂。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。
有研究人员测定了北京的细颗粒物来源：尘土占20%；由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占17%、10%、6%；烧煤产生7%；使用柴油、汽油而排放的废气贡献7%；农作物等生物质贡献6%；植物碎屑贡献1%。有趣的是，吸烟也贡献了1%，不过这只是个粗略的科学估算，并不一定准确。该研究中也测定了北京细颗粒物的成分：含碳的颗粒物，硫酸根，硝酸根，铵根加在一起占了重量了69% 。
2004年10月，唐孝炎老师主持的北大相关课题组对珠三角PM2.5化学成分进行细分，发现在
平均浓度为104微克/立方米的PM2.5中，有机物（POM）占34.8%，硫酸根离子和硝酸根离子一起占31.3%，其中有机物、硫酸根离子、硝酸根离子等均属二次气溶胶（细粒子）。可以看出，二次气溶胶在PM2.5中的贡献超过50%，是PM2.5的主要组成成分。唐孝炎老师主持课题组的研究成果，弄清楚了PM2.5隐秘的内部结构。
如何治理空气污染随后，另一份针对深圳市灰霾天气的分析研究，则迚一步将二次气溶胶的来历追溯了出来：原来PM2.5又主要来自机动车尾气尘、燃油尘、硫酸盐、餐饮油烟尘、建筑水泥尘、煤烟尘和硝酸盐等。
2.细颗粒物的来源
2.1 成 因
大型城市PM2.5严重超标与以下因素相关：一是最远达到几百公里之外的植被遭到破坏，裸露的表土大量增加，沙尘远距离运输到城市；二是城乡结合部继中心城区之后大兴土木，以北京为例，五六环外尘土飞扬；三是工业生产和日常生活的污染物排放，包括燃煤锅炉、机动车尾气、炒菜油烟、加油站和家居装修的挥发物等等；四是周边城市重化工业污染物排放，如周边城市对北京PM2.5排放的贡献度接近四分之一。
2.2 来 源
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。
3.细颗粒物的影响与危害
3.1 对环境的影响
虽然大气颗粒物只是地球大气成分中含量很少的组分，但对环境的危害极大。轻者污染建筑物表面影响市容,重者对能见度、温度等均产生重要影响。
3.1.1 PM2.5对能见度的影响
自20世纪70年代以来,大气颗粒物对能见度的影响就一直是环保部门所关注的问题之一。尽管在大气中只占很少的一部分，但颗粒物对城市大气光学性质的影响可达99％。大量的研究表明，PM2.5的性质与能见度的降低密切相关。能见度的降低主要是由于气体分子与颗粒物对光的吸收和散射减弱了光信号，并由于散射作用减小了目标物与天空背景之间的对比度而造成的。
3.1.2 PM2.5对光的散射效应
光的散射是能见度降低的最主要因素，颗粒物的散射能造成60％-95 ％的能见度减弱。空气分子对光的散射作用很小，其最大的视距（极限能见度）为100-300KM（具体数值与光的波长有关） 。在实际的大气中由于颗粒物的存在，能见度一般远远低于这一数值：在极干净的大气中能见度可以达到 30KM以上；在城市污染大气中能见度在5M左右甚至更低；在浓雾中能见度只有几米。在大气气溶胶中，主要是粒径为0.1μm-1μm 的颗粒物通过光的散射而降低物体与背景之间的对比度，从而降低能见度。
3.1.3 PM2.5对光的吸收效应
PM2.5 对光的吸收效应通常是使能见度降低的第二大因素。而PM2.5对光的吸收几乎全部都是由炭黑（也称元素碳）和含有炭黑的颗粒引起的。每年，世界上排放的炭黑的量占人为颗粒排放量的1.1％-2.5％ ，占全部颗粒排放量的0.2％-1.0 ％。但是，它们的消光效应却是不可忽视的，因为煤烟的总消光系数是透明颗粒的2-3倍，所以大气中少量的煤烟颗粒就可以导致光强降低很多。这些光吸收颗粒物可能会使某些地方的能见度降低一半以上，还可形成烟雾而使城市呈褐。
3.1.4 PM2.5对温度的影响
由于颗粒物的存在，直接阻挡太阳光抵达地球表面，这样使可见光的光学厚度增大，抵达地面的太阳能通量剧烈下降，从而使地面温度降低，高空的温度增高。特别是直径在 0.1-5μm的颗粒，通过散射与吸收太阳与地球辐射在大气能量平衡中起着重要作用。资料表明，当PM2.5 浓度达100μg／m³时，到达地面的紫外线减少7.5％；当为600μg／m³时，到达地面的紫外线减少42.7％；当为1000μg／m³时，到达地面的紫外线减少60％。权威机构估计，全球本底不透明度增加四倍，将使全球温度降低3.5℃之多，这么大的降温幅度如维持若干年，相信足以引起一个冰河期。
3.1.5 PM2.5的酸碱度及其缓冲能力
大气颗粒物对降水有不可忽视的影响。颗粒物中凝结核的成云作用和降水对颗粒物的冲刷作用均可以使颗粒物进入降水或云水中。同时，云水在空中迁移流动过程中也会吸收空气中的颗粒物，其中的各种化学成分进入云水或降水体系后，会发生一系列的复杂变化，并影响或决定云水和降水的污染性质。颗粒物影响和决定降水化学性质的一个重要方面是它的酸碱性质和对酸的缓冲能力。据周福民等对北京中关村气溶胶的研究认为，气溶胶的酸性组成主要分布于粒径1.5μm以下的细粒子中，且气溶胶的酸性与细粒子中的硫酸根和氨根离子有良好的相关性。王玮等认为，近地面大气气溶胶中粒径较大的粒子比较多，这些粒子主要来源于风沙扬尘和土壤颗粒。通常上述粒子含有较多的碱性物质，所以具有一定的碱性，可在一定程度冲降水中的酸性物质。反之，空中大气气溶胶中粒径较小的细粒子相对较多，这些粒子主要来源于燃料燃烧等人为活动，其中含有经过酸性污染物SO和NOx转化形成的硫酸盐和硝酸盐，所以，这部分粒子通常具有较强的酸性，极有可能促进降水的酸化。
3.2 对人体健康的危害
世界卫生组织发布的报告显示，无论是发达国家还是发展中国家，目前大多数城市和农村人
口均遭受到颗粒物对健康的影响。高污染城市中的死亡率超出相对清洁城市的15%至20%。据统计，在欧洲，PM2.5每年导致386000人死亡，并使欧盟国家人均期望寿命减少8.6个月。人体的生理结构决定了对PM2.5没有任何过滤、阻拦能力，而PM2.5对人类健康的危害却随着医学技术的进步，逐步暴露出其恐怖的一面。
3.2.1 引发呼吸系统疾病
气象专家和医学专家认为，由细颗粒物造成的灰霾天气对人体健康的危害甚至要比沙尘暴更大。粒径10微米以上的颗粒物，会被挡在人的鼻子外面；粒径在2.5微米至10微米之间的颗粒物，能够进入上呼吸道，但部分可通过痰液等排出体外，另外也会被鼻腔内部的绒毛阻挡，对人体健康危害相对较小；而粒径在2.5微米以下的细颗粒物，直径相当于人类头发的1/10大小，不易被阻挡。被吸入人体后会直接进入支气管，刺激呼吸道，干扰肺部的气体交换，从而引发咳嗽、呼吸困难、哮喘、慢性支气管炎等呼吸系统的疾病并导致心律不齐、非致命性心脏病等心血管方面的疾病。其中，老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人。
3.2.2 引发循环系统疾病
PM2.5会与身体中的血红蛋白相结合，从而影响血液的输送，这对患有贫血和血液循环障碍的病人来说，可能产生严重的后果，例如加重呼吸系统疾病，甚至引起充血性心力衰竭和冠状动脉等心脏疾病。每个人每天平均要吸入约1万升的空气，这些颗粒通过支气管和肺泡进入血液，进入肺泡的微尘可迅速被吸收、不经过肝脏解毒直接进入血液循环分布到全身，其中的有害气体、重金属等溶解在血液中，对人体健康的伤害更大。
3.2.3 致癌
PM2.5中的某些成分会使人体产生病变，从而诱发癌症。流行病学的调查发现，城市大气颗粒物中的多环芳烃与居民肺癌的发病率和死亡率相关。多环芳烃进入人体的过程中，细颗粒物扮演了“顺风车”的角，大气中的大多数多环芳烃吸附在颗粒物的表面，尤其是粒径在5毫米以下的颗粒物上，大颗粒物上的多环芳烃很少。也就是说，空气中细颗粒物越多，我们接触致癌物多环芳烃的机会就越多。
3.2.4 影响胎儿发育造成缺陷
还有一些发现，让人更加担忧。近年的一些报告显示，人类的生殖能力正在明显下降，环境
污染被认为是罪魁祸首。来自波希米亚北部的一项调查，对接触高浓度PM2.5的孕妇进行了研究，发现高浓度的细颗粒物污染可能会影响胚胎的发育。更多的研究发现，大气颗粒物质的浓度与围产儿、新生儿死亡率的上升，低出生体重、宫内发育迟缓(IURG)，以及先天功能缺陷具有相关性。
4.细颗粒物的治理
4.1 如何治理
PM2.5主要的污染源是汽车污染，特别是冬季和初春，北方植物的自净化作用几乎为零，很多水面结冰，水域自净化能力也很低，必需采用人工的方法来处理。取暖需要用到大量的煤，经济发展离不开电，因此减少污染源的方式面临较多的问题。、灰霾主要集中于相对湿度较低的天气，特别是冬春季，雨后和潮湿的天气则大幅缓解。对大气增湿成本低、效果好，采用喷淋和喷雾的方法可以水冼空气，治理城市大气污染。
主要的治理方法：采用水喷雾系统，其构造方式如下：
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