鸽钟中国资源综合利用
China Resources Comprehensive Utilization Vol.39No.5 2021年5月
©综述
大气环境中细颗粒物PM2.5的研究进展周月打谭鸥S张啥彳，闫红民-郭磊-孙学建彳，韩军赞" (1.江苏方洋水务有限公司；2.连云港徐土于城建工程有限公司；3.国家东中西区域合作示范区(连云港徐坪新区)环境保护局,
江苏连云港222000； 4.江苏省环科院环境科技有限责任公司，南京210041)
摘要：PM2.5为主要大气污染物之一，主要由水溶性离子、炭黑、硫酸盐、硝酸盐和挥发性有机物等组成。 本文概述了国内外大气环境中PM2.5的研究进展，介绍了PM2.5的定义，解析了PM2.5的来源和影响因素， 同时叙述了PM2.5对大气能见度、区域气候和人类健康的各种影响，最后提出了几点治理措施。
关键词：PM2.5；来源解析；VOCs；治理措施
中图分类号：X513文献标识码：A文章编号：1008-9500(2021)05-0090-04
DOI:10.3969/j.issn.l008-9500.2021.05.028
Research Progress of Fine Particulate Matter PM2.5in
Atmospheric Environment
ZHOU Yue,TAN Ou,ZHANG Han,YAN Hongmin,GUO Lei,SUN Xuejian,HAN Junzan
(1.Jiangsu Fangyang Water Co.,Ltd.;2.Lianyungang Xuwei Urban Construction Engineering Co.,Ltd.;3.National East-West Regional Cooperation Demonstration Zone(Xuwei New Area,Lianyungang)Environmental Protection Agency,Lianyungang222000,China;4.
Jiangsu Academy of Environmental Sciences Environmental Technology Co.,Ltd.,Nanjing210041,China)
Abstract:PM2.5is one of the main air pollutants,mainly composed of water-soluble ions,carbon black,
sulfate,nitrate and volatile organic compounds.This paper summarizes the research progress of PM2.5in the atmospheric environment at home and abroad,introduces the definition of PM2.5,and analyzes the sources and influencing factors of PM2.5,and describes the various effects o£PM2.5on atmospheric visibility,regional climate and human health at the same time,and finally puts forward several control measures.
Keywords：PM2.5;source analysis;VOCs;governance measures
1980年以来，英国、法国和美国等发达国家对细颗粒物PM2.5进行了深入的研究，主要涉及PM2.5浓度的分布情况(季节、地域)、来源分析以及PM2.5对大气能见度和人类健康的影响叫中国对细颗粒物的研究以及相关环境空气质量标准的制定则较为滞后，宜到2012年才制定了当前的PM2.5限值标准，即年均浓度限值为15iig/m3，而24h浓度限值为35jJLg/m3o但是，直到2016年，该标准才在全国范围内实施。近年来，由多种污染物引起的雾霾天气影响了中国大片地区，其中PM2.5为主要污染物。其持续时间长，比表面积大，可以在大气中停留很长时间，易于传输，具有明显的区域特征。根据世界卫生组织发布的PM2.5浓度数据，中国只有1.4%的城市达到了一级标准。所以，中国的PM2.5污染问题非常严重，迫切需要采取行动控制PM2.5的排放。
现有的研究表明，PM2.5主要由水溶性离子、炭黑、硫酸盐、硝酸盐和挥发性有机物等一次或二次组
分组成。而不同城市间的颗粒物组成往往存在明显差异叫同时，由于PM2.5的污染来源十分广泛，如何对本区域的颗粒物污染源进行摸底巡查以及通过源解析设备对主要污染来源进行追踪分析至关重要，而相关源解析方法多种多样，准确性也不同，这也使得颗
收稿日期：2021-03-10
基金项目：江苏省环保科研课题(2018015)o
作者简介：周月(1995-)，男，江苏连云港人，硕士，助理工程师，从事大气污染研究治理工作。-90-
第5期周月等：大气环境中细颗粒物PM2.5的研究进展"综述
粒物的来源解析研究变得更为复杂。本文主要讨论国内外PM2.5的研究进展，分析相关空气污染尤其是PM2.5管控的研究结论和方法，并针对我国PM2.5污染现状以及PM2.5对人类生产生活的影响，提出相关治理管控建议。
1PM2.5的定义
近年来，随着经济的快速发展，以工业企业和交通业排放为主的废气污染已经严重影响人们的健康和生活环境，其中具有代表性的细颗粒物PM2.5的危害更为严重。细颗粒物PM2.5是空气动力学宜径小
于或等于2.5jim的颗粒物，其粒径小，比表面积大，化学组成复杂，易于吸附并富集空气中的毒害物质，是雾霾的主要组分，不仅能够降低环境质量，而且影响气候变化，威胁人类健康叫
2PM2.5的来源解析及影响因素
大气中PM2.5的来源非常复杂，它们主要可以分为一次源和二次源。其中，一次源主要由天然污染源和人为污染源产生，包括直接以颗粒态排出的组分以及在高温状态下以气态形式排出、在环境空气中稀释和冷却时凝结成颗粒态的组分，如粉尘、海盐、燃烧烟尘和黑炭等。二次源主要来自交通、石化企业、燃煤和生物质燃烧产生的排放物，一般是由气态污染物（如二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机物等）与大气中其他组分（如氧气）通过均相或非均相化学反应形成的铁
2.1PM2.5的来源解析
当前，最常用的大气颗粒物来源解析包括三种方法，它们分别是来源清单法、源模型（扩散模型）法和受体模型法。受体模型法是中国PM2.5来源分析中最常用的方法。WANG等使用PMF模型得出PM2.5贡献源，然后使用向后轨迹模型来识别四个潜在方向，以识别PM2.5贡献源，这表明在不同方向上所有贡献源之间的分配率存在明显差异。大多数研究的采样时间是周期性的，尽管测量存在偶然性和不确定性，但仍可以在一定程度上反映PM2.5的贡献源类别。
近年来，PM2.5被发现是许多城市的主要污染物。为了更好地了解其特性并帮助进行污染物管理，人们已经进行了许多研究，以评估PM2.5的浓度、化学成分和来源。黄深等问对广东某市大气中PM2.5来源进行解析，结果表明，机动车和燃煤占比合计高达50%，分别占27.5%和23.4%。可见，茂名市PM2.5污染主要来源为机动车和燃煤排放的氮氧化物和细颗粒物等。王彤等m研究表明，在秋冬季节，京津冀郊区的PM2.5污染的主要贡献源是二次颗粒物、交通、民用燃煤和生物质燃烧，二次颗粒物占比高，介于36%~58%，其中，硝酸盐是大部分站点秋冬季PM2.5的首要贡献源。
2.2区域因素对PM2.5变化的影响
PM2.5污染具有明显的区域特征，一个地区的PM2.5污染不仅受到当地污染源的影响，还受到不同地区外部因素的影响。大量研究表明，PM2.5污染区域具有传送特性。例如，薛文博等冈的研究显示，晋津冀、长三角、珠江三角洲和成渝城市分别约有22%、37%、28%和14%的PM2.5由外部区域贡献。海南、上海、江苏、浙江、吉林和江西的外部PM2.5浓度贡献均高于45%。与此同时，有学者还发现，PM2.5在同一区域的污染程度从城市中心到郊区逐渐减弱。张丽华等［9］分析了2013年1月1日至4月26日西安市的PM2.5,13个监测点的大气浓度数据表明，该区域的PM2.5浓度由西向东呈递减趋势，与海拔和风向特征一致。
2.3气象因素对PM2.5变化的影响
气象因素会严重影响PM2.5的质量浓度，有助于减少或加剧城市空气污染。ZHANG等㈣的研究表明，2013-2017年，气象条件对京津冀地区重污染事件的相对贡献大于50%0ZHENG等问的研究表明，降雨对去除颗粒物的影响是明显的。降雨后，PM2.5平均浓度下降了56.3%，并且降雨后72h内PM2.5质量浓度小于60|xg/m3o降雨后lh内，PM2.5浓度水平几乎保持不变，并在接下来的12h内持续下降。姜迪等问表明，PM2.5质量浓度与降水量之间存在负相关。较大的混合层厚度和不稳定的大气层结点有助于降低PM2.5的质量浓度。在南京，在东北风和西南风条件下，PM2.5的质量浓度相对较低，并且与风速呈负相关。高湿度无助于减少PM2.5集中，但会影响能见度，其中60%~70%的湿度比是PM2.5污染的转折区。
2.4石化企业排放VOCs对PM2.5的影响
大量研究表明，细颗粒物PM2.5通常由大量的二次成分组成，包括颗粒相有机物、硫酸盐、硝酸盐和鞍盐。颗粒相有机物、硫酸盐和硝酸盐的形成归因于挥发性有机物、二氧化硫和氮氧化物的排放，尤其
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。综述中国资源综合利用第5期
是人为源和生物源的VOCs排放量较高，VOCs的光化学氧化可形成多种半挥发性和非挥发性产品，通过参与气-颗粒转化过程，以促进细颗粒物的生长。例如，芳香烧(即甲苯、二甲苯和三甲基苯)是大气中VOCs总量的重要组成部分(占比20%或更高)。而芳香桂的排放主要来自石化企业，因此这些VOCs前体物对PM2.5颗粒的贡献不容忽视。
大气中挥发性有机物(VOCs)形成PM2.5颗粒的主要途径是：人为源排放的VOCs气体被氧化成半挥发性有机物(SVOCs)，经过光化学氧化、凝核等过程生成大气中悬浮的液态或固态细颗粒，即二次有机气溶胶(SOA)，它是大气中PM2.5的主要组成部分。李琦等1131研究了西安市VOCs对SOAFP(二次有机气溶胶生成潜势)的影响，显示对二甲苯、甲苯、邻-二甲苯、乙苯等对SOAFP的贡献率高达88.65%。HUANG等曲研究了二次气溶胶特别是SOA对严重灰霾事件中大气PM2.5浓度的重要贡献，指出我国重霾污染中二次有机气溶胶的定量贡献：二次气溶胶对PM2.5的贡献平均占比为30%左右，不同地域和不同来源的二次气溶胶占比不同二次有机气溶胶(SOA)是指大气中各种化学反应形成的有机物，平均占PM2.5的27%，二次无机气溶胶(SIA)主要由硫酸盐、硝酸盐和鞍盐等无机成分组成，平均占PM2.5的31%。
3PM2.5污染的各种影响
3.1对大气能见度的影响
能见度是大气透明度的指标。吴兑等问指出，大气能见度与大气中PM2.5的浓度密切相关。低能见度的天气会对交通、健康、生态景观等产生重大影响，能见度也是城市空气质量的最宜接指标。PM2.5与大气能见度之间的关系主要是指大气能见度、PM2.5浓度与气象因子之间的关系。大气能见度与PM2.5质量浓度之间存在明显的负相关。一些气象参数如相对湿度也影响PM2.5和大气能见度之间的关系。HAO等［16］指出，当相对湿度低于］9%时，PM2.5质量浓度和大气能见度之间存在明显的对数关系，当相对湿度介于20~29%时，该关系变为指数关系。当相对湿度高于30%时，关系变得明显。
3.2对区域气候的影响
地球大气系统的能量平衡决定了气候的状态。通常，地球大气系统的能量处于动态平衡状态。但是，如果平衡受到干扰或破坏，则会导致地球气候发生变化。PM2.5对气候有直接和间接的影响。PM2.5可以阻挡太阳光束到达地球表面，增加光密度，从而导致到达地球表面的太阳能大幅度减少，导致地面温度下降并且高海拔的温度上升。另外，PM2.5的存在可能有助于增加凝结核的数量，从而增加降雨的可能性，甚至可能引发暴雨。因此，在降水量大的地区，PM2.5可能会带来更多降雨；而在降水少的地区，这可能有助于减少降雨。
3.3对人类健康的影响
1980年以来，许多科研人员对空气污染对人体健康的影响进行研究，结果发现，PM2.5对人体健康产生明显的副作用。对于PM2.5和人体健康之间的关系，有研究充分证明了PM2.5可导致癌症和呼吸系统疾病等疾病的发病率增加，甚至诱发死亡风险。Lin等［17］发现，PM2.5和心血管死亡之间显著关联，PM2.5每增力U500jJLg/n?，死亡钳加3.00%~5.02%。一些学者对特定人进行了研究。程雁鹏等盟指出，如果孕妇长时间暴露在高浓度的PM2.5中，会增加早产风险。它也可能与低出生体重(LBW)和胎龄小(SGA)有关，而儿童的致敏性与室内PM2.5潜在相关。人们通过比较暴露于室内PM2.5的过敏性和非过敏性儿童的细胞毒性，比较其成分及其含量。另外，PM2.5也会影响人们的心理健康，可能诱发抑郁。
4结论
中国正面临着以PM2.5浓度高为特征的严重空气污染，这对环境和公众健康造成了严重威胁。然而，PM2.5的防控减排工作开展起来十分困难，因为不仅要减少扬尘和生物质燃烧等一次源排放量，更重要的是控制二次排放源，即减少VOCs、SO?、N0*等二次颗粒物前体物的排放。因此，为了实现能源结构调整和改善空气质量的目标，人们需要从能源利用、固定源污染控制、移动源污染控制、扬尘污染控制和VOCs污染控制等方面入手。
大多数大气污染物是在能源开发、输配和利用过程中产生的。当前，要优化能源利用方式，提高能源
利用率，并大力发展清洁能源，对使用清洁能源的个人和单位进行补贴。城市要不断提高绿化率，以减少裸土和建筑工地的扬尘排放。在建设过程中，建设单位必须严格落实扬尘防控措施。同时，必须严格执行车辆废气排放标准，控制车辆废气排放。城市要进一步发展公共交通，不断推广新能源汽车。最后，必
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第5期周月等：大气环境中细颗粒物PM2.5的研究进展"综述
须减少工业废气排放。冬季的平均PM2.5浓度明显高于夏季，冬季经常发生重度污染。因此，建议在冬季采取特殊的控制措施，如严格控制加热锅炉、停止某些工业生产等。同时，控制石化企业VOCs的无组织排放和发展VOCs去除技术，减少PM2.5的前体物即VOCs的排放。雕刻笔
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