大气颗粒物对环境和人体健康地危害

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1、大气颗粒物对环境和人体健康的危害大气是人类赖以生存的基本环境要素。但随着工业的发展、城市人口的密集、 煤炭和石油燃料的迅猛增长，大气环境质量日趋恶化，大气污染已成为影响世界 环境和人类身体健康的主要危害因素之一 。由于大气污染物中悬浮颗粒物会对 人体健康产生直接的负面影响，从而受到各国政府及有关部门的高度重视。在研 究过程中，人们逐渐认识到粒径小于10um的颗粒物（即PM10,又称为可吸 入颗粒物）是悬浮颗粒物中对环境和人体健康危害最大的一类，因此，国际上很 重视对PM10的研究和防治工作，大多数国家都规定了空气中PM10的质量标 准。美国国家环保局 EPA 于 1985 年将原始颗粒物指示物

2、质由总悬浮颗粒物（TSP）项目修改为PM10，我国也于1996年规定了 PM10的二级质量标准为 100ug / m?。随着认识的发展，美国环保局在1997年再一次修改美国国家大 气质量标准，规定了 PM2.5 的最高限制值，以降低这些细颗粒物对人体健康和 环境的影响。近几年来，我国的大气污染日益严重，可吸入颗粒物已成为北京等大都市的 首要空气污染物,PM10的污染问题正引起越来越多的关注，有关部门已开展了 这方面的研究工作。1. PM10的基本特性、污染现状1.1 PM 10的基本特性PM10是指空气动力学直径在10um以下的固态和液态颗粒物。不能靠自身 的重力降落到地面，因此，又被称为“飘

3、尘” ，它空气中可漂浮几天，甚至几 年。其在空气中的迁移特性及最终进入人体的部位都主要取决于颗粒物的粒径大 小。研究表明，10um以下的颗粒物可进入鼻腔，7um以下的颗粒物可进入咽 喉，小于2.5um的颗粒物（即PM2.5 ）则可深达肺泡并沉积，进而进入血液循 环，可能导致与心和肺的功能障碍有关的疾病。目前已知的 PM10 的化学成分包括可溶性成分（大多数为无机离子,如 硫酸 根、硝酸根离子等） 、有机成分如多环芳烃 、硝基多环芳烃等、微量元素、 颗粒元素碳等，有时PM10上还吸附有病原微生物（细菌和病毒）。对PM10的 化学组成研究表明，颗粒物的粒径越小，其化学成分越复杂、毒性越大。这是因

4、为小颗粒的比表面积大，更容易吸附一些对人体健康有害的重金属和有机物，并 使这些有毒物质有更高的反应和溶解速度。1.2PM10的污染现状目前，我国大气可吸入颗粒物的污染状况非常严重。对几个大城市检测结果 表明比美国1997年颁布的标准值高2.8-97倍。由此可见，控制PM10污染， 减少 PM10 对环境、人体健康的危害已经成为当前我国大气污染防治工作的重 中之重。2. PM10 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。2.1PM10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

5、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，PM10和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。2.1.1 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

6、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 0.1um-1um 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。2.1.2 对光的吸收效应PM10 和 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PM10和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

7、，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色。2.2 PM10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 0.1-5um 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PM10浓度达100ug /m?时，到达地 面的紫外线减少7.5%;当为600ug / m叩寸倒达地面的紫外线减少42.7% ; 当为1000ug /m?时，到达地面的紫外线减少60

8、%。Rasool等估计，全球 本底不透明度增加四倍，将使全球温度降低3.5工之多，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。2.3 PM10 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

9、.5um 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 SO4 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. PM10 对人体健康的危害在五大洲至少 35 个不同国家和地区进行的研究表明，空气中颗粒物的水平 与人体健

10、康存在着一定的关系。由于 PM10 更易于进入人体，在环境中滞留时 间更长，以及吸附的重金属和有毒有害的物质较多，因而对人体的危害也更大。 国外进行的大量有关 PM10 的流行病学研究表明，可吸入颗粒物浓度的增加与 疾病的发病率、死亡率密切相关，尤其是呼吸系统疾病及心肺疾病。目前已知的 可吸入颗粒物对人体的危害主要包括以下几方面。3.1 呼吸系统大量研究发现，大气中PM10浓度的上升容易引起上呼吸道感染、使鼻炎、 慢性咽炎、慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、尘肺等呼吸系统疾病恶化。PM10每增加100ug/mb成人男女感冒咳嗽的发生率分别升高4.81%和 4.48%。同时，成年男性患支气管炎的

11、比率增加5.13%。Norris等发现西雅图 城市儿童哮喘急诊人数与细颗粒物（粒径小于1um）的污染水平显著相关，当 细颗粒物浓度上升11 ug / m叩寸，急诊人数增加的相对危险度 （RR）=1.15（1.08-1.23）。另外，过多的可吸入颗粒物的沉积会损害肺部呼吸氧气的能力，使肺泡中巨 噬细胞的吞噬功能和生存能力下降，导致肺部排除污染物的能力降低。空气中PM10每增加10 ug/mb 肺功能下降1%。1994年，国家环保总局与美国 国家环保局合作开展了一项“大气污染对人体呼吸健康影响研究”的课题，通过 对广州、武汉、兰州、重庆*个城市几年的跟踪调查，数据表明，大气颗粒物浓 度（尤其是小颗

12、粒物）与儿童肺功能异常率存有明显的相关性。3.2 对心血管疾病的影响 由颗粒物引起的心脏自主神经系统在心率、心率变异、血粘度等方面的改变能增加突发心肌梗死的危险。人暴露在高浓度 PM2.5 中，会增加血液的粘稠度 和血液中某些白蛋白，从而引起血栓。Costa的研究指出，可吸入颗粒物对健康 的影响在中年以上和已患心脏疾病的人群中表现得较为明显，认为可吸入颗粒物 是引起心脏病的因子之一。Zanobetti等人的研究发现有呼吸系统疾病并受可吸 入颗粒物影响的心血管病人，其住院率比较高。3.3 神经系统在城市中的可吸入颗粒物，许多是由机动车尾气产生的。含铅汽油燃烧后生 成的铅化物微粒（含氧化铅、碳酸铅

13、）扩散到大气中，随呼吸道进入人体而影响 身体健康。研究表明，铅对人体神经系统有明显的损害作用，可影响儿童智力的 正常发育。母体接触铅污染后，后代可以出现神经系统发育异常。小于1um的 含铅颗粒物在肺内沉积后，极易进入血液系统，大部分与红细胞结合，小部分形 成铅的磷酸盐和甘油磷酸盐，然后进入肝、肾、肺和脑，几周后进入骨内，导致 高级神经系统紊乱和器官调解失能，表现为头疼、头晕、嗜睡和狂躁严重的中毒 性脑病。3.4 具有致癌、致突变、致残作用石油、煤等化石燃料及木材、烟草等有机物在不完全燃烧过程中会产生多环 芳烃（PAHs），排放的PAHs可直接进入大气，并吸附在颗粒物，特别是直径 小于2.5um

14、的细颗粒物上。由于PAHs具有致癌、致突变、致残作用，因此对 人体健康危害极大，其中代表物苯并（a）芘（BaP ）是最具致癌性的物质，能 诱发皮肤癌、肺癌和胃癌。另外，空气中的PAHs可以和O3、HNO3等反应， 转化成致癌或诱变作用更强的化合物，从而对人体健康构成威胁。综上所述，PM10对人类健康有着明显的直接危害作用，可引起机体呼吸系 统、心脏及血液系统、生殖系统和内分泌系统等广泛的损伤。但到目前为止PM10 对人体健康影响的作用机理还不十分清楚。因此，有关 PM10 对人体的致病机 制还有待于进一步研究。4 结语我国对大气可吸入颗粒物的研究起步较晚，相应研究也较少，仅为一些地区 和单位进行的单项研究工作，还没有进行过系统的研究。鉴于我国可吸入颗粒物 的污染现状及其对环境和人体健康造成的巨大危害，加强大气颗粒物特别是可吸 入颗粒物的基础研究，如其物理化学性质、流行病学研究、毒理学研究以及对能 见度的污染研究等，对我国制定环境空气质量标准，确定控制对策和明确控制颗 粒物污染所要采取的具体措施，都将提供有益和直接的帮助。