PM25中的多環(huán)芳烴

1、PM2.5中多環(huán)芳烴（PAHs）PM2.5（又稱細(xì)粒、細(xì)顆粒、細(xì)顆粒物）指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5 微米的顆粒物。它能較長時間懸浮于空氣中，其在空氣中含量濃度越高，就代表空氣污染越 嚴(yán)重。它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小， 面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留 時間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。2013年2月，全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會將PM2.5的中文名稱命名為細(xì)顆粒物。細(xì) 顆粒物的化學(xué)成分主要包括有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na

2、+） 等。PM2.5來源1.1自然來源自然來源包括大風(fēng)吹起地面的灰塵，火山噴發(fā)產(chǎn)生的氣體和灰粒，森林火災(zāi)產(chǎn)生的大量 碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫及一些碳?xì)浠衔?，自然放射源產(chǎn)生的有害物質(zhì)等。1.2人為來源人為源包括固定源和流動源。固定源包括各種燃料燃燒源，如發(fā)電、冶金、石油、化學(xué)、 紡織印染等各種工業(yè)過程、供熱、烹調(diào)過程中燃煤、燃?xì)饣蛉加团欧诺臒焿m。流動源主要 是各類交通工具在運(yùn)行過程中向大氣中排放的廢氣。PM2.5可以由硫和氮的氧化物轉(zhuǎn)化而 成，這些氣體污染物往往是化石燃料（煤、石油等）和垃圾燃燒造成的。1.3大氣化學(xué)反應(yīng)除自然源和人為源之外，大氣中的氣態(tài)前體污染物會通過大氣化學(xué)反應(yīng)生成二次

3、顆粒 物，實現(xiàn)由氣體到粒子的相態(tài)轉(zhuǎn)換。如：H SO +NH NH HSO24344H2SO4+NH3 （NH4） 2SO4HNO +NH NH NO3343其中氣態(tài)硫酸來自O(shè)H氧化二氧化硫的氣態(tài)反應(yīng)。鹽的水合物隨著濕度的變化，水合物對 PM2.5的影響較大，水不僅與鹽化合物生成水合物，由于濕度的改變還形成了鹽的微小溶液 液滴。PM2.5危害PM2.5已成為近年來人類健康的主要危害之一。全球衛(wèi)生組織對全球三千多個城市的 研究表明，2000年 全球由PM2.5污染引起的早死人數(shù)約幾十萬人，其中亞太地區(qū)約占多半。 研究表明，粒徑小于2.5微米的顆粒懸浮物是對人體和環(huán)境危害最大的一類。2.1 PM2.

4、5對人體健康影響PM2.5對人體健康造成危害，人除了身體表面與空氣接觸之外，通過空氣無時無刻不與 空氣發(fā)生體內(nèi)交換。假如環(huán)境中的PM2.5進(jìn)入人體體內(nèi)影響人體的有關(guān)組織!達(dá)到一定濃度， 或許會有致命的威脅。對人體危害較大的PM2.5成分有二氧化硫、氮氧化物、臭氧、一氧化 碳、苯并芘、重金屬等。據(jù)世界有關(guān)文獻(xiàn)報道，如果長期接觸年平均濃度超過100ug/m3的煙塵和二氧化硫，呼 吸道疾病癥狀可能加重，如果短期接觸日平均濃度超過250ug/m3的煙塵和二氧化硫，呼吸 系統(tǒng)疾病患者病情可能惡化。研究資料表明，大氣污染與肺癌之間有明顯的正相關(guān)關(guān)系。 PM2.5中致癌物質(zhì)較多，特別是多環(huán)芳烴通常是引起癌癥

5、的主要物質(zhì)，以苯并芘為代表，。 有資料指出，空氣中苯并芘的濃度增加萬分之一，將使居民的癌癥死亡率上升百分之五。2.2 PM2.5對環(huán)境的影響PM2.5在大氣中漂浮，由于具有吸收和散射作用，光輻射在大氣中傳播會不斷減弱，使 大氣能見度下降。影響能見度的因素有很多，主要是燃煤排放的二氧化硫和煙塵，二氧化硫 與水等物質(zhì)作用生成硫酸鹽，加上煙塵粒子，使能見度降低，影響交通安全。土法煉硫磺和煉土焦排放的二氧化硫嚴(yán)重破壞了周圍的生態(tài)環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)1噸 土硫磺周圍生態(tài)環(huán)境遭破壞的面積約為0.8畝.由此推算，全國因土法煉硫磺生態(tài)環(huán)境破 壞的面積約17萬畝。污染范圍內(nèi)一片焦土，寸草不生。PM2.5中的酸性氣

6、體會腐蝕材料、設(shè)備、建筑設(shè)施，增加維修費用，縮短使用壽命，提 高成本。嘉陵江大橋位于酸雨頻率高、降水酸度大的重慶市，該橋的金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件維護(hù)周期 只及南京長江大橋的五分之一，銹蝕程度高達(dá)每年160um，每年用于鋼結(jié)構(gòu)維護(hù)費達(dá)20萬 元,超過南京長江大橋的4倍。3 PM2.5中的多環(huán)芳經(jīng)PM2.5可100%深入到細(xì)支氣管和肺泡，其攜帶的大量多環(huán)芳經(jīng)對人體有巨大的危害。段 鳳魁等人研究了北京市2004年全年的PM2.5中PAHs總濃度，發(fā)現(xiàn)年均值為139 5.9ug/m3, 變化范圍12-7764 ug/m3.冬季濃度最高2710.5ug/m3，夏季最低26. 10 ng/m3,BaP質(zhì)量濃度 超過

7、GB309521996標(biāo)準(zhǔn)（100ug/m3）的占全年27%;超過WHO推薦標(biāo)準(zhǔn)（10ug/m3）的占全年84%。葉翠杏等研究了廈門市冬季不同功能區(qū)大氣PM2.5中多環(huán)芳烴（PAHs）的晝夜變化特 征,PAHs總濃度為30.4-124.9ug/m3，各功能區(qū)多環(huán)芳烴以菲、芘含量相對較高，廈門市冬季 大氣PM2.5中PAHs以菲的污染為主.局部地區(qū)晚間多環(huán)芳經(jīng)的濃度明顯高于日間濃度，原因 為夜間大氣混合層下降、污染物不易擴(kuò)散傳輸、曰間多環(huán)芳烴易光降解等。Barrado等人在西班牙馬德里的郊區(qū)對PM2.5中多環(huán)芳經(jīng)以及氣象條件等進(jìn)行了一年的 觀測，結(jié)果顯示，PM2.5中多環(huán)芳經(jīng)的濃度受氣象條件影響

8、明顯，包括風(fēng)速和風(fēng)向等，另 外,PM2.5中多環(huán)芳烴的濃度與溫度，臭氧濃度、太陽轄射和紫外線射強(qiáng)度成反比。Wang等人評估了珠三角洲地區(qū)家庭環(huán)境下非飲食（吸入和攝入）途徑暴露于PM2.5中多 環(huán)芳烴的癌癥風(fēng)險。廣州和香港家庭的PM2.5中多環(huán)芳烴的濃度分別為100-619.0ug/m3和 7.2-81.5ug/m3。頭發(fā)中的多環(huán)芳烴與細(xì)顆粒物中的多環(huán)芳經(jīng)無任何相關(guān)性。DBA的濃度與細(xì) 顆粒物的毒性當(dāng)量濃度高度相關(guān)。通過PM2.5暴露的多環(huán)芳經(jīng)致癌風(fēng)險為其他方式暴露的1-3 倍。4多環(huán)芳烴的來源4.1天然源環(huán)境中多環(huán)芳烴的天然來源主要生物合成和自然過程排放的PAHs,即在森林和草原火 災(zāi)、火山爆

9、發(fā)等過程中也會產(chǎn)生PAHs。在研究城市環(huán)境時，通常忽略天然源的貢獻(xiàn)。土壤和 植物體內(nèi)PAHs的背景值分別為10-20ug/kg。4.2人為源環(huán)境中多環(huán)芳烴的主要來源是人為源,每年有約數(shù)十萬噸的PAHs由人類通過燃燒化石 燃料排入環(huán)境中。人為源有可以分為固定源和流動源固定源主要包括鍋爐及家庭燃燒(煤、 油、木柴)、垃圾焚燒、工業(yè)活動、木炭燒烤和烹調(diào)等過程,流動源主要是指交通排放源附近， 隨著我國濟(jì)發(fā)展，機(jī)動車擁有量增加，導(dǎo)致汽車排放的PAHs也成為一個重要的來源。4.2.1化學(xué)工業(yè)污染源在焦化煤氣/有機(jī)化工/石油工業(yè)/煉鋼煉鐵等工業(yè)所排放的廢棄物里，多環(huán)芳烴含量非 常高，其中焦化廠是排放多環(huán)芳烴

10、最嚴(yán)重的一類工廠。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，作為多環(huán)芳烴污染指數(shù) 的苯并a芘(BaP)在焦化煤氣工業(yè)所排放的廢水中含量可高達(dá)25.4ug/kg-46.0ug/kg,遠(yuǎn)遠(yuǎn) 高于的國家排放標(biāo)準(zhǔn)0.03ug/kg。4.2.2交通運(yùn)輸污染源飛機(jī)汽車等機(jī)動車輛所排放的廢氣中也含有相當(dāng)數(shù)量的多環(huán)芳烴,估計，大概有100多 種,其中有73種已被鑒定。PAHs或BaP的大量產(chǎn)生在飛機(jī)、汽車剛剛啟動時由于此時汽油 與空氣尚未完全混合，汽油量過大,發(fā)動機(jī)溫度較低,汽油在低溫缺氧的情況下碳化，進(jìn)行不 完全燃燒則散發(fā)出大量的BaP或其它隊PAHs。4.2.3家庭燃源、烹調(diào)源家庭生活用的爐灶、大大小小的民用煙囪是PAHs的主要發(fā)散

11、源。我國是燃煤大國，在北 方采暖期，燃煤取暖的情況還是比較普遍的，在煤爐排放的廢氣中，致癌性PAHs濃度可達(dá) 1000件ug/m3我國和國外大氣中的PAHS的來源情況也有明顯不同，在發(fā)達(dá)國家，家庭燃源是 一項貢獻(xiàn)率很大的污染源，而我國燃煤是空氣中多環(huán)芳烴的主要貢獻(xiàn)者。另外，由于中國人的 飲食習(xí)慣不同，用煎炒烹炸等手段來處理食物時，當(dāng)溫度超過200攝氏度時，會產(chǎn)生大量的含 有多環(huán)芳烴的致癌物，因此烹調(diào)源也成為我國特色污染源。4.2.4其他人為源焚燒垃圾也會產(chǎn)生多環(huán)芳烴，每小時處理90t的垃圾焚燒爐每天排放的致癌性多環(huán)芳烴 總量可達(dá)20千克。吸煙所引起的居室環(huán)境污染，也己引起國內(nèi)外的關(guān)注。據(jù)報道,

12、人們已鑒定出150種以上 的PAHs存在于香煙的焦油中。在雪茄煙中PAHs的含量為8ug/kg-122ug/kg。5多環(huán)芳烴的危害PAHs在環(huán)境介質(zhì)中會對人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生毒性影響。PAHs對人體的主要危害方 式有吸入(呼吸道)和攝入(皮膚)。長期處于多環(huán)芳經(jīng)污染的環(huán)境中的人們，可引起急性或慢 性傷害。更為嚴(yán)重的是,它對肝、腎等臟器、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等具有急性 和慢性毒性，一些PAHs還被發(fā)現(xiàn)具有三致毒性。研究發(fā)現(xiàn)在目前己知的1000多種致癌物質(zhì) 中，超過三分之一是多環(huán)芳烴及其衍生物。致癌性PAHs的暴露也會導(dǎo)致海洋魚類、兩棲動物、 無脊椎動物以及植物產(chǎn)生畸形或者癌變反應(yīng)。多

13、數(shù)多環(huán)芳烴為“前致癌物”，本身不具有生物活性，必須在生物體內(nèi)經(jīng)過代謝酶的作用， 被活化后再轉(zhuǎn)化成有反應(yīng)活性的親電子終致癌物，并與細(xì)胞內(nèi)的大分子結(jié)合才能表現(xiàn)出致癌 性。在大氣環(huán)境、室內(nèi)空氣中低分子量PAHs主要以氣態(tài)形式存在，且具有較高的含量，并能 夠同其中其他污染物(如0H、NOx和O3)反應(yīng)生成具有更強(qiáng)活性的衍生物,基因毒性更強(qiáng)。而 高分子量的PAHs更能夠在顆粒相中沉積，因此在土壤以及灰塵樣品中高分子量的PAHs的含 量較高。6我國城市空氣中多環(huán)芳烴的污染現(xiàn)狀及分布規(guī)律大氣中多環(huán)芳烴污染在時間上常表現(xiàn)出季節(jié)的差異，其總體趨勢是冬季秋季春季夏 季，冬季的含量個別地區(qū)甚至高于其它二個季節(jié)的總和

14、。原因為冬季屬于采暖期，采暖期需要 消耗大量的煤,使得多環(huán)芳烴污染呈明顯加重的趨勢，這種情況在集中供熱比較差的地區(qū)更 加突出。另外，冬季更加容易形成逆溫層天氣，大氣穩(wěn)定度較好，大氣的擴(kuò)散能力差，加重了大 氣污染的程度。而夏季溫度高，強(qiáng)光照射下PAHs的光降解性強(qiáng)。PAHs向氣相轉(zhuǎn)化的比例較 大,導(dǎo)致顆粒物中PAHs含量下降。多環(huán)芳烴在不同粒徑顆粒物中的分布也是不同的。研究表明，隨著顆粒物粒徑的減少， 多環(huán)芳烴的濃度越來越高,呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。空氣中PAHs在粒徑小于1.1ug占總量的40%-70%, 約有70%-90%PAHs吸附在小于或等于2.0ug的粒徑上。這是因為城市中多環(huán)芳烴產(chǎn)生源主要 是燃煤、汽車尾氣或垃圾焚燒等人為源，這些源產(chǎn)生的粒子多為細(xì)粒子。多環(huán)芳烴本身的性 質(zhì)也是決定其粒徑分布的主要因素，有研究表明2-3環(huán)的PAHs在顆粒物上呈雙峰型分布，即 在不同粒徑顆粒物上呈現(xiàn)兩次峰值，而4-6環(huán)PAHs只呈現(xiàn)一次峰值，呈單峰型分布。我國主要城市環(huán)境空氣中多環(huán)芳烴污染情況比較，盡管我國許多城市己經(jīng)開展了空氣中 多環(huán)芳烴的研究，但由于采樣因素，如采樣方法、分