定義
懸浮粒子泛指懸浮在氣體當中的微細固體或液體。在環境科學中,懸浮粒子特指懸浮在空氣當中的微細污染物,為空氣污染的其中一個主要來源。當中小於10微米直徑的懸浮粒子,被定義為可吸入懸浮粒子,也稱PM10,能夠聚積在肺部,對人體健康有害。直徑小於等於2.5微米的顆粒物稱為細顆粒物,也稱PM2.5。
在氣體介質中,懸浮的固體粒子,液體粒子,也就是固體和液體的粒子下沉速是微乎其微的。
性質
在物理上,能形成懸浮粒子的顆粒尺寸上限值是任意的,允許有一顆粒子下沉的最大速度,其定義是:密度為103kg/m3,直徑為100um的球狀顆粒,在溫度為20℃,壓力為101.3Mpa,重力加速度為9.81m/s2情況下,受自重的作用,在靜止的氣體中的下沉速度為0.25m/s。
懸浮顆粒物的濃度以每立方米空氣中總懸浮顆粒物的毫克數表示,用標準大容量顆粒採樣器在採樣效率接近100%濾膜上採集已知體積的顆粒物,恆溫恆濕條件下,稱量採樣前後採樣膜質量來確定採集到的顆粒物質量,再除以採樣體積,得到顆粒物的質量濃度。
來源
它的來源有人為源和自然源之分。人為源主要是燃煤、燃油、工業生產過程等人為活動排放出來的。自然源主要有土壤、揚塵、沙塵經風力的作用輸送到空氣中而形成的。
成分
顆粒物的成分很複雜,主要取決於其來源。主要的來源是從地表揚起的塵土,含有氧化物礦物和其他成分。海鹽是顆粒物的第二大來源,其組成與海水的成分類似。一部分顆粒物是自然過程產生的,源自火山爆發、沙塵暴、森林火災、浪花等。
PM2.5還可以由硫和氮的氧化物轉化而成。而這些氣體污染物往往是人類對化石燃料(煤、石油等)和垃圾的燃燒造成的。在開發中國家,煤炭燃燒是家庭取暖和能源供應的主要方式。沒有先進廢氣處理裝置的柴油汽車也是顆粒物的來源。
在室內,二手菸是顆粒物最主要的來源。顆粒物的來源是不完全燃燒、因此只要是靠燃燒的菸草產品,都會產生具有嚴重危害的顆粒物,使用品質較佳的香菸也只是吸菸者的自我安慰(甚至可能因為臭味較低,而造成更大的危害);同理也適用於金紙燃燒、焚香及燃燒蚊香。
健康危害
在20世紀70年代,人們開始注意到顆粒物污染與健康問題之間的聯繫。在美國,每年由於顆粒物污染造成的死亡人數約為22000-52000人(2000年數據),在歐洲這一數字則高達20萬。現在,許多研究已證實顆粒物會對呼吸系統和心血管系統造成傷害,導致哮喘、肺癌、心血管疾病、出生缺陷和過早死亡。
發表於《美國醫學會雜誌》的一項研究表明,PM2.5會導致動脈斑塊沉積,引發血管炎症和動脈粥樣硬化,最終導致心臟病或其他心血管問題。這項始於1982年的研究證實,當空氣中PM2.5的濃度長期高於10μg/m3,就會帶來死亡風險的上升。濃度每增加10μg/m3,總的死亡風險會上升4%,心肺疾病帶來的死亡風險上升6%,肺癌帶來的死亡風險上升8%。此外,PM2.5極易吸附多環芳烴等有機污染物和重金屬,使致癌、致畸、致突變的機率明顯升高。
最小的顆粒物(直徑小於等於100納米)帶來的危害更為嚴重。有證據表明這些顆粒物可以傳過細胞膜到達其他器官,包括大腦。有研究指出,這些微粒可能引發腦損傷(包括老年痴呆症)。值得注意的是,柴油發動機產生的微粒直徑通常在100納米左右。
環境標準
由於懸浮顆粒物對健康影響巨大,各國政府均設立了相關標準。
世界衛生組織
為了就減少空氣污染對健康的影響提供全球性指導,世界衛生組織於2005年發布了《空氣品質準則》,其中包括了對顆粒物濃度的限制:
PM10 | PM2.5 | 選擇濃度的依據 | |
---|---|---|---|
過渡時期目標-1 (IT-1) | 70 µg/m³ | 35 µg/m³ | 相對於AQG水平而言,在這些水平的長期 暴露會增加大約15%的死亡風險。 |
過渡時期目標-2 (IT-2) | 50 µg/m³ | 25 µg/m³ | 除了其它健康利益外,與 過渡時期目標-1相比,在這 個水平的暴露會降低大約6% [2%~11%]的死亡風險。 |
過渡時期目標-3 (IT-3) | 30 µg/m³ | 15 µg/m³ | 除了其它健康利益外,與 過渡時期目標-2 相比,在這 個水平的暴露會降低大約6% [2%~11%]的死亡風險。 |
空氣品質準則值 (AQG) | 20 µg/m³ | 10 µg/m³ | 對於PM2.5的長期暴露,這是一個最低水平,在這個水 平,總死亡率、心肺疾病死亡率和肺癌的死亡率會增加 (95%以上可信度)。 |
歐盟
歐盟對PM10的限制標準(法案1999/30/EC和96/62/EC)如下表:
第一期(2005.1.1 起) | 第二期(2010.1.1 起) | |
---|---|---|
年平均值 | 40 µg/m³ | 20 µg/m³ |
24小時平均值 | 50 µg/m³ | 50 µg/m³ |
允許超標天數 | 35 | 7 |
美國
美國作為較早研究PM2.5的國家,於1997年就通過了相關標準,並在2006年發布了更嚴格的標準。美國通過《國家環境空氣品質標準》(NationalAmbientAirQualityStandards)對顆粒物進行限制,標準如下:
PM10 | PM2.5 | |
---|---|---|
年平均值 | 無 | 15 µg/m³ |
24小時平均值 | 150 µg/m³ | 35 µg/m³ |
中國
中國於1996年制訂了《GB3095-1996環境空氣品質標準》,其中的PM10日均標準為150µg/m³。雖然已與美國現行標準一樣嚴格,然而未對達標率作出限制。由於開展相關監測和研究較晚,中國尚未執行PM2.5的標準。不過,中國擬定於2016年實施與世衛組織“過渡時期目標-1”等同的新版《環境空氣品質標準》。
香港環保團體地球之友2012年5月指出,香港一直未有規管空氣污染物的“微細懸浮粒子”(簡稱為PM2.5,粒子直徑小於2.5微克)的含量,並引述世界衛生組織研究報告,香港去年含有微細懸浮粒子的數據(36),於全球566個城市中排名“尾8”,即559,含量較榜首的加拿大白馬市(1.7)多出逾20倍,亦不如菲律賓馬尼拉等發展中城市。雖然環保署在2009年的公眾諮詢,建議採用世衛中期目標一,以規管PM2.5的全年平均值為每立方米35微克,但此規管其實形同虛設,無助改善空氣情況,因為按環保署數據,除中環以外,香港各地PM2.5含量均在建議標準下。
環境污染相關知識
環境污染,指自然的或人為的向環境中添加某種物質而超過環境的自淨能力而產生危害的行為。主要對環境自然生態系統和人的健康產生危害,即使當時不造成危害,但後續效應有害也算是污染行為。一般污染被分為空氣污染、水污染、固體廢棄物污染、土壤污染和放射性污染。現在污染的範圍越來越大,有船舶污染、光污染、噪音污染、熱污染和過度消費等各種新興污染開始被人們關注。 | |
空氣污染 | 酸雨|鹼雨|北極霾|大氣擴散模式|全球黯化|蚱蜢跳效應|全球變暖|臭氧空洞|氯氟碳化合物|懸浮粒子|霾|氣溶膠 |
水污染 | 富營養化|海洋廢棄物|油外泄|熱污染|城市徑流|水質|死水|生活污水 |
土地污染 | 生物修復|植物修復|除草劑|農藥|重金屬|肥害 |
放射性污染 | 裂變產物|放射性落下灰|急性輻射綜合症 |
其他污染 | 熱島現象|光害|噪音污染|基因污染|工業污染|船舶污染 |
污染控制技術 | 環境監測|資源回收|垃圾分類|污染物排放控制技術|環境污染控制|活性污泥法|SBR污水處理工藝|生物膜法|厭氧法|上流式厭氧污泥床|污水處理|鏇風分離|工業發酵|堆填|垃圾焚燒|固體廢棄物的處理與處置|水污染控制 |
對生物的影響 | 生物放大作用|生物累積性|生物濃縮性 |
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