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pm25污染防治知识问答

PM2.5污染防治知识问答

环境保护部科技标准司

主编

中国环境科学学会

环保科普丛书编著委员会

顾问:

吴晓青

主任:

赵英民任官平

副主任:

刘志全易斌

成员:

禹军陈胜张远航刘海波

张弛陈永梅卢佳新朱忠军

张静蓉杨勇陈昱

《PM2.5污染防治知识问答》编委会

科学顾问:

郝吉明唐孝炎庄德安

主编:

张远航柴发合

副主编:

陈永梅

编委:

鲍晓峰柴发合陈胜陈永梅段凤魁

高健高翔郭新彪韩斌杰贺克斌

胡敏李凯卢佳新马永亮王跃思

王自发杨勇易斌禹军岳涛

岳欣张弛张鹤丰张静蓉张涌新

张远航左朋莱

(按姓氏首字母排序)

编写单位:

中国环境科学学会大气分会

中国环境科学研究院

清华大学环境学院

北京大学环境科学与工程学院

中国科学研究院大气物理所

北京市劳动保护科学研究所

浙江大学国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心

《环保科普丛书》序

我国正处于工业化中后期和城镇化加速发展的阶段,结构性、复合性、区域性污染逐渐显现,发展中不平衡、不协调、不可持续的问题依然突出,环境保护面临诸多严峻挑战。

环保是发展问题,也是重大的民生问题。

喝上干净的水,呼吸上新鲜的空气,吃上放心的食品,在优美宜居的环境中生产生活,已成为人民群众享受社会发展和环境民生的基本要求。

由于公众获取环保知识的渠道相对匮乏,加之片面性知识和观点的传播,导致了一些重大环境问题出现时,往往伴随着公众对事实真相的疑惑甚至误解,引起了不必要的社会矛盾。

这既反映出公众环保意识的提高,同时也对我国环保科普工作提出了更高要求。

矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖賃軔朧。

当前,是我国深入贯彻落实科学发展观、全面建设小康社会、加快经济发展方式转变、解决突出资源环境问题的重要战略机遇期。

大力加强环保科普工作,提升公众科学素质,营造有利于环境保护的人文环境,增强公众获取和运用环境科技知识的能力,把保护环境的意识转化为自觉行动,是环境保护优化经济发展的必然要求,对于推进生态文明建设,积极探索环保新道路,实现环境保护目标具有重要意义。

聞創沟燴鐺險爱氇谴净祸測樅。

国务院《全民科学素质行动计划纲要》明确提出要大力提升公众的科学素质,为保障和改善民生、促进经济长期平稳快速发展和社会和谐提供重要基础支撑,其中在实施科普资源开发与共享工程方面,要求我们要繁荣科普创作,推出更多思想性、群众性、艺术性、观赏性相统一,人民群众喜闻乐见的优秀科普作品。

残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟婭骒東。

环境保护部科技标准司组织出版的《环保科普丛书》正是基于这样的时机和需求推出的。

丛书覆盖了同人民群众生活息息相关的水、气、声、固废、辐射、健康等环境保护重点领域,以通俗易懂的语言,配以大量故事化、生活化的插图,使整套丛书集科学性、通俗性、趣味性、艺术性于一体,准确生动、深入浅出地向公众传播环保科普知识,可提高公众的环保意识和科学素质水平,激发公众参与环境保护的热情。

酽锕极額閉镇桧猪訣锥顧荭钯。

我们一直强调科技工作包括创新科学技术和普及科学技术这两个相辅相成的重要方面,科技成果只有为全社会所掌握、所应用,才能发挥出推动社会发展进步的最大力量和最大效用。

我们一直呼吁广大科技工作者大力普及科学技术知识,积极为提高全民科学素质作出贡献。

现在,我欣喜地看到,广大科技工作者正积极投身到环保科普创作工作中来,以严谨的精神和积极的态度开展科普创作,打造精品环保科普系列图书。

我衷心希望我国的环保科普创作不断取得更大成绩。

彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑诒尔肤。

吴晓青中华人民共和国环境保护部副部长

二〇一二年七月

前言

“十一五”以来,我国的大气污染防治工作取得了积极进展。

20XX年2月,新的《环境空气质量标准》正式发布,实现了与世界卫生组织(WHO)第一阶段目标值接轨。

20XX年9月,国务院正式批复《重点区域大气污染防治“十二五”规划》,对全国大气污染防治工作进行了全面部署,标志着我国大气污染防治工作开始由“以污染控制为目标导向”向“以改善环境质量为目标导向”的历史性转变。

謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔點鉍杂。

我国大气环境污染防治形势十分严峻。

随着我国经济社会快速发展,经济发展模式粗放、能源消费居高不下、城市化进程持续推进,在传统煤烟型污染尚未得到根本解决的情况下,以细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)为主要污染物的雾霾和光化学烟雾等复合型污染又接踵而至,引起了公众的广泛关注。

PM2.5来源复杂,既有燃煤、机动车、工业生产、扬尘等直接排放的细颗粒物,也有空气中二氧化硫、氮氧化物、氨和挥发性有机物经过复杂的化学反应转化生成的二次细颗粒。

可以说,PM2.5污染是我国当前环境形势呈结构型、复合型、压缩型特征的最具代表性的问题之一。

厦礴恳蹒骈時盡继價骚卺癩龔。

我国目前正处于全面建设小康社会的关键时期,我们应切实贯彻落实党的十八大提出的战略目标、加强生态文明建设,以环境保护优化社会经济发展;要正确认识当前大气污染防治形势,充分理解改善大气环境质量的艰巨性、复杂性与长期性,做好打持久战的思想准备;要转变发展方式,加快产业和能源结构调整,实施多污染物协同控制,强化多污染源综合管理,开展大气污染区域联防联控。

茕桢广鳓鯡选块网羈泪镀齐鈞。

针对大气环境质量改善、PM2.5防控等方面的技术方法、措施和手段等已经开展了大量的研究,并产出了一批重要成果,但目前尚缺乏较为系统的、面向公众的环保科普书籍。

解决大气污染问题与每个公民的切身利益息息相关,需要公众的积极参与,并把节能减排理念切实贯彻到日常生活中。

《PM2.5污染防治知识问答》一书,力求通过通俗易懂的语言,以图文并茂的方式向公众正确、科学地介绍PM2.5污染防治等相关科学知识,希望能为公众了解、学习和主动参与PM2.5防治提供一个有效途径。

鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴縈诘聾。

在本书的编写过程,中国环境科学学会大气分会、中国环境科学研究院、清华大学环境学院、北京大学环境科学与工程学院、中国科学研究院大气物理所、北京市劳动保护科学研究所、浙江大学国家环境保护燃煤大气污染控制工程技术中心委派专家参与了本书的编写工作,在此一并感谢!

籟丛妈羥为贍偾蛏练淨槠挞曉。

编者

二〇一三年二月

第一章基本知识

1.大气包含哪些组分?

大气就是我们通常俗称的空气,是指笼罩在地球外表面的一层气体,绝大部分集中在距地面1000km(千米)的高度内。

其中,与我们人类及其他生物关系最为紧密的底层大气称为对流层,其厚度约10km。

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底层大气由干洁空气、水汽和杂质(污染物)三部分组成。

干洁空气是一种混合气体,主要成分有氮气(N2)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、惰性气体(氦气、氖气、氩气)以及少量甲烷(CH4)、氢气(H2)等。

其中氮气和氧气是最主要的成分,其体积浓度分别占大气总体积的比例为:

氮气78.08%、氧气20.95%,惰性气体0.93%,其他气体所占比例约为0.1%。

大气环境质量关注的污染物包括气态污染物和颗粒物。

气态污染物主要包括二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、臭氧(O3)、甲烷(CH4)、氨(NH3)以及挥发性有机物(VOCs)等;颗粒物是包括悬浮在空气中的尘埃、烟尘、盐粒、水滴、冰晶、花粉、孢子、细菌等固体和液体的微粒。

钿蘇饌華檻杩鐵样说泻嘆錒謖。

空气的组成

2.什么是大气污染?

所谓大气污染,是指大气中直接排放的污染物或者由它们转化形成的二次污染物的浓度到达了有害程度的现象。

人类活动及自然界都不断向大气排放各种各样的物质,当大气中某种物质的浓度超过了正常的水平,并在大气中停留足够长的时间,进而对人体健康、生态系统或其他环境要素(如气候、水体)产生不良效应时,就构成了大气污染。

大气污染的形成及危害程度,不仅是以空气中是否存在某种有害物质来衡量,还需考虑其作用的浓度和时间等因素。

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3.大气里有哪些主要污染物?

目前已认识到的、在环境中已产生和正在产生影响的主要大气污染物种类很多,主要包括含硫化合物(SO2、H2S等)、含氮化合物(NO、NO2、NH3等)、含碳化合物(CO、VOCs等)、光化学氧化剂(O3、H2O2等)、含卤素化合物(HCl、HF等)、颗粒物、持久性有机污染物、放射性物质等八类。

将这些大气污染物按其物理状态分类,可分为气态污染物(如SO2、NO)和颗粒物两大类;若按形成过程分,则可分为一次污染物和二次污染物。

購櫛頁詩燦戶踐澜襯鳳虚傘媧。

所谓一次污染物,是指直接从污染源排放的污染物质,如一氧化碳、二氧化硫等。

二次污染物则是指由一次污染物经化学反应或光化学反应形成的污染物,如臭氧、硫酸盐、硝酸盐、有机颗粒物等。

值得注意的是,二氧化碳以前不被认为是空气污染物,但鉴于其对气候变化的重要影响,一些国家已经把二氧化碳作为大气污染物对待。

我国20XX年颁布的《环境空气质量标准》中所规定的大气污染物包括:

二氧化硫,总悬浮颗粒物(TSP)、颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5、氮氧化物、一氧化碳、臭氧、铅(Pb)、苯并[a]芘、氟化物、氰化物等。

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4.大气污染物是如何传输和扩散的?

进入大气中的污染物,受大气水平运动以及大气的各种不同程度的扰动运动的影响,会形成不同程度的输送。

大气的水平运动称为风。

风对污染物的扩散有两个作用:

一是整体的输送作用,二是冲淡稀释作用。

风向决定污染物迁移运动的方向,风速决定污染物的迁移速度。

污染物总是由上风方被输送到下风方。

在污染源下风向,污染要重一些;风速越大,单位时间内污染物混合的清洁空气量越大,冲淡稀释作用就越好。

一般来说,大气中污染物浓度与污染物的总排放量成正相关,而与风速则成反相关。

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在一些特殊的天气条件下,一个地区排放的污染物可能随着上升气流进入高空,并在高空中随着气团较快的传输,结果可能会在距离污染源很远的地方又随着下沉气团降到地表附近,导致了区域间的污染物传输。

例如在一些特殊气象条件下,亚洲的沙尘可能传输到北美甚至欧洲地区。

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污染物的传输使得一个地区的大气污染在更大的时间和空间尺度上产生危害,甚至南极和北极的动物也受到了大气污染的影响。

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目前所关注的沙尘暴、PM2.5(细颗粒物)、酸雨等都是由大气污染物在大气中的输送造成的区域性污染。

5.什么是逆温现象?

在底层大气,大气温度随着高度增加而下降,每上升100m(米),温度降低0.6℃左右。

也就是说,在数千米以下,一般是低层大气温度高、密度小,高层大气温度低、密度大。

这种大气层结容易发生上下对流运动,可将近地面层的污染物向高空和远距离输送、扩散,从而使城市上空污染程度减轻。

在某些天气条件下,地面上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象,称之为“逆温”,发生逆温现象的大气层称为逆温层。

逆温层像一层厚厚的被子罩在上空,使上下层空气减少了流动,近地面层大气污染物“无路可走”,越积越多,空气污染越来越重。

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6.什么是天气系统?

天气系统是指具有一定的温度、气压、风等气象要素空间结构特征的大气运动系统。

如有的以空间气压分布为特征组成高压、低压、高压脊、低压槽等,有的则以风的分布特征来分,如气旋,反气旋,切变线等,有的又以温度分布特征来确定,如锋。

还有的以某些天气特征来分,如雷暴,热带云团等。

通常构成天气系统的气压、风、温度及气象要素之间都有一定的配置关系。

大气中各种天气系统的空间范围是不同的,水平尺度可从几公里到1~2千公里。

其生命史也不同,从几小时到几天都有。

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由于大大小小的天气系统相互交织、相互作用,有时天气系统容易造成大气污染,有时又有利于大气污染物转移,所以谈大气污染时往往离不开天气系统。

一般情况下,在风小、湿润、逆温等气象条件下,容易出现重污染天气。

在污染物排放总量变化不大的情况下,不利的气象条件是重污染日形成的主导因素。

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7.什么是大气能见度?

能见度是指物体能被肉眼看到的最大的水平距离,也指物体在一定距离时被肉眼看到的清晰程度。

所谓“能见”,在白天是指能看到和辨认出目标物的轮廓和形体;在夜间是指能清楚看到目标灯的发光点。

在空气特别干净的北极或是山区,能见度能够达到70~100km,然而能见度通常由于水汽、大气污染物而有所降低。

例如,大雾和霾时能见度可降至零,会对交通运输带来极大不利影响。

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8.雾和霾有什么区别?

雾(Fog)和霾(Haze)是两个不同的概念。

雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的、低能见度的自然现象,是近地面的空气中水汽凝结(或凝华)的产物。

霾是由于空气中悬浮着大量的颗粒物所导致的水平能见度降低到10km以下的一种混浊现象。

雾和霾是一种天气现象。

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通常,在气象上雾和霾是通过相对湿度来区分的,相对湿度高于90%时的低能见度现象称为雾,相对湿度低于80%时发生的低能见度现象称为霾,相对湿度介于两者之间的是雾和霾共同作用的结果。

事实上,雾和霾之间并不总是存在一个截然分明的界线,雾和霾往往是你中有我、我中有你,很难简单地用某个相对湿度值将其严格区分开。

即使是一些相对湿度高于90%的大雾天气,也不能完全排除人为污染的因素。

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由于雾是水滴或者冰晶组成的,虽然影响能见度,但对健康影响不大;近年来,所发生的霾主要与化学成分复杂的PM2.5有关,对人体健康有害。

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9.什么是大气环境质量?

大气环境质量是指大气环境总体或某种大气污染物对人群健康、生存繁衍以及社会经济发展适宜程度的量化表述,其方式是用大气污染物浓度水平来表征大气环境的好坏。

大气环境质量的要素主要包括气态污染物和颗粒物两类。

但是只有浓度水平也无法定义大气环境质量的好坏,所以产生了大气环境质量标准,对不同功能区的大气环境含有有害物质或因素限值作统一规定。

我国《环境空气质量标准》(GB3095-20XX)的环境空气污染物基本项目有:

二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、PM10和PM2.5等。

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10.什么是大气环境容量?

大气环境容量是指在满足大气环境目标值(即能维持生态平衡并且不超过人体健康要求的阈值)的条件下,某区域大气环境所能承纳污染物的最大能力,或所能允许排放的污染物的总量。

其大小取决于该区域内大气环境的自净能力以及自净介质的总量。

若超过了容量的阈值,大气环境就不能发挥其正常的功能或用途,生态的良性循环、人群健康及物质财产将受到损害。

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确定大气环境体系中环境容量的大小可以在大气污染控制规划中发挥重要的作用,不仅可以指导环境污染治理中实现大气污染物总量控制的目标,为制定区域大气环境质量标准提供重要的依据,还可以根据环境体系的实际情况,合理利用大气环境容量资源,促进社会经济的可持续发展。

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11.什么是大气复合污染?

大气复合污染是指大气中由多种来源的多种污染物,在一定的大气条件下(如温度、湿度、风速、阳光等),发生多种界面间的相互作用、彼此耦合构成的复杂大气污染体系。

其主要表现为大气氧化性物种(如细颗粒物(PM2.5)和臭氧)浓度增高、大气能见度显著下降和大气环境恶化趋势向整个区域蔓延。

这里的“复合”具有三层含义:

一是指煤烟型污染与日益恶化的机动车排气污染及其他污染叠加;二是指在大气中污染物各类反应机制的耦合;三是指局地污染与区域污染的相互作用。

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随着城市化、工业化、区域经济一体化进程的加快,我国大气污染正从单一的空气污染类型(如煤烟型污染、机动车污染、石油化工污染)向复合型大气污染转变,部分地区出现区域范围的空气重污染现象,如京津冀、长三角、珠三角以及其他部分城市群已表现出明显的区域大气复合污染特征,严重制约区域社会经济的可持续发展,损害公众的身体健康。

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复合性大气污染的机制和特征

12.什么是大气环境质量基准和环境空气质量标准?

大气环境质量基准是指大气环境中污染物对特定对象(人或其他生物等)不产生不良或有害影响的最大剂量(无作用剂量)或浓度。

大气环境质量基准是由污染物同特定对象之间的剂量-反应关系确定的。

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环境空气质量标准是国家为保护人群健康和生存环境,对大气污染物(或有害因素)容许含量(或要求)所作的规定。

环境空气质量标准体现国家的环境保护政策和要求,是衡量环境是否受到污染的尺度,是环境规划、环境管理和制订污染物排放标准的依据。

环境空气质量标准考虑社会、经济、技术等因素,经过综合分析制定,由国家行政主管部门颁布,具有法律的强制性。

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大气环境质量基准与环境空气质量标准有密切的关系。

大气环境质量基准是制订环境空气质量标准的科学基础。

环境空气质量标准规定的污染物容许剂量或浓度限值原则上应小于或等于相应的基准值。

但由于社会、经济、技术等因素的限制,各国实际实施的环境空气质量标准对某些污染物的限值会大于相应的基准值。

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13.什么是API?

什么是AQI?

空气污染指数(AirPollutionIndex,API)是用于评估空气质量状况的无量纲指数,可以直观地评价大气环境质量状况并指导空气污染地控制和管理。

API是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式,并分级表征空气污染程度和空气质量状况,根据空气环境质量标准和各项污染物的生态环境效应及其对人体健康的影响来确定污染指数的分级数值及相应的污染物浓度限值,适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。

API划分为0~50、51~100、101~150、151~200、201~300和大于300六档,对应于空气质量的六个级别,指数越大、级别越高,说明污染越严重,对人体健康的影响也越明显。

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空气质量指数(AirQualityIndex,AQI)也是定量描述空气质量状况的无量纲指数,分为0~50、51~100、101~150、151~200、201~300和大于300六档,相对应空气质量的六个类别,指数越大、级别越高,说明污染越严重,对人体的健康危害也就越大。

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AQI与我国原来发布的API有较大区别。

AQI分级计算参考的标准是新的环境空气质量标准(GB3095-20XX),参与评价的污染物为二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5、臭氧、一氧化碳六项;而API分级计算参考的标准是老的环境空气质量标准(GB3095-1996),评价的污染物仅为二氧化硫、二氧化氮和PM10三项,且AQI采用分级限制标准更全面。

因此AQI较API监测的污染物指标更多,其评价结果更加客观、全面。

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14.什么是TSP、PM10、PM2.5?

大气颗粒物是悬浮在大气中固体和液体的颗粒,粒径范围从几个纳米到一百微米。

在衡量颗粒物的标准中,根据颗粒物粒径大小可分为TSP、PM10、PM2.5。

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TSP,也称总悬浮颗粒物(TotalSuspendedParticulates),是指分散在大气中的各种粒子的总称,其空气动力学直径小于或等于100μm(微米)颗粒物的质量浓度,多数在10μm以下,单位为μg/m3(微克/立方米)。

它的来源很复杂,包括燃料燃烧时产生的烟尘、生产加工过程中产生的粉尘、建筑和交通扬尘、风沙扬尘以及气态污染物经过复杂物理化学反应在空气中生成的相应的盐类颗粒。

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PM10,也称可吸入颗粒物,是指空气动力学直径小于或等于10μm颗粒物的质量浓度,单位为μg/m3。

由于粒径较小,能被人直接吸入呼吸道并造成健康危害;又由于它能在大气中长期漂浮,易将污染物带到很远的地方,导致污染范围扩大。

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PM2.5,也称细颗粒物或可入肺颗粒物,是指空气动力学直径小于或等于2.5μm颗粒物的质量浓度,单位为μg/m3。

PM2.5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。

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TSP包含PM10和PM2.5,PM10包含PM2.5。

15.什么是一次颗粒物?

什么是二次颗粒物?

大气颗粒物按来源可以分为一次颗粒物和二次颗粒物。

一次颗粒物是指从排放源直接排放到大气环境中的液态或固态颗粒物,而且在排放之后颗粒物未发生变化,保持其排放时的原有物理和化学性状。

其中自然界及人为活动都有很多一次颗粒物的排放源,例如:

火山喷发、沙尘暴、森林火灾、海洋飞沫等自然源产生的烟尘或液态颗粒物,以及燃煤、机动车、工业生产、日常生活等人为源排放的烟尘、粉尘、扬尘等都是一次颗粒物;二次颗粒物是指由大气中某些气态污染物经过一系列化学转化或物理过程而生成的固态或液态颗粒物,是PM2.5的主要来源。

例如,气态污染物二氧化硫、氮氧化物、氨气及一些有机物气体,在大气中会发生一系列化学反应,最后生成硫酸盐、硝酸盐、铵盐及有机颗粒物等。

二次颗粒物的物化性质及成分组成都有很大的差异,与参与生成二次颗粒物的气态污染物有关。

二次颗粒物硫酸铵、硝酸铵等盐是PM2.5的主要成分,约占PM2.5总量的40%左右。

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16.什么是二次颗粒物的前体物?

二次颗粒物的前体物一般是指在大气中能够通过一步或多步的化学反应最终生成二次颗粒物的气态物质。

例如,大气中的二氧化硫分子经过多步化学反应能生成气态的硫酸分子(H2SO4),并和空气中的氨分子(NH3)反应生成颗粒态的硫酸铵分子((NH4)2SO4),我们就可以称硫酸铵是二次颗粒物组分,而二氧化硫和氨都是二次颗粒物硫酸铵的前体物。

与此相似,氮氧化物(NOx)在大气中会被氧化成气态硝酸(HNO3),并与氨反应生成二次颗粒物硝酸铵(NH4NO3),氮氧化物也是形成硝酸铵的前体物。

气态的二次颗粒物前体物还包括部分挥发性有机物(VOCs),如苯、甲苯、乙二醛、异戊二烯等气态有机物质。

他们会通过氧化、聚合成挥发性物质,通过凝结等方式形成二次有机颗粒物。

二次颗粒物是PM2.5的主要来源之一。

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通常情况下,这些二次颗粒物的前体物都是通过一次排放(如工业生产、汽车排放、煤燃燃烧过程等)进入到大气中的。

当然,不是所有的一次排放的气态污染物都是二次颗粒物的前体物,最典型的如一氧化碳,其在大气中的化学反应最终的生成物是二氧化碳,不会生成颗粒态物质。

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17.什么是VOCs?

VOCs,即挥发性有机化合物(VolatileOrganicCompounds),通常是指熔点低于室温、沸点在50℃至260℃之间的挥发性有机物。

美国则将任何能参加大气光化学反应的有机化合物统称为VOCs。

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VOCs种类繁多,是大气中重要的化学物质,大气光化学反应的重要“燃料”。

其与氮氧化物的反应是造成大气中臭氧等污染物浓度增加以及向二次有机颗粒物转化最终形成PM2.5的重要原因。

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VOCs的来源广泛,主要包括生物圈排放的自然源和人类活动排放的人为源。

全球范围内自然源约为人为源排放量的十倍左右,但在城市等人类活动地区,人为源的影响较大。

包括工业生产、交通运输、溶剂涂料使用、石油产品的生产与使用、乃至日常生活都会排放出各种VOCs物种,可能对环境产生影响。

寻常百姓生活中,同样可觅VOCs踪迹,家庭装修中的苯系物和甲醛,餐饮油烟等都会排放大量VOCs。

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VOCs可直接造成健康危害,如苯、甲醛等是臭名昭著的致癌物。

VOCs也是异味扰民的主要“元凶”,同时也是产生臭氧和PM2.5的前体物。

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第二

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