PM2.5中的多环芳烃

PM2.5中多环芳烃（PAHs）
PM2.5(又称细粒、细颗粒、细颗粒物)指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5微米的颗粒物。

它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。

它对空气质量和能见度等有重要的影响。

与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），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。

2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。

细颗粒物的化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）等。

1 PM2.5来源
1.1自然来源
自然来源包括大风吹起地面的灰尘，火山喷发产生的气体和灰粒，森林火灾产生的大量碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫及一些碳氢化合物，自然放射源产生的有害物质等。

1.2 人为来源
人为源包括固定源和流动源。

固定源包括各种燃料燃烧源，如发电、冶金、石油、化学、纺织印染等各种工业过程、供热、烹调过程中燃煤、燃气或燃油排放的烟尘。

流动源主要是各类交通工具在运行过程中向大气中排放的废气。

PM2.5可以由硫和氮的氧化物转化而成，这些气体污染物往往是化石燃料（煤、石油等）和垃圾燃烧造成的。

1.3 大气化学反应
除自然源和人为源之外，大气中的气态前体污染物会通过大气化学反应生成二次颗粒物，实现由气体到粒子的相态转换。

如：
H2SO4+NH3→NH4HSO4
H2SO4+NH3→(NH4)2SO4
HNO3+NH3→NH4NO3
其中气态硫酸来自·OH 氧化二氧化硫的气态反应。

盐的水合物随着湿度的变化，水合物对PM2.5的影响较大，水不仅与盐化合物生成水合物，由于湿度的改变还形成了盐的微小溶液液滴。

2 PM2.5危害
PM2.5 已成为近年来人类健康的主要危害之一。

全球卫生组织对全球三千多个城市的研究表明，2000年全球由PM2.5污染引起的早死人数约几十万人，其中亚太地区约占多半。

研究表明，粒径小于2.5微米的颗粒悬浮物是对人体和环境危害最大的一类。

2.1 PM2.5对人体健康影响
PM2.5对人体健康造成危害，人除了身体表面与空气接触之外，通过空气无时无刻不与空气发生体内交换。

假如环境中的PM2.5进入人体体内影响人体的有关组织!达到一定浓度，
或许会有致命的威胁。

对人体危害较大的PM2.5成分有二氧化硫、氮氧化物、臭氧、一氧化碳、苯并芘、重金属等。

据世界有关文献报道，如果长期接触年平均浓度超过100ug/m3的烟尘和二氧化硫，呼吸道疾病症状可能加重，如果短期接触日平均浓度超过250ug/m3的烟尘和二氧化硫，呼吸系统疾病患者病情可能恶化。

研究资料表明,大气污染与肺癌之间有明显的正相关关系。

PM2.5中致癌物质较多，特别是多环芳烃通常是引起癌症的主要物质，以苯并芘为代表，。

有资料指出，空气中苯并芘的浓度增加万分之一，将使居民的癌症死亡率上升百分之五。

2.2 PM2.5对环境的影响
PM2.5在大气中漂浮，由于具有吸收和散射作用，光辐射在大气中传播会不断减弱，使大气能见度下降。

影响能见度的因素有很多，主要是燃煤排放的二氧化硫和烟尘，二氧化硫与水等物质作用生成硫酸盐，加上烟尘粒子，使能见度降低，影响交通安全。

土法炼硫磺和炼土焦排放的二氧化硫严重破坏了周围的生态环境。

据统计，生产1吨土硫磺"周围生态环境遭破坏的面积约为 0.8 亩.由此推算，全国因土法炼硫磺生态环境破坏的面积约17万亩。

污染范围内一片焦土，寸草不生。

PM2.5中的酸性气体会腐蚀材料、设备、建筑设施，增加维修费用，缩短使用寿命，提高成本。

嘉陵江大桥位于酸雨频率高、降水酸度大的重庆市，该桥的金属结构构件维护周期只及南京长江大桥的五分之一，锈蚀程度高达每年160um，每年用于钢结构维护费达20万元,超过南京长江大桥的4倍。

3 PM2.5中的多环芳经
PM2.5可100%深入到细支气管和肺泡,其携带的大量多环芳经对人体有巨大的危害。

段凤魁等人研究了北京市2004年全年的PM2.5中PAHs总浓度,发现年均值为139 5.9ug/m3,变化范围 12-7764 ug/m3.冬季浓度最高2710.5ug/m3,夏季最低26. 10 ng/m3,BaP质量浓度超过GB309521996标准(100ug/m3)的占全年27%;超过WHO推荐标准(10ug/m3)的占全年84%。

叶翠杏等研究了厦门市冬季不同功能区大气PM2.5中多环芳烃(PAHs)的昼夜变化特征,PAHs总浓度为30.4-124.9ug/m3,各功能区多环芳烃以菲、芘含量相对较高,厦门市冬季大气PM2.5中PAHs以菲的污染为主.局部地区晚间多环芳经的浓度明显高于日间浓度,原因为夜间大气混合层下降、污染物不易扩散传输、曰间多环芳烃易光降解等。

Barrado等人在西班牙马德里的郊区对PM2.5中多环芳经以及气象条件等进行了一年的观测,结果显示,PM2.5中多环芳经的浓度受气象条件影响明显,包括风速和风向等,另外,PM2.5中多环芳烃的浓度与温度,臭氧浓度、太阳辖射和紫外线射强度成反比。

Wang等人评估了珠三角洲地区家庭环境下非饮食(吸入和摄入)途径暴露于PM2.5中多环芳烃的癌症风险。

广州和香港家庭的PM2.5中多环芳烃的浓度分别为100-619.0ug/m3和7.2-81.5ug/m3。

头发中的多环芳烃与细颗粒物中的多环芳经无任何相关性。

DBA的浓度与细颗粒物的毒性当量浓度高度相关。

通过PM2.5暴露的多环芳经致癌风险为其他方式暴露的
1-3倍。

4 多环芳烃的来源
4.1 天然源
环境中多环芳烃的天然来源主要生物合成和自然过程排放的PAHs,即在森林和草原火灾、火山爆发等过程中也会产生PAHs。

在研究城市环境时,通常忽略天然源的贡献。

土壤和植物体内PAHs的背景值分别为10-20ug/kg。

4.2 人为源
环境中多环芳烃的主要来源是人为源,每年有约数十万吨的PAHs由人类通过燃烧化石燃料排入环境中。

人为源有可以分为固定源和流动源,固定源主要包括锅炉及家庭燃烧(煤、油、木柴)、垃圾焚烧、工业活动、木炭烧烤和烹调等过程,流动源主要是指交通排放源附近，随着我国济发展,机动车拥有量增加,导致汽车排放的PAHs也成为一个重要的来源。

4.2.1化学工业污染源
在焦化煤气/有机化工/石油工业/炼钢炼铁等工业所排放的废弃物里,多环芳烃含量非常高,其中焦化厂是排放多环芳烃最严重的一类工厂。

监测数据表明,作为多环芳烃污染指数的苯并[a]芘(BaP)在焦化煤气工业所排放的废水中含量可高达25.4ug/kg-46.0ug/kg,远远高于的国家排放标准0.03ug/kg。

4.2.2交通运输污染源
飞机汽车等机动车辆所排放的废气中也含有相当数量的多环芳烃,估计, 大概有100多种,其中有73种已被鉴定。

PAHs或BaP的大量产生在飞机、汽车刚刚启动时,由于此时汽油与空气尚未完全混合,汽油量过大,发动机温度较低,汽油在低温缺氧的情况下碳化,进行不完全燃烧则散发出大量的BaP或其它队PAHs。

4.2.3家庭燃源、烹调源
家庭生活用的炉灶、大大小小的民用烟囱是PAHs的主要发散源。

我国是燃煤大国,在北方采暖期,燃煤取暖的情况还是比较普遍的,在煤炉排放的废气中,致癌性PAHs浓度可达1000件ug/m3.我国和国外大气中的PAHS的来源情况也有明显不同,在发达国家,家庭燃源是一项贡献率很大的污染源,而我国燃煤是空气中多环芳烃的主要贡献者。

另外,由于中国人的饮食习惯不同,用煎炒烹炸等手段来处理食物时,当温度超过200摄氏度时,会产生大量的含有多环芳烃的致癌物,因此烹调源也成为我国特色污染源。

4.2.4其他人为源
焚烧垃圾也会产生多环芳烃,每小时处理90t的垃圾焚烧炉每天排放的致癌性多环芳烃总量可达20千克。

吸烟所引起的居室环境污染,也己引起国内外的关注。

据报道,人们已鉴定出150种以上的PAHs存在于香烟的焦油中。

在雪茄烟中PAHs的含量为8ug/kg-122ug/kg。

5 多环芳烃的危害
PAHs在环境介质中会对人类健康和生态环境产生毒性影响。

PAHs对人体的主要危害方式有吸入(呼吸道)和摄入(皮肤)。

长期处于多环芳经污染的环境中的人们,可引起急性或慢性伤害。

更为严重的是,它对肝、肾等脏器、神经系统、内分泌系统、生殖系统等具有急性和慢性毒性,一些PAHs还被发现具有三致毒性。

研究发现在目前己知的1000多种致癌物质中,超过三分之一是多环芳烃及其衍生物。

致癌性PAHs的暴露也会导致海洋鱼类、两栖动物、无脊椎动物以及植物产生畸形或者癌变反应。

多数多环芳烃为“前致癌物”,本身不具有生物活性,必须在生物体内经过代谢酶的作用,被活化后再转化成有反应活性的亲电子终致癌物,并与细胞内的大分子结合才能表现出致癌性。

在大气环境、室内空气中低分子量PAHs主要以气态形式存在,且具有较高的含量,并能够同其中其他污染物(如0H、NOx和O3)反应生成具有更强活性的衍生物,基因毒性更强。

而高分子量的PAHs更能够在颗粒相中沉积,因此在土壤以及灰尘样品中高分子量的PAHs的含量较高。

6 我国城市空气中多环芳烃的污染现状及分布规律
大气中多环芳烃污染在时间上常表现出季节的差异,其总体趋势是冬季>秋季>春季>夏季,冬季的含量个别地区甚至高于其它二个季节的总和。

原因为冬季属于采暖期,采暖期需要消耗大量的煤,使得多环芳烃污染呈明显加重的趋势,这种情况在集中供热比较差的地区更加突出。

另外,冬季更加容易形成逆温层天气,大气稳定度较好,大气的扩散能力差,加重了大气污染的程度。

而夏季温度高,强光照射下PAHs的光降解性强。

PAHs向气相转化的比例较大,导致颗粒物中PAHs含量下降。

多环芳烃在不同粒径颗粒物中的分布也是不同的。

研究表明,随着颗粒物粒径的减少,多环芳烃的浓度越来越高,呈现负相关性。

空气中PAHs在粒径小于1.1ug占总量的40%-70%,约有70%-90%PAHs吸附在小于或等于2.0ug的粒径上。

这是因为城市中多环芳烃产生源主要是燃煤、汽车尾气或垃圾焚烧等人为源,这些源产生的粒子多为细粒子。

多环芳烃本身的性质也是决定其粒径分布的主要因素,有研究表明2-3环的PAHs在颗粒物上呈双峰型分布,即在不同粒径颗粒物上呈现两次峰值,而4-6环PAHs只呈现一次峰值,呈单峰型分布。

我国主要城市环境空气中多环芳烃污染情况比较,尽管我国许多城市己经开展了空气中多环芳烃的研究,但由于采样因素,如采样方法、分析方法和采样季节不完全相同,使得各城市之间多环芳烃数据缺乏可比性。

但B(a)P在不同季节主要存在于颗粒物中,只要采用合适的采样方法,各城市之间空气颗粒物具有可比性,另外颗粒物上的B(a)P和PAHs具有一定的相关性,可以在一定程度上反映PAHs总量。

一般而言,我国空气中B(a)P的污染水平,北方城市污染程度比南方城市严重,内陆城市污染严重于沿海城市，从污染源状况分析,在非采暖期,多环芳烃主要来源于车辆排放。

在采暖期内,北方城市多环芳烃来源于燃煤。