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关于PM2.5,中国人须知的12条保命常识(万字)

晏磊 清气团 2017-12-14

环境污染对中国人的健康威胁,已经被越来越多的人关注,我们一边在发展经济拼命挣钱,另一边则眼巴巴的看着污染离自己越来越近。

如何让我们不陷入年轻时拼命挣钱,年老时拼命吃药的尴尬局面?如何在保护碧水蓝天和享受美好物质生活中权衡取舍?

我们认为,只有靠科学知识和科技进步,才能让我们在这二者之间,获得完美平衡。

那么,对于普通百姓来说来说,多学习一点与自己利益切身相关的环境知识,才能更好保护自己的健康,更好的支持环境治理工作。

所以,清气团工作室特此整理出12条与空气污染问题相关的基础科学知识,并利用通俗化表达的方式,希望能够让更多的人,更轻松的掌握相关知识。


本文写作过程中,得到暨南大学大气环境安全与污染控制研究所吴兑教授,北京大学环境科学与工程学院胡敏教授、中山大学环境科学与工程学院范绍佳教授、王雪梅教授、复旦大学公共卫生学院赵卓慧教授、阚海东教授的指导和帮助。吴兑和胡敏两位老师,还通篇审阅全文并批注修改,在此对上述几位老师的帮助,表示诚挚致谢。


关于PM2.5,中国人须知的12条保命常识


一、PM2.5是什么?


(在清气团看来,学好环境科学知识,也许就能掌握一门关键时刻保命的手艺,例如天津爆炸。。。。。。。。。。


所以,在进入有趣的内容之前,可能需要大家忍受一点枯燥的概念普及,不过基础打得好,就能学得好。)


我们都知道PM2.5指的是细颗粒物。PM是英文 particulate matter 的缩写,意为颗粒物质,


PM2.5指的是空气动力学等效直径小于或等于2.5微米的颗粒物。


在我国,PM2.5也有人称为可入肺颗粒物。


这里有一个生涩的概念需要解释一下,就是空气动力学等效直径。


在科学家对颗粒物的直径衡量上,一般有三种分类方式,


一是体积等效直径或几何直径,二是,光学等效直径


第三种,则是空气动力学直径,是一种表述粒子运动的一种“假想”粒度,它基本靠计算出来。


所谓空气动力学等效直径,意味着,一个细颗粒物无论它长成什么样的奇形怪状,只要它在大气中的沉降速度,小于或等于一个单位密度为1克/立方厘米,直径为x的百分之百纯圆小球,那么它的空气动力学直径也为x。


那么PM2.5,就是指空气动力学直径小于或等于2.5微米的细颗粒物。


之所以用空气动力学直径,而不是用光学直径或者几何直径,去定义细颗粒物。


主要从人体健康和环境健康等角度的考量,因为细颗粒物主要漂浮在空气中,长期不能落地,会对自然环境和人居环境,造成许多不利影响。


一是,会在空中遮蔽阳光,并大规模随风飘散,二是,徘徊在人体呼吸区,如口鼻附近,吸入后会对人体造成影响。


而以光学直径或几何直径定义,无法有效反应细颗粒物的这些特性。


为了让大家理解2.5微米是个什么概念,到底有多小,我们通过几个例子来说明一下。

举例1:一米分成一千等份,每份是一毫米,而一毫米分成一千等份,每份就是一微米,不信你去找把尺子体会一下。

举例2:我们测量过一粒普通白砂糖,白砂糖的体型是正方体,边长大约一毫米,它的体积≈1,125,000,000立方微米,

而一颗边长为2.5微米的正方体体积,约为15.625立方微米,

那么一粒普通白砂糖分解成边长为2.5微米的小白砂糖,能变成多少个?

72,000,000个,七千二百万个


可见,PM2.5是多么的小,甚至比细菌、病毒又或是人体内的红细胞还要小,肉眼根本无法看见。




二、pm2.5怎么来的?


会有很多人以为,PM2.5最多来自人类的各种磨削粉碎工作,如农村用石磨或碾子磨面打粉,敲碎砖头石块,装修切割等等。

其实不然,因为这些都是使用机械力对物质结构进行破坏,但很难将物质破碎到PM2.5微米的程度。机械粉碎方式,只能产生较少部分的PM2.5

PM2.5的来源,大多数是气态污染物通过气粒转化形成的气溶胶,大多来自燃烧,尤其是含碳的燃料,如煤、石油等化石燃料,又或是秸秆/干柴,甚至连烧一张纸或是火柴,都会产生PM2.5。


上面的说法有点枯燥,那就举个栗子


——煤炭大部分是有机碳组成,在燃烧时,因为受热,有机碳首先会被气化,然后其中的氢和空气中的氧气结合为水,而碳元素则变成二氧化碳。


但我们知道,所有的燃烧过程,都不是完全的燃烧,或多或少都会产生不完全燃烧。


于是那些没有参与燃烧反应的气态碳元素或是有机碳,就会随烟气向外排放。随着温度降低,气态的碳或是有机碳,会发生碰撞凝并,然后变成细颗粒物,这个过程有可能是在烟道中,也有可能是排出烟道之后。


同时,煤里也可能混杂许多重金属元素或化合物,也会发生同样的过程,先是被热力从固态变成气态,然后再随着降温,碰撞凝并,变成细颗粒物态。


而这些碳或是有机碳或是重金属,常常会混杂在一起,变成更大一点的细颗粒物。


然后随风漂浮在空中。。。。。。。好诗意。。。。。。。


这些直接从烟道里排出的PM2.5,我们叫做一次颗粒物。


此外,煤和石油里还可能有大量硫元素,燃烧后变成二氧化硫气体,同时,空气中的氮气,也会因为燃烧,变成一氧化氮或者二氧化氮气体,还有农民使用氮肥,在地里挥发成氨气,又或是人类的尿液,挥发出氨气,又或是水里的氨氮污染物,也会挥发出氨气。人类生活或工作还会产生的大量挥发性有机物,如甲醛,乙醇等挥发性气态有机物,再例如女士喷香水,散发的芳香类挥发性有机物。


(人类还挺能排放的,不是么?)


而这些气体污染物,或是气态污染物,在空气中,相互反应,有或是负载在已经漂浮空中的一次颗粒物身上,又或是与其他组分,发生均相或是非均相的化学反应,变成硫酸盐,硝酸盐、铵盐和二次有机碳。


这些我们叫做二次颗粒物。


相较之下,科学家认为,相比一次颗粒物,二次颗粒物的特点是体积粒径更小,有毒有害物质浓度含量更高。

不过也有科学家认为,燃烧过程排放的一次颗粒物比积聚模态的二次颗粒物要小,有毒有害的危险程度不容忽视。




三、PM2.5对地球生态有什么意义?


柴静的穹顶之下,影响很大,既有好的影响,也有坏的影响。


好的影响,让大家认识到了灰霾的危害,


但坏的影响则是,柴姐姐没有把PM2.5的概念讲清楚讲透,让公众固执的认为PM2.5就一定是坏的。


这一点,是柴姐姐没做好的地方,因为PM2.5不单只有“害”的一面,它对整个地球的生态,有更积极的一面。


其实,我们从上面的分析可以看到,只要有燃烧现象,就会有PM2.5产生。


那么,从地球诞生以来,自然界就存在着各种各样的燃烧现象,如火山喷发、闪电引发的森林或草原火灾等等,这些燃烧都会产生大量的PM2.5。


而PM2.5如果排放过多,就会形成灰霾这种视障现象。也就是说,灰霾和PM2.5,其实伴随了地球几十亿年的漫漫长路,他们也对地球的生态繁衍起着重要的积极影响和重要作用。


例如,气象学家研究发现,PM2.5中的纳米级颗粒,在雨水形成中,起着重要的凝结核作用,如果没有PM2.5,天空中的水蒸气,是很难凝聚成水滴降落的。此外,这些纳米级的PM2.5,也是云的重要凝结核,没有PM2.5也就没有云。


不难看出,PM2.5对自然界的水循环起着极其重要的作用,而没有水的循环,也没有自然界生态的繁衍昌盛,也就没有人类。


同时,PM2.5还可以阻挡一部分的紫外线,阻挡其对动物尤其是人类,造成更大的伤害,这一点作用,也是很积极的。


不信,你看看青藏高原,PM2.5浓度很低,人就被晒得很黑。


但是,话说回来,所谓物极必反,空气中的PM2.5含量,或者叫做浓度,超过一定的量,反而会对自然界,尤其是人类健康,带来负面的影响。




四、pm2.5会对自然环境造成什么伤害?


在我们学习PM2.5会对人类带来什么健康损害之前,先来看看它对自然界的伤害。


1、PM2.5浓度过高,带来的灰霾现象,会遮蔽阳光,给植物光合作用带来负面影响。


2、PM2.5是气溶胶粒子,气溶胶粒子也是云形成的重要凝结核,气溶胶粒子的增加,意味着云量增加,也会引起降水的减少,这是因为大量凝结核争食水分,形成了大量小云滴,稳定漂浮在空中,不能形成大雨滴了。


美国NASA研究人员,认为中国和印度的PM2.5随西风飘向西太平洋时,导致太平洋上空的云量极具增加,并强化了太平洋风暴的路径,加剧了美国西海岸飓风和强降雨等恶劣天气的形成。


不过,也有中国专家认为,东太平洋和美国西海岸的极端恶劣天气,阻止了中国PM2.5的漂移,导致气溶胶粒子的集聚。


3、pm2.5中水溶性成分,如硫酸根离子,硝酸根离子,氨根离子,会随降雨变成酸雨,酸雨会腐蚀植被和建筑物。


4、植物叶片上如果富集过多的PM2.5,其中有害成分会对植被造成直接伤害。


5、PM2.5中有许多致癌有毒的持久性有机物成分,如二噁英和多环芳烃等等,随风飘散,会导致这种持久性有机物,远距离传输,污染范围逐步扩大。


6、pm2.5浓度过高,带来的灰霾现象,会导致能见度急剧下降,而这种能见度下降的情况,将持续一整天甚至更长/能见度长期持续低下,影响交通出行,如对航空和河流上的船舶运输,造成的影响比较大。

(如果是单纯的雾,那么会随着白天气温升高,而蒸发消散,能见度会变好)




第四、PM2.5对人体健康会带来哪些不利的影响?


上面我们说了,PM2.5比细菌、病毒甚至人体内的红细胞还要小,所以它能够穿越呼吸系统的重重障碍,轻松的抵达肺部,并通过气血交换,进入人体的血液循环系统,钻进毛细血管,直抵人的各个脏器,然后十分微弱的发生着一定反应。


而这种PM2.5与人之间的斗争游戏,只要人活在世上一天,就日复一日的发生着。不过,毒理学的名言告诉我们,脱离剂量谈毒性,都是耍流氓,只要我们人体摄入的PM2.5,数量不多,或者我们生活的区域周边空气的PM2.5浓度不够高,这种影响几乎是微乎其微的。


世界卫生组织认为,空气中的PM2.5浓度,在十微克每立方的范畴,就是安全的。


而一旦超出十微克的范畴,每向上升十微克每立方左右,PM2.5就会对人体的健康,逐渐产生不利的影响,人的寿命也会相应有所减少。


心血循环系统


——PM2.5污染与心血管疾病死亡率、住院率和急诊率增高以及 相关疾病恶化等有密切关系。大气PM2.5的长期暴露还与心律不齐、 心力衰竭、心跳骤停的风险增加有关。


pm2.5还可促进动脉粥样硬化的发病和进展。


研究发现,人群心血管病死亡率上升与1 - 5天前 大气PM2.5浓度的升高有关。PM2.5每升高10ug/m3心血管病死亡率 可增加0.4% - 1.0%。


在世界不同城市和地区对PM2.5长期健康影响 的研究表明,PM2.5污染水平每升高10ug/m3心血管疾病相关死亡 的风险上升3% - 76%。可见,PM2.5对人体心血管系统的长期影响要大于其短期影响。


流行病学调查还显示,PM2.5浓度每升高10微克每立方米,心血管疾病发病率,升高2%


PM2.5污染引起心血管疾病发病率和死亡率增高的心血管事件主要涉及心率变异性改变、心肌缺血、心肌梗死、心律失常、动脉粥样硬化等, 这些健康危害在易感人群中更为明显, 如老年人和心血管疾病患者等.


正常情况下, 人体心脏节律会随身体状况和昼夜交替而改变, 这种心率的规则性变化称心率变异性(heart rate variability, HRV), HRV 降低可增加人体心血管疾病发病的风险.


一项以北京市年轻健康出租车司机为研究对象的定组研究, 追踪了 HRV 水平在 2008 年奥运会前、中、后不同时期的变化, 结果显示对机动车来源 PM2.5的暴露浓度增高可导致研究对象HRV明显降低,而奥运会期间PM2.5暴露浓度的下降则可扭转这种不利影响, 使研究对象的 HRV显著升高。

另一研究发现,采暖期室外 PM2.5暴露可引起健康老龄人群的 HRV 降低, 进一步探究发现碳质组分与该效应有关, 且该效应机制独立于心肺组织损伤, 可能与颗粒物直接刺激肺部的自主神经系统有关。


发病机理


——可能很多人有些奇怪,PM2.5应该只对呼吸道有伤害,为啥还会对心血管造成伤害呢?

其实,在一部分流行病学家眼里,PM2.5对心血管疾病的影响,比对呼吸道造成的伤害,可能更麻烦也更棘手。


专家认为,PM2.5是通过以下五种方式,对心血管造成了比较严重的健康威胁。


首先,在PM2.5中,有许多小于0.5微米的颗粒物,会经过肺部组织交换,钻入血管,进入循环系统。这些细小颗粒物会改变血液成分,有毒有害物质会随血液,进入末端组织,甚至进入人体脂肪,积存起来。


其次,细小颗粒物会损伤血管壁,让原本光滑的血管变得坑坑洼洼,让血液里的胆固醇或脂类等成分,容易黏附在血管壁上,逐渐增厚血管壁,出现动脉粥状硬化。

粥状动脉硬化,是个很讨厌的血管毛病,它被认为是各种心血管疾病的根源之一。


第三,白细胞和巨噬细胞等体内细胞,会如同攻击细菌病毒一样,攻击PM2.5,由此产生炎症反应,白细胞和巨噬细胞死亡后,会释放大量炎症因子,这些炎症因子就类似我们外表皮伤口发炎化脓后的脓液。


也就是说,可能会产生许多细微的疑似“脓液”,会出现在血管里。然后这些小“脓液”再度附着在血管破损处,加强动脉粥状硬化。


这些脓液又或者与血液里的血小板红细胞等形成混合血栓,同时,呼吸道炎症释放的炎症因子,也会进入血管血液等循环系统,参与上述过程,加重粥状动脉硬化和血栓形成的双重影响。


由于出现动脉粥状硬化,血管失去弹性,流量下降,这也会直接导致心脏负荷增大,导致收缩压和舒张压上升。

长期如此,会增加中老年人甚至是青年人,罹患高血压等心脑血管疾病的几率,或者提早发病时间,同时动脉粥状硬化,也与脑卒中、心绞痛、心肌梗死,有显著相关性。


第四,白细胞和巨噬细胞是人体免疫系统自卫系统的重要成员,本是起到灭杀细菌病毒的作用,但PM2.5本是死物,无法杀死,只能靠不断产生白细胞或巨噬细胞,前赴后继的灭杀,会消耗人体产生白细胞和巨噬细胞的能力,降低人体抵抗力。


第五,pm2.5造成炎症反应和氧化应激反应,释放在血管里炎症因子,如果被冲刷下来,随着血液进入大脑、四肢或体内各个器官的小血管,会导致供血不足,轻则手脚无力,甚至会导致中风脑梗。

PM2.5也会影响肺部神经,进而影响人体自主神经,破坏心脏自律性,导致心律不齐。


呼吸系统


——虽然PM2.5对心血管的影响,可能更麻烦,但是PM2.5进入人体,首先伤害的,还是呼吸系统。


PM2.5轻且细小,会进入人类呼吸系统的各个部位,尤其是会到达肺泡,可使局部支气管的通气功能下降,细支气管和肺泡的换气功能丧失。


其中的许多有毒有害物质,甚至会腐蚀呼吸道组织,如肺泡等,会诱发或是加重呼吸道疾患的产生和表现,也会导致呼吸道炎症。长期作用可使呼吸道防御机能受到损害,发生支气 管炎、肺气肿和支气管哮喘等。



研究表明,婴幼儿、儿童、老年人、糖尿病人、心血管疾病患者、有慢性肺疾患的病人对PM2.5的危害比较敏感。PM2.5削弱人体呼 吸系统的防御能力,增加人体呼吸道对细菌、病毒等感染的易感性。


据估计,大气PM2.5的日平均浓度每升高20ug/m3,儿童急性下呼吸道感染的风险将增加8%。最近的研究还显示,肥胖者对PM2.5的健康危害也比较敏感,特别是PM2.5暴露所致的心血管疾病风险。


长期居住在PM2.5污染严重地区的居 民,可出现肺活量降低、呼吸道疾病的患病率增高等。研究显示,PM2.5长期暴露是人群呼吸道疾患发病的重要危险因素,pm2.5浓度每升高10ug/m3,人群支气管炎发病增加29%,儿童的肺功能指标下降1% 左右。


PM2.5还增加人体呼吸道对细菌、病毒等的敏感性,导致呼吸系统对感染的抵抗力下降。


儿童呼吸疾病

——研究还发现,PM2.5污染可阻碍儿童肺功能的发育。PM2.5还可加重过敏性鼻炎的症状。


北京市六千名儿童流行病学调查,空气污染严重地区儿童的各种呼吸系统疾病和症状发生率,均显著高于大气质量较好的对照区。同时,居室附近有交通干道,其儿童的发病率,均高于居室附近没有交通干道的情况。此外,儿童期曝露PM2.5浓度越高,出现慢阻肺的时间将提前。居住在高污染地区的儿童,与清洁地区相比,呼吸道黏膜和鼻黏膜的超微结构均发生改变,呼吸道和各种细胞受损,及中性粒细胞增加。



癌症

——流行病学也显示,PM2.5与肺癌发病率和死亡率,关联最大。

美国某研究机构对约50万美国居民的资料分析后发现,PM2.5污染与居民肺癌死亡率有关。

PM2.5浓度每升高10ug/m3,肺癌死亡率增加8%。

上海曾对居住在不同大气污染程度的市中心、近郊以及远郊的22万成年人按吸烟习惯分组,进行了为期5年的追踪研究。结果发现,三个地区非吸烟者的肺癌死亡率没有明显的差异。

但是,大气污染越严重, 男性吸烟者的肺癌死亡率越高,提示吸烟与大气污染可能有联合作 用,即在大气污染严重的地区,吸烟者患肺癌的风险会更高。


传染病

——-PM2.5上也会附着水分和其他营养物,直接给细菌病毒等微生物,造成孕育存活的温床,能够让细菌和病毒在自然界,存活更长,扩散传染距离更远。同时细菌和病毒也会对人体直接造成影响。


精神疾病方面

——大面积的持久性灰霾现象,由于能见度下降,会导致人心理上的压抑和郁闷,会加重抑郁症和其他精神疾病的产生。


佝偻病

——过多的灰霾天气,会让人体接受有益紫外线的照射量减少,而紫外线对人体合成维生素d,有重要作用,而维生素D的生理作用是帮助人体对钙的吸收。

灰霾天太多,直接影响人体吸收钙质,容易造成缺钙,严重的会导致佝偻病,对于小朋友尤其重要。


其他潜在威胁

——目前,国外的研究显示,PM2.5甚至会直接进入脑部组织,如美国研究团队,从眼球微血管中,发现PM2.5进入毛细血管的痕迹。


欧洲研究者,从脑部组织间隙中,发现PM2.5的成分,判断是直接从鼻腔的微细血管和组织中,进入脑部。



总结:2008年,我国研究者,在北京奥运会中挑选了相关健康志愿者,对奥运前后空气质量变化导致的人体健康影响进行研究,发现PM2.5浓度的上升,会引起肺部炎症和氧化应激风反应,这也是我国首次在健康年轻人中,观测到PM2.5对人体的急性健康影响效应。


这说明,过高浓度的PM2.5对人类伤害,不分年老年幼男女性别,几乎通杀,所以是很麻烦的污染问题


PM2.5对人体各个组织器官的健康影响,并不是孤立的过程,它跟心血管、呼吸道、肺部、肾脏等组织器官的炎症、病变、感染,以及系统性炎症和全身性氧化应激都有关联,是一个相互影响的综合过程。


世界卫生组织的下属机构,国际癌症协会,认为空气污染物是一类致癌物,而一类致癌物包括二噁英,多环芳烃等知名有毒污染物。


世界卫生组织也认为PM2.5浓度,在10微克每立方以下,是安全的。超过10微克,人口的死亡率和致病率都将大大提升。不过,我国也有专家认为,由于我国PM2.5浓度长期较高,人体耐受力较强,30微克每立方以下,都是安全的。






六、Pm2.5与细菌和病毒,有什么异同?


Pm2.5和细菌或病毒,在体积大小上,有高度一致性。细菌的大小约为0.5~1微米。而多数病毒直径在100纳米左右,集中在20~200纳米之间,较大的病毒直径为300-450纳米(nm),较小的病毒直径仅为18-22纳米。注:1微米=1000纳米。


细菌或病毒,在体内产生的系统性炎症反应和氧化应激反应,与PM2.5入侵体内产生的反应差不多。白细胞和巨噬细胞会把pm2.5与细菌或病毒等同对待。


不过,PM2.5与细菌和病毒不同点在于,


第一,PM2.5无法象细菌和病毒那样,能够在人体内实现自我繁殖和复制,并有可能在短期内迅速增长或膨胀,造成急性炎症反应。Pm2.5带来的炎症反应,表现较弱,可能较难通过体感察觉。


第二,细菌和病毒,在体内,有可能会被免疫系统、免疫细胞,如白细胞/巨噬细胞,吞噬杀死,双双同归于尽,也有可能被外界药物或疫苗抗体杀死。


Pm2.5无法被白细胞和巨噬细胞等免疫细胞,或是外界药物杀死,会永久存在于体内。


一部分pm2.5可能被新陈代谢作用,排出体外,一部分则可能继续留在体内,反而会不断消耗白细胞和巨噬细胞等免疫系统,导致不断有微小的系统性炎症或氧化应激反应,在体内不断进行。


不过,PM2.5可以作为病毒病菌的载体,因为上面可能有小微孔,孔隙里还有水和其他有机营养物质,适合病毒细菌长期久存,并能够有远距离传输可能。




七、pm2.5里有哪些成分?


硫酸盐、硝酸盐、铵盐;数千种有机化合物,包括芳烃、烷烃、烯烃、有机酸、醛类、酮类、酯类、醇类,如尼古丁,二噁英等;还有元素碳,即黑碳、焦油等。


还有很多无机元素,主要是地壳元素、微量元素和金属或重金属元素,化学元素周期表中的70多种无极类元素,都在PM2.5成分中,有发现过。


可以说,PM2.5几乎包括了化学元素周期表上的所有种类。


PM2.5的重金属元素,包括铅、汞、镉、砷、铬、锰、铜、钼、钴。可以说,PM2.5里的成分,大部分是有毒有害物质。



八、PM2.5和灰霾,为什么到今天才会被人关注?


综上所述,PM2.5是伴随地球生命诞生而产生的,在人类历史之前就已经有了,同理,当自然界各种行为排放的PM2.5足够多,也会引起灰霾现象。


不过,灰霾现象在古代产生的几率很少,古代人会把这种现象视为神灵导致的天象异状,而进行祭祀或膜拜。


灰霾现象的大量产生,是在人类进入工业化时代,


因为进入工业化时代后,人类有两种生活特点,第一,大量的燃烧各种化石燃料,如煤、石油、汽油、柴油、燃料油、液化石油气,产生大量PM2.5污染物,其排放强度,数百倍于之前的农业时代。


第二,集中进入城市生活,城镇化和聚居化程度日益提高,而城市往往建设在气候条件稳定的区域,而气候条件稳定,是不利于污染物扩散的。


所以,基于上述两个情况,人类生活和生产方式,带来的人为排放PM2.5污染物,越来越多,也越来越容易在城市空间中聚集,就带来了越来越多的灰霾天气和污染。


同时,气象学家也告诉我们,因为城里有了越来越多的PM2.5,所以城里已经基本不可能有雾的存在,我们在城里看到的灰蒙蒙景象,九成九都是灰霾,都是空气污染现象。




九、哪些人类生产和生活方式,会成为PM2.5的主要人为排放源?



第一,燃煤燃油发电,会释放一次颗粒物,主要以碳颗粒和含有重金属成分的碳颗粒为主,同时也会排放二氧化硫、氮氧化物和挥发性有机物,或叫做二次有机碳等二次颗粒物的前体物。


第二,汽车尾气,会排放少量一次颗粒物,但会排放大量氮氧化物、碳氢化合物等光化学产物的前体物,而光化学反应也会产生大量二次有机颗粒物。


第三,各种工业排放,包括工业锅炉燃煤燃油的排放,类似发电排放。还有工业生产过程中的各类飞灰粉尘排放,如钢铁厂飞灰,水泥工厂的粉尘,蓄电池厂的铅尘,各类化工厂的化学原料或废渣尘。


化工厂还排放各种挥发性有机物,也是二次有机颗粒物的重要前体物,例如生产和使用油漆、溶剂、涂料等挥发性有机物产品的工厂,如汽车厂的喷涂车间等。


第四,生物质燃烧,生物质就包括有植物纤维以及各类脂肪油脂,如柴火、秸秆、肉类烧烤、炒菜等,因为这些都是有机物组成,都含有大量碳元素,

因为是有机物,含碳,所以,燃烧也会产生大量有机颗粒物或是碳颗粒,所以,农村集中焚烧秸秆,城市烧烤和餐饮业油烟,包括你家炒菜,你爹吸烟,都会排放大量PM2.5。


第五,建筑工地扬尘,工地的各种水泥砂浆使用,各种切削打磨工序,都会产生较大量的PM2.5,其中很多是较大的PM2.5颗粒。


第六,农业生产和生活污水,农业生产会使用大量氮肥,会发出氨气,也是pm2.5中,铵盐的前体物。同理,生活污水(人类粪便)、牲畜养殖场污水,也会挥发类似的氨气。




十、新中国的灰霾污染,何时而起?


研究显示,1950年代初期,全国灰霾日数都比较多,可能跟建国初期的战火以及战后重建有关,1956年到1980年,全国灰霾日都比较少,只有新疆比较多,可能跟风沙天气有关。


而1980年后,随着改革开放,中国的经济高速发展,工业化和城镇化进程加快,各地每年灰霾日数,也开始猛增。

许多大城市或省会城市,如广州、北京、厦门、深圳、西安、杭州、南京、太原、重庆、成都、长沙等,每年灰霾日数,都在上世纪末,或本世纪初,达到五十年来的顶峰状态。每年可能有一百多天,都处于灰霾状态。


以广州为代表的珠三角各地,灰霾日出现最多的年份,是上世纪1997-1999年左右,后来由于加强了灰霾产生机制和污染来源的研究和治理,在本世纪初到现在,一直呈持续下降的状态。




十一、pm2.5的污染,只在室外么?


首先,我们的房屋设计,无论是否关门关窗,都做不到全封闭,细小的PM2.5还是会通过窗缝门缝,从室外伴随着风钻到室内。这就会导致室内PM2.5浓度逐渐升高。


其次,由于我们现在的房屋楼宇建筑格局,大量采用框架剪式结构,室内无法形成有效对流,同时,房地产商也不会在室内安装通风或者新风装置,所以,室内生活,如炒菜烹饪,抽烟和其他活动产生的PM2.5,越来越难被吹出室外。

而以前我们住的都是一梯两户,前后对流很好,PM2.5很容易因为穿堂风,而被吹出去。


同理,室内装修或购置新家具和其他家居产品,产生的甲醛、苯、二甲苯等挥发性有机污染物,也很难吹出去。


所以,综合清华大学、北京大学、中山大学等高校的研究认为,当室外空气污染严重,PM2.5污染达到重度时,室内的空气污染也会同期上扬,达到中度或者轻度的水平。而室外的空气污染水平,因为风的到来,PM2.5浓度急剧下降至良的水平,如果不及时开窗换气,那么室内的污染,还是会停留在中度或者轻度的水平。


此外,室内如果是新装修,那么还有可能遭遇甲醛、苯、二甲苯等挥发性有机物的污染威胁。



十二、如何防护自己尽量少地受到PM2.5的伤害?空气净化机和口罩一定有用


从PM2.5对人体的伤害影响,我们知道PM2.5会让呼吸系统和心血管系统的发病率和死亡率提升,也有让青年人或少年儿童,有提早患上相关疾病的可能。


对于我们个人,应该用一切办法,减少PM2.5的吸入量。


减少PM2.5的吸入量,可以使用空气净化机和口罩两种方式,空气净化机和口罩的净化原理,极其相似,都是使用孔径非常小的纤维织物,去过滤空气中的PM2.5。


空气净化机

——复旦大学公共卫生学院环境卫生教研室的阚海东团队,今年在美国权威心血管疾病期刊《Jacc》上发表了一篇研究成果,这个研究找寻了35名身体健康且无吸烟史的男性大学生,将其放入有空气净化机的密闭房间,管吃管喝住上48小时,来检测空气净化机对人体健康的真实效果。


实验期间,房间外的PM2.5浓度接近100微克每立方,房间内由于空气净化机存在,浓度维持在40微克左右。


参与实验的大学生,在进入房间前后,都会抽血和测血压,


抽血是为了检测血液中的炎症、凝血和血管收缩的生物标志指标,


这些指标都是在此前小白鼠染毒PM2.5实验中,认为是PM2.5对心血管造成不良影响的标志物。


而实验显示,在进入有空气净化机的房间48小时后,35名同学的上述血液检测指标,比进入房间前有所降低,说明降低了PM2.5的浓度,减少了PM2.5的人体摄入量,确实在健康指标上有所改善。


同时,血压指标显示,收缩压降低2.7%,舒张压降低4.8%,呼出气一氧化氮降低17%。


收缩压和舒张压的指标越高,说明体内躯干四肢等处的血管阻力增大,心脏负荷越大,长此以往的话,罹患高血压等心血管疾病的几率会增大,


同时对于年轻人来说,如果血压长期处于较高指标水准,罹患高血压的年纪和时间,都会大大提前。


有一些质疑则认为,空气净化机有可能带来更多的心理效果,因为有时心里安慰效果,也会在生理上带来舒适,并非空气净化机的净化功劳。


而聪明的复旦人,在这次实验里,做了巧妙地安排,他们在一些房间里,装的是真空气净化机,一些则是假的空气净化机,但实验对象丝毫不知道。


而实验结果也证明,使用真空气净化机实验对象,各项指标依然要大大优于使用假空气净化机的人。


口罩

——口罩带来的防护健康效果,跟空气净化机几乎是一样的。


如2009年,英国爱丁堡大学与北京阜外医院,共同在北京的重度灰霾天,做了一次人体实验,研究队招募了十五名没有心血管或其他重大疾病的健康测试对象,年龄平均在28岁左右。


(注:我国著名呼吸疾病专家钟南山院士,留学生涯就在爱丁堡大学度过,并在2007年获得母校的荣誉博士头衔。)


实验对象被分成两组,一组戴上3 M防塵口罩8812,另一组则不戴口罩。实验人员就是想通过这样的横向对比,去发现口罩是否具有健康功效。


两组人在北京市中心特定的路线步行两个小时。研究团队还对当天两组人员行进路线上的PM2.5浓度值,进行了测试,大约在80-100微克每立方。


两小时实验后,研究团队对两组人分别进行了血压测试, 虽然戴口罩的测试对象感觉呼吸比较困难,但他们的收缩血压值,比没带口罩的要更低,收缩压是衡量血压的一个重要指标,收缩压越高,说明心血管负荷更重,可能大礼哎的健康影响越高。


实验组认为,通过血压的测量,可以比较直观发现,灰霾天健康人带口罩能减少心血管的负担,而在心血管病人身上可能起到同样的防护作用。


于是,2012年,这个研究团队在北京,再度招募了近百名冠心病等心脏病患者,再次重复了戴口罩和不戴口罩,在灰霾天步行数小时的实验。这些参与实验的市民病情稳定,但都在服药。


这一次测试跟上次略有不同,共分为两个阶段,第一阶段是全体实验对象都戴口罩24小时,第二阶段,则是都不带口罩超过24小时,口罩都使用与上一次实验相同的3M口罩。


当佩戴口罩的24小时,这一百名心脏病患者,在心率变异性、血压和缺血应激标记等指标,比没带口罩的24小时内都有所改善,比如戴口罩时的收缩压平均下降了3毫米汞柱。


所有这些测试的血压指标,都被认为是引起心肌梗塞和脑卒中这类心血管疾病的因素,

这个实验结果最终辨明,戴口罩减少PM2.5的吸入量,会对心血管健康改善都较大的积极影响。


所以,上述两项权威实验证明,空气净化机和口罩,对长期处在灰霾污染中的国人健康,有着积极重要的正面作用和意义,可以说,每一个对自己健康负责任的中国人,都应该配置这两种东西在自己身边。




附:减少灰霾的产生,普通老百姓自己能做哪些事情?


第一式 公交或拼车出行

描述:5公里以内选择公交地铁出行,其他情况也尽可能选择公交出行,此外跟朋友、同事拼车出行也是不错的选择。

原因:家用汽车是以汽油发动机为动力,会直接排放细颗粒物,减少私家车辆的使用,改为公交出行,有助于减少城市PM2.5的产生。

故事大纲:


第二式 停车熄火

描述:当停车超过三分钟,要熄火。

原因:汽车停车不熄火,在引擎空转时,除了浪费汽油,还释放出废气、热气和噪音,影响道路两旁行人和店铺,在空气污染的日子和人烟稠密的地区尤其严重。此外,停车不熄火增加汽车的温室气体排放,造成城市气温上升,导致热岛效应进一步恶化。


第三式 及时关掉不必要的电器

原因:目前煤炭发电仍是主要的发电方式,燃煤在燃烧的过程中会直接或间接地向大气排放PM2.5,所以,节约用电相当于减少煤炭燃烧,相当于减少PM2.5排放


第四式 四层楼梯以下不坐升降电梯,改走楼梯

理由同上。


第五式 减少使用智能手机、平板电脑或其他电子产品的频次,调低屏幕亮度,减少手机能源消耗。

理由同上


第六式 劝导家庭尽可能改变厨艺习惯,少煎炒,多蒸煮。

原因:在煎炒的过程中,油和脂肪在高温下分解变成气体,然后在空气中瞬间冷却重新组合成为细颗粒物(我们看到的油烟),也就是PM2.5。


第七式 出门带四宝,水杯、筷子、手帕、环保袋

原因:一次性用品的生产会带来很多能源的消耗,同时产生大量垃圾,这些垃圾的处理过程也会产生能耗,能耗增多意味着燃料使用增多,产生更多pm2.5


第八式 劝导消费者不要购买非正规企业或污染企业的产品


第九式 图书漂流,在班上交换课外书,减少购买书籍

原因:图书的生产不但增加木材的消耗,会增加能源的消耗。


第十式 劝阻家庭成员周边亲朋减少吸烟量或戒烟

原因:烟草在燃烧过程中,会产生细小颗粒物,形成烟尘。


第十一式 拒绝路边烧烤食品

原因:烧烤过程产生大量的油烟,造成周边环境PM2.5浓度飙升


第十二式 跟家人一起做好垃圾分类

原因:目前家庭垃圾中有超过一半是厨余垃圾、可回收垃圾和有害垃圾,而广州垃圾的主要处理方式是填埋以及焚烧,如果没有把垃圾分类出来,直接进行焚烧,就会因为燃烧不充分,从而增加二噁英的排放,二噁英是PM2.5的成分之一。


(吴妮姬、张姣、陈怀生、王维赋、梁令坚、徐火炬、杨冠东、余小彪等对本文写作,亦起到巨大帮助,在此再次致谢)


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