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破解PM2.5七大疑问|千年七大数学死题破解

时间:2019-02-03 来源:东星资源网 本文已影响 手机版

  疑问一:PM2.5是什么?   “PM2.5”俗称细颗粒物,是对空气中直径小于或等于2.5微米的固体颗粒或液滴的总称,通常情况下,肉眼无法识别,它们可在空气中漂浮数天。据说人类纤细的头发直径大约为70微米,比最大的PM2.5大了足足30倍。
  其实,若准确定义“PM2.5”,还需在其前面加一个修饰语“空气动力学”,由于空气中的颗粒物并非是规则的球形,所以在实际操作中,科学家将在检测时所表现出的空气动力学特征与直径小于或等于2.5微米且密度为1克/立方厘米的球形颗粒定义为PM2.5。此种定义也决定了在测定PM2.5时,需要利用空气动力学原理把PM2.5与更大的颗粒物分开,而不是用孔径为2.5微米的滤膜来分离。
  知道了PM2.5的定义,就很容易得出PM10的定义了――将定义中的2.5换成10即可可,PM10也被称为可吸入颗粒物。在PM10中,直径在2.5―10微米之间的颗粒物被称为粗颗粒物,与细颗粒物相对。
  疑问二:PM2.5来自何方,成分是什么?
  虽然自然过程也会产生PM2.5,但其主要来源还是人为排放。人类既直接排放PM2.5,又通过问接排放某些气体污染物进而使其在空气中转化成PM2.5。其中,直接排放主要来自燃烧过程,比如化石燃料(煤、汽油、柴油)的燃烧、生物质(秸秆、木柴)的燃烧及垃圾焚烧。在空气中转化成PM2.5的气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气及挥发性有机物等。其他的人为来源包括:道路扬尘、建筑施工扬尘、工业粉尘、厨房烟气。自然来源则包括:风扬尘土、火山灰、森林火灾、漂浮的海盐、花粉、真菌孢子及细菌。
  PM2.5的不仅来源复杂,成分也很复杂。其主要成分是元素碳、有机碳化合物、硫酸盐、硝酸盐、铵盐。其它的常见成分包括各种金属元素,如钠、镁、钙、铝、铁等地壳中含量丰富的元素及铅、锌、砷、镉、铜等主要源自人类污染的重金属元素。
  2000年的一项研究成果显示,在北京的PM2.5来源中,尘土占20%;由气态污染物转化而来的硫酸盐、硝酸盐、氨盐各占17%、10%、6%;烧煤产生的污染物占7%;使用柴油、汽油而排放的废气占7%;农作物等的生物质占6%;植物碎屑占1%;吸烟占1%。不过这只是个粗略的科学估算,并不一定准确。该研究中也测定了北京PM2.5的成分,即含碳的颗粒物、硫酸根、硝酸根等。
  疑问三:PM2.5对健康有什么危害?
  PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害,包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病及心肺病患者的过早死等。
  更为严重的是,老人、小孩以及心肺疾病患者都是PM2.5污染的敏感人群。如果空气中PM2.5的浓度长期高于10微克/立方米,死亡风险就会上升。浓度每增加10微克/立方米,总死亡风险就上升4%,得心肺疾病的死亡风险上升6%,得肺癌的死亡风险上升8%。以吸烟为例,吸烟可使男性得肺癌死亡的风险上升21倍(也就是上升2100%),女性得肺癌的风险上升11倍(1100%);中年人得心脏病死亡的风险上升2倍(200%)。由此可看出,PM2.5的危害要远远小于吸烟的危害,人们更无需担心眼下PM2.5超标对健康的影响。
  但是,从全社会的角度出发,降低这些看似不大的风险,收益却是巨大的。美国环保局曾在2003年做过一个估算:“如果PM2.5达标,全美国每年可以避免数万人早死、数万人上医院就诊、上百万次的误工、上百万儿童得呼吸系统疾病”。此外,当时美国的空气质量要远比当前的中国要好得多,由此,中国PM2.5若能够达标,社会收益将是巨大的。
  疑问四:新标at即将发布,为什么要等到2016年才实施?
  对于这个问题,标准制定者是这样回答的:“考虑到环境空气质量标准实施是一项复杂的系统工程以及目前全国的环境监测能力现状,结合现行标准实施过程中的经验,为保障数据的准确性和可比性,特将全国统一实施本标准的时间定为2016年1月1日,以便为各地区预留足够的准备时间,进而加强标准实施的有关配套工作。”此外,目前中国PM2.5强制标准正处于的征求意见过程中,并拟于2016年实施,这里的“实施”,指的是开展常规检测并公布结果。据了解,美国从1997年发布标准到2000年实现全国监测常规化花了2―3年时间;澳大利亚2003年发布非强制标准,随后即开展全国监测。
  疑问五:怎么测定PM2.57
  空气中漂浮着各种大小的颗粒物,PM2.5是其中较细小的那部分。科学家指出,测定PM2.5的浓度需要分两步走:第一步把PM2.5与较大的颗粒物分离,第二步测定分离出来的PM2.5的重量。目前,各国环保部门广泛采用重量法、β射线吸收法和微量振荡天平法三种测定方法。以上三种方法的第一步都是一样的,区别在于第二步。
  重量法:将PM2.5直接截留到滤膜上,然后用天平称重。值得一提的是,滤膜并不能把所有的PM2.5全部收集在一起,一些极细小的颗粒仍会穿过滤膜。只要滤膜对于0.3微米以上的颗粒有大于99%的截留效率,就算是合格的,而损失部分极细小的颗粒物对测定结果影响并不大。重量法是测定PM2.5最直接、最可靠的方法,也是验证其他方法是否准确的标杆。
  β射线吸收法:将PM2.5收集到滤纸上,然后照射一束beta射线,射线穿过滤纸和颗粒物时由于被散射而衰减,衰减的程度和PM2.5的重量成正比。科学家根据射线的衰减就可以计算出PM2.5的重量。
  微量振荡天平法:将一头粗一头细的空心玻璃管的粗头固定,细头装有滤芯。空气从粗头进,细头出,PM2.5就被截留在滤芯上。在电场的作用下,细头以一定频率振荡,该频率和细头重量的平方根成反比。科学家根据振荡频率的变化,就可以算出收集到的PM2.5的重量。
  疑问六:手机大小的仪器可以准确测定PM2.5值吗?
  和环保部门采用的标准方法相比,用非专业仪器测定PM2.5显然是不可靠的。据了解,市面上利用光散射的原理测定颗粒物浓度的非专业仪器目前尚未被各国环保部门采纳为标准方法,但依据此原理制成的专业仪器则可在科学研究中大显身手,因为空气中的颗粒物浓度越高,对光的散射就越强,相对而言,光的散射容易测定,这可为测定颗粒浓度提供理论依据。
  亦有专家建议,作为普通老百姓,与其把精力和金钱花在自己监测空气质量上,还不如呼吁环保部门早日监测PM2.5并公开数据。如今,新的《环境空气质量标准》正在向公众征求意见,公众的声音也许能使这一时间大大提前,但依靠自己动手监测的方法来监督环保部门则是毫无根据的,因为非专业人士操作非专业的或质量不高的专业仪器测得的结果并不可靠,也更没有能力去挑战环保部门的权威测定结果。
  疑问七:灰霾天是PM2.5引起的吗?
  虽然肉眼看不见空气中的颗粒物,但颗粒物却能降低空气的能见度,进而出现人们常说的“灰霾天气”。根据《2010年灰霾试点监测报告》,在灰霾天里PM2.5的浓度明显比平常天气要高,其中PM2.5的浓度越高,能见度也将越低。
  原来,能见度的降低在本质上是可见光的传播受阻所致。当颗粒物的直径和可见光的波长相近的时候,颗粒对光的散射消光能力最强。当颗粒物的尺寸与0.4―0.7微米之间可见光的波长相当时就可以充当PM2.5的主要组成部分。

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