可吸入顆粒物的來源多樣，成分復(fù)雜，與地理條件、氣象因素等自然因素?？晌腩w粒物的來源分為一次來源和二次來源。一次顆粒物是直接由污染源排放到大氣中的。二次顆粒物則是由于排放出的氣體產(chǎn)物如SOx、NOx、揮發(fā)性的有機化合物及其他化合物在大氣中的化學(xué)反應(yīng)或物理過程轉(zhuǎn)化形成的。

污染物源

可吸入顆粒物的來源

大氣環(huán)境中可吸入顆粒物的來源多樣，成分復(fù)雜，與地理條件、氣象因素等自然因素以及經(jīng)濟水平、能源結(jié)構(gòu)、管理水平等社會因素有很大關(guān)系?？煞譃樽匀辉春腿藶樵磧深?。自然源是指由于自然因素所產(chǎn)生的顆粒物，如火山爆發(fā)、沙塵暴、森林火災(zāi)、宇宙塵埃、海鹽漬濺及土壤顆粒；人為源是指在人類生產(chǎn)和生活活動中所產(chǎn)生的顆粒物，如煤炭、石油及木材的燃燒產(chǎn)生的顆粒物，汽車和飛機等交通工具排放的顆粒物以及工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的塵粒等。家庭內(nèi)煤炭燃燒、鋼鐵廠、有色金屬冶煉廠、火力發(fā)電廠、水泥廠、石油化工廠、工業(yè)和城市垃圾焚燒場等的燃料燃燒和生產(chǎn)過程都是常見污染源。人為源的分布更為廣泛，且一般集中于一定的地域，往往是人口集中的城市。對于室內(nèi)空氣，可吸入顆粒物主要來源于煙草煙霧和烹調(diào)等室內(nèi)污染源，當(dāng)缺乏明顯室內(nèi)污染源時，室外空氣是室內(nèi)顆粒最主要的來源。

機械過程主要產(chǎn)生粗顆粒，如建筑活動、道路揚塵和風(fēng)等。燃燒過程主要產(chǎn)生細顆粒，如汽車尾氣、電廠廢氣、木材燃燒、工業(yè)生產(chǎn)以及柴油機等。而燃燒產(chǎn)物在空氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所產(chǎn)生的二次顆粒主要是極細顆粒物。

按照顆粒物的形成過程，可吸入顆粒物的來源分為一次來源和二次來源。一次顆粒物是直接由污染源排放到大氣中的。二次顆粒物則是由于排放出的氣體產(chǎn)物如SOx、NOx、揮發(fā)性的有機化合物及其他化合物在大氣中的化學(xué)反應(yīng)或物理過程轉(zhuǎn)化形成的，如二氧化硫、氮氧化物、氯化氫和氯氣、氨、有機氣體等經(jīng)化學(xué)反應(yīng)形成的硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、銨鹽和有機氣溶膠等。他們的化學(xué)和物理組成依地點、氣候、一年中的季節(jié)不同而變化很大。

可吸入顆粒物的成分

化學(xué)組分多達數(shù)百種以上，可分為有機和無機兩大類。有機組分包括碳氫化合物，羥基化合物，含氮、含氧、含硫有機化合物，有機金屬化合物，有機鹵素等。無機組分指元素及其化合物，如金屬、金屬氧化物、無機離子等。

顆粒物的化學(xué)組分與其來源有關(guān)。來自自然源顆粒物含無機組分較多，特別是元素Al，Ca，F(xiàn)e，Si，Mg，Ba等較豐富，這些元素含量隨粒徑的減小而急劇下降，70%～90%分布于大于2μm的粗顆粒上。反之，燃料燃燒排放的顆粒物中有機組分含量高，排放的親氣性元素（如As，Br，Cu，Zn，Pb，F(xiàn)等）可被吸附或凝集在顆粒物表面，這些元素的濃度隨粒徑減小而增加，50%～70%分布在粒徑小于2μm的顆粒中。多環(huán)芳烴（PAHs）是有機物不完全燃燒的產(chǎn)物，90%分布在可吸入顆粒物中。大氣顆粒物中還含有多種硝基-PAHs，由大氣中PAHs與NOx反應(yīng)生成，也可在燃料燃燒中產(chǎn)生。硝基-PAHs的很多化合物有致癌變、致突變作用，從而增加了顆粒物的毒性作用。

燃煤排放的顆粒物多是灰褐色，形似球形且較平滑，表面主要含有Al、Si、Fe、S等元素；燃油排放的顆粒物多呈黑色，凹凸不平，表面含Pb、V、Si、S等元素；冶金工業(yè)排放的顆粒物呈紅褐色，不規(guī)則且具金屬光澤，含F(xiàn)e、Al、Mn等元素；建筑工業(yè)排放的水泥塵多呈灰色，形態(tài)多樣，含Si、Ca等元素。碳元素是可吸入顆粒物中含量最高、危害最大、成分也最復(fù)雜的元素，可吸入碳顆粒物可分為有機碳（OC）和元素碳（EC）兩大類?？赏ㄟ^研究大氣顆粒物的理化組成和特征，或者運用同位素示蹤等多種方法來判別其來源。

可吸入顆粒物的源解析

從20世紀60年代中期美國科學(xué)家的開創(chuàng)性工程算起來，來源解析研究和應(yīng)用已經(jīng)有超過30年的歷史，到現(xiàn)在源解析出現(xiàn)了多種方法和技術(shù)。利用顯微鏡等技術(shù)，分析污染源的礦物組成及形貌特征，結(jié)合其標(biāo)志性礦物組成及顆粒物形貌，可以確定大氣顆粒成因和來源。污染源一般都由其標(biāo)志性礦物組成，如：地表揚塵以黏土礦物為標(biāo)志；大氣化學(xué)次生氣溶膠以石膏、碳酸鹽和易溶鹽類為標(biāo)志；汽車尾氣排放的煙塵以炭球為標(biāo)志；燃煤煙塵排放以球形玻璃珠為特征等。目前，源解析的主要手段是針對標(biāo)志性化學(xué)元素的受體模型。

利用大氣顆粒物中所含有的標(biāo)志性化學(xué)元素、元素含量比率或元素化合形態(tài)和有機物成分來判別污染源來源。許多污染源都有標(biāo)志性元素，如：Br、Pt、Ba是交通運輸污染的標(biāo)志性元素；Se、As、Cr、Co、Cu、Al是燃煤污染的標(biāo)志性元素；V是農(nóng)藥和精煉廠污染的標(biāo)志性元素；Mn是鋼鐵廠污染的標(biāo)志性元素、Ca是水泥污染的標(biāo)志性元素等。利用這些特征元素可以大致判別污染來源。這種判別方法往往不是直接的單一應(yīng)用，而是結(jié)合“受體模型”和統(tǒng)計分析方法來判斷污染來源及其對受體貢獻量的大小。高載荷的多環(huán)芳烴（PAHs）及鉛、溴和元素碳來源于道路揚塵和機動車排放；低分子量的PAHs來源于柴油發(fā)動機，而大分子量的多環(huán)芳烴，如苯并[a]芘和二苯并[a，h]蒽來源于汽油發(fā)動機。Mn/V值可以判別煤燃燒和油燃燒所造成的污染物：比值1，則來自于煤燃燒。一般認為，任一元素與釩的比值都可作為這種判斷的依據(jù)。另外，運用同位素（主要是用鉛同位素和碳同位素）示蹤的方法來追蹤顆粒物來源，也在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用和研究。

我國可吸入顆粒物的主要來源

我國能源結(jié)構(gòu)以煤炭為主，70%以上是難以清潔燃燒的煤炭，而且對于煤炭使用和汽車排放控制不嚴。因此，我國城市大氣中大量的PM10直接或間接地來自于燃燒過程。

煤炭燃燒直接排放出大量粒徑較小的一次粒子，同時煤炭燃燒排出的大量SO2等氣態(tài)污染物經(jīng)反應(yīng)后可形成粒徑較小的二次粒子，因此PM10、PM2.5污染程度較高。例如：成都市PM10的污染源以煤煙為主，燃煤飛灰、冶金塵、道路交通塵、垃圾與草木焚燒煙塵是其主要的污染源。在廣州、武漢、蘭州、重慶四地為期2a的監(jiān)測表明，城區(qū)PM2.5占PM10的體積百分數(shù)分別為64.7%～66.1%、52.6%～60.5%、51.6%～51.9%和6.8%～65.1%。在X射線衍射分析結(jié)合透射電子顯微鏡的方法，揭示合肥地區(qū)大氣顆粒物主要來源依次是地表揚塵、大氣次生氣溶膠、汽車尾氣、燃煤煙塵。相對國外發(fā)達國家，我國可吸入顆粒物的源解析研究工作剛剛起步。1993年國家環(huán)保局下發(fā)《城市環(huán)境綜合整治規(guī)劃編制技術(shù)大綱》，規(guī)定大氣顆粒物的源解析應(yīng)使用受體模型進行，所用受體模型主要指化學(xué)質(zhì)量平衡（CMB）。

環(huán)境遷移、擴散和轉(zhuǎn)化

遷移、擴散

PM10在空氣中受重力、浮力和拖曳力的作用，其在空氣中的停留時間和轉(zhuǎn)移主要取決于顆粒物的粒徑大小。一般來說，PM10擴散范圍從幾十米至數(shù)十公里，PM2.5可擴散至數(shù)百公里甚至數(shù)千公里之外，造成大范圍的污染，甚至成為全球性問題。

轉(zhuǎn)化

大氣中的顆粒物可以通過以下三種途徑得到自然清除：（1）雨除（作為凝結(jié)核形成雨滴而降落）和降水沖刷，這是最有效的清除途徑；（2）在大氣動力作用下由于撞擊而被捕獲在地面、植物或其他物體表面上；（3）由于本身重量而自然沉降，這個途徑對于可吸入顆粒物而言較為次要。

二次顆粒物與形成它的氣態(tài)物質(zhì)比較，其在環(huán)境的轉(zhuǎn)化的主要差異在于反應(yīng)性質(zhì)和沉降速度。二次顆粒物大致是反應(yīng)的終產(chǎn)物，即使發(fā)生反應(yīng)仍維持其顆粒狀態(tài)。沉降速度也比氣態(tài)物質(zhì)大個數(shù)量級。因此二次顆粒物可在環(huán)境中維持數(shù)日至數(shù)周。