田埂(清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院 )

　　生活在北方城市的人們近三年普遍感受到，霧霾的發(fā)生頻率在不斷增加，特別是2013年和2014年， 霧霾發(fā)生的次數(shù)之頻繁，持續(xù)時(shí)間之長,污染程度之重都創(chuàng)下了記錄，2013年1月北京發(fā)生了 PM2.5污染歷史峰值，2014年1月發(fā)生了有記錄以來持續(xù)時(shí)間最長的污染期，即便是在理論上不會出現(xiàn)霧霾的春夏兩季霧霾也頻繁發(fā)生。霧霾不僅困擾著人們的工作生活，也對人們的心理投下了巨大的陰影。應(yīng)對霧霾，政府在做各種努力，例如出臺了包括《北京市大氣污染防治條例》等一系列政策，“京津冀”聯(lián)動治霾等一致行動的確立， 科學(xué)家們也絞盡腦汁，針對霧霾展開了一些列研究，試圖通過科學(xué)研究幫助人們了解霧霾，治理霧霾。但是至今人們依然無法回答一些基本的問題：霧霾到底從何而來，如何精確測試，如何避免;霧霾對人類的健康造成了哪些危害;而人類究竟如何在霧霾長期存在的情況下保護(hù)健康，少受危害。

　　什么是霧霾?

　　氣象學(xué)上的定義：霧 (Frog): 近地面空氣中的水汽凝結(jié)成大量懸浮在空氣中的微小水滴或冰晶，導(dǎo)致水平能見度低于1公里的天氣現(xiàn)象。相對濕度95%以上的低能見度;霾 (Haze): 大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10公里的空氣普遍混濁現(xiàn)象，相對濕度小于80%。霧霾: 霧和霾的混合物，相對濕度80%-95%。通俗的講：云是飄在天上的霧，霧是落在地上的云，霾也就是漂浮在空氣中的細(xì)顆粒物。

　　PM2.5(完整拼寫為Particulate Matter2.5，稱為細(xì)顆粒物)是指空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，也稱為可入肺顆粒物。PM10則是指空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑≤10微米的顆粒物稱為可吸入顆粒物。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長、傳輸距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。

　　霧霾真正被人們所認(rèn)識，是從1952年倫敦霧霾事件和二十世紀(jì)40年代初期發(fā)生在美國洛杉磯的光化學(xué)污染開始，作為工業(yè)時(shí)代的的城市之傷，霧霾似乎伴隨著人類工業(yè)化的腳步進(jìn)入人們的生活，而人們與霧霾的斗爭，一般都要持續(xù)數(shù)年。

　　在北京的霧霾天，有時(shí)一天空氣污染物的增加濃度最高達(dá)到200-400ug/m3。按北京市區(qū)面積為16807.8*106平方米計(jì)算，污染帶正常在0-500米高度內(nèi)變化不大，而從500米到1600米直線下降，所以平均厚度可以為1000米. 這樣算下來，在霧霾天即一天積累的細(xì)顆粒物值大約總量(PM2.5):3360-6720噸。要想短時(shí)間去除數(shù)量如此龐大的污染物，必須從源頭了解它的成因。

　　霧霾是如何形成的?

　　毫無疑問，化石燃料燃燒是我國PM2.5的重要來源，根據(jù)北京和上海兩座城市環(huán)保局公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，PM2.5成分中，40～75%的重金屬來自化石燃料燃燒，超過50%的黑碳來自化石燃料燃燒，城市的一次排放中主要來源是燃煤、機(jī)動車等化石燃料燃燒。北京師范大學(xué)研究者2013年在《氣溶膠和空氣質(zhì)量研究》雜志上發(fā)表的相關(guān)數(shù)據(jù)也證實(shí)了這一點(diǎn)。而要了解霧霾形成的過程，必須了解一個(gè)計(jì)算公式：

　　從公式中我們可以看出，污染的濃度與以下幾個(gè)因素相關(guān)：散發(fā)源散發(fā)出的污染物濃度，也就是氣象污染物排放的量;散發(fā)的氣象條件;化學(xué)成分以及沉降。當(dāng)污染物從源頭釋放到空氣中后，如果氣象條件適合污染物在城市中較長時(shí)間的存在，而且在光和水等氣象條件的作用下，細(xì)小的化學(xué)組分可能發(fā)生反應(yīng)，形成顆粒物懸浮，這個(gè)過程叫做“成核作用”，通過成核作用，化學(xué)成分相互作用形成了新的顆粒物，從而造成二次污染。最后就是細(xì)小的顆粒物彼此碰撞反應(yīng)，從而形成更大的顆粒，最后沉降下來落在地表。

　　霧霾污染物的來源和成分分析

來自2011年北京市環(huán)保局發(fā)布數(shù)據(jù)北京市PM2.5排放源解析

來自2012年上海市環(huán)保局發(fā)布數(shù)據(jù)上海市PM2.5排放源解析

　　2011年北京市環(huán)保局發(fā)布數(shù)據(jù)表明，在北京的顆粒物污染中，機(jī)動車排放的貢獻(xiàn)為22%，燃煤排放17%，工業(yè)揚(yáng)塵16%，工業(yè)設(shè)施16%，農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖和秸稈焚燒4.5%，周圍輸入(河北、天津)24.5%。而上海市環(huán)保局2012年發(fā)布數(shù)據(jù)表明 的數(shù)字，機(jī)動車排放25%，工業(yè)揚(yáng)塵10%，工業(yè)設(shè)施15%，干洗、餐飲民用涂料5%，農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖和秸稈焚燒5%，周邊影響20%。兩座城市大同小異。

　　2012年北京煤炭總使用量2000多萬噸，其中四個(gè)大電廠用煤920萬噸，工業(yè)加供熱700多萬噸，散煤400多萬噸。大型電廠用煤都經(jīng)過了脫硫等處理，相對來講對空氣污染的排放較少，工業(yè)加供熱方面，國家采取了多項(xiàng)控制措施，排放也得到很好的控制，但是散煤使用則很難得到有效控制，污染貢獻(xiàn)很大。沒有凈化設(shè)施的條件下，1kg煤可能產(chǎn)生16g到1600mg/Nm3的SO2(1%硫量)也可能同時(shí)產(chǎn)生 ~5g到500mg/Nm3的NOx(氮氧化物)。

　　根據(jù)北京市環(huán)保局機(jī)動車排放管理處提供的數(shù)字，目前北京市535萬輛機(jī)動車每年消耗燃油700多萬噸，其中汽油400多萬噸、車用柴油200多萬噸;年排放污染物總量約90萬噸，含碳?xì)浠衔?.7萬噸，氮氧化物8萬多噸。而洛杉磯在發(fā)生光化學(xué)污染的數(shù)年間，其汽車保有量不過200萬輛。

　　化石燃料燃燒后最終的排放到空氣中的污染物包括：NOx(氮氧化合物)、SO2(二氧化硫)、VOC(是指那些沸點(diǎn)等于或低于250℃的化學(xué)物質(zhì)，易揮發(fā))、CO、BC(Black Carbon黑炭)、OC(Organic Carbon有機(jī)碳)、NH3、CO2以及PM2.5等，形成了霧霾的初次排放。

　　初次排放的這些污染物，在成核作用以及水和光的作用下，產(chǎn)生二次污染物，學(xué)術(shù)上叫做“新粒子：，新粒子的成分就比較復(fù)雜了，因?yàn)榕欧盼锉旧沓杀揪捅容^復(fù)雜，而二次反應(yīng)的過程，是粒子在空氣中隨機(jī)碰撞作用的結(jié)果，這一過程產(chǎn)生大量細(xì)小粒子，空氣動力學(xué)粒徑在0.1-1微米之間的顆粒，這些顆粒在數(shù)量上和危害上都很大，而且非常難以防控。

　　霧霾的健康危害

　　權(quán)威雜志《柳葉刀》曾刊登過我國科學(xué)家終南山先生的文章，指出在我國因吸煙和固體燃料燃燒導(dǎo)致的可吸入顆粒物污染，將在2003-2033年間導(dǎo)致6千5百萬人死于慢性肺病，1千8百萬人死于肺癌;而權(quán)威雜志《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》也曾發(fā)表過美國的數(shù)字，PM2.5的濃度減少10 μg/m3，預(yù)期壽命增長約0.61±0.20年。2010年美國環(huán)保部發(fā)表的《顆粒物的綜合科學(xué)研究》中將顆粒物濃度與多種疾病關(guān)聯(lián)，其中包括：呼吸道刺激，咳嗽，呼吸困難，降低肺功能，加重哮喘，慢性支氣管炎，不規(guī)則的心跳，非致命性心臟發(fā)作，某些癌癥等。 在全球致死的數(shù)字中，空氣污染相關(guān)的疾病排在第8位，而我國則排在第4位;清華大學(xué)研究人員報(bào)道了2013年北京霧霾微生物，其中也存在引起感染的微生物。人們也形象的把霧霾引起的呼吸道刺激癥狀稱為 “北京咳嗽” 。在霧霾天與霧霾相關(guān)的呼吸系統(tǒng)疾病門診病例顯著增加。

　　雖然有多種研究表明空氣污染與疾病的發(fā)生相關(guān)，但是正如荷蘭烏德勒支大學(xué)的B.Brunekreef教授所言：到目前為止，我們一直無法找到一個(gè)或幾個(gè)確定的組分是細(xì)顆粒物污染中對健康造成主要影響的，也沒有充足的證據(jù)證明某種具體的成分的濃度對健康是無害的。

　　一天中什么時(shí)候霧霾最嚴(yán)重?

　　從這張圖種可以看出，污染物在清晨也就是7點(diǎn)到8點(diǎn)間達(dá)到開始迅速增加，到10點(diǎn)開始進(jìn)入線性增加期，而到傍晚時(shí)分開始下降，并于晚間回歸較低的值，這一現(xiàn)象與我們前文提到的公式有很大關(guān)系，因?yàn)榘滋煸谒畾夂完柟獾淖饔孟?，一次排放的污染物發(fā)生二次反應(yīng)，從而快速積累，而人的活動也在白天達(dá)到高峰，排放物的增加和積累，促使污染在下午達(dá)到高峰，而晚間，由于光照的減少，二次反應(yīng)降低，排放也因?yàn)槿藗兊幕顒訙p少而降低，從而使得空氣污染得到緩解。但是北京的霧霾曲線則與普通的空氣污染曲線不同，空氣污染往往在晚間達(dá)到峰值，而白天則處于不斷積累的過程中。這也表明北京的空氣污染有其特殊性，需要更詳細(xì)的機(jī)制分析，才能最終解答來源的問題。

　　室外霧霾對室內(nèi)環(huán)境的影響

　　王貝貝等2010年在《環(huán)境科學(xué)研究》中發(fā)表的文章顯示，人們在工作日和休息日分別有57%和75%的時(shí)間在家居環(huán)境，室外的空氣污染主要通過室內(nèi)環(huán)境作用于人體。而根據(jù)清華大學(xué)建筑學(xué)院的研究結(jié)果，在門窗緊閉的情況下，室內(nèi)PM2.5濃度大約為室外的1/2-2/3，而這部分顆粒，主要集中在0.1~1微米的粒徑范圍，也就是室外污染物中那些粒徑小毒性大的顆粒會進(jìn)入室內(nèi)。當(dāng)然，這也跟建筑物本身的密閉性，門窗開啟的頻率等相關(guān)，顆粒物從室外到室內(nèi)的過程，可以通過穿透系數(shù)來計(jì)算。

　　如何在室內(nèi)消除霧霾影響?

　　常規(guī)保證室內(nèi)清潔的方法有兩種，一種是正壓環(huán)境，例如醫(yī)院的ICU病房或超凈實(shí)驗(yàn)室，讓室內(nèi)的壓力大于室外，這樣室外顆粒就無法進(jìn)入室內(nèi);一種是空氣過濾，將室內(nèi)的空氣通過過濾裝置凈化，只要室內(nèi)凈化裝置的凈化效率大于室外污染物滲入的速度，那么室內(nèi)就可以保持潔凈。對我們生活在北京的普通人而言，把家或者辦公室裝修成“正壓環(huán)境”顯然從經(jīng)濟(jì)投入到可操作性都不現(xiàn)實(shí)，開啟空氣凈化器無疑是最簡潔和方便的解決辦法，每天開窗通風(fēng)完后，對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行10~20分鐘的高功率凈化，將室內(nèi)顆粒物進(jìn)行快速清除，而后維持一定的凈化功率，就可以達(dá)到較好的凈化效果 。

　　如何選擇和正確使用空氣凈化器?

　　目前市面上常見的凈化設(shè)備，就其原理主要分過濾(通過濾材攔截顆粒)和靜電除塵(靜電力吸附顆粒，電場中釋放除塵)兩種。靜電除塵的優(yōu)勢是阻力低、不需更換濾材，但是其工作原理決定其除塵過程會產(chǎn)生臭氧，造成二次污染，因此不推薦使用。而通過濾膜的過濾優(yōu)勢是副產(chǎn)物少，有效去除各類顆粒物，而劣勢則是需定期維護(hù)(更換濾料)，阻力大，而工業(yè)界也對濾膜過濾的儀器開放更感興趣，使用者的接受度也更高，產(chǎn)品種類更豐富一些。

　　CADR(Clean Air Delivery Rate，潔凈空氣輸出比率)，是美國家電制造商協(xié)會(AHAM)按照嚴(yán)格的測試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試得出的空氣凈化器輸出潔凈空氣的比率。CADR數(shù)值越高，則表示凈化器的凈化效能越高。由此可見，雖然市場上有好多這樣那樣的空氣凈化產(chǎn)品，但只要用這兩個(gè)條件去衡量，就能區(qū)分出來哪種更好。

　　除了CADR值之外，當(dāng)我們采購一臺空氣凈化設(shè)備時(shí)，我們還要考慮價(jià)格和功耗等因素，這里提供一個(gè)計(jì)算公式，也就是CADR值/(功率*價(jià)格),得到的值越大越好。

　　采購到合適的凈化設(shè)備，不只要了解如何挑選性價(jià)比高的空氣凈化器，還要考慮到房屋的面積(體積)，開啟和使用時(shí)間，以及凈化器的擺放位置等。我們舉一個(gè)例子，如果我們把自己正面面對空氣凈化器的進(jìn)氣口，那么凈化器抽氣過程中聚集的粒子就被我們呼了進(jìn)去，而被空氣凈化器凈化的空氣，則離我們較遠(yuǎn)。

　　霧霾中還有哪些“危險(xiǎn)分子”?

　　2014年初，清華大學(xué)的研究者對2013年歷史霧霾峰值期間收集的PM10和PM2.5樣本進(jìn)行了宏基因組研究，發(fā)現(xiàn)了霧霾中的1300種微生物，發(fā)現(xiàn)空氣中的微生物大部分都來自土壤，最豐富的門類是放線菌，變形桿菌，綠彎菌，厚壁菌，擬桿菌，和廣古菌。其中有3種可引起疾病的微生物， 包括肺炎鏈球菌，煙曲霉，和人腺病毒C。肺炎鏈球菌最常見于社會獲得性肺炎(CAP ) ，在將近50%的的社會獲得性肺炎中可分離出肺炎鏈球菌。而煙曲霉，以孢子的形式存在，被認(rèn)為是一種主要的引起過敏的真菌，是免疫缺陷的人群氣道或肺的條件致病菌。這兩種病原微生物在重度污染天都有增加。

　　治理霧霾，我們應(yīng)該怎么做?

　　從成因來講，霧霾問題其實(shí)就是能源問題，而能源問題歸根結(jié)底是發(fā)展問題，治理的方式就是轉(zhuǎn)變發(fā)展的模式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式的轉(zhuǎn)變，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)改善，減少污染物排放，清潔能源的普及，能源利用率的提高。這是一個(gè)長期的過程，需要多年的努力。

　　短期來講，在霧霾發(fā)生過程中，我們應(yīng)該做到更好的“清潔調(diào)度”，建立相應(yīng)的清潔調(diào)度機(jī)制和技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)在預(yù)測基礎(chǔ)上的應(yīng)急清潔調(diào)度：不是基于成本，而是基于污染物排放的調(diào)度方式。專門針對嚴(yán)重污染期，進(jìn)行清潔能源的儲備，在應(yīng)急期采用清潔燃料，減少燃煤量，用燃?xì)馓娲禾?提高燃煤鍋爐脫硫、脫硝和除塵的效率;減少汽車數(shù)量;工業(yè)生產(chǎn)整體合理安排; 建筑工地停工安排等。

　　而對于我們個(gè)人，應(yīng)該極力提倡低碳環(huán)保的生活方式。使用清潔能源、出行乘坐軌道交通、使用環(huán)保用品、控制和減少用電等等，從我做起踐行綠色生活，也是在為治理霧霾做貢獻(xiàn)。

　　(本文整理自清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院的霧霾研討會，作者授權(quán)賽先生刊發(fā))