篇 名 : 空 氣 中 的 殺 手 PM2.5 作 者 : 張 佐 渝 景 美 女 中 三 年 忠 班 高 晨 媁 景 美 女 中 三 年 忠 班 鄒 涵 如 景 美 女 中 三 年 忠 班 指 導 老 師 : 李 迪 雯
壹 前 言 一 研 究 動 機 : 2013 年 1 月 初, 中 國 的 25 個 省 份 被 連 續 25 天 的 霾 害 所 壟 罩, 同 時 美 國 太 空 總 署 (NASA) 地 球 觀 測 站 2013 年 公 佈 了 一 份 全 球 空 氣 污 染 地 圖 指 出 每 年 全 球 約 有 兩 百 一 十 萬 人 的 死 亡 與 細 懸 浮 微 粒 (PM 2.5) 有 關, 尤 其 以 中 國 東 部 北 印 度 與 歐 洲 空 氣 污 染 最 為 嚴 重 ; 中 國 東 部 包 括 北 京 上 海 青 島 等 都 市 地 區, 因 工 業 汽 車 家 庭 廢 氣 排 放 大 量 的 細 懸 浮 微 粒 成 為 亞 洲 空 氣 污 染 最 嚴 重 的 地 區 然 而 空 氣 污 染 無 國 界, 在 冬 季, 臺 灣 受 到 東 北 季 風 帶 來 的 中 國 大 陸 霧 霾 所 苦, 細 懸 浮 微 粒 PM 2.5 的 監 測 值 屢 屢 破 百 ( 注 : 環 保 署 訂 定 PM 2.5 空 氣 品 質 標 準, 日 均 值 為 每 立 方 公 尺 35 微 克 ) 不 僅 臺 灣 如 此, 東 亞 北 從 日 本 韓 國 中 國 大 陸 各 大 城 市, 南 到 香 港 澳 門, 無 一 未 受 大 陸 霧 霾 的 侵 害 2015 年 3 月 初, 大 陸 央 視 前 主 播 柴 靜 女 士, 所 發 表 的 窮 頂 之 下 中, 所 探 討 霾 害 造 成 中 國 人 罹 患 呼 息 道 疾 病 等 人 數 上 升 和 環 境 傷 害 更 引 發 兩 岸 熱 烈 討 論 本 文 將 就 霾 害 當 中 的 成 分 和 造 成 的 疾 病 一 一 進 行 探 討 二 研 究 方 法 : 首 先, 先 瞭 解 PM 2.5 中 含 有 哪 些 化 學 物 質 及 成 分, 其 中 有 何 種 成 分 會 對 呼 吸 道 的 影 響 和 其 所 引 發 之 疾 病, 研 究 PM2.5 和 呼 吸 道 疾 病 之 關 係 接 著, 探 討 PM2.5 近 年 來 霾 害 對 大 陸 及 臺 灣 的 空 氣 影 響 狀 況 和 檢 測 PM2.5 之 標 準, 及 檢 測 方 法 最 後, 統 整 出 是 否 有 解 決 或 減 少 霾 害 之 發 生, 或 是 能 進 一 步 事 先 預 防 PM2.5 對 呼 吸 道 的 傷 害 貳 正 文 一 何 謂 霧 霾 霾 的 來 源 是 氮 氧 化 物 以 及 產 生 於 車 輛 排 氣 工 廠 廢 氣 等 化 石 原 料 燃 燒 的 揮 發 性 有 機 化 合 物 與 陽 光 共 同 發 生 化 學 反 應, 因 此 在 空 氣 中 產 生 出 對 人 體 健 康 有 害 的 微 小 懸 浮 粒 子 二 何 謂 PM2.5 PM2.5 是 指 大 氣 中 直 徑 小 於 或 等 於 2.5 微 米 的 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 品 質 和 能 見 度 等 有 重 要 的 影 響 1
PM2.5 粒 徑 小, 富 含 大 量 的 有 毒 有 害 物 質 且 在 大 氣 中 的 停 留 時 間 長 輸 送 距 離 遠, 因 而 對 人 體 健 康 和 大 氣 環 境 品 質 的 影 響 更 大 2013 年 2 月, 全 國 科 學 技 術 名 詞 審 定 委 員 會 將 PM2.5 的 中 文 名 稱 命 名 為 細 顆 粒 物 細 顆 粒 物 的 化 學 成 分 主 要 包 括 有 機 碳 (OC) 元 素 碳 (EC) 硝 酸 鹽 硫 酸 鹽 銨 鹽 鈉 鹽 (Na+) 等 三 霧 霾 成 分 1. 褐 煤 褐 煤 是 一 種 低 熱 質 的 煤 炭, 是 發 育 不 完 全, 處 於 無 煙 煤 和 泥 炭 之 間 狀 態 的 煤 褐 煤 含 揮 發 分 較 高, 褐 煤 電 廠 的 污 染 物 排 放 量 要 比 消 耗 普 通 煤 的 電 廠 大 由 於 它 富 含 揮 發 份, 所 以 易 於 燃 燒 並 冒 煙 含 碳 量 60% ~77%, 密 度 約 為 1.1-1.2, 揮 發 成 分 大 於 40% 無 膠 質 層 厚 度 2. 二 氧 化 氮 室 溫 下 為 有 刺 激 性 氣 味 的 紅 棕 色 順 磁 性 氣 體, 易 溶 于 水 二 氧 化 氮 吸 入 後 對 肺 組 織 具 有 強 烈 的 刺 激 性 和 腐 蝕 性 作 為 氮 氧 化 物 之 一 的 二 氧 化 氮, 是 工 業 合 成 硝 酸 的 中 間 產 物, 每 年 有 大 約 幾 百 萬 噸 被 排 放 到 大 氣 中, 是 一 種 重 要 的 大 氣 污 染 物 3. 灰 分 無 機 物, 可 以 是 鍛 燒 後 的 殘 留 物 也 可 以 是 烘 乾 後 的 剩 餘 物 在 高 溫 時, 發 生 一 系 列 物 理 和 化 學 變 化, 最 後 有 機 成 分 揮 發 逸 散, 而 無 機 成 分 ( 主 要 是 無 機 鹽 和 氧 化 物 ) 則 殘 留 下 來, 這 些 殘 留 物 稱 為 灰 分 4. 二 氧 化 硫 SO2 無 色 氣 體, 有 強 烈 刺 激 性 氣 味 大 氣 主 要 污 染 物 之 一 火 山 爆 發 時 會 噴 出 該 氣 體, 在 許 多 工 業 過 程 中 也 會 產 生 二 氧 化 硫 由 於 煤 和 石 油 通 常 都 含 有 硫 化 合 物, 因 此 燃 燒 時 會 生 成 二 氧 化 硫 當 二 氧 化 硫 溶 于 水 中, 會 形 成 亞 硫 酸 ( 酸 雨 的 主 要 成 分 ) 若 把 SO2 進 一 步 氧 化, 通 常 在 催 化 劑 如 二 氧 化 氮 的 存 在 下, 便 會 生 成 硫 酸 這 就 是 對 使 用 這 些 燃 料 作 為 能 源 的 環 境 效 果 的 擔 心 的 原 因 之 一 到 2006 年 為 止, 中 國 是 世 界 上 二 氧 化 硫 排 放 量 最 大 的 國 家,2005 年 的 排 放 量 估 計 為 25.49 百 萬 噸 自 從 2000 年 以 來, 排 放 量 增 加 了 27%, 差 不 多 與 美 國 在 1980 年 的 排 放 量 相 等 四 霧 霾 對 人 體 的 傷 害 2
提 高 重 病 和 慢 性 病 患 者 的 死 亡 率 使 慢 性 病 加 劇 使 呼 吸 系 統 及 心 臟 系 統 疾 病 惡 化, 改 變 肺 功 能 及 結 構 影 響 生 殖 能 力 改 變 人 體 的 免 疫 結 構 等 顆 粒 物 引 起 的 三 類 疾 病 值 得 重 視 : 傳 染 病 : 包 括 流 感 肺 結 核 和 肺 炎 等 ; 過 敏 : 包 括 由 自 然 過 敏 源 引 起 的 哮 喘 和 肺 泡 炎 ; 肺 癌 等 大 部 分 的 健 康 影 響 被 認 為 是 小 粒 徑 部 分 PM2.5 而 不 是 大 粒 徑 部 分 所 造 成 的 危 害 程 度 主 要 取 決 其 成 分 濃 度 和 粒 徑 二 氧 化 氮 是 一 種 影 響 空 氣 品 質 的 重 要 污 染 物 雖 然 吸 入 二 氧 化 氮 會 導 致 中 毒 反 應, 但 由 於 二 氧 化 氮 過 於 刺 激 反 而 使 得 中 毒 事 故 較 容 易 避 免 例 如, 發 煙 硝 酸 就 經 常 被 NO2 污 染 在 吸 入 少 量 但 潛 在 致 命 的 劑 量 的 二 氧 化 氮 後, 中 毒 症 狀 ( 肺 水 腫 ) 會 在 幾 小 時 後 顯 現 低 濃 度 的 二 氧 化 氮 會 使 鼻 子 麻 痹, 從 而 可 能 導 致 過 量 吸 收 長 期 暴 露 在 NO2 濃 度 為 40 到 100 毫 克 / 立 方 米 的 環 境 中 會 導 致 不 利 的 健 康 影 響 呼 吸 道 疾 病 主 要 症 狀 有 咳 嗽 呼 吸 困 難, 這 些 症 狀 會 降 低 肺 功 能 促 發 氣 喘 除 了 引 起 慢 性 氣 管 炎 還 可 能 增 加 呼 吸 疾 病 的 死 亡 率 小 於 十 微 米 的 微 粒 物 質 包 含 粒 徑 小 於 2.5 微 米 的 細 小 為 例, 會 在 大 氣 中 形 成 一 層 霧 霾, 直 接 影 響 大 氣 可 見 度 美 國 環 保 署 估 計 在 施 行 PM2.5 的 標 準 後 每 年 可 預 防 1 萬 5000 新 生 兒 之 死 亡, 新 增 加 預 計 約 近 7000 萬 人 的 保 護 五 空 氣 品 質 標 準 空 氣 污 染 指 標 (PSI) 0~50 51~100 101~199 200~299 >=300 對 健 康 良 好 普 通 不 良 非 常 不 良 有 害 的 影 響 Good Moderate Unhealthful Very Unhealthful Hazardous 人 體 健 對 一 般 民 對 敏 感 族 群 對 敏 感 族 群 會 對 敏 感 族 群 會 對 敏 感 族 群 除 康 影 響 眾 身 體 健 健 康 無 立 即 有 輕 微 症 狀 惡 有 明 顯 惡 化 的 了 不 適 症 狀 顯 康 無 影 響 影 響 化 的 現 象, 如 臭 現 象, 降 低 其 運 著 惡 化 並 造 成 氧 濃 度 在 此 範 動 能 力 ; 一 般 大 某 些 疾 病 提 早 圍, 眼 鼻 會 略 有 眾 則 視 身 體 狀 開 始 ; 減 低 正 常 刺 激 感 況, 可 能 產 生 各 人 的 運 動 能 力 種 不 同 的 症 狀 六 檢 測 方 法 3
1. 手 動 採 樣 法 (1) 方 法 概 要 以 定 流 量 抽 引 空 氣 進 入 特 定 形 狀 之 採 樣 器 進 氣 口, 經 慣 性 微 粒 分 徑 器, 將 氣 動 粒 徑 小 於 或 等 於 2.5 微 米 (μm) 之 細 懸 浮 微 粒 (PM2.5) 收 集 於 濾 紙 上 而 此 濾 紙 於 採 樣 前 後 均 於 特 定 溫 度 與 濕 度 環 境 中 調 理 後 秤 重, 以 決 定 所 收 集 之 PM2.5 微 粒 之 淨 重, 再 除 以 24 小 時 之 採 樣 總 體 積 即 得 微 粒 24 小 時 之 品 質 濃 度 (2) 適 用 範 圍 本 方 法 適 用 溫 度 30 至 45, 相 對 濕 度 0 至 100%, 大 氣 壓 力 600 至 800 mmhg 之 環 境 空 氣 中 氣 動 粒 徑 小 於 或 等 於 2.5 微 米 (μm) 細 懸 浮 微 粒 (PM2.5)24 小 時 之 品 質 濃 度 值 測 定 經 24 小 時 之 採 樣, 其 偵 測 極 限 可 達 2 μg/m3 ; 濃 度 偵 測 上 限 則 取 決 於 微 粒 在 濾 紙 上 之 品 質 負 載 所 引 起 的 壓 降, 是 否 已 造 成 採 樣 器 無 法 維 持 其 在 規 定 之 流 率 下 運 轉 而 定 在 PM2.5 品 質 濃 度 值 達 200 μg/m3 之 情 況 下, 採 樣 器 在 規 定 之 流 率 範 圍 內 仍 可 維 持 運 轉 24 小 時 2. 靜 電 沉 澱 法 一 種 等 離 子 體 空 氣 淨 化 器 包 括 入 氣 口 安 裝 在 入 氣 口 內 的 過 濾 網 出 氣 口 設 置 於 入 氣 口 後 方 的 等 離 子 體 反 應 器, 以 及 等 離 子 體 反 應 器 後 方 的 水 處 理 裝 置 負 離 子 發 生 器 和 出 口 過 濾 系 統, 等 離 子 反 應 器 包 括 若 干 個 反 應 基 本 單 元, 每 個 反 應 基 本 單 元 內 都 設 有 一 個 反 應 區 和 一 個 催 化 層, 反 應 區 的 後 方 設 有 催 化 層, 催 化 層 中 含 有 催 化 劑 Mn02 TiO2,Fe2O3 和 ZnO, 利 用 等 離 子 體 與 催 化 劑 的 結 合 除 去 VOC, 使 靜 電 沉 澱 法 對 PM2.5 進 行 淨 化, 出 口 過 濾 系 統 從 前 至 後 依 次 包 括 活 性 炭 吸 附 層 HEPA 高 效 過 濾 網 以 及 通 風 裝 置 ; 空 氣 經 歷 三 次 的 淨 化, 通 過 這 種 方 式 達 到 最 佳 的 淨 化 效 果 3. 序 列 萃 取 法 萃 取 是 利 用 酸 液 將 固 體 樣 品 中 鍵 結 力 較 弱 之 物 質 溶 解 出 來 的 一 種 程 序, 實 驗 過 程 首 先 將 所 採 集 的 粒 塵 經 過 105 24 小 時 的 乾 燥 處 理 後, 使 用 標 準 篩 將 樣 品 以 機 械 震 動 方 式 篩 分 成 六 個 不 同 粒 徑 大 小 的 粒 塵 ; 將 分 篩 後 37μm 以 下 的 微 粒, 以 再 懸 浮 實 驗 設 備, 配 合 微 孔 均 勻 沉 積 衝 擊 器 (MOUDI), 進 一 步 細 分 成 十 階 粒 徑 等 大 小 不 同 的 微 粒 分 別 收 集 在 濾 紙 上, 再 以 序 列 萃 取 法 及 高 壓 分 解 釜 混 酸 消 化 法 處 理 後 定 量 其 中 之 元 素 濃 度 4. 電 子 顯 微 鏡 法 4
電 子 顯 微 鏡 法 是 利 用 電 磁 場 偏 折 電 子 聚 焦 電 子 以 及 利 用 電 子 與 物 質 作 用, 產 生 繞 射 和 散 射 的 原 理 來 研 究 物 質 微 細 結 構 的 儀 器 場 發 式 電 子 顯 微 鏡 是 對 燈 絲 施 加 一 很 大 的 電 場, 使 電 位 障 礙 變 得 非 常 小, 如 此 電 子 得 以 穿 隧 效 應 方 式 直 接 脫 離 固 體 表 面 產 生 的 電 子 作 成 繞 射 圖 樣, 可 用 來 作 微 細 組 織 和 晶 體 結 構 研 究, 我 們 利 用 電 子 顯 微 鏡 技 術 來 了 解 灰 類 的 顆 粒 形 狀, 進 一 步 搭 配 X- 光 能 譜 分 析 儀 可 對 氣 膠 樣 品 做 定 性 定 量 的 分 析 七 民 眾 自 我 保 護 的 方 法 1. 懸 浮 微 粒 的 控 制 方 法 : (1) 針 對 污 染 來 源 進 行 控 制, 以 降 低 污 染 的 來 源 (2) 利 用 通 風 換 氣 的 方 法, 以 稀 釋 空 氣 污 染 物 的 濃 度 (3) 利 用 空 氣 清 淨 設 備, 淨 化 空 氣 2. 民 眾 自 我 保 護 方 法 (1) 空 氣 品 質 不 良 時 避 免 出 門 (2) 使 用 口 罩 (N95 口 罩 可 吸 附 和 過 濾 約 95% 活 性 碳 口 罩 約 80~85% 一 般 外 科 用 口 罩 70~80%) (3) 使 用 空 氣 清 淨 機 ( 最 好 選 用 醫 療 型 HEPA 可 去 除 99.7% 的 懸 浮 微 粒 ) (4) 戶 外 運 動 前 收 看 行 政 院 環 境 保 護 署 空 氣 品 質 預 報, 瞭 解 當 日 空 氣 狀 況 參 結 論 從 這 次 中, 我 們 可 以 發 現 到 霧 霾 對 人 體 真 的 具 有 很 嚴 重 的 傷 害 然 而 近 年 來 霾 害 越 來 越 嚴 重, 霾 害 所 造 成 的 空 氣 汙 染 也 使 得 大 陸 跟 台 灣 的 肺 癌 致 死 率 居 高 不 下, 政 府 應 該 多 制 定 點 完 善 的 環 保 標 準, 霾 害 中 擁 有 許 多 致 癌 的 物 質, 人 們 應 更 加 知 道 如 何 保 護 自 己 和 預 防 霾 害 對 人 體 的 威 脅, 固 我 們 應 該 呼 籲 民 眾 更 加 重 視 霧 霾, 讓 民 眾 了 解 到 霾 害 的 嚴 重 性, 進 一 步 的 了 解 如 何 子 我 保 護, 我 們 無 法 減 少 霧 霾 的 產 生, 但 我 們 能 保 護 自 己 以 免 得 到 呼 吸 道 疾 病 肆 資 料 來 源 行 政 院 環 保 署 空 氣 品 質 監 測 網 http://www.epa.gov.tw/mp.asp?mp=epa 維 基 百 科 二 氧 化 硫 http://zh.wikipedia.org/wiki/%e4%ba%8c%e6%b0%a7%e5%8c%96%e7%a1%ab 宜 蘭 縣 環 境 保 護 局 檢 測 方 法 - 手 動 採 樣 法 5
http://works.ilepb.gov.tw/01002_w_09/method_1.html 衛 生 福 利 部 國 民 健 康 署 民 眾 預 防 手 冊 http://www.hpa.gov.tw/bhpnet/web/healthtopic/topicarticle.aspx?no=201502160001& parentid=201105060003 6