空气质量与污染

空气污染是全球最重大的环境健康风险之一，截至2023年，每年估计导致790万人过早死亡，使其成为仅次于高血压的全球第二大死亡风险因素。¹ 包括颗粒物、二氧化氮、二氧化硫、臭氧和一氧化碳在内的空气污染物通过呼吸道和心血管途径影响人类健康，同时还导致生态系统退化、农作物受损和气候变化。应对空气污染需要在工业排放控制、交通政策、能源系统和城市规划方面采取协调行动。

空气污染的负担不成比例地落在低收入和中等收入国家，这些国家尽管对历史排放的贡献较小，却承受了约89%与空气污染相关的过早死亡。² 然而，空气质量挑战影响着所有地区，即使是发达国家也因室外和室内空气污染而遭受显著的健康影响。空气污染的经济成本，包括医疗支出、生产力损失和农业减产，每年高达数万亿美元。

空气质量标准与指南

空气质量标准为保护公众健康和环境，设定了具有法律强制力的污染物浓度限值。这些标准在不同司法管辖区差异很大，反映了不同的风险承受水平、经济考量以及科学评估。³

世界卫生组织空气质量指南于2021年更新，为污染物浓度限值提供了基于证据的建议。对于细颗粒物（PM2.5），世卫组织建议年均浓度为5微克/立方米（μg/m³），24小时平均浓度为15 μg/m³。⁴ 这些指南较2005年的旧指南（建议年均浓度为10 μg/m³）显著收紧，反映了在较低浓度下健康影响的累积科学证据。世卫组织强调，PM2.5暴露不存在安全阈值，即使在低于指南水平的浓度下也会发生健康影响。

美国国家环境空气质量标准根据《清洁空气法》制定，为六种标准污染物设定了具有法律强制力的限值：颗粒物（PM2.5和PM10）、臭氧、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳和铅。2024年，美国环保署将PM2.5年均标准从12 μg/m³收紧至9 μg/m³，但这仍比世卫组织指南宽松。⁵ 该标准包括保护公众健康的一级标准和保护公共福利（包括能见度和生态系统健康）的二级标准。

欧盟空气质量标准通过《环境空气质量指令》制定，为各种污染物设定了限值、目标值和警报阈值。欧盟目前正在修订其空气质量标准，以更紧密地对接世卫组织指南，拟议的更新预计将显著收紧PM2.5限值。修订过程反映了对空气污染健康影响日益增长的认识以及对清洁空气的政治承诺。

颗粒物污染

颗粒物由悬浮在空气中的固体颗粒和液滴组成，按尺寸分为PM10（直径小于10微米的颗粒）和PM2.5（直径小于2.5微米的颗粒）。PM2.5，也称为细颗粒物，因其可深入肺部并进入血液而构成特殊的健康隐患。⁶

PM2.5暴露的健康影响包括增加心血管疾病、中风、呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、肺癌和不良妊娠结局的风险。长期暴露于PM2.5与预期寿命缩短相关，PM2.5年均浓度每增加10 μg/m³，死亡风险约增加6-9%。⁷ 儿童、老年人和已有健康问题的人群对PM2.5暴露的脆弱性更高。

颗粒物的来源包括燃烧过程的直接排放（一次颗粒物）以及由二氧化硫、氮氧化物、氨和挥发性有机化合物等气态前体在大气中形成的颗粒物（二次颗粒物）。主要来源类别包括交通运输（尤其是柴油车）、工业设施、发电、住宅供暖和烹饪、农业活动和野火。在许多城市地区，交通是PM2.5的主要来源，而在农村地区，农业活动和住宅生物质燃烧可能占主导地位。

PM2.5的测量与监测涉及使用多种技术的地面监测网络，包括β射线衰减法、锥形元件振荡微量天平法和光学方法。卫星遥感提供了PM2.5分布的补充数据，在地面监测稀疏的地区尤其有价值。低成本传感器近年来激增，使得监测网络更密集，并促进了公民科学倡议，尽管关于传感器精度和校准的问题仍然存在。

工业排放控制

工业排放控制技术通过各种物理、化学和生物方法减少制造业、发电和其他工业过程的污染物排放。⁸

颗粒物控制技术包括：静电除尘器（利用电荷去除气流中的颗粒，在许多应用中效率超过99%）；织物过滤器（袋式除尘器，在过滤介质上捕获颗粒）；旋风除尘器（利用离心力分离颗粒）；以及湿式洗涤器（利用液体喷雾捕获颗粒）。技术选择取决于颗粒特性、气流性质、所需效率和经济考量。

氮氧化物控制采用燃烧改进措施以减少燃料燃烧过程中NOx的形成，包括低氮氧化物燃烧器、分级燃烧和烟气再循环。燃烧后控制包括选择性催化还原（SCR，在催化剂存在下使用氨或尿素将NOx转化为氮气和水）和选择性非催化还原（SNCR，在更高温度下无需催化剂实现类似反应）。SCR系统可实现超过90%的NOx去除效率。

二氧化硫控制主要采用烟气脱硫系统（通常称为洗涤器），通过与碱性吸收剂发生化学反应去除废气中的SO2。使用石灰石或石灰的湿法FGD系统可实现95%以上的去除效率。改用低硫燃料和燃料脱硫是替代方法。许多国家通过结合这些策略，实现了SO2排放的显著减少。

挥发性有机化合物控制技术包括：热氧化（在高温下燃烧VOCs）；催化氧化（使用催化剂在较低温度下实现燃烧）；吸附系统（用活性炭或其他吸附剂捕获VOCs，以便后续回收或销毁）；以及生物过滤器（利用微生物分解VOCs）。技术选择取决于VOC浓度、成分以及VOC回收在经济上是否具有吸引力。

碳捕集与封存技术从工业和发电排放中捕获二氧化碳，用于永久地下封存或利用。虽然CCS直接应对的是气候变化而非空气质量问题，但它代表了难以脱碳工业部门的一项重要排放控制策略。由于高成本和基础设施要求，商业规模的CCS部署仍然有限，尽管政策支持正在推动投资增加。

交通与空气质量

交通排放是城市空气污染的主要来源，贡献了大量的氮氧化物、颗粒物、一氧化碳和挥发性有机化合物。柴油车产生的NOx和PM2.5水平特别高，而汽油车排放更多的一氧化碳和VOCs。

车辆排放标准在过去几十年中逐步收紧，推动了发动机设计、燃油质量和排放控制系统的技术进步。欧盟的欧标、美国环保署的标准和中国的国标是主要的监管框架，已实现单车排放的大幅减少。然而，单车排放的减少部分被车辆数量和行驶里程的增长所抵消。

交通电气化通过消除尾气排放，为显著改善空气质量（尤其是在城市地区）提供了潜力。然而，空气质量净效益取决于发电结构，以煤电为主的电网提供的效益小于以可再生能源为主的电网。纯电动汽车不产生直接排放，而插电式混合动力电动汽车可实现部分减排。在政策授权、电池成本下降和充电基础设施扩展的推动下，全球向电动汽车的转型正在加速。

低排放区限制或对高排放车辆进入指定的城市区域收费，激励使用更清洁的车辆和替代交通方式。包括伦敦、巴黎、斯德哥尔摩在内的众多城市已实施此类区域，并有证据表明空气质量得到可测量的改善。然而，有效性取决于执法力度、替代交通的可用性以及污染可能向周边地区转移的情况。

室内空气质量

室内空气污染造成严重的健康影响，特别是在低收入国家，那里使用固体燃料进行烹饪和取暖仍然普遍。世卫组织估计，2020年固体燃料燃烧造成的家庭空气污染导致约320万人死亡。⁹ 污染物包括颗粒物、一氧化碳、二氧化氮以及不完全燃烧过程中释放的各种有毒化合物。

清洁烹饪解决方案，包括液化石油气、沼气、电炉和改进的生物质炉灶，可以显著减少室内空气污染暴露。然而，采用障碍包括前期成本、燃料供应、文化偏好和基础设施限制。包括清洁烹饪联盟在内的国际倡议通过技术开发、融资机制和政策支持，致力于加速向清洁烹饪技术的过渡。

延伸阅读

世界卫生组织在 who.int/health-topics/air-pollution 提供关于空气质量指南和健康影响的全面资源。全球空气状况倡议在 stateofglobalair.org 提供关于空气污染趋势和健康影响的详细数据和分析。美国环保署在 epa.gov/air-quality 提供关于空气质量标准、监测和控制技术的信息。关于空气污染健康影响、来源和控制策略的学术研究发表在包括《环境健康展望》、《大气环境》和《环境科学与技术》在内的期刊上。

参考文献