孔德龍,狄育慧,陳 希,王繼前,蔣 昊

(西安工程大學 環(huán)境與化學工程學院,陜西 西安 710048)

0 引 言

空氣既是人類生存的必要物質(zhì),又是傳播疾病的主要媒介[1].空氣中的顆粒物和微生物與人體健康息息相關.研究表明[2-4],大氣顆粒物對人體健康的危害主要表現(xiàn)在對呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、生殖與遺傳毒性、中樞神經(jīng)系統(tǒng)致病性和免疫系統(tǒng)等方面的影響.不論大氣顆粒物濃度是否低于國家控制標準,它對人群發(fā)病率與死亡率都有著顯著的影響[5].空氣中的微生物包括細菌、真菌和病毒等，除了具有極其重要的生態(tài)系統(tǒng)功能外,還與生存環(huán)境質(zhì)量以及人體健康休戚相關[6-7]，這些微生物能夠通過空氣向周圍擴散,導致人體患病[8].

廣大師生長期學習和生活在校園中,校園空氣質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著師生的身體健康,所以對校園空氣污染特性的研究是很有必要的.目前,常以菌落數(shù)和顆粒物來評價空氣品質(zhì)[9].不少學者已對校園空氣顆粒物和微生物污染評價及其影響因素分別進行了相關研究,但對于校園顆粒物與微生物之間的研究較少.本文通過對某高校教室、食堂、宿舍和室外的空氣顆粒物及其微生物進行采樣分析,測出相應的溫濕度、CO2濃度等,探究影響校園空氣環(huán)境的主要因素以及這些因素之間的相關性,同時對校園空氣的污染特性作出評價,并給出一些建議,以期為校園空氣品質(zhì)的評價及改善起到一定的指導作用.

1 實 驗

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 細菌培養(yǎng)基(瓊脂固體培養(yǎng)基):稱取牛肉膏3 g,蛋白胨10 g,氯化鈉5 g,瓊脂20 g,加入盛有1 000 mL蒸餾水的燒杯中,調(diào)整pH至7.2～7.6,將燒杯放在電爐上加熱并攪拌,待瓊脂熔化后將溶液平均倒入3個500 mL的錐形瓶中,然后在0.1 MPa,121.5 ℃條件下滅菌30 min;真菌培養(yǎng)基(沙氏葡萄糖固體培養(yǎng)基):稱取葡萄糖40 g,蛋白胨10 g,瓊脂20 g,加入盛有1 000 mL蒸餾水的燒杯中,調(diào)整pH至5.5～6.0,將燒杯放在電爐上加熱,并不斷攪拌,待瓊脂熔化后,倒入3個500 mL的錐形瓶中,然后在0.1 MPa,115 ℃條件下滅菌20 min.將滅菌的培養(yǎng)基在無菌操作條件下迅速倒入培養(yǎng)皿中,每皿約倒10～30 mL,當培養(yǎng)基凝固后,將培養(yǎng)皿反轉(zhuǎn)過來,倒扣在實驗臺上備用.

1.1.2 儀器 YHG-9055A臺式電熱恒溫鼓風干燥箱(上海姚氏儀器設備廠);Hirayama HVE-50高壓滅菌鍋(廣州市深華生物技術有限公司);Q-Trak室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測儀(深圳市普利通電子科技有限公司);Aerocet 831型四通道PM值檢測儀(上海益朗儀器有限公司);LHP-500H恒溫恒濕培養(yǎng)箱(金壇區(qū)華城潤華實驗儀器廠).

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的采集和培養(yǎng) 在校園中設置了教室、食堂、宿舍和室外4個采樣點,春分和夏至前后每3天采樣一次,每個季節(jié)采樣3天,采樣避開霧霾天、大風天和陰雨天.采用對角線布點法,每個采樣點設置3個平行樣品組,并設置空白對照組.PM值檢測儀測試采樣點的PM值,用室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測儀測試采樣點的溫濕度和CO2濃度,用自然沉降法[10]采集空氣中微生物樣品.采樣時將配制好的分別裝有瓊脂固體培養(yǎng)基和沙氏葡萄糖固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿放置于取樣點處,打開皿蓋,扣放于培養(yǎng)皿邊緣,放置5 min后蓋上皿蓋.為防止水分散失,用Parafilm封口膜密封皿蓋邊緣.在恒溫培養(yǎng)箱中將盛有瓊脂固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿置于37 ℃下培養(yǎng)48 h,將盛有沙氏葡萄糖固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿置于28 ℃下培養(yǎng)72 h,觀察計數(shù).

1.2.2 微生物濃度 采用奧梅梁斯基公式[10]計算空氣微生物濃度，即

式中:C為空氣微生物濃度,CFU/m3;A為捕集面積,cm2;T為暴露時間,min;N為培養(yǎng)皿菌落數(shù).

1.2.3 空氣微生物評價 依據(jù)中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心推薦的空氣微生物評價標準(表1)[11]對各采樣點的空氣微生物污染情況進行評價.

表 1 空氣微生物評價標準Table 1 Airborne microbial evaluation criteria 103CFU·m-3

2 結(jié)果與討論

2.1 顆粒物污染評價及其影響因素分析

圖1是校園內(nèi)各采樣點春夏季顆粒物濃度的均值.可以看出,校園各點顆粒物濃度大致為食堂>教室>宿舍>室外,按照PM2.5空氣品質(zhì)標準,食堂、宿舍、教室均存在一定程度的輕度污染,室外空氣質(zhì)量較優(yōu).由于食堂人員密集程度高,且存在大量油煙,導致顆粒物濃度較高；而教室和宿舍人員密集,人員活動易產(chǎn)生粉塵.大量的實驗和模型研究表明,控制室內(nèi)環(huán)境中大氣懸浮顆粒物的主要方法有:建筑通風換氣、過濾器過濾、控制大氣懸浮顆粒物對建筑圍護結(jié)構(gòu)的穿透作用及其在室內(nèi)環(huán)境中的沉積和重新懸浮[12],因此平時應注意室內(nèi)的清潔衛(wèi)生與通風換氣.

圖2是對春夏兩季校園各采樣點空氣顆粒物濃度取均值的結(jié)果,可以看出,校園春季顆粒物污染程度明顯大于夏季,春季空氣存在中度污染,夏季空氣質(zhì)量良好.研究表明,室內(nèi)外顆粒物濃度總是處于同一個數(shù)量級[13],室外大氣對室內(nèi)空氣質(zhì)量有著重要作用,說明西安市夏季空氣質(zhì)量優(yōu)于春季,這是因為春季降雨少風速小,夏季降雨多風速大,而顆粒物濃度與降雨量和風速呈負相關[14].

表2是校園PM與溫濕度和CO2濃度之間相關關系的顯著性分析結(jié)果(春夏季各采樣點綜合分析見表5，6).可以看出,溫度對PM1、PM2.5和PM4影響顯著,這也與夏季降雨多、風速大有關；相對濕度對PM4、PM10和TSP有顯著的影響,且顆粒物粒徑越大,相關性越顯著.林俊[15]等對大氣氣溶膠與氣象因素關系的研究表明,相對濕度對細氣溶膠有凝聚作用，并促進粗氣溶膠的產(chǎn)生,所以相對濕度與粗氣溶膠呈正相關.

圖 1 各采樣點PM均值 圖 2 春夏兩季校園PM均值 Fig.1 Average value of PM at each sample point Fig.2 Average value of PM in the spring and summer

表 2 PM與各因素間的P-value值及顯著性Table 2 P-value between PM and various factors and significance

注: “P-value”表示t檢驗偏回歸系數(shù)不顯著的概率.P-value<0.01,表明相應變量之間的影響非常顯著,**;0.010.05,表明相應變量之間影響不顯著，沒有*

2.2 微生物污染評價及其影響因素分析

表3是校園內(nèi)各采樣點的微生物濃度(春夏季平均值)及其評價.可以看出,微生物濃度宿舍>食堂>教室>室外,宿舍和食堂存在一定程度的輕度污染,室外空氣清潔.這是因為宿舍空間擁擠,且存在生活垃圾和未清洗的衣襪,而食堂人員流動大,做飯產(chǎn)生大量油煙以及飯桌和餐具殘存有油漬,這些都有利于微生物大量滋生.所以應注意宿舍食堂的清潔,宿舍常開窗通風,食堂常通風排煙,營造健康良好的校園環(huán)境．

表4是春夏兩季校園微生物濃度(各采樣點平均)及其評價.可以看出春季微生物污染程度明顯大于夏季,春季微生物存在輕度污染,夏季比較清潔.表5是對校園微生物濃度與各因素相關關系的顯著性分析.可以看出,溫度對細菌濃度和總微生物濃度的影響非常顯著,對真菌濃度的影響顯著,都呈負相關.而相對濕度對微生物濃度無明顯影響.CO2濃度對細菌濃度的影響非常顯著,對總微生物濃度的影響顯著,對真菌濃度無明顯影響.人員密集程度在定量上可用CO2濃度表征,人員越密集的地方,CO2濃度越高,越易產(chǎn)生細菌和微生物.

表 3 各采樣點微生物濃度及污染評價Table 3 Microorganism concentration and pollution evalu-ation at each sampling point 103CFU·m-3

表 4 春夏兩季校園微生物濃度及污染評價Table 4 Campus microbial concentration and pollution assessment in spring and summer 103CFU·m-3

表 5 微生物濃度與各因素間的P-value值及顯著性Table 5 P-value between microorganism concentration and various factors and significance

2.3 空氣顆粒物與微生物相關性分析

表6是對校園顆粒物與微生物濃度相關關系的顯著性分析.可以看出,PM1和PM2.5對細菌濃度的影響非常顯著,PM4對總微生物濃度的影響非常顯著,PM1、PM2.5和PM10對總微生物濃度影響顯著,而顆粒物濃度與真菌濃度無明顯相關關系.細顆粒物攜帶細菌的能力很強,且更易進入人體呼吸道,對身體健康有著很大的潛在危害,應引起足夠的重視.

表6 PM與微生物濃度間的P-value值及顯著性

Table 6P-value and significance between PM and microorganism concentration

顆粒物細菌真菌總微生物顆粒物細菌真菌總微生物PM10 0006??0 5470 025?PM100 3920 1190 013?PM2 50 008??0 1060 025?TSP0 4290 1300 169PM40 1550 0860 006??

2.4 室內(nèi)污染物控制的建議與對策

針對校園室內(nèi)顆粒物與微生物污染狀況,建議加強室內(nèi)通風換氣(包括自然通風和機械通風);對室內(nèi)空氣進行過濾[16](包括空調(diào)系統(tǒng)新回風過濾、空氣凈化器凈化等);紫外線殺菌;定期噴消毒液消毒,定時監(jiān)測空氣微生物濃度;保持室內(nèi)清潔;在室內(nèi)種植或擺放一些綠色植物,凈化室內(nèi)空氣[17];植樹種草,綠化校園,提高室外空氣質(zhì)量;同時校方應加強衛(wèi)生檢查,提高師生環(huán)保意識,注意個人衛(wèi)生,營造良好的學習生活環(huán)境．

3 結(jié) 論

(1) 校園顆粒物濃度為食堂>教室>宿舍>室外,校園微生物濃度為宿舍>食堂>教室>室外,食堂、宿舍、教室均存在一定程度的輕度污染,校園室外空氣質(zhì)量較優(yōu).校園春季顆粒物與微生物污染程度明顯大于夏季,春季存在一定程度的污染,夏季空氣質(zhì)量良好.

(2) 溫度對微生物濃度的影響顯著,相對濕度對微生物濃度無明顯影響,CO2濃度對細菌濃度和總微生物濃度的影響顯著;PM1和PM2.5對細菌濃度的影響非常顯著,PM1，PM2.5，PM4和PM10對總微生物濃度有顯著影響,而顆粒物濃度與真菌濃度無明顯相關性.

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