白 莉，李春輝，賀梓健，陳琬玥

吉林建筑大學 市政與環(huán)境工程學院,長春 130118

0 引言

室內空氣質量(Indoor air quality,英文縮寫為IAQ)影響著人體健康和工作效率[1],包括含氧量、甲醛含量、二氧化碳含量、水汽含量和顆粒物含量等.美國在20世紀70年代開始關于室內空氣污染方面的研究[2].加拿大衛(wèi)生組織有關文獻認為,人類疾病中有68 %是室內空氣污染造成的[3].近年來，我國關于室內空氣污染的研究得到迅速發(fā)展,研究成果多以城市為主,隨著人們環(huán)保意識增強及對空氣污染關注的不斷深入,農村IAQ問題逐漸凸顯出來.事實上,農村居住建筑室內空氣污染比城市更加嚴重[4],主要是由采暖、炊事、人員密集和吸煙及農耕、秸稈燃燒等室外空氣污染造成的[5].由于農民生活習慣和條件的限制,一般家庭沒有空氣凈化裝置,室內空氣污染物只能通過無組織擴散或以自然衰減的方式降低濃度.本文通過連續(xù)監(jiān)測冬季東北農村居住建筑室內空氣污染物濃度,探索其污染主要影響因素和變化規(guī)律,為農村室內空氣質量的改善和污染控制提供依據和建議.

1 研究對象及方法

吉林省是全國重要的商品糧基地之一,長春市雙陽區(qū)(原雙陽縣)糧食種植以玉米為主,糧食總產量約為60萬噸/年,玉米產量約占83 %,水稻產量約占總產量的17 %[6];吉林市永吉縣是全國水稻種植之鄉(xiāng),糧食總產量約為80萬噸/年,其中玉米產量占69 %,水稻產量約占31 %[7].雙陽縣和永吉縣是糧食高產區(qū),經濟發(fā)展處于中等偏上水平,秸稈資源豐富,當地農民炊事、采暖以秸稈為主導燃料.為使研究具有典型代表性,分別在長春市雙陽區(qū)新安鎮(zhèn)馬場村和吉林市永吉縣萬昌鎮(zhèn)裴家村等2個自然村選取4位農戶和2個小超市為測試對象進行連續(xù)3 d的實時監(jiān)測.測試對象自然狀況見表1.

表1 測試對象自然狀況Table 1 The natural condition of the test object

每個測試農戶建筑平面圖及測試儀器布置情況如圖1所示,其測試點均選取在大廳.

(a) 1#,4#農戶(a) Peasant household 1#,4#

(b) 6#小超市(b) Small supermarket 6#

(c) 2#,5#農戶(c) Peasant household 2#,5#

(d) 3#小超市(d) Small supermarket 3#

為降低測試數據的誤差,避免氣流擾動對測試數據的干擾及污染物濃度的影響,在每個測試房間不同位置分別放置4臺便攜式空氣質量檢測儀實時監(jiān)測細顆粒物(PM 2.5)、甲醛(HCHO)及二氧化碳(CO2)的質量濃度變化.為保證監(jiān)測數據的準確性和可靠性,在監(jiān)測現場同時放置1臺LD-6SR激光粉塵檢測儀和1臺英國PPM-HTV甲醛測試儀(見圖1)用于校準便攜式空氣質量檢測儀的測試數據.圖2為便攜式空氣質量檢測儀、圖3為LD-6SR激光粉塵檢測儀和圖4為PPM-HTV甲醛測試儀現場測試實物照片.

(a) 空氣質量檢測儀(a) Air quality detector

(b) 監(jiān)測界面(b) Monitoring interface

圖3 LD-6SR激光粉塵檢測儀實物照片Fig.3 Real photo of LD-6SR laser dust detector

圖4 PPM-HTV甲醛測試儀實物照片Fig.4 Real photo of PPM-HTV formaldehyde tester

2 空氣污染物及其危害

2.1 PM 2.5

PM 2.5是指大氣中直徑小于或等于2.5 μm的細顆粒物,亦稱可入肺顆粒物.PM 2.5嚴重影響著人體健康,能進入鼻腔,使人易患心腦血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病[8],當PM 2.5濃度每上升10 μg/m3,這兩種疾病的死亡率分別增加9.3 %和13.5 %[9].目前PM 2.5已成為大氣環(huán)境中的首要污染物,引起了世界各國的關注[10].我國《環(huán)境空氣質量檢測》(GB 3095-2012)[11]規(guī)定,室內PM 2.5在24 h內日平均濃度限值為75 μg/m3.

2.2 二氧化碳

二氧化碳(CO2)是自然界中一種常見的氣體.美國ASHRAE的相關研究表明,當室內CO2濃度達700 ppm時，室內空氣污濁會引起人的不舒適感;當CO2濃度達到1 000 ppm以上時,會使人產生困頓感，如果人處于5 000 ppm CO2高濃度環(huán)境連續(xù)超過8 h,則將會嚴重損害人的生命健康[12].據我國有關文獻報道,當CO2體積分數達到0.1 %時,人會產生疲勞感,較多的人感到不適;當CO2體積分數達到2 %時,空氣質量差,室內細菌總數多;當CO2體積分數達到3 %時,無意識地呼吸次數增加;當CO2體積分數達到4 %～5 %時,出現局部刺激癥狀和呼吸量增加;當CO2體積分數達到8 %～10 %時,會產生呼吸困難、全身無力和意識不清等明顯癥狀;當CO2體積分數達到20 %時,會引起死亡[13-16].CO2來源很多,主要有人的呼吸(人口的密集)、烹飪、燃料燃燒等.我國《室內空氣質量標準》(GB/T 18883-2002)[17]規(guī)定,CO2質量濃度限值為1 000 μg/m3.

2.3 甲醛

甲醛(HCHO)是一種無色、能與水(乙醇、丙酮)等有機溶劑按任意比例混溶、具有刺激性氣味的有害氣體,室內空氣中的HCHO主要來源于室內裝修使用各種含甲醛的粘合劑.據有關資料報道,裝修后甲醛的超標率高達83 %[18].另外,日常生活中的各類生活用品、各類燃料燃燒產物中也含有甲醛[19].當室內甲醛超標時,會引起疲勞、惡心、眼鼻喉刺激和皮膚干燥瘙癢等顯著癥狀;當吸入高濃度甲醛時,會引起急性中毒[20].長時間接觸甲醛,會導致細胞中的蛋白質發(fā)生不可逆凝固反應從而大大地提升了致癌幾率[21].我國《室內空氣質量標準》(GB/T 18883-2002)[17]中規(guī)定,甲醛的質量濃度限值為0.08 mg/m3.

3 數據整理

3.1 典型時段的選取

按當地農民的自然生活習慣,一般每天采暖和烹飪各兩次,烹飪的同時伴隨著采暖,上午7∶00～12∶00和下午14∶00～19∶00等兩個時段測試數據對研究更有典型代表意義.因此，本文主要針對這兩個時段的測試數據進行整理.

3.2 農戶空氣PM 2.5濃度變化曲線

根據實時監(jiān)測數據,分別繪制出1# ～ 6#等6個測試對象在7∶00～12∶00和14∶00～19∶00等2個時段內的PM 2.5濃度變化曲線,如圖5～圖6所示.

圖5 7∶00～12∶00時PM 2.5濃度變化曲線Fig.5 Variation of PM 2.5 concentration from 7∶00 to 12∶00

圖6 14∶00～19∶00時PM 2.5濃度變化曲線Fig.6 Variation of PM 2.5 concentration from 14∶00 to 19∶00

3.3 農戶空氣CO2濃度變化曲線

根據實時監(jiān)測數據,分別繪制出1#～6#等6個測試對象在7∶00～12∶00和14∶00～19∶00等2個時段內的CO2濃度變化曲線,如圖7～圖8所示.

圖7 7∶00～12∶00時CO2濃度變化曲線Fig.7 Variation of CO2 concentration from 7∶00 to 12∶00

圖8 14∶00～19∶00時CO2濃度變化曲線Fig.8 Variation of CO2 concentration from 14∶00 to 19∶00

3.4 農戶空氣HCHO濃度變化曲線

根據實時監(jiān)測數據,分別繪制出1# ～ 6#等6個測試對象在7∶00～12∶00和14∶00～19∶00等2個時段內的HCHO濃度變化曲線,如圖9～圖10所示.

圖9 7∶00～12∶00時HCHO濃度變化曲線Fig.9 Variation of HCHO concentration from 7∶00 to 12∶00

圖10 14∶00～19∶00時HCHO濃度變化曲線Fig.10 Variation of HCHO concentration from 14∶00 to 19∶00

4 數據分析

4.1 PM 2.5的變化規(guī)律及影響因素

對比分析圖5和圖6曲線,并結合測試數據,可以看出,火炕(燒秸稈)的農戶PM 2.5最大值為1 334 μg/m3、最小值為138 μg/m3、平均值為762.42 μg/m3;小鍋爐(燒煤)的農戶PM 2.5最大值為73 μg/m3、最小值為56 μg/m3、平均值為50.57 μg/m3; 火炕(燒秸稈)的小超市PM 2.5最大值為1 387 μg/m3、最小值為210 μg/m3、平均值為888.76 μg/m3; 小鍋爐(燒煤)的超市PM 2.5最大值833 μg/m3、最小值為113 μg/m3、平均值為761.50 μg/m3.

火炕(燒秸稈)的農戶PM 2.5平均濃度約為小鍋爐(燒煤)PM 2.5平均濃度的15.08倍; 火炕(燒秸稈)的超市PM 2.5平均濃度約為小鍋爐(燒煤)PM 2.5平均濃度的1.18倍.

農戶產生較高的PM 2.5濃度主要是由燃燒燃料炊事和采暖造成的,以秸稈為燃料的農戶PM 2.5濃度始終超標.秸稈燃燒一般是在灶臺的灶坑內進行的,所產生的煙氣大部分隨煙道排出,但會有一部分殘留于室內,伴隨人員活動和氣流的擾動,室內污染物的濃度迅速增加，同時秸稈易碎多塵,在搬運過程中,也會產生大量的飛塵.而對燒煤炊事、采暖的農戶,燒煤的小鍋爐一般設在單獨房間內,煙氣并不直接與室內相通,所以給室內空氣帶來污染量明顯減少.

小超市室內空氣PM 2.5濃度超高主要是由于人們吸煙和燒秸稈導致的.按東北農村生活習慣,小超市也是農民勞動之余文化交流和娛樂的場所,人員密集度較高,大部分農民又都持續(xù)吸煙,吸煙成了室內空氣污染的主導因素.盡管小鍋爐燒煤炊事、采暖產生的空氣污染遠小于火炕燒秸稈,但燒煤小超市的空氣污染仍十分嚴重.

4.2 CO2變化規(guī)律及影響因素

圖7為7∶00～12∶00 CO2的變化曲線,圖8為14∶00～19∶00 CO2的變化曲線.由圖7和圖8數據對比可知,火炕(燒秸稈)的農戶CO2濃度最大值為2 249 μg/m3、最小值為384 μg/m3、平均值為1 449.52 μg/m3;小鍋爐(燒煤)的農戶CO2濃度最大值為931 μg/m3、最小值為324 μg/m3、平均值為675.92 μg/m3; 火炕(燒秸稈)的小超市CO2濃度最大值為2 572 μg/m3、最小值為586 μg/m3、平均值為1 671.71 μg/m3;小鍋爐(燒煤)的小超市CO2濃度最大值1 754 μg/m3、最小值為276 μg/m3、平均值為978.39 μg/m3.火炕(燒秸稈)的農戶CO2平均濃度約為小鍋爐(燒煤)CO2平均濃度的2.15倍;火炕(燒秸稈)的超市CO2平均濃度約為小鍋爐(燒煤)CO2平均濃度的1.71倍.

人員密集是CO2濃度升高的最重要影響因素.人員密集直接導致室內CO2濃度迅速升高,并且人員越多,CO2濃度上升越快.小超市作為農民文化交流和娛樂的場所,伴隨著人員的持續(xù)進出,導致室內空氣污染物濃度升高.

4.3 HCHO變化規(guī)律及影響因素

圖9為7∶00～12∶00 HCHO變化曲線,圖10為14∶00～19∶00HCHO變化曲線.由圖9和圖10可知,農戶和小超市的HCHO濃度均變化不大,平均值均在標準濃度0.08 mg/m3之下,室內HCHO濃度基本達標.

5 結論與建議

(1) 小鍋爐(燒煤)采暖和炊事相對于火炕(燒秸稈),室內空氣污染物濃度降低十幾倍,同時小鍋爐要設在單獨房間內,衛(wèi)生條件提高,建議東北農村逐漸減少大灶燒秸稈采暖及炊事的用能方式,大力推廣清潔能源利用;對秸稈產量大、并仍以秸稈為主要燃料的地區(qū),應將秸稈打捆、壓縮成塊,避免搬運過程中產生大量的飛塵.

(2) PM 2.5隨燒秸稈和吸煙的程度而變化,應適當通風或在室內添置空氣凈化器,以達到改善室內空氣質量的目的.

(3) 農村居民的生活習慣需要改變,在室內要少吸煙且要養(yǎng)成經常通風換氣的良好習慣,以減少室內污染,降低患病風險.