北京市醫(yī)院候診區(qū)空氣中VOCs的污染特征

駱 娜,劉曉云,謝 鵬,羅超文,劉兆榮 (北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100871)

揮發(fā)性有機(jī)污染(VOCs)是室內(nèi)空氣中一類重要的污染物.VOCs可引起多系統(tǒng)及器官功能失調(diào),還可能產(chǎn)生胚胎毒性,有關(guān)研究表明孕期接觸高濃度VOCs的婦女流產(chǎn)率增加了25%、胎兒畸形率是對(duì)照組的4～13倍[1].

近年來(lái)研究者們對(duì)不同室內(nèi)微環(huán)境中的VOCs進(jìn)行了研究[2-8],對(duì)居室環(huán)境中VOCs的研究比較充分[3-5],而對(duì)電影院、醫(yī)院、大型商場(chǎng)等公共環(huán)境的研究相對(duì)較少.醫(yī)院作為一種特殊的公共環(huán)境,人流密集,醫(yī)療操作較多,清潔消毒行為也十分頻繁,加之現(xiàn)代醫(yī)院的裝修十分普遍,諸多因素都會(huì)污染室內(nèi)空氣.但目前對(duì)醫(yī)院空氣質(zhì)量的研究集中在控制病原菌污染上,對(duì)化學(xué)污染物(如VOCs)的污染報(bào)道較少.少量研究也僅限于對(duì)苯系物污染現(xiàn)狀的調(diào)查,調(diào)查地點(diǎn)包括診室和病房[2].對(duì)醫(yī)院候診區(qū)環(huán)境中VOCs的污染特征缺乏認(rèn)知.在調(diào)查中發(fā)現(xiàn),候診時(shí)間通常占門診就醫(yī)時(shí)間的90%以上.本研究采集典型候診區(qū)的空氣樣品,對(duì)候診區(qū)中VOCs的污染水平、組成和分布特征及VOCs來(lái)源進(jìn)行了初步探討.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

選擇北京市3家典型醫(yī)院(H1～H3)的9個(gè)不同科室的候診區(qū)(A～I(xiàn))進(jìn)行研究,3家醫(yī)院均為無(wú)煙醫(yī)院,其中H1是口腔?？漆t(yī)院,H2,H3是兩家綜合性醫(yī)院(表1).

表1 采樣點(diǎn)概況Table 1 Description of sampling sites

B,C,D為獨(dú)立候診室,其他基本設(shè)在診室外.掛號(hào)區(qū)位于一樓大廳,通風(fēng)條件較好,H3的候診區(qū)通風(fēng)條件較差.采樣時(shí)間為2009年8月31日～9月 6日(8:00～12:00),連續(xù)一周,9月 4日未采樣,9月6日E,F候診區(qū)有裝修活動(dòng).用3L的不銹鋼采樣罐(Entech,USA)采集空氣樣品,采樣前用3100型清洗儀(Entech,USA)清洗采樣罐,抽真空后備用.采樣高度距地面約1.2m.

1.2 樣品分析

樣品分析采用7100A預(yù)濃縮儀(Entech,USA)與7890AGC-5973CMS聯(lián)用系統(tǒng)(Agilent,USA),色譜柱為DB-624(60m×0.32mm×1.8μm),低碳VOCs在 PLOT 色譜柱(30m×0.32mm×3.0μm)上分離.檢測(cè)器為FID和MSD,載氣為氦氣.

升溫程序:初始爐溫為30℃,保留7min;然后以5℃/min升溫至120℃保留5min;最后以6℃/min升溫至 180℃,并保留 7min.以全掃描(SCAN)模式操作, m/z掃描范圍為35～350amu.

樣品采集和分析過(guò)程均采取嚴(yán)格的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制措施.樣品和標(biāo)樣采用相同的分析方法.標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)大于 0.9,所有化合物的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%.在每天分析樣品前,進(jìn)濃度為2×10-9的VOCs混合標(biāo)氣,在確保儀器狀態(tài)良好的情況下開(kāi)始分析樣品.

2 結(jié)果與討論

2.1 醫(yī)院室內(nèi)外空氣的VOCs組成和濃度水平

醫(yī)院室內(nèi)外空氣中共定量檢測(cè)出65種VOCs,其中烷烴24種、烯烴13種、芳香烴15種、環(huán)烷烴4種、鹵代烴4種、酯類5種.烷烴、烴烯、芳香烴的含量約占室外VOCs的89%～ 95%(分別約占46%、16%、31%),占室內(nèi)VOCs的61%～98%(分別約占 38%、10%、43%).可見(jiàn)烷烴、烯烴、芳香烴是醫(yī)院室內(nèi)外空氣中主要的VOCs.大多數(shù)VOCs濃度都低于2μg/m3,含量最高的10種VOCs濃度為5～210μg/m3.鐘天翔等[3]采用氣質(zhì)聯(lián)用與熱解析方法研究了杭州 31戶居室環(huán)境的VOCs的組成,共檢出256種VOCs,烷烴、芳香烴、鹵代烴、萜烯和酮類是居室內(nèi)主要的VOCs(含量占總VOCs的86%).本研究中室內(nèi)烷烴、烯烴、芳香烴的濃度均高于杭州居室環(huán)境[3].

表2 醫(yī)院各采樣點(diǎn)的VOCs濃度(μg/m3)Table2 VOC concentrations in hospitals (μg/m3)

室內(nèi)和室外VOCs的濃度水平及組成見(jiàn)表2和表3,3個(gè)室外采樣點(diǎn)的VOCs濃度水平相當(dāng),平均濃度都小于 150μg/m3,烷烴的含量最高,其次為芳香烴,烯烴、鹵代烴、環(huán)烷烴和酯類的所占的比例較小.各候診區(qū)空氣中VOCs的平均濃度均大于200μg/m3,H2和H3的芳香烴的含量最高,其次為烷烴,烯烴、鹵代烴、環(huán)烷烴、酯類.H1的3個(gè)候診區(qū)芳香烴和烷烴的含量相近,烯烴、鹵代烴、環(huán)烷烴和酯類與其他2家醫(yī)院的候診區(qū)相差不大.F候診區(qū)的污染最重(713.22±550.53μg/m3),A候診區(qū)污染最輕(205.57±115.97μg/m3),B,C,D,I候診區(qū)(222.34～265.77μg/m3)濃度水平接近,E,G,H候診區(qū)(512.63～561.04μg/m3)污染程度接近,可見(jiàn)3家醫(yī)院中H2污染最重,其次為H3,H1的污染最輕,3個(gè)獨(dú)立的候診室(B,C,D)比候診區(qū)污染程度低.

表3 醫(yī)院各采樣點(diǎn)空氣的VOCs各組份的濃度(μg/m3)Table 3 VOC chemical compositions of indoor and outdoor hospital waiting areas (μg/m3)

含量最高的烷烴是乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、異戊烷,約占室內(nèi)和室外總烷烴43%～ 68%和62%,除個(gè)別候診區(qū)外,其余的19種烷烴濃度均低于5μg/m3;含量最高的烯烴是乙烯、丙烯、異戊二烯,約占室內(nèi)總烯53%～83%,占室外烯烴的79%;室外芳香烴的平均濃度為36.36～46.86μg/m3,含量最高化合物依次是甲苯、二甲苯、苯、乙苯、苯乙烯,約占室外芳香烴的89%(圖1).候診區(qū)的芳香烴濃度為73.14～346.31μg/m3, 6種主要的芳香烴占總芳香烴的79%～98%.4種鹵代烴中二氯甲烷的濃度最高(4.52～20.30μg/m3),其次是氯仿(0.54～4.41μg/m3),四氯乙烯(0.12～6.04μg/m3),三氯乙烯(0.18～0.83μg/m3).環(huán)烷烴中甲基環(huán)己烷的在各候診區(qū)之間差異較大(0.29～17.02μg/m3).5種酯類的濃度均較低,小于1μg/m3.

2.2 候診區(qū)VOCs的分布特征

2.2.1 烷烴的分布特征乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷和異戊烷是濃度最高的烷烴,室內(nèi)外空氣中烷烴的組成相對(duì)固定,以輕烴為主(C2～C8烷),C9～C11烷時(shí)空分布差異大.在 H2醫(yī)院裝修期間檢測(cè)到高濃度的C9～C11烷,候診區(qū)E和F候診區(qū)C9～C11烷的濃度分別為610.69,1085.99μg/m3,分別約為裝修前的50倍和100倍.油漆和涂料會(huì)釋放多種高碳烷烴(C9～C21)、苯系物和醛類[4,9].裝修期間E和F候診區(qū)C9～C11烷約占總烷烴的92%,濃度是室外參照點(diǎn)的500倍左右,可見(jiàn)裝修活動(dòng)對(duì)空氣質(zhì)量的影響非常顯著.

2.2.2 芳香烴的分布特征 芳香烴是候診區(qū)的主要VOCs(73.14～346.31μg/m3),室內(nèi)芳香烴約為室外參照點(diǎn)的1～10倍.H2和H3的芳香烴濃度高于H1.E,F,G,H候診區(qū)的芳香烴濃度水平相差不大,是其他候診區(qū)的3～5倍,候診區(qū)芳香烴的組成差異較大(圖1).

在污染最嚴(yán)重的病理科候診區(qū) F中檢出高濃度的芳香烴,主要成分為二甲苯,約占70%.二甲苯是病理科用于制片的主要試劑之一,病理科普遍存在二甲苯污染現(xiàn)象.研究表明,病理科技術(shù)室濃度最高(680±25)μg/m3,取材室和診斷室的污染程度較輕,分別為(60±2)μg/m3,(170±100)μg/m3[10].本研究中病理科候診區(qū) F的二甲苯的濃度為(218.87±120.54)μg/m3,低于文獻(xiàn)中技術(shù)室的濃度,但高于取材室和診斷室,是室外的20倍,是其他候診區(qū)的2～17倍.

圖1 醫(yī)院室內(nèi)外芳香烴組成特征Fig.1 Aromatics compositions of indoor and outdoor hospital waiting areas

候診區(qū)G和H也檢出了較高濃度的芳香烴,甲苯所占的比例最大(78%～82%),在新建醫(yī)院空氣中甲苯是最常見(jiàn)的物種,膠水、涂料、油漆稀釋劑都會(huì)釋放大量的甲苯[11].H3的樓房很新,但通風(fēng)條件差,推測(cè)高濃度的甲苯可能與裝修材料釋放有關(guān).

2.3 醫(yī)院室內(nèi)外濃度關(guān)系

幾乎所有候診區(qū)VOCs的室內(nèi)濃度與室外濃度比(以下簡(jiǎn)稱I/O)都介于1～10之間(圖2).候診區(qū)E,F,G,H的I/O的平均值遠(yuǎn)大于1.0(3.8～ 8.8).候診室(B,C,D)的I/O為2.1～3.2.A和I候診區(qū)的I/O最小,分別為1.5,1.9.I/O結(jié)果顯示VOCs主要來(lái)自于室內(nèi)源.乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烴的I/O較小,接近于1.0.這些低碳烷烴主要由化石燃料不完全燃燒產(chǎn)生, 3家醫(yī)院位于市區(qū),受周圍交通源排放影響較嚴(yán)重,因此推斷低碳烷烴主要來(lái)自交通源的貢獻(xiàn).碳數(shù)大于6的烷烴 I/O差異較大. G,H候診區(qū)的C6～C8烷的I/O為4.9～15.6,表明主要來(lái)自室內(nèi)源.裝修期間 E,F候診區(qū)室內(nèi)C9～C11烷的濃度遠(yuǎn)高于室外參照點(diǎn)(壬烷I/O:23.3～48.0;癸烷I/O:322.7～655.4;十一烷I/O:256.1～483.3).而在裝修前兩候診區(qū)與其他候診區(qū)無(wú)明顯差異(壬烷 I/O:1.1～3.5;癸烷I/O:1.4～9.5;十一烷I/O: 1.2～8.7).

芳香烴中苯的I/O較小,接近1.0.甲苯、乙苯、鄰-二甲苯、苯乙烯的I/O遠(yuǎn)大于1.0,甲苯和二甲苯廣泛用作油漆的溶劑和涂料的稀釋劑[4,9],加之其在醫(yī)院中的特殊應(yīng)用,因此可以推測(cè)主要為室內(nèi)源的貢獻(xiàn).

圖2 各采樣點(diǎn)室內(nèi)外VOCs之比(I/O)Fig.2 The ratio of indoor/outdoor concentration

苯乙烯是重要的工業(yè)原料,廣泛用于合成塑料、丁苯橡膠和樹(shù)脂等,長(zhǎng)期接觸苯可致神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和心血管損害[1].本研究中D和E候診區(qū)在9月5日檢測(cè)出高濃度苯乙烯(分別為443.41,111.26μg/m3), I/O分別高達(dá)335.1和84.1,表明兩個(gè)候診區(qū)室內(nèi)存在瞬時(shí)排放源.

盡管鹵代烴和環(huán)烷烴不是 VOCs的主要成分,但他們對(duì)人體有害,而且候診區(qū)空氣中這些污染物的I/O很大,如H候診區(qū)的氯仿I/O為39.7±16.9;G,H 候診區(qū)的甲基環(huán)己烷I/O分別14.7±12.8,16.1±18.5,這些化合物可能與醫(yī)院所使用的清潔劑和消毒劑有關(guān).

2.4 醫(yī)院不同功能區(qū)中典型污染物比較

由于醫(yī)院環(huán)境中VOCs的相關(guān)研究較少,所以在表4中僅將苯、甲苯、乙苯、鄰-二甲苯、間/對(duì)-二甲苯6種典型污染物(BTEX)與相關(guān)研究進(jìn)行比較.候診區(qū)空氣中ΣBTEX 的總體水平最高 (53.19～297.57μg/m3),各種BETX的濃度范圍變化最大,污染最重和最輕的候診區(qū)的濃度相差幾倍到近百倍.候診區(qū)中各種BTEX的最大濃度均高于廣州醫(yī)院[2]的各功能區(qū),但低于日本的新建醫(yī)院[11].甲苯的濃度最高,其次是二甲苯和乙苯,苯的濃度最低,小于30μg/m3.可見(jiàn),醫(yī)院室內(nèi)空氣中甲苯為最主要的芳香烴物種.候診區(qū)的間/對(duì)-二甲苯含量高于鄰-二甲苯,與日本新建醫(yī)院一致[11].廣州醫(yī)院中間/對(duì)-二甲苯與鄰-二甲苯的含量相近[2].候診區(qū)的間/對(duì)-二甲苯的濃度差異大,濃度最高的病理科候診區(qū)F是濃度最低的耳鼻喉科候診區(qū)I的100多倍.

表4 醫(yī)院典型物種的濃度比較(μg/m3)Table 4 Comparison of selected VOCs in hospitals (μg/m3)

3 結(jié)論

3.1 醫(yī)院室內(nèi)外共檢出65種VOCs,主要組分為芳香烴、烷烴、烯烴.多數(shù)物種的濃度偏低(小于2μg/m3),普遍存在于室內(nèi)外空氣中的物種如6種芳香烴和5種烷烴濃度較高.

3.2 從候診區(qū)VOCs的分布來(lái)看,表明存在室內(nèi)來(lái)源,裝修活動(dòng)排放對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量影響顯著.候診區(qū)空氣中長(zhǎng)碳鏈烷烴所占的比例高于室外.芳香烴的組成差異較大,H2的二甲苯為主要芳香烴物種,其中候診區(qū)F檢出高濃度的二甲苯,推測(cè)與病理科二甲苯的使用有關(guān).H3的甲苯所占的比例最大,可能與裝修材料釋放有關(guān).

3.3 大分候診區(qū)VOCs的I/O大于1.0,芳香烴中甲苯、二甲苯、苯乙烯的I/O遠(yuǎn)大于1.0,表明以室內(nèi)源為主.某些采樣點(diǎn)的環(huán)烷烴、鹵代烴的I/O變化范圍大,這可能與醫(yī)院所使用的清潔劑和消毒劑有關(guān).醫(yī)院中不同功能區(qū)在布局、裝修程度、通風(fēng)條件、功能和受人為影響的程度等方面存在較大差異,這可能是造成候診區(qū)環(huán)境中VOCs的組成復(fù)雜的主要原因.染研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2005,28(6):45-49.

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致謝：在此向環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京大學(xué))和陸思華老師提供GC-MS的使用和指導(dǎo)表示致謝.