云南宣威燃煤室內(nèi)可吸入顆粒物質(zhì)量濃度變化特征

樊景森 ,邵龍義,王 靜,王建英,李澤熙 (.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地測學(xué)院,北京 00083；2.河北工程大學(xué)資源學(xué)院,河北 邯鄲 056038)

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宣威是我國肺癌死亡率最高的地區(qū)之一,尤其是女性肺癌死亡率居全國首位,在世界女性肺癌死亡率中屬于前列[1].宣威肺癌高發(fā)已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注[2-5].研究發(fā)現(xiàn),農(nóng)民肺癌死亡率通常要比其他職業(yè)的肺癌死亡率要高[6].Lam 等[7]的研究結(jié)果認(rèn)為,吸煙并不能解釋宣威肺癌高發(fā).邵龍義等[8]研究認(rèn)為,水溶性Zn、Cd和Pb等可能與肺癌高發(fā)區(qū)PM10樣品具有較強氧化性損失能力有關(guān).相關(guān)研究確定了肺癌的發(fā)病率與多環(huán)芳烴的關(guān)系曲線[9-10],但是 Tian[11]沒有發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳烴與宣威肺癌在地理位置上的關(guān)系,因此多環(huán)芳烴與宣威肺癌的關(guān)系有待深入研究.研究表明宣威農(nóng)村肺癌的高發(fā)病率與家庭使用煙煤高度相關(guān)[1,12-13],室內(nèi)煤燃燒的排放是宣威肺癌產(chǎn)生的因素之一[14].近幾年來流行病學(xué)研究表明,大氣環(huán)境中顆粒物易誘發(fā)肺癌而使死亡率增高[15].

顆粒物的質(zhì)量濃度是顆粒物的重要物理特性之一,可以表征顆粒物的污染特征.顆粒物質(zhì)量濃度與人類疾病(特別是呼吸系統(tǒng)疾病、心腦血管疾病)的發(fā)病率和死亡率具有顯著的相關(guān)性[16-17].宣威肺癌地區(qū)大氣顆粒物的物理特征方面的研究較少,雖然當(dāng)?shù)卮蟛糠志用褚呀?jīng)改善了排煙系統(tǒng),但是顆粒物濃度仍然較高,本研究采用重量稱量法,研究宣威肺癌高發(fā)區(qū)不同時段和室內(nèi)、外的質(zhì)量濃度變化特征,旨在為宣威肺癌的病因研究提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并為宣威肺癌的防治提供依據(jù).

1 樣品采集

為了弄清宣威地區(qū)不同燃料產(chǎn)生的可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度特征,在宣威地區(qū)選擇散煤、型煤、用電、燃柴為燃料的6個鄉(xiāng)村(虎頭、落水、新建、龍林、舊堡、草花)19家農(nóng)戶進行采樣,2次采樣時間分別為2011年1月和2011年3月.使用青島儀器廠的KB-120E型中流量TSP-PM10-PM2.5采樣器采集PM10和PM2.5,儀器距離地面約為1.5m,濾膜為90mm 的石英濾膜,采樣流量為100L/min.室內(nèi)采樣在廚房進行,室外采樣點距離屋門 5m 左右,室外采樣時與該戶室內(nèi)采樣同時進行.采樣時間從09:00到次日09:00.

采樣前后,將濾膜置于溫度為20℃±1℃、相對濕度為40%±5%的條件下恒溫48 h,然后用十萬分之一電子天平(AND, 日本)稱量,然后根據(jù)采樣流量和采樣時間,計算顆粒物的質(zhì)量濃度[18].

按公式(1)計算PM10的質(zhì)量濃度:

式中:C為質(zhì)量濃度,μg/m3;W1為采樣前濾膜的重量,μg;W2為采樣后濾膜的重量,μg;V為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣體積,m3.

2 結(jié)果與討論

2.1 室內(nèi)外大氣顆粒物關(guān)系

近年來,很多研究應(yīng)用 PM10的質(zhì)量濃度室內(nèi)/外(I/O)比值來研究室內(nèi)、外顆粒物的關(guān)系[19-23].如果 I/O31,則室內(nèi)的顆粒物污染主要是由室內(nèi)污染源所引起;如果 I/O＜1,則室內(nèi)顆粒物主要來自室外.從表1可以看出,宣威地區(qū)各村莊的I/O比值為1.74～2.87,明顯高于北京地區(qū)PM10質(zhì)量濃度 I/O 比值(0.6～0.9)[24],說明宣威地區(qū)各村莊農(nóng)戶室內(nèi)的顆粒物污染主要是室內(nèi)污染源引起,這與當(dāng)?shù)氐淖》拷Y(jié)構(gòu)和使用煙煤做燃料有關(guān),宣威當(dāng)?shù)卮蟛糠肿糸T窗較小,房屋較低,沒有獨立廚房,火塘或爐灶處于客廳內(nèi)用于做飯和烤火.由于采樣期間為天氣較冷的冬天,燃煤較多,因此室內(nèi)顆粒物的污染較為嚴(yán)重.而北京受工業(yè)和交通污染影響,室外污染較為嚴(yán)重,而且北京住房多為客廳、臥室和廚房隔開,因此受廚房污染較小[18].

表1 宣威地區(qū)各村室內(nèi)外質(zhì)量濃度日均值及比值Table 1 Daily mean PM10 mass concentrations and the I/O ratios in villages of Xuanwei County

2.2 做飯與非做飯時段的大氣顆粒物質(zhì)量濃度特征

在宣威地區(qū)肺癌村虎頭村對做飯時段和非做飯時段的室內(nèi) PM10樣品進行采集,做飯與非做飯時段使用燃料均為塊狀煙煤,其質(zhì)量濃度分布情況為:做飯時段的4個PM10樣品的質(zhì)量濃度為355.6～488.9μg/m3,而非做飯時段 3個樣品的質(zhì)量濃度為200～233.3μg/m3.做飯時段的質(zhì)量濃度明顯增大,說明做飯時段煙煤燃燒對室內(nèi)PM10濃度有嚴(yán)重的影響;PM10質(zhì)量濃度與做飯和采樣時間有一定關(guān)系,做飯時間越長,添加的燃煤越多,顆粒物質(zhì)量濃度越高;采樣時間越長,顆粒物的濃度不一定越高,因為它受戶型和通風(fēng)等條件的影響,但短時間內(nèi) PM10濃度高于長時間內(nèi)濃度情況與曹守仁等[25]的研究結(jié)果一致.

同時在該農(nóng)戶室外的煙囪口,選擇中午和晚上做飯時段及前后采集 PM10樣品,其質(zhì)量濃度變化情況如下:中午做飯前 10:55～11:25PM10質(zhì)量濃度為 188.9μg/m3;中午做飯時段 11:40～13:50PM10質(zhì) 量 濃 度 升 至 1047μg/m3;14:50～15:00午飯后時段PM10質(zhì)量濃度降至288.1μg/m3;下午做飯前時段 16:20～17:20 PM10質(zhì)量濃度又降至 91.9μg/m3;晚飯做飯時段 17:25～17:40采集的煙煤剛開始燃燒初期PM10樣品的質(zhì)量濃度升至 8166.7μg/m3;隨后做飯過程中17:45～18:45時段 PM10質(zhì)量濃度降至 733.3μg/m3.結(jié)果顯示,室外煙囪口處做飯時段 PM10質(zhì)量濃度明顯升高,這說明向火塘添加大量煙煤且煙煤剛開始燃燒階段會產(chǎn)生大量的PM10,并且通過煙囪將室內(nèi)污染轉(zhuǎn)移到室外.

2.3 不同燃料類型用戶室內(nèi)大氣顆粒物質(zhì)量濃度特征

由表2可見,塊煤用戶室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度為48.11～1441.73μg/m3,均值 442.49μg/m3(37 個樣品),PM10的質(zhì)量濃度最高,說明室內(nèi)PM10的污染最嚴(yán)重.在37個樣品中有2個樣品的質(zhì)量濃度達到1400μg/m3以上,這 2個樣品是在一個非常傳統(tǒng)的宣威老戶型的室內(nèi)采集,該戶 2位老人常在火塘邊烤火,且沒有煙囪,因此室內(nèi) PM10質(zhì)量濃度較高.在37個樣品中僅有4個樣品質(zhì)量濃度低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18883-2002)[26]PM10的日均值 150μg/m3,這說明宣威地區(qū)塊煤用戶的室內(nèi) PM10污染都較為嚴(yán)重.質(zhì)量濃度最低的3個為2011年3月中旬采集,此時宣威地區(qū)氣溫較高,用戶只在做飯時燃煤,而且門窗經(jīng)常打開通風(fēng),因此室內(nèi) PM10的質(zhì)量濃度較低;型煤用戶室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度范圍為393.68～404.60μg/m3,均值為399.14μg/m3(2個樣品);燃柴用戶室內(nèi)PM10質(zhì)量 濃 度 為139.99～151.01μg/m3,均值為145.50μg/m3(2個樣品);用電用戶室內(nèi) PM10質(zhì)量濃度為43.75～288.41μg/m3,均值 119.91μg/m3(6個樣品).在6個樣品中僅有1個樣品的質(zhì)量濃度高于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18883-2002)[26]PM10的日均值 150μg/m3,該戶處于公路邊且該戶室外廚房距離較近.總之,塊煤和型煤用戶的PM10平均質(zhì)量濃度均高于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3;而燃柴和用電用戶室內(nèi)PM10均值均低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3.這種現(xiàn)象說明不管是塊煤還是型煤用戶室內(nèi) PM10污染較為嚴(yán)重,而燃柴和用電用戶室內(nèi)PM10沒有形成污染.

周林[27]研究得出,肺癌村虎頭村 PM10的質(zhì)量濃度日均值的平均值為104.27μg/m3,與本研究(442.49μg/m3)差別較大,主要原因可能是2011年1月16日晚(采樣第1天)宣威地區(qū)下了一場大雪,造成當(dāng)?shù)氐臍鉁乇容^低有關(guān),還與采樣農(nóng)戶的平時用煤量有一定關(guān)系.李紅格等[28]對山西太原“城中村”研究表明為散煤用戶室內(nèi)PM10平均值為1477μg/m3,蜂窩煤用戶室內(nèi)平均值為1167μg/m3,遠遠高于本研究結(jié)果,這可能該城中村使用燃煤土小鍋爐有關(guān).

塊煤用戶室內(nèi) PM2.5質(zhì)量濃度范圍為19.11～679.52μg/m3,均值為132.58μg/m3(17 個樣品),超過國家環(huán)境保護部2月29日公布擬采用標(biāo)準(zhǔn)(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值75μg/m3近1倍說明污染較嚴(yán)重.在17個樣品中只有6個樣品PM2.5質(zhì)量濃度低于該標(biāo)準(zhǔn),說明塊煤燃燒引起的大部分用戶室內(nèi) PM2.5污染.不同燃料用戶中質(zhì)量濃度最高,說明塊煤用戶室內(nèi) PM2.5污染最嚴(yán)重;燃柴用戶室內(nèi) PM2.5質(zhì)量濃度為51.63～58.85μg/m3,均值為55.24μg/m3(2 個樣品);用電用戶室內(nèi) PM2.5質(zhì)量濃度范圍為30.00～127.35μg/m3,均值為65.02μg/m3(4 個樣品).在所有4個樣品中有一樣品點的PM2.5質(zhì)量濃度達到127.35μg/m3,該點位于公路邊且與獨立廚房較近,白天門窗打開受到室外污染的影響;用電和燃柴用戶的PM2.5的平均質(zhì)量濃度都低于國家環(huán)境保護部2月29日公布擬采用標(biāo)準(zhǔn)(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值 75μg/m3,說明用電和燃柴用戶室內(nèi)PM2.5污染程度較低.

表2 不同燃煤類型用戶室內(nèi)PM10和PM2.5質(zhì)量濃度Table2 Indoor PM10 and PM2.5 mass concentrations of different fuel types

3 結(jié)論

3.1 各村莊的I/O比值均為1.74～2.87,遠大于1,說明宣威地區(qū)農(nóng)戶室內(nèi)的顆粒物污染主要由室內(nèi)污染源引起,當(dāng)?shù)氐淖》拷Y(jié)構(gòu)和用煙煤做燃料是宣威地區(qū)室內(nèi)PM10污染較重的原因.

3.2 做飯時段與非做飯時段比室內(nèi) PM10質(zhì)量濃度明顯增大,說明做飯時段室內(nèi)污染加重;做飯前后室外煙囪口出的PM10質(zhì)量濃度較低,說明做飯對燃煤產(chǎn)生的PM10有重要的影響.

3.3 塊煤和型煤用戶的PM10平均質(zhì)量濃度均高于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18883-2002)[26]PM10的日均值 150μg/m3;而燃柴和用電用戶室內(nèi) PM10均值均低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18883-2002)[26]PM10的日均值 150μg/m3.說明塊煤、型煤用戶室內(nèi) PM10污染較為嚴(yán)重,而燃柴和用電用戶室內(nèi)PM10污染程度較低.

3.4 塊煤用戶室內(nèi) PM2.5質(zhì)量濃度日均值的平均值超過國家環(huán)境保護部2月29日公布擬采用標(biāo)準(zhǔn)(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值75μg/m3近1倍,說明污染較嚴(yán)重;用電和燃柴用戶的PM2.5的平均質(zhì)量濃度都低于 75μg/m3,說明用電和燃柴用戶室內(nèi)PM2.5污染程度較低.

3.5 顆粒物濃度較高時對人體健康影響比較嚴(yán)重,因此建議當(dāng)?shù)鼐用駪?yīng)該盡量安裝煙囪,減少塊煤而增加型煤的使用,經(jīng)濟條件允許的情況下用電供暖和烹飪.

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