貴州農(nóng)村冬季不同燃料燃燒產(chǎn)生的室內(nèi)外PM2.5研究*

吳可嘉，潘 軍，董澤琴

PM2.5是大氣中直徑小于或等于2.5 μm的顆粒物質(zhì)，又稱(chēng)為細(xì)顆粒物，是對(duì)人體健康危害最大的顆粒物質(zhì)。通常顆粒物粒徑越小，進(jìn)入呼吸道的部位越深［1-2］，是引起各種呼吸系統(tǒng)疾病及心血管、神經(jīng)、免疫系統(tǒng)和其他組織的變化的重要因素［3-6］。Jin、Ezzati等的報(bào)告指出［7-9］，在發(fā)展中國(guó)家，室內(nèi)空氣污染與急性下呼吸道感染有密切關(guān)系。Pope［10］和 Binkova［11］等人的研究也證明室內(nèi)空氣污染水平與人群呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率和死亡率有很密切的關(guān)系。在農(nóng)村地區(qū)室內(nèi)空氣污染主要是由于燃料燃燒而產(chǎn)生的，煤和生物燃料(柴草、牛羊糞、秸桿等)是多數(shù)農(nóng)村地區(qū)的主要能源。這些燃料在簡(jiǎn)陋的爐灶中不完全燃燒，產(chǎn)生大量可吸入顆粒物、一氧化碳、二氧化硫、氟化物等對(duì)人體健康有害的物質(zhì)。因此，室內(nèi)空氣污染的研究是發(fā)展中國(guó)家面臨的重要環(huán)境和公共衛(wèi)生課題，也是我國(guó)目前迫切需要研究的課題。

貴州地處中國(guó)西南，冬季陰冷潮濕，多數(shù)偏遠(yuǎn)農(nóng)村家庭使用原煤和生物質(zhì)燃料，環(huán)境與健康的關(guān)聯(lián)具有典型性，對(duì)其開(kāi)展PM2.5的研究，掌握農(nóng)村室內(nèi)環(huán)境污染狀況，可為政府制定科學(xué)的環(huán)境保護(hù)方案提供依據(jù)，對(duì)促進(jìn)農(nóng)村環(huán)境保護(hù)、公共衛(wèi)生和居民健康具有較大意義。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

分別選擇以燃煤為主的水城縣A村，以燒柴為主的從江縣B村和以沼氣為主的貴陽(yáng)市烏當(dāng)區(qū)C村各1戶(hù)，采樣分析室內(nèi)和室外PM2.5的濃度水平。

1.2 研究方法

1.2.1 采樣布點(diǎn)

在3個(gè)村寨各選擇1戶(hù)，A村(燃煤:煙囪至屋外的煤爐燃原煤)，B村(燃柴:煙囪至屋外的生物質(zhì)能爐灶燃柴)，C村(沼氣:沼氣灶燃沼氣)。分別在其廚房、臥室、室外各布置一個(gè)采樣點(diǎn)(G1、G2和 G3)，廚房采樣點(diǎn)距離爐灶水平距離1 m，采樣高度距離地面約1.5 m。室外采樣點(diǎn)距離其他住戶(hù)較遠(yuǎn)，四周為農(nóng)田和居民區(qū)，無(wú)交通干線及工廠。

1.2.2 采樣儀器

武漢天虹科技有限公司生產(chǎn)的TH—150C中流量采樣器，流速100 L/min，保持流速恒定;PM2.5切割頭;濾膜采用北京康農(nóng)興牧科技發(fā)展中心生產(chǎn)的直徑90 mm、孔徑0.20 μm的玻璃纖維濾膜。

1.2.3 采樣方法

依據(jù)HJ 618—2011《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測(cè)定 重量法》相關(guān)規(guī)定，連續(xù)采樣5天，每天分4個(gè)時(shí)段，進(jìn)行小時(shí)濃度采樣:1時(shí)段07:00～09:00、2時(shí)段11:00～13:00、3時(shí)段17:10～19:00、4時(shí)段22:00～23:30，每次采樣1 h;日均濃度:每天進(jìn)行24 h采樣。室內(nèi)外同時(shí)進(jìn)行。

1.2.4 樣品分析

按照HJ 618—2011《環(huán)境空氣PM10和PM2.5的測(cè)定 重量法》進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同燃料類(lèi)型家庭室內(nèi)外連續(xù)5天PM2.54個(gè)時(shí)段小時(shí)濃度均值的變化情況(表1)

由表1可知，3個(gè)村寨所有點(diǎn)位不同時(shí)段PM2.5小時(shí)濃度水平變化較大，各個(gè)點(diǎn)位最大值是最小值的1.74～4.24倍。廚房的PM2.5濃度，燃煤的家庭＞燃柴的家庭＞燃沼氣的家庭，這表明沼氣是相對(duì)最為清潔的能源。而廚房與臥室相比，燃煤家庭和燃柴家庭廚房PM2.5平均小時(shí)濃度均高于臥室的PM2.5平均小時(shí)濃度，表明廚房應(yīng)是室內(nèi)主要的因燃料引起的環(huán)境空氣污染區(qū)域。燃沼氣家庭廚房PM2.5平均小時(shí)濃度低于其臥室PM2.5平均小時(shí)濃度，表明了燃沼氣產(chǎn)生的細(xì)顆粒物較少，但是其臥室PM2.5平均小時(shí)濃度偏高的原因值得進(jìn)一步研究。各個(gè)點(diǎn)位不同時(shí)段PM2.5小時(shí)濃度最小值均出現(xiàn)在2時(shí)段，這可能是由于該時(shí)段不需要煮豬食，污染物來(lái)源較少，以及溫度高、濕度低利于大氣擴(kuò)散造成的。

表1 不同燃料類(lèi)型家庭5天PM2.5小時(shí)濃度均值的變化情況 μg/m3

圖1～3是3個(gè)村各點(diǎn)位5天PM2.5小時(shí)濃度均值的變化情況。由圖可知，3個(gè)不同燃料村寨各個(gè)點(diǎn)位 PM2.5小時(shí)濃度變化趨勢(shì)基本一致。1時(shí)段PM2.5小時(shí)濃度較高，2時(shí)段為全天的最低值，3時(shí)段開(kāi)始逐步升高，這與貴州農(nóng)村居民的生活作息規(guī)律相關(guān)，白天居民活動(dòng)頻繁，門(mén)窗經(jīng)常開(kāi)啟，室內(nèi)外空氣流通好，晚上居民休息門(mén)窗關(guān)閉，不利于室內(nèi)外空氣交流;而且由于冬季夜長(zhǎng)、溫度低、濕度大、逆溫層較厚且消失較慢，不利于大氣擴(kuò)散，而白天，特別是中午溫度高、濕度低利于大氣擴(kuò)散。

圖1 A村3個(gè)點(diǎn)位5天PM2.5小時(shí)濃度均值變化情況

圖2 B村3個(gè)點(diǎn)位5天PM2.5小時(shí)濃度均值變化情況

圖3 C村3個(gè)點(diǎn)位5天PM2.5小時(shí)濃度均值變化情況

2.2 不同燃料類(lèi)型家庭室內(nèi)外連續(xù)5天PM2.5日均濃度的變化情況

表2是3個(gè)村各樣點(diǎn)5天PM2.5日均濃度的變化情況。由表可知，室外環(huán)境空氣除燃煤的A村PM2.5日均濃度值低于GB 3095—2012中PM2.5日均濃度限值75 μg/m3外，燃柴的B村和燃沼氣的C村室外環(huán)境空氣中 PM2.5日均濃度值均高于75 μg/m3，表明室外環(huán)境空氣中PM2.5的潛在污染也應(yīng)當(dāng)值得關(guān)注;燃煤家庭廚房PM2.5日均濃度最高，是GB 3095—2012中PM2.5日均濃度限值的2.47倍，燃沼氣家庭廚房PM2.5日均濃度最低，但其日均值也高于上述濃度限值，廚房中PM2.5日均濃度燃煤家庭和燃沼氣家庭均高于室外環(huán)境空氣中PM2.5日均濃度，表明廚房是室內(nèi)空氣污染的主要場(chǎng)所;燃沼氣家庭的廚房PM2.5日均濃度與室外環(huán)境相當(dāng)，這進(jìn)一步表明了沼氣仍然是相對(duì)最清潔的農(nóng)村能源;B村室外環(huán)境空氣中PM2.5日均濃度高于其臥室中PM2.5日均濃度，這一結(jié)果表明，除燃料燃燒本身引起的室內(nèi)環(huán)境空氣污染外，改善室外環(huán)境空氣質(zhì)量也是不容忽視的重要方面。

表2 不同燃料類(lèi)型家庭5天PM2.5日均濃度變化情況 μg/m3

圖4～6是3個(gè)村各點(diǎn)位PM2.5日均濃度逐日變化情況。由圖可見(jiàn)，使用不同燃料的3戶(hù)冬季室內(nèi)外空氣連續(xù)5天PM2.5的日均濃度水平均較高，且大部分的PM2.5日均濃度高于GB 3095—2012中PM2.5日均濃度限值75 μg/m3，尤其以燃煤家庭和燃柴家庭的PM2.5污染情況更為嚴(yán)重，由此給人體健康帶來(lái)的影響應(yīng)該引起人們的重視。相比較而言，沼氣是最為清潔的能源，今后應(yīng)該引導(dǎo)居民向著廣泛推廣使用清潔能源——沼氣的方向過(guò)渡。

圖4 A村3個(gè)點(diǎn)位5天PM2.5日均濃度變化情況

圖5 B村3個(gè)點(diǎn)位5天PM2.5日均濃度變化情況

圖6 C村3個(gè)點(diǎn)位5天PM2.5日均濃度變化情況

3 結(jié)論

(1)貴州農(nóng)村室內(nèi)在冬季因燃燒不同燃料產(chǎn)生的PM2.5濃度水平差異較大，所測(cè)試的3戶(hù)，室內(nèi)PM2.5濃度大部分高于GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中PM2.5日均濃度限值75 μg/m3，其中燃煤的A村室內(nèi)PM2.5濃度水平最高。

(2)比較廚房的PM2.5濃度，燃煤的家庭＞燃柴的家庭＞燃沼氣的家庭，表明沼氣是相對(duì)最為清潔的能源。廚房與臥室相比，燃煤家庭和燃柴家庭廚房的PM2.5平均小時(shí)濃度均高于臥室的PM2.5平均小時(shí)濃度，表明廚房應(yīng)是室內(nèi)主要的環(huán)境空氣污染區(qū)域。

(3)B村室外環(huán)境空氣中PM2.5日均濃度高于其臥室中PM2.5日均濃度，表明除燃料燃燒本身引起的室內(nèi)環(huán)境空氣污染外，改善室外環(huán)境空氣質(zhì)量也是不容忽視的重要方面。

(4)貴州農(nóng)村地區(qū)冬季室內(nèi)外空氣中PM2.5日均濃度水平均較高，且大部分高于GB 3095—2012中PM2.5日均濃度限值75 μg/m3，尤其以燃煤的家庭和燃柴家庭的PM2.5污染情況更為嚴(yán)重，由此給人體健康帶來(lái)的影響應(yīng)該引起人們的重視。

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