西安市某高校春夏季空氣顆粒物與微生物污染特性分析

孔德龍,狄育慧,陳 希,王繼前,蔣 昊

(西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)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(guān).研究表明[2-4],大氣顆粒物對(duì)人體健康的危害主要表現(xiàn)在對(duì)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(biāo)準(zhǔn),它對(duì)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(xì)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(guān)[6-7]，這些微生物能夠通過空氣向周圍擴(kuò)散,導(dǎo)致人體患病[8].

廣大師生長期學(xué)習(xí)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(duì)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(píng)價(jià)空氣品質(zhì)[9].不少學(xué)者已對(duì)校園空氣顆粒物和微生物污染評(píng)價(jià)及其影響因素分別進(jìn)行了相關(guān)研究,但對(duì)于校園顆粒物與微生物之間的研究較少.本文通過對(duì)某高校教室、食堂、宿舍和室外的空氣顆粒物及其微生物進(jìn)行采樣分析,測(cè)出相應(yīng)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(guān)性,同時(shí)對(duì)校園空氣的污染特性作出評(píng)價(jià),并給出一些建議,以期為校園空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)及改善起到一定的指導(dǎo)作用.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料 細(xì)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(gè)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(gè)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(dāng)培養(yǎng)基凝固后,將培養(yǎng)皿反轉(zhuǎn)過來,倒扣在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上備用.

1.1.2 儀器 YHG-9055A臺(tái)式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海姚氏儀器設(shè)備廠);Hirayama HVE-50高壓滅菌鍋(廣州市深華生物技術(shù)有限公司);Q-Trak室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)儀器廠).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的采集和培養(yǎng) 在校園中設(shè)置了教室、食堂、宿舍和室外4個(gè)采樣點(diǎn),春分和夏至前后每3天采樣一次,每個(gè)季節(jié)采樣3天,采樣避開霧霾天、大風(fēng)天和陰雨天.采用對(duì)角線布點(diǎn)法,每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置3個(gè)平行樣品組,并設(shè)置空白對(duì)照組.PM值檢測(cè)儀測(cè)試采樣點(diǎn)的PM值,用室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀測(cè)試采樣點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(jì)數(shù).

1.2.2 微生物濃度 采用奧梅梁斯基公式[10]計(jì)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(shí)間,min;N為培養(yǎng)皿菌落數(shù).

1.2.3 空氣微生物評(píng)價(jià) 依據(jù)中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心推薦的空氣微生物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)[11]對(duì)各采樣點(diǎn)的空氣微生物污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià).

表 1 空氣微生物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Airborne microbial evaluation criteria 103CFU·m-3

2 結(jié)果與討論

2.1 顆粒物污染評(píng)價(jià)及其影響因素分析

圖1是校園內(nèi)各采樣點(diǎn)春夏季顆粒物濃度的均值.可以看出,校園各點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn),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(dǎo)致顆粒物濃度較高；而教室和宿舍人員密集,人員活動(dòng)易產(chǎn)生粉塵.大量的實(shí)驗(yàn)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(fēng)換氣、過濾器過濾、控制大氣懸浮顆粒物對(duì)建筑圍護(hù)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(shí)應(yīng)注意室內(nèi)的清潔衛(wèi)生與通風(fēng)換氣.

圖2是對(duì)春夏兩季校園各采樣點(diǎn)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(gè)數(shù)量級(jí)[13],室外大氣對(duì)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?yàn)榇杭窘涤晟亠L(fēng)速小,夏季降雨多風(fēng)速大,而顆粒物濃度與降雨量和風(fēng)速呈負(fù)相關(guān)[14].

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

圖 1 各采樣點(diǎn)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(yàn)偏回歸系數(shù)不顯著的概率.P-value<0.01,表明相應(yīng)變量之間的影響非常顯著,**;0.010.05,表明相應(yīng)變量之間影響不顯著，沒有*

2.2 微生物污染評(píng)價(jià)及其影響因素分析

表3是校園內(nèi)各采樣點(diǎn)的微生物濃度(春夏季平均值)及其評(píng)價(jià).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?yàn)樗奚峥臻g擁擠,且存在生活垃圾和未清洗的衣襪,而食堂人員流動(dòng)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(yīng)注意宿舍食堂的清潔,宿舍常開窗通風(fēng),食堂常通風(fēng)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(diǎn)平均)及其評(píng)價(jià).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(duì)校園微生物濃度與各因素相關(guān)關(guān)系的顯著性分析.可以看出,溫度對(duì)細(xì)菌濃度和總微生物濃度的影響非常顯著,對(duì)真菌濃度的影響顯著,都呈負(fù)相關(guān).而相對(duì)濕度對(duì)微生物濃度無明顯影響.CO2濃度對(duì)細(xì)菌濃度的影響非常顯著,對(duì)總微生物濃度的影響顯著,對(duì)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(xì)菌和微生物.

表 3 各采樣點(diǎn)微生物濃度及污染評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(guān)性分析

表6是對(duì)校園顆粒物與微生物濃度相關(guān)關(guān)系的顯著性分析.可以看出,PM1和PM2.5對(duì)細(xì)菌濃度的影響非常顯著,PM4對(duì)總微生物濃度的影響非常顯著,PM1、PM2.5和PM10對(duì)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(guān)關(guān)系.細(xì)顆粒物攜帶細(xì)菌的能力很強(qiáng),且更易進(jìn)入人體呼吸道,對(duì)身體健康有著很大的潛在危害,應(yīng)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(xì)菌真菌總微生物顆粒物細(xì)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(duì)策

針對(duì)校園室內(nèi)顆粒物與微生物污染狀況,建議加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)換氣(包括自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng));對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行過濾[16](包括空調(diào)系統(tǒng)新回風(fēng)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(shí)監(jiān)測(cè)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(shí)校方應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)生檢查,提高師生環(huán)保意識(shí),注意個(gè)人衛(wèi)生,營造良好的學(xué)習(xí)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(duì)微生物濃度的影響顯著,相對(duì)濕度對(duì)微生物濃度無明顯影響,CO2濃度對(duì)細(xì)菌濃度和總微生物濃度的影響顯著;PM1和PM2.5對(duì)細(xì)菌濃度的影響非常顯著,PM1，PM2.5，PM4和PM10對(duì)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(guān)性.

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