中小學教室內(nèi)空氣污染物來源及其質(zhì)量評估

谷 偉， 彭章娥

(上海應用技術(shù)大學 城市建設與安全工程學院， 上海 201418)

自1986年7月1日起，義務教育被我國制訂為基本國策，九年制義務教育在全國范圍內(nèi)被大力推行。隨著義務教育進程的不斷推進，至今全國范圍內(nèi)的中小學學校數(shù)量與規(guī)模已十分龐大。教室作為中小學學校里學生學習和生活的主要場所，其內(nèi)部空氣質(zhì)量直接影響學生的身體健康與學習情況[1]。對教室內(nèi)空氣質(zhì)量進行有效的評估是了解教室室內(nèi)空氣質(zhì)量優(yōu)劣的一種科學有效的方法[2]。對此，Yu等[3]通過問卷調(diào)查和實測數(shù)據(jù)的方法，對高校建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量進行了實測評估。黃梓薇等[4]利用問卷調(diào)查和室內(nèi)參數(shù)實測等方法，對綠色中學教室室內(nèi)環(huán)境實際狀況進行了綜合評估。趙瑞蘭等[5]基于多項衛(wèi)生學指標，對中小學教室進行了室內(nèi)評估。朱中平等[6]采取分層抽取法，對深圳市某區(qū)中小學教室顆粒物現(xiàn)狀進行了主觀評估。易可華等[7]采用分層隨機抽樣方法，對上海市奉賢區(qū)8所學校進行空氣監(jiān)測及評估。結(jié)果表明，上述評估結(jié)果能夠較為有效地反映該中小學當前教室空氣環(huán)境的總體情況。

因此，建立合適的中小學教室室內(nèi)空氣質(zhì)量評估模型，可以幫助我們科學的評估教室空氣質(zhì)量，從而讓學校更客觀地了解到當前教室內(nèi)的空氣質(zhì)量，更及時地判斷其對學生身體健康的影響狀況，進而為學校改善教室空氣質(zhì)量采取相關(guān)措施所提供依據(jù)。本研究分析中小學教室室內(nèi)空氣污染狀況并闡述了當前中小學教室中主要污染物種類、基于教室內(nèi)學生的體感與心理因素以及客觀評估因素，建立了中小學教室室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合評估模型，并結(jié)合各污染物實測數(shù)據(jù)進行了評估和分析。

1 教室空氣污染現(xiàn)狀、污染物來源及危害分析

1.1 教室空氣污染現(xiàn)狀

為了解我國中小學生教學環(huán)境的現(xiàn)況，一些學者已對位于全國各省市的教室室內(nèi)空氣質(zhì)量進行了大量的抽查，但結(jié)果并不令人滿意。馬莉蓉等[8]對北京市東城區(qū)一些教室的教學環(huán)境及微氣候等方面進行了衛(wèi)生學檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)教室內(nèi)的二氧化碳(CO2)濃度超標率較高。金艷伶等[9]對位于北京市城區(qū)的某些學校教室內(nèi)CO2濃度進行了實時在線監(jiān)測，結(jié)果表明所監(jiān)測教室的CO2濃度有超標現(xiàn)象，且處于教學時間中的CO2碳濃度較高。娜仁托婭等[10]以烏魯木齊市第六十五中學教室為研究對象，對教室空氣中的一些污染物進行了監(jiān)測，結(jié)果顯示教室空氣中的苯及其衍生物、CO2、PM10(總懸浮顆粒物)等的平均值在采暖期較高，苯及其衍生物以外的污染物在教學時間內(nèi)有明顯增加。周書涵等[11]對位于上海市某學校教室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量進行了抽查，結(jié)果表明教室內(nèi)的CO2濃度在短時內(nèi)可達到一定濃度，但在關(guān)窗后室內(nèi)PM2.5(可吸入顆粒物)總量保持不變。隋學敏等[12]對位于西安某教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進行了檢測，發(fā)現(xiàn)處于教室空氣內(nèi)的CO2濃度在教學狀態(tài)時遠超出國家標準值，且大部分同學對教學狀態(tài)下教室內(nèi)空氣品質(zhì)表示不滿意。朱中平等[5]對位于深圳市某區(qū)中小學教室內(nèi)的一些空氣可吸入顆粒物進行了檢測，結(jié)果顯示一些可吸入顆粒物的濃度最大值嚴重超標，且整體污染情況較嚴重。曲云霞等[13]對位于濟南某中學教室空氣質(zhì)量進行了檢測，結(jié)果顯示教室內(nèi)的CO2濃度已經(jīng)大大超過國家標準，并且室內(nèi)PM2.5日均濃度也已超出國家標準。由此可見，我國教室內(nèi)的空氣質(zhì)量問題較嚴重，而且已不再是個別地區(qū)或?qū)W校的問題，應予以高度重視。

1.2 教室內(nèi)污染物來源及危害分析

為充分考慮室外大氣環(huán)境和教室室內(nèi)空氣環(huán)境對教室空氣質(zhì)量的影響。我們將教室空氣中的苯及其衍生物、甲醛、氨、二氧化硫(SO2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、PM10和CO2等對人體影響較大的污染物作為主要目標，分別對其在教室空氣中的來源及危害進行探討。

教室空氣中的甲醛主要來自教室中的建筑裝飾材料、桌椅所釋放的甲醛和少量的教室內(nèi)使用的化學洗滌劑中。它主要危害人體的免疫功能，易導致人體產(chǎn)生刺激感、過敏、肺功能異常和嗅覺異常等健康危害[14]。

苯及其衍生物(苯、甲苯、二甲苯等)是教室內(nèi)揮發(fā)性有機化合物的主要成分之一[15]，教室空氣中的苯及其衍生物主要來源于學生使用的修正液、修正帶、膠帶、衣物洗滌劑、教室內(nèi)裝飾材料及人體代謝廢物等。室內(nèi)空氣中的苯及其衍生物會影響人體的粘膜和皮膚，使人出現(xiàn)頭暈、惡心等不良癥狀，且極易誘發(fā)人體產(chǎn)生血液系統(tǒng)的疾病。

氨是一種具有強烈刺激性的氣體，教室空氣中的氨主要來源于人體代謝廢物、教室內(nèi)建筑裝飾材料以及座椅粘結(jié)膠體等，容易對人體的口腔、鼻腔和上呼吸道產(chǎn)生刺激和腐蝕危害[16]。

SO2是一種無色氣體，有強烈的刺激性氣味的氣體，教室空氣內(nèi)的微量的SO2主要來源于教室外學校周圍的化工廠與周邊行駛的汽車所排放的尾氣中[17]。SO2被人體吸入后主要損害人的呼吸器官，引起呼吸麻痹和肺水腫等情況。

CO是一種對人體有很強的毒性作用的氣體，教室內(nèi)的一氧化碳主要來自室外化工廠、汽車尾氣等污染源[16]。在被人體吸入后，主要影響人體呼吸系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)，易引發(fā)心血管疾病、頭痛、頭暈、記憶力減退等現(xiàn)象。

CO2是一種無色無味的氣體，教室里的CO2主要來源于人體的呼吸活動，其含量與教室的體積、學生人數(shù)及開窗狀況有關(guān)，其濃度過高時對人體有害。當室內(nèi)CO2的質(zhì)量濃度≤0.07%時，人體感覺正常；當其質(zhì)量濃度約為0.07%～0.10%時，敏感人群能感到異味存在；當其質(zhì)量濃度約為0.10%～0.15%時，人體開始感到不適；當其質(zhì)量濃度增加到0.30%～0.40%時，人體可能發(fā)生呼吸困難，并可能出現(xiàn)血壓高、耳鳴、脈搏慢、頭痛等癥狀[9]。

通常教室內(nèi)極少存在燃燒、吸煙等人為活動，教室空氣中的PM10(主要來源于室外環(huán)境的粉塵顆粒及人員運動引起的室內(nèi)粉塵等[5]。PM10損害人體呼吸道功能并且能影響免疫功能，長期處于PM10濃度較高的環(huán)境中，鼻咽炎及呼吸道感染的患病率可能大大增加[5]。

教室空氣中的氮氧化物主要來源于教室外學校周圍的化工廠以及周邊行駛的汽車所排放的尾氣[16]。在此類揮發(fā)于空氣中的氮氧化物中，NO2對人體危害較大，被人體吸入后會嚴重危害人體呼吸器官的健康。被吸入的NO2可能使人體產(chǎn)生肺充血、肺水腫、肺炎以及支氣管炎等癥狀[16-17]。

2 中小學教室室內(nèi)空氣質(zhì)量評估方法

2.1 針對我國教室的具體情況設計3種不同的評估方法

2.1.1 客觀評估法

通過室內(nèi)污染物檢測指標直接評估室內(nèi)空氣質(zhì)量的方法稱為客觀評估法[18]。在評估時，由于與室內(nèi)空氣質(zhì)量相關(guān)的低濃度污染物較多難以完全覆蓋，須選取具有代表性的污染物作為評估指標，從而進行全面、公正地反映室內(nèi)空氣質(zhì)量。

由于處于不同地區(qū)教室內(nèi)空氣污染特點以及人體健康狀況的不同，人體對教室內(nèi)環(huán)境的反應和接受程度亦不同，在選擇評估指標時應當予以充分考慮。此外，在選擇評估指標時還需考慮其應具有長期、穩(wěn)定、易于檢測和低檢測成本等特點。

客觀評估法的實施通常從測量污染物濃度開始。空氣質(zhì)量等級可按該種污染物的實際濃度評定，將超過國家最低標準濃度限制的設置為Ⅲ級；將低于國家最低標準濃度限制且>50%國家最低標準濃度限制的設置為Ⅱ級；將低于50%國家最低標準濃度的設置為Ⅰ級。而后在對室內(nèi)所有污染物濃度進行加權(quán)平均后可得到相應的客觀評估級別。

2.1.2 體感與心理因素評估法

人們對環(huán)境的體感與心理因素主要體現(xiàn)于對室內(nèi)空氣品質(zhì)的不可接受率、以及對室內(nèi)空氣的不良感知的2個方面。這2種體感與心理因素評估值反映了當前室內(nèi)空氣質(zhì)量人的內(nèi)心中的優(yōu)劣程度[19]。

體感與心理因素評估法的實施可從確認室內(nèi)人員的滿意程度開始。在進行評估時，將十分不滿意設置為9，將滿意設置為5，將十分滿意設置為1。在對室內(nèi)所有人員的滿意程度進行加權(quán)平均后可得到相應的滿意級別。

2.1.3 綜合評估法

在對教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進行綜合評估時，首先需要明確不良空氣的種類和程度，并結(jié)合客觀檢測指標推斷出教室內(nèi)空氣污染物的分布狀況與客觀評估結(jié)果的一致性情況，最后得出教室內(nèi)空氣質(zhì)量評估等級。

而對教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進行實際評估時，應充分考慮體感與心理因素以及客觀影響因素，客觀地建立綜合評估法進行評估[20]。

2.2 教室內(nèi)空氣質(zhì)量綜合評估模型的建立

基于上述3.1中的3種不同空氣質(zhì)量評估方法，建立綜合評估模型A。

(1)算術(shù)疊加指數(shù)qi代表上述教室內(nèi)每個污染物組份的疊加指數(shù)

qi=∑BiQi

(1)

式中：算術(shù)疊加指數(shù)qi定義為污染物濃度Qi與其權(quán)系數(shù)Bi之積；權(quán)系數(shù)Bi為[1, 10]之間的整數(shù)。

(2) 體感與心理因素評估指數(shù)Zt表示體感與心理因素評估指數(shù)的疊加值

Zt=∑StCt

(2)

式中：體感與心理因素評估指數(shù)Zt定義為體感與心理因素的值St(見表1)和其權(quán)系數(shù)Ct之積；權(quán)系數(shù)Ct取值范圍為(0，1)。

表1 因素取值

(3) 綜合評估模型表示空氣質(zhì)量的優(yōu)劣程度

A=qi+zt

(3)

式中：A為綜合評估指數(shù)；qi為算術(shù)疊加指數(shù)；zt為體感與心理因素評估指數(shù)。

2.3 評估模型指數(shù)

基于上述分析，建立了評估模型指數(shù)表。教室內(nèi)的空氣質(zhì)量的評估結(jié)果，可根據(jù)綜合評估模型A對應表2中等級評估結(jié)果計算得出。

表2 綜合評估指數(shù)及評估等級

2.4 教室空氣中的主要污染物監(jiān)測結(jié)果與評估

對已采集的位于北京市某中學[16]不同教室的空氣污染物樣本中的甲醛、氨、CO2、SO2、PM10等5種污染物情況進行分析，具體檢測值見表3至表7。

表3 教室空氣中甲醛的含量

表4 教室空氣中氨的含量

表5 教室空氣中CO2的含量

表6 教室空氣中SO2的含量

表7 教室空氣中PM10的含量

對于5種不同樣本，利用綜合評估模型對教室室內(nèi)空氣質(zhì)量進行評估，為便于統(tǒng)計，在此規(guī)定權(quán)系數(shù)Bi取5；規(guī)定權(quán)系數(shù)Ct為0.1。對于樣本1的評估步驟如下所示：

(1) 算術(shù)疊加指數(shù)

q1=∑BiQi=∑5Qi=5(0.008 4+0.003 4+0.034+0.013 6+0.056 0)=0.577 0

(2) 體感與心理因素評估指數(shù)

Z1=∑StCt=3×0.1=0.3

(3) 綜合評估指數(shù)

A1=q1+z1=0.877 0

對于5種樣本的評估等級如表8所示。

表8 5種樣本的評估等級

評估結(jié)果顯示：樣本1、4、5為等級Ⅱ(輕度污染)；樣本2為等級Ⅲ(一般污染)；樣本3為等級Ⅰ(潔凈空氣)。

3 結(jié) 語

教室內(nèi)空氣質(zhì)量評估是了解教室內(nèi)空氣環(huán)境的一種科學方法，評估結(jié)果可以更客觀地了解到當前教室內(nèi)的空氣質(zhì)量，更及時地判斷其對學生身體健康的影響狀況。分析了中小學教室室內(nèi)空氣污染現(xiàn)況，并對當前中小學教室空氣中主要污染物的特性及來源方面做了概述。結(jié)合教室內(nèi)學生的體感與心理因素以及客觀評估因素，建立了針對中小學教室室內(nèi)空氣質(zhì)量的綜合評估模型。根據(jù)綜合評估模型對北京市某中學5個教室內(nèi)的空氣質(zhì)量進行了評估，經(jīng)分析，綜合評估模型的評估結(jié)果能夠有效的反應出當前教室內(nèi)空氣的質(zhì)量。