鄂爾多斯農(nóng)村地區(qū)固體燃料使用引起的室內(nèi)顆粒物污染水平

高葉玲 褚海艷 耿宏偉

(1.鄂爾多斯生態(tài)環(huán)境職業(yè)學(xué)院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010；2.朔州陶瓷職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 朔州 038300)

固體燃料的相對(duì)不完全燃燒，會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體和顆粒物，如黑炭、有機(jī)碳、甲烷、一氧化碳等[1]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織全球疾病負(fù)擔(dān)研究，2010年中國(guó)有104萬(wàn)過(guò)早死亡是由于固體燃料燃燒引起的顆粒物暴露相關(guān)疾病導(dǎo)致的，包括肺癌、中風(fēng)和下呼吸道感染等，是中國(guó)第六位疾病風(fēng)險(xiǎn)因素，僅次于室外空氣污染，而且主要的早死人群集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后的農(nóng)村地區(qū)[2]。然而，目前對(duì)于中國(guó)農(nóng)村地區(qū)固體燃料燃燒導(dǎo)致的室內(nèi)外空氣污染還沒(méi)有引起足夠的重視。在中國(guó)農(nóng)村地區(qū)，固體燃料燃燒導(dǎo)致的室內(nèi)大氣顆粒物污染，近幾年才開(kāi)始受到研究者的關(guān)注。從2014年開(kāi)始，出現(xiàn)了關(guān)于山西太谷、湖北、西藏、貴州、西安、烏魯木齊等農(nóng)村地區(qū)由于燃煤和燃燒薪柴等排放的顆粒物、多環(huán)芳烴等物質(zhì)的室內(nèi)外污染特征與呼吸暴露風(fēng)險(xiǎn)的研究[3-9]。據(jù)生態(tài)環(huán)保部官方統(tǒng)計(jì)，人85%—90%的時(shí)間在室內(nèi)活動(dòng)，尤其在冬季，室內(nèi)的停留時(shí)間更長(zhǎng)。全球發(fā)展中國(guó)家28%的人群死亡是由室內(nèi)空氣污染導(dǎo)致的，因此，研究室內(nèi)空氣污染水平及防治對(duì)策有很重要的意義。本文研究目的在于監(jiān)測(cè)農(nóng)村室內(nèi)固體燃料使用導(dǎo)致的顆粒物污染水平。

1 研究區(qū)域

鄂爾多斯位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，是呼包鄂城市群的中心城市，溫帶大陸性氣候，占地面積86 752km2。2020年初，鄂爾多斯市常住人口約208.76萬(wàn)人，其中農(nóng)村人口約占總?cè)丝诘?5%。在鄂爾多斯選取3個(gè)典型區(qū)域——達(dá)拉特旗敖包梁、烏審旗羊拐灘村、伊金霍洛旗高勒廟村，進(jìn)行入戶調(diào)查、大氣顆粒物采樣-實(shí)驗(yàn)室分析，得出鄂爾多斯農(nóng)牧區(qū)室內(nèi)PM2.5、PM10、TSP污染水平和特點(diǎn)。

圖1 研究區(qū)域

2 實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料

顆粒物采樣器(PM2.5、PM10、TSP切割頭，青島聚創(chuàng)JCH-6120)、分析天平(ESJ200-40S)、干燥器等。玻璃纖維濾膜(47mm)采樣前后均需放置恒溫恒濕箱24h以上，備用。

2.2 采樣點(diǎn)、采樣時(shí)間和頻率的設(shè)置

在達(dá)拉特旗敖包梁、烏審旗羊拐灘村、伊金霍洛旗高勒廟村3個(gè)農(nóng)村地區(qū)各選取7戶，于取暖期(2019年11—12月)和非取暖期(2020年6—7月)，在廚房、臥室(若未分割，則測(cè)定混合場(chǎng)所)及室外分別測(cè)定空氣中PM2.5、PM10、TSP的濃度。室內(nèi)采樣設(shè)備置于廚房、臥室內(nèi)，一般放置與爐灶水平距離1.5m處，采樣口離地面至少60cm；室外采樣點(diǎn)位于院落中央。采樣流量為60L/min，每一空間連續(xù)采樣24h。采樣后置于干燥器中，待檢測(cè)。

2.3 問(wèn)卷調(diào)查

為了解居住環(huán)境、空間分割、房屋大小、固體燃料使用類型及室內(nèi)停留時(shí)間等因素對(duì)結(jié)果的影響，在監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，進(jìn)行入戶問(wèn)卷調(diào)查。在3個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域各選取40戶進(jìn)行入戶問(wèn)卷調(diào)查。共計(jì)發(fā)放問(wèn)卷120份，回收120份，回收率100%，獲得有效問(wèn)卷107份。調(diào)研對(duì)象選擇年齡18周歲以上，可完全理解問(wèn)卷內(nèi)容。

2.4 PM2.5、PM10、TSP的測(cè)定

采樣前后分別在分析天平上測(cè)定濾膜重量，利用質(zhì)量之差計(jì)算PM2.5、PM10、TSP的濃度，以μg/m3計(jì)。

3 結(jié)果與討論

3.1 人口統(tǒng)計(jì)學(xué)圖譜

問(wèn)卷調(diào)查的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)分布譜如圖2所示。

圖2 基于問(wèn)卷調(diào)查的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)分布譜

3.2 空間—時(shí)間活動(dòng)譜

根據(jù)鄂爾多斯農(nóng)村地區(qū)建筑習(xí)慣，房屋類型一般分為兩種情況。一種是廚房與臥室合在一起不分割，另外一種則是將兩者分開(kāi)。所以在問(wèn)卷調(diào)查中，我們根據(jù)實(shí)際情況，若已分割則分別記錄時(shí)間，若未分割則將時(shí)間計(jì)入廚房，且將居民不在室內(nèi)的時(shí)間統(tǒng)一記為“戶外”，在“工廠”或者外出等時(shí)間記為 “其他”。問(wèn)卷調(diào)查獲得了該地區(qū)居民每日在不同空間的活動(dòng)—時(shí)間譜，結(jié)果列于表1。

表1 鄂爾多斯農(nóng)村居民在不同空間的活動(dòng)—時(shí)間譜 單位：h

從表1得出，鄂爾多斯農(nóng)村地區(qū)人群日常活動(dòng)空間有明顯的差別。由于該地區(qū)主要是由女性承擔(dān)做飯工作的原因，導(dǎo)致廚房?jī)?nèi)女性停留時(shí)間比男性高6h，人群平均在“廚房”的停留時(shí)間要高于“臥室”“室外”及“其他”場(chǎng)所。

3.3 不同爐具、不同燃料燃燒導(dǎo)致的顆粒物污染水平

在入戶進(jìn)行顆粒物采樣時(shí)，為了對(duì)比不同爐具和不同燃料燃燒導(dǎo)致的顆粒物污染水平，我們分別在3個(gè)采樣點(diǎn)各選取1戶進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且在24h監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)，一個(gè)空間對(duì)應(yīng)一種爐具，使用一種燃料進(jìn)行PM2.5監(jiān)測(cè)對(duì)比，得到結(jié)果列于表2中。

表2 鄂爾多斯農(nóng)村地區(qū)不同室內(nèi)外PM2.5日平均濃度水平單位：μg/m3

為對(duì)比薪柴、煤炭、電或者天然氣做飯過(guò)程中產(chǎn)生的PM2.5，選取爐灶為燃燒爐具，在同一空間內(nèi)(廚房)進(jìn)行顆粒物日平均濃度測(cè)定，由圖3(1)得出：薪柴作為燃料時(shí)室內(nèi)空氣中PM2.5的含量最高，為248.55μg/m3，約是煤炭的1.3倍，天然氣的6.18倍；為對(duì)比不同爐具進(jìn)行燃燒產(chǎn)生的PM2.5，在爐灶和火爐內(nèi)使用薪柴作為燃料，由圖3(2)可知，爐灶燃燒薪柴產(chǎn)生的PM2.5約為火爐的2倍。由此可見(jiàn)，不同燃料、不同爐具在燃燒過(guò)程中對(duì)室內(nèi)空氣造成的污染差異較大，改變?nèi)剂鲜褂妙愋?，改進(jìn)爐具，實(shí)行廚臥分割對(duì)改善空氣質(zhì)量有顯著優(yōu)勢(shì)。

由表2可知，因燃料不同和爐具類型不一，會(huì)引起室內(nèi)PM2.5污染水平的顯著差異，如圖3(1)、3(2)所示。

圖3(1)、(2)廚房?jī)?nèi)不同燃料燃燒及薪柴在不同爐具內(nèi)燃燒導(dǎo)致的PM2.5濃度水平(μg/m3)

3.4 居民日常生活中不同空間內(nèi)顆粒物污染水平

不規(guī)定24h監(jiān)測(cè)時(shí)段內(nèi)使用燃料的類型，按居民實(shí)際使用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。我們?cè)谕坏胤焦潭ㄟx取7戶，分別在取暖期(2019年12月)和非取暖期(2020年8月)測(cè)定廚房和臥室的PM2.5、PM10、TSP濃度，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同空間內(nèi)取暖期與非取暖期顆粒物日平均水平(μg/m3)

居民在日常生活中，根據(jù)家庭實(shí)際情況和使用燃料習(xí)慣，會(huì)混合使用煤炭、薪柴、電(或者天然氣)。由圖4可知，在取暖期PM2.5、PM10、TSP的日平均濃度水平均高于非取暖期，與國(guó)家室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[10]相比，該地區(qū)室內(nèi)顆粒物濃度均不達(dá)標(biāo)；且細(xì)顆粒物即小于等于PM2.5的顆粒物水平占比超過(guò)可吸入顆粒物PM10。有研究表明，細(xì)顆粒物對(duì)人體呼吸系統(tǒng)的危害更大，更應(yīng)該引起重視；農(nóng)村地區(qū)室內(nèi)(含廚房和臥室)顆粒物污染是室外顆粒物污染的8—20多倍，說(shuō)明農(nóng)村室內(nèi)由于固體燃料燃燒導(dǎo)致的空氣污染相對(duì)嚴(yán)重。

4 結(jié)語(yǔ)

本文綜合問(wèn)卷調(diào)查和24h實(shí)地監(jiān)測(cè)，側(cè)重比較和分析了不同空間內(nèi)燃料類型和不同爐具使用對(duì)農(nóng)村室內(nèi)空氣顆粒物污染的影響，得出以下結(jié)論：

(1)測(cè)定同一空間內(nèi)(廚房)不同燃料導(dǎo)致的顆粒物日平均濃度得出：薪柴作為燃料時(shí)室內(nèi)空氣中PM2.5的含量最高，為248.55μg/m3，約是煤炭的1.3倍，天然氣的6.18倍。

(2)測(cè)定薪柴在不同爐具進(jìn)行燃燒導(dǎo)致的顆粒物日平均濃度得出：爐灶燃燒薪柴產(chǎn)生的PM2.5約為火爐的2倍。

(3)測(cè)定不同空間內(nèi)混合使用煤炭、薪柴、電(或者天然氣)導(dǎo)致的顆粒物日平均濃度得出：在取暖期PM2.5、PM10、TSP的日平均濃度水平均高于非取暖期，與國(guó)家室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[10]相比，該地區(qū)室內(nèi)顆粒物濃度均不達(dá)標(biāo)；且細(xì)顆粒物即小于等于PM2.5的顆粒物水平占比超過(guò)可吸入顆粒物PM10。

綜上所述，通過(guò)在鄂爾多斯市農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行室內(nèi)外顆粒物污染水平監(jiān)測(cè)，為下一步評(píng)估室內(nèi)空氣中顆粒物的污染奠定了基礎(chǔ)。關(guān)注農(nóng)村人群的健康問(wèn)題，改善農(nóng)村居住環(huán)境，可以從廚臥分割、改進(jìn)爐具燃灶、推廣天然氣等方式入手。