云南宣威燃煤室內可吸入顆粒物質量濃度變化特征

樊景森 ,邵龍義,王 靜,王建英,李澤熙 (.中國礦業大學(北京)地測學院,北京 00083；2.河北工程大學資源學院,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].宣威肺癌高發已經引起了國內外學者的高度關注[2-5].研究發現,農民肺癌死亡率通常要比其他職業的肺癌死亡率要高[6].Lam 等[7]的研究結果認為,吸煙并不能解釋宣威肺癌高發.邵龍義等[8]研究認為,水溶性Zn、Cd和Pb等可能與肺癌高發區PM10樣品具有較強氧化性損失能力有關.相關研究確定了肺癌的發病率與多環芳烴的關系曲線[9-10],但是 Tian[11]沒有發現多環芳烴與宣威肺癌在地理位置上的關系,因此多環芳烴與宣威肺癌的關系有待深入研究.研究表明宣威農村肺癌的高發病率與家庭使用煙煤高度相關[1,12-13],室內煤燃燒的排放是宣威肺癌產生的因素之一[14].近幾年來流行病學研究表明,大氣環境中顆粒物易誘發肺癌而使死亡率增高[15].

顆粒物的質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.顆粒物質量濃度與人類疾病(特別是呼吸系統疾病、心腦血管疾病)的發病率和死亡率具有顯著的相關性[16-17].宣威肺癌地區大氣顆粒物的物理特征方面的研究較少,雖然當地大部分居民已經改善了排煙系統,但是顆粒物濃度仍然較高,本研究采用重量稱量法,研究宣威肺癌高發區不同時段和室內、外的質量濃度變化特征,旨在為宣威肺癌的病因研究提供一定的基礎數據,并為宣威肺癌的防治提供依據.

1 樣品采集

為了弄清宣威地區不同燃料產生的可吸入顆粒物的質量濃度特征,在宣威地區選擇散煤、型煤、用電、燃柴為燃料的6個鄉村(虎頭、落水、新建、龍林、舊堡、草花)19家農戶進行采樣,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,然后根據采樣流量和采樣時間,計算顆粒物的質量濃度[18].

按公式(1)計算PM10的質量濃度:

式中:C為質量濃度,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為標準狀況下的采樣體積,m3.

2 結果與討論

2.1 室內外大氣顆粒物關系

近年來,很多研究應用 PM10的質量濃度室內/外(I/O)比值來研究室內、外顆粒物的關系[19-23].如果 I/O31,則室內的顆粒物污染主要是由室內污染源所引起;如果 I/O＜1,則室內顆粒物主要來自室外.從表1可以看出,宣威地區各村莊的I/O比值為1.74～2.87,明顯高于北京地區PM10質量濃度 I/O 比值(0.6～0.9)[24],說明宣威地區各村莊農戶室內的顆粒物污染主要是室內污染源引起,這與當地的住房結構和使用煙煤做燃料有關,宣威當地大部分住戶門窗較小,房屋較低,沒有獨立廚房,火塘或爐灶處于客廳內用于做飯和烤火.由于采樣期間為天氣較冷的冬天,燃煤較多,因此室內顆粒物的污染較為嚴重.而北京受工業和交通污染影響,室外污染較為嚴重,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 宣威地區各村室內外質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量濃度特征

在宣威地區肺癌村虎頭村對做飯時段和非做飯時段的室內 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,其質量濃度分布情況為:做飯時段的4個PM10樣品的質量濃度為355.6～488.9μg/m3,而非做飯時段 3個樣品的質量濃度為200～233.3μg/m3.做飯時段的質量濃度明顯增大,說明做飯時段煙煤燃燒對室內PM10濃度有嚴重的影響;PM10質量濃度與做飯和采樣時間有一定關系,做飯時間越長,添加的燃煤越多,顆粒物質量濃度越高;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等條件的影響,但短時間內 PM10濃度高于長時間內濃度情況與曹守仁等[25]的研究結果一致.

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

2.3 不同燃料類型用戶室內大氣顆粒物質量濃度特征

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

周林[27]研究得出,肺癌村虎頭村 PM10的質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)宣威地區下了一場大雪,造成當地的氣溫比較低有關,還與采樣農戶的平時用煤量有一定關系.李紅格等[28]對山西太原“城中村”研究表明為散煤用戶室內PM10平均值為1477μg/m3,蜂窩煤用戶室內平均值為1167μg/m3,遠遠高于本研究結果,這可能該城中村使用燃煤土小鍋爐有關.

塊煤用戶室內 PM2.5質量濃度范圍為19.11～679.52μg/m3,均值為132.58μg/m3(17 個樣品),超過國家環境保護部2月29日公布擬采用標準(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值75μg/m3近1倍說明污染較嚴重.在17個樣品中只有6個樣品PM2.5質量濃度低于該標準,說明塊煤燃燒引起的大部分用戶室內 PM2.5污染.不同燃料用戶中質量濃度最高,說明塊煤用戶室內 PM2.5污染最嚴重;燃柴用戶室內 PM2.5質量濃度為51.63～58.85μg/m3,均值為55.24μg/m3(2 個樣品);用電用戶室內 PM2.5質量濃度范圍為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的平均質量濃度都低于國家環境保護部2月29日公布擬采用標準(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值 75μg/m3,說明用電和燃柴用戶室內PM2.5污染程度較低.

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

3 結論

3.1 各村莊的I/O比值均為1.74～2.87,遠大于1,說明宣威地區農戶室內的顆粒物污染主要由室內污染源引起,當地的住房結構和用煙煤做燃料是宣威地區室內PM10污染較重的原因.

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

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

3.4 塊煤用戶室內 PM2.5質量濃度日均值的平均值超過國家環境保護部2月29日公布擬采用標準(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值75μg/m3近1倍,說明污染較嚴重;用電和燃柴用戶的PM2.5的平均質量濃度都低于 75μg/m3,說明用電和燃柴用戶室內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重,因此建議當地居民應該盡量安裝煙囪,減少塊煤而增加型煤的使用,經濟條件允許的情況下用電供暖和烹飪.

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