昆明住宅小區微環境大氣顆粒物垂直分布規律研究

楊 麗，早灼珍，鄧 淋

(1.普洱市生態環境局思茅分局生態環境監測站，云南 普洱 665000；2.云南普域環境科技有限公司，云南 普洱 665000； 3.云南聚賢環保科技有限公司，云南 昆明 650000; )

隨著我國城鎮化的不斷推進，我國大部分人口由農村轉移到城市[1]。我國第七次全國人口普查結果顯示，2020年，全國人口共141178萬人。其中，居住在城鎮的人口為90199萬人，占63.89%[2]。城鎮人口主要聚集和生活區域為住宅小區，小區大氣環境的優劣直接影響到居民的身體狀況[3]。大氣環境是一個巨大的氣溶膠系統，其內除了我們熟知的氣體成分外，還分散著人類肉眼分辨不出的微小固體顆粒和液滴[4]。小區大氣環境中的分散顆粒物主要來源于城市環境中人為排放的各種廢氣中，主要是汽車尾氣排放。這些顆粒物中含有各種重金屬和有毒有害有機物，能誘發人體各類疾病，直至使人致癌。有國外流行性病學專家通過調研發現，大氣中PM2.5升高 10 μg/m3時，人患癌癥死亡率能升高一點五個百分點，心血管疾病和呼吸系統疾病病發率分別升高約四個和八個百分點。顆粒物粒徑越小，對人體的治病率越高，特別是對呼吸道疾病的影響越不利，主要原因是顆粒物粒徑越小，越容易進入人體內。當顆粒物粒徑小于 0.5 μm 時，甚至能穿過肺泡上的毛細血管進入人體血液中，導致心腦血管疾病[5-6]。正是由于大氣中顆粒物嚴重威脅著人體健康，所以評估顆粒物的各項特征及分布情況，對人類合理規劃自己生活習慣有著重要理論和現實意義[7]。

本文對昆明中心城區住宅小區微環境中大氣顆粒物在空氣質量良好和污染的時段垂直分布規律進行研究，以期為居民日常健康防護提供數據支持。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

六通道手持式顆粒物檢測儀(Metone Aerocet 531S型)。

1.2 實驗方法

研究區域位于昆明小西門附近的居民住宅小區，樓高18層，每層高 3 m，采樣樓層為1、3、5、7、9、11、13、15、18層，采樣地點為過道和室內，取樣高度距樓面高度為 1.5 m。采樣時間選取清潔日(AQI級別為優)和污染日(AQI級別為輕度污染以上)兩個時間段進行采樣監測，數據采用SPSS 26進行統計分析。

2 結果與討論

2.1 高度對PM1顆粒物質量濃度的影響

PM1的質量濃度隨高度變化的規律如圖1所示。

由圖1可知，總體來說，PM1的質量濃度，室外高于室內，清潔日和和污染日濃度相差大約為 30 mg/m3。在清潔日，隨著高度的增加，PM1質量濃度呈現上升趨勢，但這種變化趨勢不大：從1層增加到18層時，室內PM1質量濃度從 5.72 mg/m3增加到了 6.78 mg/m3，室外PM1濃度從 6.22 mg/m3增加到了 8.03 mg/m3。而污染日的PM1質量濃度隨高度的增加則沒明顯的變化規律，處在35.00～38.00 mg/m3之間，且室內與室外差距不大,相差在 2 mg/m3以內，甚至在17層出現了室內濃度高于室外濃度的情況。

圖1 PM1質量濃度垂直變化

2.2 高度對PM2.5顆粒物質量濃度的影響

PM2.5的質量濃度隨高度變化的規律如圖2所示。

圖2 PM2.5質量濃度垂直變化

圖2顯示，在清潔日，隨著高度上升，PM2.5質量濃度總體呈現上升趨勢，增幅在 3 mg/m3以內。其中，室內最高質量濃度出現在7層，達到 11.323 mg/m3，而室外最高質量濃度則出現在15層，質量濃度達到 13.95 mg/m3，且室內外濃度差未見明顯變化規律。在污染日，PM2.5質量濃度隨高度變化量不大，室內PM2.5質量濃度處在83.23～84.87 mg/m3，而室外PM2.5則處在85.99～87.34 mg/m3，室內外濃度差在 2.5 mg/m3以內。

綜合分析圖1、圖2可知，無論在清潔日還是污染日，PM1和PM2.5濃度隨高度的變化幅度較小，這是由于PM1和PM2.5由于粒徑較小，能較好懸浮在大氣中，并隨著大氣的流動而較好的擴散[8]。且兩者的室內和室外濃度差距較小，這種差距并不隨高度的差異而產生大幅度的變化，這說明PM1和PM2.5對于室內的滲透性較強，而這種滲透性并沒有隨著高度的增加而減小[9]。

2.3 高度對PM10顆粒物質量濃度的影響

PM10的質量濃度隨高度變化的規律如圖3所示。

圖3 PM10質量濃度垂直變化

圖3顯示，無論在清潔日還是污染日，PM10質量濃度隨高度都呈現出下降的趨勢，且污染日下降的趨勢大于清潔日。在清潔日，從1層到18層，室內和室外PM10質量濃度下降幅度分別為 9.09 mg/m3、12.01 mg/m3，下降趨勢有一定波動，但幅度不大；室內外濃度差值也有減小的趨勢，在1層和18層的PM10質量濃度差分別為 6.78 mg/m3、3.77 mg/m3，室內外質量濃度差最大值出現在5層，差值為 12.28 mg/m3。在污染日，從1層到18層，室內和室外PM10濃度下降幅度分別為 23.16 mg/m3、32.04 mg/m3，但PM10濃度隨高度的遞減趨勢存在波動性，如在第7層到9層、15層到17層，室內濃度不僅未下降，還呈現上升趨勢，而在第11層到13層、15層到17層，室外濃度也呈現增加的趨勢；隨著高度的增加，室內外PM10濃度差值有減小的趨勢，如在1層，室內外PM10濃度差為 24.83 mg/m3，而在18層，這一差值為 15.95 mg/m3。

2.4 高度對TSP顆粒物質量濃度的影響

TSP的質量濃度隨高度變化的規律如圖4所示。

由圖4可知，在清潔日，室內TSP質量濃度在47.73～58.09 mg/m3之間，室外在58.09～67.21 mg/m3之間，且呈現隨高度增加逐漸下降的趨勢，但下降變化趨勢波動不大：室內外質量濃度差處在6.97～12.09 mg/m3之間，室內外最大質量濃度差出現在15層，最小質量濃度差出現在18層。

污染日，室內和室外TSP質量濃度分別在194.83～211.91 mg/m3和219.01～ 246.76 mg/m3之間，總體隨高度增加而呈現減小的變化趨勢；污染日的變化幅度大于清潔日，但這種變化趨勢呈現一定波動性；室內TSP質量濃度最小值出現在7層，而室外最小濃度出現在15層；室內外濃度差最大值出現在5層，為 36.74 mg/m3，最小值出現在15層，為 18.72 mg/m3。

圖4 TSP質量濃度垂直變化

綜合分析圖3、圖4可知，在清潔日，PM10和TSP，由于兩者本身質量濃度較低，其濃度隨高度變化并不明顯；在污染日則顯示出隨高度增加而明顯下降的趨勢，且室內室外濃度差異較大，但這種差異隨著高度的增加有減小的趨勢，這說明PM10和TSP對于室內的滲透性隨高度的增加有減弱的趨勢。

2.5 室內外顆粒物的粒徑分布規律

探究分析了小區住宅不同高度下室內外固體顆粒的粒徑分布規律，如表1所示。

表1 室內外顆粒物粒徑分布比

表1顯示，顆粒物粒徑主要分布在≤1 μm 的范圍內(占到總顆粒數的98.17%～99.34%)，>10 μm 的固體顆粒占到總顆粒數的0.03%～0.14%。由此可知，空氣中的固體顆粒物主要是由細微粒徑的細顆粒組成。雖然粗顆粒物數目占比較小，但由于其體積較大，所以質量貢獻率較高。細顆粒具有小體積、高比表面積，能順利通過人體呼吸道進入肺部[10]，粒徑小于0.5微米的顆粒物甚至能穿過肺泡壁進入人體血液中，進而誘發多種疾病，所以小區微環境中應多關注細微顆粒物污染問題[11-12]。

3 結論

無論是在空氣質量良好時段，還是被污染的時段，PM1和PM2.5質量濃度隨高度的變化幅度不大，且室內外質量濃度差較小；顆粒物粒徑小于 2.5 μm 的顆粒數占到總顆粒數的99.0%以上，由于顆粒物粒徑越小對人體危害越大，所以在小區微環境的顆粒物污染防止中，應該多注意細微顆粒物對人體的影響。

在空氣質量良好的時段，PM10和TSP質量濃度隨高度變化并不明顯；在污染日則顯示出隨高度增加而明顯下降的趨勢，且室內室外濃度差異較大，但其顆粒數占到總顆粒數比例較小(小于1.0%)。