公共場所室內PM2.5質量濃度測定分析

孫昂然

（太原市第五中學,山西 太原 030024）

1 PM2.5概述

PM英文全稱particular matter（顆粒物）,其后數(shù)字表示大氣中懸浮顆粒物的空氣動力學當量直徑（Dp）。大氣懸浮顆粒物可分為4類：粗懸浮顆粒物（PM10）,細懸浮顆粒物（PM2.5）,超細懸浮顆粒物（PM0.1）,總 懸 浮 顆 粒 物 （TSP）。PM2.5即Dp≤2.5μm 的細顆粒物,又稱細?；蛘呒氼w粒等［1－3］。

雖然PM2.5在大氣成分中僅僅占據(jù)較少的比率,但PM2.5的含量和大氣的能見度、空氣質量等息息相關。與大氣中其他的顆粒物相比,細顆粒物有較小的粒子直徑,但表面積卻很大,而且細顆粒物的活性也很強。同時,在PM2.5粒子中,有許多危害人體健康的毒害物質。所以,空氣質量隨著PM2.5質量濃度的增加,會變得越來越差,而對人體健康的影響也越來越嚴重［4－6］。

2 實驗方法和儀器簡介

2.1 實驗儀器

本次實驗儀器使用的是青島聚創(chuàng)環(huán)保設備有限公司的高精度手持式PM2.5速測儀（CW－HAT200）。如圖1該速測儀是一種專業(yè)的檢測儀器,用于測量空氣中的粗懸浮顆粒物（PM10）和細懸浮顆粒物（PM2.5）。這種速測儀依靠國外的高靈敏度微型激光傳感器技術,將空氣動力學、數(shù)字信號處理和光機電等融為一體。儀器檢測靈敏度1μg,相對誤差＜2%,測量數(shù)據(jù)準確。主要功能特點為：可以直讀實時濃度；光散射式原理測試精度高；快速響應測試；操作簡單,無需維護；智能識別自動關機,最大限度節(jié)省電量等。

圖1 CW－HAT200手持式PM2.5速測儀實物圖

2.2 實驗方法

2.2.1 測量地點

以人流量大、比較有代表性的公共場所高校學生餐廳為例開展實驗研究,室內測量地點選擇餐廳的就餐區(qū)域,室外地點選擇在該高校的露天操場。

該實驗餐廳人流量大,餐廳內廚房為半開放式,餐廳內的廚房和就餐區(qū)域僅隔一道玻璃隔斷墻,隔斷上開設售賣窗口。因此,廚房烹飪產(chǎn)生的油氣,煙氣很容易進入就餐區(qū)域,導致就餐區(qū)域空氣中的PM2.5數(shù)值很大。通過實驗測量其具體數(shù)值,更好地掌握PM2.5分布及變化規(guī)律,掌握影響餐廳內PM2.5質量濃度變化的因素。

露天操場地方開闊,周圍基本沒有建筑物等遮擋物干擾,也不會受到人群的干擾,所以可以比較準確地反映出學校PM2.5的本底濃度,進而與餐廳PM2.5濃度進行對比分析。

2.2.2 測量時間

本次測量實驗共選擇3個不同的時間點：早晨7點～8點,中午11點～12點,晚上19點～20點。從2017年5月9日起,到2017年5月15日連續(xù)測量1周。3個不同時間點的測量,基本可以反映出1d內餐廳PM2.5質量濃度變化的規(guī)律；而通過1周的數(shù)據(jù)測量則可以保證樣本量,使得分布規(guī)律更加顯著。

2.2.3 測量方法

測量時儀器距離地面約1.5m,盡量避開人群。測量餐廳內PM2.5的質量濃度時,選擇在餐廳的中部進行,避免由于門口室內外空氣交換,導致的測量數(shù)據(jù)不夠準確。每個時間段測量3次,相對誤差超過5%則重新測量。最后,取3次測量的平均值計為該時間段最終的PM2.5的質量濃度。

3 結果與分析

3.1 實驗結果

對1周時間內3個不同時間段的測量數(shù)據(jù)進行分析,數(shù)據(jù)測量的統(tǒng)計結果如圖2～圖4。

圖2 7點～8點室內、外PM2.5變化趨勢圖

圖3 11點～12點室內、外PM2.5變化趨勢圖

通過1周的測量數(shù)據(jù)大致可以看出,室外和食堂內的PM2.5質量濃度有著較大的差別,而在時間段11點～12點,該差距更為明顯。在1周的時間內,室外PM2.5的質量濃度均＜50μg/m3,即空氣質量為優(yōu)良。而室內的PM2.5質量濃度則高得多,早晨7點～8點的測量數(shù)值45μg/m3～76μg/m3,即空氣質量為良；中午11點～12點測量的數(shù)值顯示,有2d的數(shù)值為輕度污染,有1d為中度污染,其余的4d均為重度污染；晚間19點～20點的數(shù)據(jù)顯示,有1d為輕度污染,有3d為中度污染,其余3d為重度污染。

圖4 19點～20點室內、外PM2.5變化趨勢圖

由以上分析可以清楚地看出,室、內外的空氣質量有著顯著的差異。在1周的時間內,室外的空氣質量較好,但是室內的空氣質量則差很多。特別是在中午和晚上,室內PM2.5的質量濃度更高。

3.2 學生餐廳內PM2.5質量濃度影響因素分析

3.2.1 烹飪因素

學生餐廳中最大的PM2.5顆粒來源就是食堂烹飪產(chǎn)生的油煙,烹飪地點產(chǎn)生的油氣有害顆粒幾乎全部進入就餐區(qū)域。尤其在中午和晚上學生下課后的就餐高峰,就餐區(qū)域PM2.5濃度大幅上升,甚至超過了300μg/m3,達到了重度污染。

3.2.2 室外因素

從測量結果看出,PM2.5室內源對建筑物內PM2.5的質量濃度平均分布水平有著很大的影響,但室外環(huán)境中的PM2.5對室內PM2.5的影響也不可忽略,二者波動變化的趨勢呈現(xiàn)出一定的相關性。

室外PM2.5進入室內的主要途徑為空調系統(tǒng)、自然通風、圍護結構縫隙穿透以及人員攜帶等。因此,當室外為霧霾天時,必然會對室內的空氣質量帶來不利影響。室外因素是影響餐廳內PM2.5濃度的因素之一。

3.2.3 濕度因素

從圖2～圖4看出,2017年5月10日與14日時圖線有一個明顯的凹點,即所測量的數(shù)據(jù)有一個明顯的下降。這是由于,10日和14日太原市正在下雨,空氣中的細顆粒凝結沉降,導致測量值有較大下降。即,濕度因素會顯著影響空氣中PM2.5的質量濃度［7］。

3.2.4 人員流動

食堂內的人員密集,空氣不能很好地流通傳播,造成了室內PM2.5的大量積聚。還有人員的流通,也將外界的PM2.5顆粒帶入了食堂內。而且有部分同學在食堂內吸煙,加劇了室內空氣條件的惡化。

3.2.5 通風因素

實驗餐廳一樓只有2個與外界相連的出入口,而且并不直接與外界相連,還有一堵墻相隔。這2個隔斷對于室內的換氣能力有一定的阻隔作用,特別是在高峰時刻,使得室內的空氣更起不到良好的交換。另外,雖然一樓設有4個排氣扇,但這4個排氣扇并沒有直接與外界大氣相連,而是與靠馬路的售賣窗口相連,使其不能起到應有的換氣作用,這些都加劇了餐廳內PM2.5積聚。

3.3 PM2.5質量濃度變化趨勢分析

在同一天的3個不同測量時間中,PM2.5的質量濃度也有著較大的區(qū)別,如圖5所示。

圖5 PM2.5質量濃度變化圖

由圖5可以看出,室外PM2.5的質量濃度在1d之內沒有太大的變化,只是在輕微的波動。而食堂內PM2.5質量濃度變化較為明顯。室內餐廳中早晨的PM2.5質量濃度最低,而中午時 PM2.5質量濃度最高,晚上的PM2.5質量濃度次之。根據(jù)分析可知,室內餐廳PM2.5急劇波動變化最主要的原因是餐廳內人流量的變化,在早晨時,人流量最小,開灶及售飯的窗口少；中午高峰時,人流量急劇攀升,各個窗口全面開放,且廚房一直在開火做飯,導致了PM2.5的質量濃度急劇升高；晚飯時,相對于中午,人流量有了一定的下降,而且晚飯就餐學生的就餐時間相對分散,所以PM2.5質量濃度有了一定程度的下降。

3.4 食堂內PM2.5含量過高的危害性

本研究得到學生餐廳PM2.5濃度值遠超環(huán)境空氣中PM2.5的二級濃度日均限值,且遠高于室外。這說明學生就餐時,餐廳內PM2.5的暴露水平高,健康風險大。同時,由于PM2.5的顆粒粒徑較小,會通過人體的呼吸系統(tǒng)在肺部積累,影響人體正常的呼吸作用和心臟的正常工作。而由于餐廳內的PM2.5的濃度大,還有可能導致急性中毒［8－9］。特別嚴重時,甚至會導致死亡。

4 結論

PM2.5是空氣中直徑＜2.5μm的細小顆粒,對人體健康影響極大。以高校大型學生餐廳為例,通過對餐廳室內和室外PM2.5濃度的測量及分析,得出如下結論：

1）餐廳室內、外PM2.5質量濃度有著較大的差別。測量時間段內,室外 PM2.5的質量濃度均＜50μg/m3,而室內PM2.5質量濃度波動變化,變化范圍為45μg/m3～210μg/m3。

2）室外PM2.5濃度與室內濃度有一定的相關性。

3）早、中、晚3個時間段測量,午間就餐高峰時,PM2.5濃度最大。

4）空氣中濕度因素對PM2.5濃度影響顯著。

參考文獻：

［1］ 寅怡民,何川.我國PM2.5污染特征的研究進展［J］.重慶三峽學院學報,2013,29（145）：105－109.

［2］ 陳曉秋,傅彥斌.福州市春、冬季霾日和非霾日PM2.5及碳氣溶膠污染水平與特征［J］.中國環(huán)境檢測,2008,24（6）：68－72.

［3］ 倪巖.基于國內外研究現(xiàn)狀對哈爾濱市PM2.5污染防治對策的研究［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學,2013.

［4］ 郭新彪,魏紅英.大氣PM2.5對健康影響的研究進展［J］.科學通報,2013,58（13）：1171－1177.

［5］ 李紅,曾凡剛.可吸入顆粒物對人體健康危害的研究進展［J］.環(huán)境與健康雜志,2002,19（1）：85－89.

［6］ 黃虹,曾寶強,曹軍驥,等.廣州大學城大氣PM2.5質量濃度與影響因素［J］.環(huán)境科學與技術,2009,32（5）：103－106.

［7］ 趙晨曦,王云琦,王玉杰,等.北京地區(qū)冬春PM2.5和PM10污染水平時空分布及其與氣象條件的關系［J］.環(huán)境科學,2014,35（2）：418－427.

［8］ 張殷俊,陳曦,謝高地,等.中國細顆粒物（PM2.5）污染狀況和空間分布［J］.資源科學,2015,37（7）：1339－1340.

［9］ 袁楊森,劉大錳,車瑞俊,等.北京市秋季大氣顆粒物的污染特征研究［J］.生態(tài)環(huán)境學報,2015（1）：24－31.