北京市醫院候診區空氣中VOCs的污染特征

駱 娜,劉曉云,謝 鵬,羅超文,劉兆榮 (北京大學環境科學與工程學院,北京 100871)

揮發性有機污染(VOCs)是室內空氣中一類重要的污染物.VOCs可引起多系統及器官功能失調,還可能產生胚胎毒性,有關研究表明孕期接觸高濃度VOCs的婦女流產率增加了25%、胎兒畸形率是對照組的4～13倍[1].

近年來研究者們對不同室內微環境中的VOCs進行了研究[2-8],對居室環境中VOCs的研究比較充分[3-5],而對電影院、醫院、大型商場等公共環境的研究相對較少.醫院作為一種特殊的公共環境,人流密集,醫療操作較多,清潔消毒行為也十分頻繁,加之現代醫院的裝修十分普遍,諸多因素都會污染室內空氣.但目前對醫院空氣質量的研究集中在控制病原菌污染上,對化學污染物(如VOCs)的污染報道較少.少量研究也僅限于對苯系物污染現狀的調查,調查地點包括診室和病房[2].對醫院候診區環境中VOCs的污染特征缺乏認知.在調查中發現,候診時間通常占門診就醫時間的90%以上.本研究采集典型候診區的空氣樣品,對候診區中VOCs的污染水平、組成和分布特征及VOCs來源進行了初步探討.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

選擇北京市3家典型醫院(H1～H3)的9個不同科室的候診區(A～I)進行研究,3家醫院均為無煙醫院,其中H1是口腔專科醫院,H2,H3是兩家綜合性醫院(表1).

表1 采樣點概況Table 1 Description of sampling sites

B,C,D為獨立候診室,其他基本設在診室外.掛號區位于一樓大廳,通風條件較好,H3的候診區通風條件較差.采樣時間為2009年8月31日～9月 6日(8:00～12:00),連續一周,9月 4日未采樣,9月6日E,F候診區有裝修活動.用3L的不銹鋼采樣罐(Entech,USA)采集空氣樣品,采樣前用3100型清洗儀(Entech,USA)清洗采樣罐,抽真空后備用.采樣高度距地面約1.2m.

1.2 樣品分析

樣品分析采用7100A預濃縮儀(Entech,USA)與7890AGC-5973CMS聯用系統(Agilent,USA),色譜柱為DB-624(60m×0.32mm×1.8μm),低碳VOCs在 PLOT 色譜柱(30m×0.32mm×3.0μm)上分離.檢測器為FID和MSD,載氣為氦氣.

升溫程序:初始爐溫為30℃,保留7min;然后以5℃/min升溫至120℃保留5min;最后以6℃/min升溫至 180℃,并保留 7min.以全掃描(SCAN)模式操作, m/z掃描范圍為35～350amu.

樣品采集和分析過程均采取嚴格的質量保證與質量控制措施.樣品和標樣采用相同的分析方法.標準曲線的相關系數大于 0.9,所有化合物的相對標準偏差均小于10%.在每天分析樣品前,進濃度為2×10-9的VOCs混合標氣,在確保儀器狀態良好的情況下開始分析樣品.

2 結果與討論

2.1 醫院室內外空氣的VOCs組成和濃度水平

醫院室內外空氣中共定量檢測出65種VOCs,其中烷烴24種、烯烴13種、芳香烴15種、環烷烴4種、鹵代烴4種、酯類5種.烷烴、烴烯、芳香烴的含量約占室外VOCs的89%～ 95%(分別約占46%、16%、31%),占室內VOCs的61%～98%(分別約占 38%、10%、43%).可見烷烴、烯烴、芳香烴是醫院室內外空氣中主要的VOCs.大多數VOCs濃度都低于2μg/m3,含量最高的10種VOCs濃度為5～210μg/m3.鐘天翔等[3]采用氣質聯用與熱解析方法研究了杭州 31戶居室環境的VOCs的組成,共檢出256種VOCs,烷烴、芳香烴、鹵代烴、萜烯和酮類是居室內主要的VOCs(含量占總VOCs的86%).本研究中室內烷烴、烯烴、芳香烴的濃度均高于杭州居室環境[3].

表2 醫院各采樣點的VOCs濃度(μg/m3)Table2 VOC concentrations in hospitals (μg/m3)

室內和室外VOCs的濃度水平及組成見表2和表3,3個室外采樣點的VOCs濃度水平相當,平均濃度都小于 150μg/m3,烷烴的含量最高,其次為芳香烴,烯烴、鹵代烴、環烷烴和酯類的所占的比例較小.各候診區空氣中VOCs的平均濃度均大于200μg/m3,H2和H3的芳香烴的含量最高,其次為烷烴,烯烴、鹵代烴、環烷烴、酯類.H1的3個候診區芳香烴和烷烴的含量相近,烯烴、鹵代烴、環烷烴和酯類與其他2家醫院的候診區相差不大.F候診區的污染最重(713.22±550.53μg/m3),A候診區污染最輕(205.57±115.97μg/m3),B,C,D,I候診區(222.34～265.77μg/m3)濃度水平接近,E,G,H候診區(512.63～561.04μg/m3)污染程度接近,可見3家醫院中H2污染最重,其次為H3,H1的污染最輕,3個獨立的候診室(B,C,D)比候診區污染程度低.

表3 醫院各采樣點空氣的VOCs各組份的濃度(μg/m3)Table 3 VOC chemical compositions of indoor and outdoor hospital waiting areas (μg/m3)

含量最高的烷烴是乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷、異戊烷,約占室內和室外總烷烴43%～ 68%和62%,除個別候診區外,其余的19種烷烴濃度均低于5μg/m3;含量最高的烯烴是乙烯、丙烯、異戊二烯,約占室內總烯53%～83%,占室外烯烴的79%;室外芳香烴的平均濃度為36.36～46.86μg/m3,含量最高化合物依次是甲苯、二甲苯、苯、乙苯、苯乙烯,約占室外芳香烴的89%(圖1).候診區的芳香烴濃度為73.14～346.31μg/m3, 6種主要的芳香烴占總芳香烴的79%～98%.4種鹵代烴中二氯甲烷的濃度最高(4.52～20.30μg/m3),其次是氯仿(0.54～4.41μg/m3),四氯乙烯(0.12～6.04μg/m3),三氯乙烯(0.18～0.83μg/m3).環烷烴中甲基環己烷的在各候診區之間差異較大(0.29～17.02μg/m3).5種酯類的濃度均較低,小于1μg/m3.

2.2 候診區VOCs的分布特征

2.2.1 烷烴的分布特征乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷和異戊烷是濃度最高的烷烴,室內外空氣中烷烴的組成相對固定,以輕烴為主(C2～C8烷),C9～C11烷時空分布差異大.在 H2醫院裝修期間檢測到高濃度的C9～C11烷,候診區E和F候診區C9～C11烷的濃度分別為610.69,1085.99μg/m3,分別約為裝修前的50倍和100倍.油漆和涂料會釋放多種高碳烷烴(C9～C21)、苯系物和醛類[4,9].裝修期間E和F候診區C9～C11烷約占總烷烴的92%,濃度是室外參照點的500倍左右,可見裝修活動對空氣質量的影響非常顯著.

2.2.2 芳香烴的分布特征 芳香烴是候診區的主要VOCs(73.14～346.31μg/m3),室內芳香烴約為室外參照點的1～10倍.H2和H3的芳香烴濃度高于H1.E,F,G,H候診區的芳香烴濃度水平相差不大,是其他候診區的3～5倍,候診區芳香烴的組成差異較大(圖1).

在污染最嚴重的病理科候診區 F中檢出高濃度的芳香烴,主要成分為二甲苯,約占70%.二甲苯是病理科用于制片的主要試劑之一,病理科普遍存在二甲苯污染現象.研究表明,病理科技術室濃度最高(680±25)μg/m3,取材室和診斷室的污染程度較輕,分別為(60±2)μg/m3,(170±100)μg/m3[10].本研究中病理科候診區 F的二甲苯的濃度為(218.87±120.54)μg/m3,低于文獻中技術室的濃度,但高于取材室和診斷室,是室外的20倍,是其他候診區的2～17倍.

圖1 醫院室內外芳香烴組成特征Fig.1 Aromatics compositions of indoor and outdoor hospital waiting areas

候診區G和H也檢出了較高濃度的芳香烴,甲苯所占的比例最大(78%～82%),在新建醫院空氣中甲苯是最常見的物種,膠水、涂料、油漆稀釋劑都會釋放大量的甲苯[11].H3的樓房很新,但通風條件差,推測高濃度的甲苯可能與裝修材料釋放有關.

2.3 醫院室內外濃度關系

幾乎所有候診區VOCs的室內濃度與室外濃度比(以下簡稱I/O)都介于1～10之間(圖2).候診區E,F,G,H的I/O的平均值遠大于1.0(3.8～ 8.8).候診室(B,C,D)的I/O為2.1～3.2.A和I候診區的I/O最小,分別為1.5,1.9.I/O結果顯示VOCs主要來自于室內源.乙烷、丙烷、丁烷等低碳烷烴的I/O較小,接近于1.0.這些低碳烷烴主要由化石燃料不完全燃燒產生, 3家醫院位于市區,受周圍交通源排放影響較嚴重,因此推斷低碳烷烴主要來自交通源的貢獻.碳數大于6的烷烴 I/O差異較大. G,H候診區的C6～C8烷的I/O為4.9～15.6,表明主要來自室內源.裝修期間 E,F候診區室內C9～C11烷的濃度遠高于室外參照點(壬烷I/O:23.3～48.0;癸烷I/O:322.7～655.4;十一烷I/O:256.1～483.3).而在裝修前兩候診區與其他候診區無明顯差異(壬烷 I/O:1.1～3.5;癸烷I/O:1.4～9.5;十一烷I/O: 1.2～8.7).

芳香烴中苯的I/O較小,接近1.0.甲苯、乙苯、鄰-二甲苯、苯乙烯的I/O遠大于1.0,甲苯和二甲苯廣泛用作油漆的溶劑和涂料的稀釋劑[4,9],加之其在醫院中的特殊應用,因此可以推測主要為室內源的貢獻.

圖2 各采樣點室內外VOCs之比(I/O)Fig.2 The ratio of indoor/outdoor concentration

苯乙烯是重要的工業原料,廣泛用于合成塑料、丁苯橡膠和樹脂等,長期接觸苯可致神經系統、消化系統和心血管損害[1].本研究中D和E候診區在9月5日檢測出高濃度苯乙烯(分別為443.41,111.26μg/m3), I/O分別高達335.1和84.1,表明兩個候診區室內存在瞬時排放源.

盡管鹵代烴和環烷烴不是 VOCs的主要成分,但他們對人體有害,而且候診區空氣中這些污染物的I/O很大,如H候診區的氯仿I/O為39.7±16.9;G,H 候診區的甲基環己烷I/O分別14.7±12.8,16.1±18.5,這些化合物可能與醫院所使用的清潔劑和消毒劑有關.

2.4 醫院不同功能區中典型污染物比較

由于醫院環境中VOCs的相關研究較少,所以在表4中僅將苯、甲苯、乙苯、鄰-二甲苯、間/對-二甲苯6種典型污染物(BTEX)與相關研究進行比較.候診區空氣中ΣBTEX 的總體水平最高 (53.19～297.57μg/m3),各種BETX的濃度范圍變化最大,污染最重和最輕的候診區的濃度相差幾倍到近百倍.候診區中各種BTEX的最大濃度均高于廣州醫院[2]的各功能區,但低于日本的新建醫院[11].甲苯的濃度最高,其次是二甲苯和乙苯,苯的濃度最低,小于30μg/m3.可見,醫院室內空氣中甲苯為最主要的芳香烴物種.候診區的間/對-二甲苯含量高于鄰-二甲苯,與日本新建醫院一致[11].廣州醫院中間/對-二甲苯與鄰-二甲苯的含量相近[2].候診區的間/對-二甲苯的濃度差異大,濃度最高的病理科候診區F是濃度最低的耳鼻喉科候診區I的100多倍.

表4 醫院典型物種的濃度比較(μg/m3)Table 4 Comparison of selected VOCs in hospitals (μg/m3)

3 結論

3.1 醫院室內外共檢出65種VOCs,主要組分為芳香烴、烷烴、烯烴.多數物種的濃度偏低(小于2μg/m3),普遍存在于室內外空氣中的物種如6種芳香烴和5種烷烴濃度較高.

3.2 從候診區VOCs的分布來看,表明存在室內來源,裝修活動排放對室內空氣質量影響顯著.候診區空氣中長碳鏈烷烴所占的比例高于室外.芳香烴的組成差異較大,H2的二甲苯為主要芳香烴物種,其中候診區F檢出高濃度的二甲苯,推測與病理科二甲苯的使用有關.H3的甲苯所占的比例最大,可能與裝修材料釋放有關.

3.3 大分候診區VOCs的I/O大于1.0,芳香烴中甲苯、二甲苯、苯乙烯的I/O遠大于1.0,表明以室內源為主.某些采樣點的環烷烴、鹵代烴的I/O變化范圍大,這可能與醫院所使用的清潔劑和消毒劑有關.醫院中不同功能區在布局、裝修程度、通風條件、功能和受人為影響的程度等方面存在較大差異,這可能是造成候診區環境中VOCs的組成復雜的主要原因.染研究 [J]. 環境科學與技術, 2005,28(6):45-49.

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致謝：在此向環境模擬與污染控制國家重點實驗室(北京大學)和陸思華老師提供GC-MS的使用和指導表示致謝.