植物緩解室內(nèi)PM2.5污染研究進(jìn)展

宋良友，陳振偉(.湖南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南長沙40007;.寧波市天象林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，浙江寧波35700)

PM2.5是指大氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5 μm的顆粒物，其化學(xué)成分主要包括有機(jī)碳(TOC)、元素碳(EC)、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽(Na+)等［1］。它能較長時間懸浮于空氣中，且具有巨大的比表面積，能吸附細(xì)菌、病毒和各種對人體健康有害的污染物，并隨人體的呼吸作用通過呼吸道進(jìn)入肺泡，在肺泡內(nèi)積聚，引發(fā)各種疾病，尤其是對老人和兒童的身體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅［2］。隨著生活水平的提高，人們對室內(nèi)環(huán)境空氣質(zhì)量的要求日趨提高，然而由于室內(nèi)空氣流通性能較差，且人們在室內(nèi)環(huán)境工作、學(xué)習(xí)、生活、休息等的時間較長，使得PM2.5的危害更為顯著。PM2.5已成為繼甲醛、苯、TVOC、氨、氡之后室內(nèi)空氣污染的“第六大殺手”。

以美國為代表的歐美發(fā)達(dá)國家自20世紀(jì)70年代起即開始PM2.5污染狀況及危害的研究，以期尋找解決PM2.5污染問題的措施。由于對PM2.5的認(rèn)識不夠，我國只到21世紀(jì)初在全國范圍內(nèi)出現(xiàn)霧霾天氣后，才開始大規(guī)模進(jìn)行PM2.5的研究。目前我國暫未制定室內(nèi)PM2.5的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，對室內(nèi)PM2.5的研究及治理已有少量文獻(xiàn)報(bào)道，如通過物理、化學(xué)、生物等方法進(jìn)行PM2.5的控制，其中植物凈化技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)有效和具有生態(tài)功能與美學(xué)價值而備受關(guān)注［3－4］。利用植物緩解室內(nèi)空氣PM2.5污染是一種綠色的可持續(xù)技術(shù)。該研究介紹了利用綠色植物緩解室內(nèi)PM2.5污染的研究進(jìn)展。

1 室內(nèi)PM2.5污染水平及來源

1.1 我國室內(nèi)PM2.5污染水平 目前我國僅有環(huán)境空氣功能區(qū)一類區(qū)和二類區(qū)的PM2.5濃度限值，而對室內(nèi)環(huán)境空氣PM2.5的濃度限值未做規(guī)定，使得研究數(shù)據(jù)以國外(美國)的標(biāo)準(zhǔn)限值或者環(huán)境空氣功能二類區(qū)的濃度限值(年均值35 μg/m3，日均值75 μg/m3)為參照值。研究表明，廣州市住宅夏季室內(nèi) PM2.5日均濃度平均值為 67.7 μg/m3，而冬季室內(nèi)PM2.5日均濃度平均值為 109.9 μg/m3［5］。談榮華等［6］對上海一典型居民住宅區(qū)域的PM2.5日均濃度值進(jìn)行了監(jiān)測，結(jié)果表明，PM2.5年均值 60 μg/m3(超國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)0.71倍)，日均濃度范圍6～258 μg/m3(最高值超國家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)2.44倍)，且冬季明顯高于夏季，污染水平的變化明顯受到交通干道機(jī)動車和氣象因素的影響。段瓊等［7］對太原某高校無煙辦公室內(nèi)進(jìn)行顆粒物濃度實(shí)測時發(fā)現(xiàn)其中 PM2.5超過 EPA 標(biāo)準(zhǔn) 4.185 倍。我國室內(nèi)環(huán)境 PM2.5污染狀況不容樂觀。

1.2 室內(nèi)PM2.5來源 室內(nèi) PM2.5的來源較多，它既可源于室內(nèi)各種污染源的直接排放，也可來自室外顆粒物的滲透，主要來源如下。

1.2.1 吸煙。吸煙所產(chǎn)生的顆粒物大部分都小于PM2.5，是室內(nèi)PM2.5的重要來源之一。煙草煙霧含有7 000多種化合物，包括69種Ⅰ類致癌物和172種有害物質(zhì)，可致肺癌、心臟病及支氣管炎和哮喘等。資料表明，在有人吸煙的室內(nèi)，來源于二手煙中的微顆粒物約占室內(nèi)PM2.5總量90%左右［8］。

1.2.2 生活燃料燃燒。目前我國居民烹飪、取暖所用的燃料主要有煤炭、液化氣、天然氣等，還有很大比例的農(nóng)村家庭日常生活中使用薪柴等生物質(zhì)燃料。這些燃料在燃燒時都會不同程度地釋放出顆粒物，引起室內(nèi)空氣污染。季節(jié)變換(采暖與否)能引起居室環(huán)境中濕度和粗顆粒物濃度的改變，且采暖期前室內(nèi)PM2.5的平均濃度低于室外，而采暖期室內(nèi)PM2.5的平均濃度高于室外，說明隨著供暖開始，生活習(xí)慣的改變對室內(nèi)、外PM2.5濃度的影響存在一定的規(guī)律性［9］。

1.2.3 烹調(diào)、裝修、家用電器與積塵。這些亦是室內(nèi)PM2.5的重要來源。烹調(diào)過程中除燃料的燃燒會釋放大量的微顆粒物外，廚房油煙中亦含相當(dāng)數(shù)量的有毒有害微顆粒物，成為室內(nèi)PM2.5的重要來源。由于烹調(diào)過程主要集中發(fā)生在空間相對狹小的廚房，往往導(dǎo)致該空間的 PM2.5值相當(dāng)高［10］。裝修材料釋放出的有毒物質(zhì)，也是室內(nèi)PM2.5濃度增加的原因之一。不少裝修材料雖無重味，但有害物質(zhì)仍然存在，成為室內(nèi)空氣質(zhì)量的隱形殺手。家用電器(空調(diào)、電視電腦、打/復(fù)印件等)同樣可以產(chǎn)生大量的有毒顆粒物質(zhì)。家庭生活中的被子、床、沙發(fā)、地毯等處容易產(chǎn)生積塵，一旦被風(fēng)揚(yáng)起就很容易造成室內(nèi)PM2.5濃度增加。

1.2.4 室外空氣顆粒物。其對室內(nèi)的滲透作用也對室內(nèi)PM2.5有貢獻(xiàn)。顆粒物隨著滲透風(fēng)從門、窗、縫隙等進(jìn)入建筑物內(nèi)部，其中細(xì)顆粒是主要的污染物。對于沒有明顯室內(nèi)污染源的住宅，約有75%的PM2.5來自室外;而對于有重要室內(nèi)污染源(吸煙、烹調(diào)等)的住宅，室內(nèi) PM10和 PM2.5中仍然有55% ～60%的部分來自室外［11］。同時，室內(nèi) PM2.5濃度也受室外氣象條件的影響。

2 室內(nèi)PM2.5綜合防控措施

根據(jù)室內(nèi)PM2.5的來源及影響因素分析，可從多方面尋求解決室內(nèi)PM2.5污染的措施。

2.1 室內(nèi)控?zé)?吸煙釋放的煙氣含大量PM2.5，它是室內(nèi)細(xì)顆粒物污染的重要來源。在室內(nèi)環(huán)境，特別是在室內(nèi)公共場所及老幼弱病等長期所處的居室環(huán)境進(jìn)行控?zé)煂⒂兄诮档涂諝庵械?PM2.5濃度。

2.2 采用清潔能源作為生活燃料 廚房中使用天然氣、沼氣、電等清潔能源較煤炭、秸稈、薪柴等將大幅降低室內(nèi)PM2.5。另外，在城市有條件的社區(qū)還可改用集中供熱、供暖的方式替代目前分散的室內(nèi)取暖，這樣可以有效地減少因冬季取暖而帶來的室內(nèi)PM2.5濃度。

2.3 其他措施 通風(fēng)稀釋是緩解室內(nèi)空氣污染的最有效策略。使用通風(fēng)稀釋策略的前提條件是室外PM2.5濃度較室內(nèi)的要低，否則將加重室內(nèi)PM2.5污染。利用植物的生物修復(fù)作用(如吸附與吸收、生物同化、生物降解等)亦可起到緩解室內(nèi)PM2.5污染的效果。同時，在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下使用空氣凈化設(shè)備，同樣亦可降低室內(nèi)PM2.5。

3 植物緩解室內(nèi)PM2.5污染

植物對大氣污染物有一定的吸收和凈化作用，是防治大氣污染的一種有效補(bǔ)充手段。它是一種以太陽能為動力，利用植物的同化或超同化功能凈化大氣的綠色技術(shù)。植物主要通過莖葉及栽培基質(zhì)來阻擋、過濾和吸附空氣中的PM2.5，其滯留PM2.5能力的大小與樹種、葉面的形態(tài)、粗糙度、葉面絨毛、葉的著生角度以及表面分泌物、潤濕性、表面自由能、種植狀況以及氣象條件(風(fēng))等有關(guān)［12］。

從滯留方式來看，葉片光滑的植物其滯塵方式多為停著;葉面粗糙、有絨毛的植物，其滯塵方式多為附著;葉或枝干分泌樹脂、粘液等，其滯塵方式為粘著［13］。葉片較多、總?cè)~面積大、葉面粗糙多絨毛、能分泌粘性油脂或漿汁的樹種其滯留PM2.5能力較強(qiáng)。存在于植物和空氣間的阻力層，對植物對顆粒物的吸附起著重要作用。植物葉片的分形維數(shù)越大，葉面越粗糙，其滯塵能力越強(qiáng)。研究表明7種常見的室內(nèi)植物其滯塵能力依次為小天使＞燕子掌＞綠蘿＞發(fā)財(cái)樹＞吊蘭＞小葉榕＞虎尾蘭［14］。在滯留PM2.5的同時，植物若為毛質(zhì)葉片，則它對大氣中PM2.5的吸附會堵塞葉片表面的氣孔，從而降低對其他污染物的吸收，且受氣孔的大小、排列方式及污染物的化學(xué)性質(zhì)和環(huán)境條件的影響。

從樹種來看，不同植物滯留顆粒物的能力差異較大，單位綠地面積上的滯留量主要取決于單位面積上的綠量，高大的樹木較矮小的樹木具有較強(qiáng)的去除空氣中顆粒及氣溶膠性質(zhì)污染物的能力。一般地，植物葉片積塵多、不影響生長、易被大風(fēng)大雨和人工大水沖刷干凈，便于重新恢復(fù)滯塵能力的植物，是較為理想的滯塵植物。植物在不同年齡、不同季節(jié)的修復(fù)能力不同。研究表明，春、秋、冬季有喬木的綠地空氣 PM2.5濃度較低，夏季草坪內(nèi)空氣 PM2.5濃度較低［15］。

從 PM2.5自身性質(zhì)來看，PM2.5本身的物理化學(xué)性質(zhì)包括單量直徑、空氣動力學(xué)重量、溶解性、辛醇－水分配系數(shù)等都直接地影響到植物的吸附、吸收［16］。親脂性污染物可被吸附在織物表面，其吸附率取決于污染物的辛醇－水分配系數(shù)。

不同的植物除了葉片表面能夠滯留PM2.5外，還能在一定程度上吸收消化PM2.5中的化學(xué)成分。因此，在考慮通過葉片滯留來去除PM2.5的同時應(yīng)考慮通過生物轉(zhuǎn)化法去除PM2.5，特別應(yīng)重視顆粒物對葉片氣孔的堵塞。

4 展望

室內(nèi)PM2.5和人們生活息息相關(guān)，必須提高認(rèn)識，從室內(nèi)PM2.5的來源入手采取必要的措施進(jìn)行防控。由于綠色植物不僅可以陶冶情操、美化環(huán)境，而且能降低空氣中的顆粒物，具有緩解室內(nèi)PM2.5污染的潛力，是一種可持續(xù)的治理技術(shù)。

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