公共場(chǎng)所室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度測(cè)定分析

孫昂然

（太原市第五中學(xué),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(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑（Dp）。大氣懸浮顆粒物可分為4類：粗懸浮顆粒物（PM10）,細(xì)懸浮顆粒物（PM2.5）,超細(xì)懸浮顆粒物（PM0.1）,總 懸 浮 顆 粒 物 （TSP）。PM2.5即Dp≤2.5μm 的細(xì)顆粒物,又稱細(xì)粒或者細(xì)顆粒等［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(zhì)量等息息相關(guān)。與大氣中其他的顆粒物相比,細(xì)顆粒物有較小的粒子直徑,但表面積卻很大,而且細(xì)顆粒物的活性也很強(qiáng)。同時(shí),在PM2.5粒子中,有許多危害人體健康的毒害物質(zhì)。所以,空氣質(zhì)量隨著PM2.5質(zhì)量濃度的增加,會(huì)變得越來越差,而對(duì)人體健康的影響也越來越嚴(yán)重［4－6］。

2 實(shí)驗(yàn)方法和儀器簡(jiǎn)介

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本次實(shí)驗(yàn)儀器使用的是青島聚創(chuàng)環(huán)保設(shè)備有限公司的高精度手持式PM2.5速測(cè)儀（CW－HAT200）。如圖1該速測(cè)儀是一種專業(yè)的檢測(cè)儀器,用于測(cè)量空氣中的粗懸浮顆粒物（PM10）和細(xì)懸浮顆粒物（PM2.5）。這種速測(cè)儀依靠國(guó)外的高靈敏度微型激光傳感器技術(shù),將空氣動(dòng)力學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理和光機(jī)電等融為一體。儀器檢測(cè)靈敏度1μg,相對(duì)誤差＜2%,測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。主要功能特點(diǎn)為：可以直讀實(shí)時(shí)濃度；光散射式原理測(cè)試精度高；快速響應(yīng)測(cè)試；操作簡(jiǎn)單,無需維護(hù)；智能識(shí)別自動(dòng)關(guān)機(jī),最大限度節(jié)省電量等。

圖1 CW－HAT200手持式PM2.5速測(cè)儀實(shí)物圖

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 測(cè)量地點(diǎn)

以人流量大、比較有代表性的公共場(chǎng)所高校學(xué)生餐廳為例開展實(shí)驗(yàn)研究,室內(nèi)測(cè)量地點(diǎn)選擇餐廳的就餐區(qū)域,室外地點(diǎn)選擇在該高校的露天操場(chǎng)。

該實(shí)驗(yàn)餐廳人流量大,餐廳內(nèi)廚房為半開放式,餐廳內(nèi)的廚房和就餐區(qū)域僅隔一道玻璃隔斷墻,隔斷上開設(shè)售賣窗口。因此,廚房烹飪產(chǎn)生的油氣,煙氣很容易進(jìn)入就餐區(qū)域,導(dǎo)致就餐區(qū)域空氣中的PM2.5數(shù)值很大。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)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(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度變化的因素。

露天操場(chǎng)地方開闊,周圍基本沒有建筑物等遮擋物干擾,也不會(huì)受到人群的干擾,所以可以比較準(zhǔn)確地反映出學(xué)校PM2.5的本底濃度,進(jìn)而與餐廳PM2.5濃度進(jìn)行對(duì)比分析。

2.2.2 測(cè)量時(shí)間

本次測(cè)量實(shí)驗(yàn)共選擇3個(gè)不同的時(shí)間點(diǎn)：早晨7點(diǎn)～8點(diǎn),中午11點(diǎn)～12點(diǎn),晚上19點(diǎn)～20點(diǎn)。從2017年5月9日起,到2017年5月15日連續(xù)測(cè)量1周。3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的測(cè)量,基本可以反映出1d內(nèi)餐廳PM2.5質(zhì)量濃度變化的規(guī)律；而通過1周的數(shù)據(jù)測(cè)量則可以保證樣本量,使得分布規(guī)律更加顯著。

2.2.3 測(cè)量方法

測(cè)量時(shí)儀器距離地面約1.5m,盡量避開人群。測(cè)量餐廳內(nèi)PM2.5的質(zhì)量濃度時(shí),選擇在餐廳的中部進(jìn)行,避免由于門口室內(nèi)外空氣交換,導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。每個(gè)時(shí)間段測(cè)量3次,相對(duì)誤差超過5%則重新測(cè)量。最后,取3次測(cè)量的平均值計(jì)為該時(shí)間段最終的PM2.5的質(zhì)量濃度。

3 結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)1周時(shí)間內(nèi)3個(gè)不同時(shí)間段的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,數(shù)據(jù)測(cè)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2～圖4。

圖2 7點(diǎn)～8點(diǎn)室內(nèi)、外PM2.5變化趨勢(shì)圖

圖3 11點(diǎn)～12點(diǎn)室內(nèi)、外PM2.5變化趨勢(shì)圖

通過1周的測(cè)量數(shù)據(jù)大致可以看出,室外和食堂內(nèi)的PM2.5質(zhì)量濃度有著較大的差別,而在時(shí)間段11點(diǎn)～12點(diǎn),該差距更為明顯。在1周的時(shí)間內(nèi),室外PM2.5的質(zhì)量濃度均＜50μg/m3,即空氣質(zhì)量為優(yōu)良。而室內(nèi)的PM2.5質(zhì)量濃度則高得多,早晨7點(diǎn)～8點(diǎn)的測(cè)量數(shù)值45μg/m3～76μg/m3,即空氣質(zhì)量為良；中午11點(diǎn)～12點(diǎn)測(cè)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(diǎn)～20點(diǎn)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(diǎn)～20點(diǎn)室內(nèi)、外PM2.5變化趨勢(shì)圖

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

3.2 學(xué)生餐廳內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度影響因素分析

3.2.1 烹飪因素

學(xué)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(diǎn)產(chǎn)生的油氣有害顆粒幾乎全部進(jìn)入就餐區(qū)域。尤其在中午和晚上學(xué)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(dá)到了重度污染。

3.2.2 室外因素

從測(cè)量結(jié)果看出,PM2.5室內(nèi)源對(duì)建筑物內(nèi)PM2.5的質(zhì)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(duì)室內(nèi)PM2.5的影響也不可忽略,二者波動(dòng)變化的趨勢(shì)呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性。

室外PM2.5進(jìn)入室內(nèi)的主要途徑為空調(diào)系統(tǒng)、自然通風(fēng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)縫隙穿透以及人員攜帶等。因此,當(dāng)室外為霧霾天時(shí),必然會(huì)對(duì)室內(nèi)的空氣質(zhì)量帶來不利影響。室外因素是影響餐廳內(nèi)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(shí)圖線有一個(gè)明顯的凹點(diǎn),即所測(cè)量的數(shù)據(jù)有一個(gè)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(xì)顆粒凝結(jié)沉降,導(dǎo)致測(cè)量值有較大下降。即,濕度因素會(huì)顯著影響空氣中PM2.5的質(zhì)量濃度［7］。

3.2.4 人員流動(dòng)

食堂內(nèi)的人員密集,空氣不能很好地流通傳播,造成了室內(nèi)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(nèi)。而且有部分同學(xué)在食堂內(nèi)吸煙,加劇了室內(nèi)空氣條件的惡化。

3.2.5 通風(fēng)因素

實(shí)驗(yàn)餐廳一樓只有2個(gè)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(gè)隔斷對(duì)于室內(nèi)的換氣能力有一定的阻隔作用,特別是在高峰時(shí)刻,使得室內(nèi)的空氣更起不到良好的交換。另外,雖然一樓設(shè)有4個(gè)排氣扇,但這4個(gè)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(yīng)有的換氣作用,這些都加劇了餐廳內(nèi)PM2.5積聚。

3.3 PM2.5質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)分析

在同一天的3個(gè)不同測(cè)量時(shí)間中,PM2.5的質(zhì)量濃度也有著較大的區(qū)別,如圖5所示。

圖5 PM2.5質(zhì)量濃度變化圖

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

3.4 食堂內(nèi)PM2.5含量過高的危害性

本研究得到學(xué)生餐廳PM2.5濃度值遠(yuǎn)超環(huán)境空氣中PM2.5的二級(jí)濃度日均限值,且遠(yuǎn)高于室外。這說明學(xué)生就餐時(shí),餐廳內(nèi)PM2.5的暴露水平高,健康風(fēng)險(xiǎn)大。同時(shí),由于PM2.5的顆粒粒徑較小,會(huì)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(nèi)的PM2.5的濃度大,還有可能導(dǎo)致急性中毒［8－9］。特別嚴(yán)重時(shí),甚至?xí)?dǎo)致死亡。

4 結(jié)論

PM2.5是空氣中直徑＜2.5μm的細(xì)小顆粒,對(duì)人體健康影響極大。以高校大型學(xué)生餐廳為例,通過對(duì)餐廳室內(nèi)和室外PM2.5濃度的測(cè)量及分析,得出如下結(jié)論：

1）餐廳室內(nèi)、外PM2.5質(zhì)量濃度有著較大的差別。測(cè)量時(shí)間段內(nèi),室外 PM2.5的質(zhì)量濃度均＜50μg/m3,而室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度波動(dòng)變化,變化范圍為45μg/m3～210μg/m3。

2）室外PM2.5濃度與室內(nèi)濃度有一定的相關(guān)性。

3）早、中、晚3個(gè)時(shí)間段測(cè)量,午間就餐高峰時(shí),PM2.5濃度最大。

4）空氣中濕度因素對(duì)PM2.5濃度影響顯著。

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