鄂爾多斯農村地區固體燃料使用引起的室內顆粒物污染水平

高葉玲 褚海艷 耿宏偉

(1.鄂爾多斯生態環境職業學院，內蒙古 鄂爾多斯 017010；2.朔州陶瓷職業技術學院，山西 朔州 038300)

固體燃料的相對不完全燃燒，會產生大量的有害氣體和顆粒物，如黑炭、有機碳、甲烷、一氧化碳等[1]。根據世界衛生組織全球疾病負擔研究，2010年中國有104萬過早死亡是由于固體燃料燃燒引起的顆粒物暴露相關疾病導致的，包括肺癌、中風和下呼吸道感染等，是中國第六位疾病風險因素，僅次于室外空氣污染，而且主要的早死人群集中在經濟發展相對落后的農村地區[2]。然而，目前對于中國農村地區固體燃料燃燒導致的室內外空氣污染還沒有引起足夠的重視。在中國農村地區，固體燃料燃燒導致的室內大氣顆粒物污染，近幾年才開始受到研究者的關注。從2014年開始，出現了關于山西太谷、湖北、西藏、貴州、西安、烏魯木齊等農村地區由于燃煤和燃燒薪柴等排放的顆粒物、多環芳烴等物質的室內外污染特征與呼吸暴露風險的研究[3-9]。據生態環保部官方統計，人85%—90%的時間在室內活動，尤其在冬季，室內的停留時間更長。全球發展中國家28%的人群死亡是由室內空氣污染導致的，因此，研究室內空氣污染水平及防治對策有很重要的意義。本文研究目的在于監測農村室內固體燃料使用導致的顆粒物污染水平。

1 研究區域

鄂爾多斯位于內蒙古自治區中西部，是呼包鄂城市群的中心城市，溫帶大陸性氣候，占地面積86 752km2。2020年初，鄂爾多斯市常住人口約208.76萬人，其中農村人口約占總人口的25%。在鄂爾多斯選取3個典型區域——達拉特旗敖包梁、烏審旗羊拐灘村、伊金霍洛旗高勒廟村，進行入戶調查、大氣顆粒物采樣-實驗室分析，得出鄂爾多斯農牧區室內PM2.5、PM10、TSP污染水平和特點。

圖1 研究區域

2 實驗材料與方法

2.1 實驗設備及材料

顆粒物采樣器(PM2.5、PM10、TSP切割頭，青島聚創JCH-6120)、分析天平(ESJ200-40S)、干燥器等。玻璃纖維濾膜(47mm)采樣前后均需放置恒溫恒濕箱24h以上，備用。

2.2 采樣點、采樣時間和頻率的設置

在達拉特旗敖包梁、烏審旗羊拐灘村、伊金霍洛旗高勒廟村3個農村地區各選取7戶，于取暖期(2019年11—12月)和非取暖期(2020年6—7月)，在廚房、臥室(若未分割，則測定混合場所)及室外分別測定空氣中PM2.5、PM10、TSP的濃度。室內采樣設備置于廚房、臥室內，一般放置與爐灶水平距離1.5m處，采樣口離地面至少60cm；室外采樣點位于院落中央。采樣流量為60L/min，每一空間連續采樣24h。采樣后置于干燥器中，待檢測。

2.3 問卷調查

為了解居住環境、空間分割、房屋大小、固體燃料使用類型及室內停留時間等因素對結果的影響，在監測時段內，進行入戶問卷調查。在3個監測區域各選取40戶進行入戶問卷調查。共計發放問卷120份，回收120份，回收率100%，獲得有效問卷107份。調研對象選擇年齡18周歲以上，可完全理解問卷內容。

2.4 PM2.5、PM10、TSP的測定

采樣前后分別在分析天平上測定濾膜重量，利用質量之差計算PM2.5、PM10、TSP的濃度，以μg/m3計。

3 結果與討論

3.1 人口統計學圖譜

問卷調查的人口統計學分布譜如圖2所示。

圖2 基于問卷調查的人口統計學分布譜

3.2 空間—時間活動譜

根據鄂爾多斯農村地區建筑習慣，房屋類型一般分為兩種情況。一種是廚房與臥室合在一起不分割，另外一種則是將兩者分開。所以在問卷調查中，我們根據實際情況，若已分割則分別記錄時間，若未分割則將時間計入廚房，且將居民不在室內的時間統一記為“戶外”，在“工廠”或者外出等時間記為 “其他”。問卷調查獲得了該地區居民每日在不同空間的活動—時間譜，結果列于表1。

表1 鄂爾多斯農村居民在不同空間的活動—時間譜 單位：h

從表1得出，鄂爾多斯農村地區人群日常活動空間有明顯的差別。由于該地區主要是由女性承擔做飯工作的原因，導致廚房內女性停留時間比男性高6h，人群平均在“廚房”的停留時間要高于“臥室”“室外”及“其他”場所。

3.3 不同爐具、不同燃料燃燒導致的顆粒物污染水平

在入戶進行顆粒物采樣時，為了對比不同爐具和不同燃料燃燒導致的顆粒物污染水平，我們分別在3個采樣點各選取1戶進行監測，并且在24h監測時段內，一個空間對應一種爐具，使用一種燃料進行PM2.5監測對比，得到結果列于表2中。

表2 鄂爾多斯農村地區不同室內外PM2.5日平均濃度水平單位：μg/m3

為對比薪柴、煤炭、電或者天然氣做飯過程中產生的PM2.5，選取爐灶為燃燒爐具，在同一空間內(廚房)進行顆粒物日平均濃度測定，由圖3(1)得出：薪柴作為燃料時室內空氣中PM2.5的含量最高，為248.55μg/m3，約是煤炭的1.3倍，天然氣的6.18倍；為對比不同爐具進行燃燒產生的PM2.5，在爐灶和火爐內使用薪柴作為燃料，由圖3(2)可知，爐灶燃燒薪柴產生的PM2.5約為火爐的2倍。由此可見，不同燃料、不同爐具在燃燒過程中對室內空氣造成的污染差異較大，改變燃料使用類型，改進爐具，實行廚臥分割對改善空氣質量有顯著優勢。

由表2可知，因燃料不同和爐具類型不一，會引起室內PM2.5污染水平的顯著差異，如圖3(1)、3(2)所示。

圖3(1)、(2)廚房內不同燃料燃燒及薪柴在不同爐具內燃燒導致的PM2.5濃度水平(μg/m3)

3.4 居民日常生活中不同空間內顆粒物污染水平

不規定24h監測時段內使用燃料的類型，按居民實際使用情況進行監測。我們在同一地方固定選取7戶，分別在取暖期(2019年12月)和非取暖期(2020年8月)測定廚房和臥室的PM2.5、PM10、TSP濃度，結果如圖4所示。

圖4 不同空間內取暖期與非取暖期顆粒物日平均水平(μg/m3)

居民在日常生活中，根據家庭實際情況和使用燃料習慣，會混合使用煤炭、薪柴、電(或者天然氣)。由圖4可知，在取暖期PM2.5、PM10、TSP的日平均濃度水平均高于非取暖期，與國家室內空氣質量標準[10]相比，該地區室內顆粒物濃度均不達標；且細顆粒物即小于等于PM2.5的顆粒物水平占比超過可吸入顆粒物PM10。有研究表明，細顆粒物對人體呼吸系統的危害更大，更應該引起重視；農村地區室內(含廚房和臥室)顆粒物污染是室外顆粒物污染的8—20多倍，說明農村室內由于固體燃料燃燒導致的空氣污染相對嚴重。

4 結語

本文綜合問卷調查和24h實地監測，側重比較和分析了不同空間內燃料類型和不同爐具使用對農村室內空氣顆粒物污染的影響，得出以下結論：

(1)測定同一空間內(廚房)不同燃料導致的顆粒物日平均濃度得出：薪柴作為燃料時室內空氣中PM2.5的含量最高，為248.55μg/m3，約是煤炭的1.3倍，天然氣的6.18倍。

(2)測定薪柴在不同爐具進行燃燒導致的顆粒物日平均濃度得出：爐灶燃燒薪柴產生的PM2.5約為火爐的2倍。

(3)測定不同空間內混合使用煤炭、薪柴、電(或者天然氣)導致的顆粒物日平均濃度得出：在取暖期PM2.5、PM10、TSP的日平均濃度水平均高于非取暖期，與國家室內空氣質量標準[10]相比，該地區室內顆粒物濃度均不達標；且細顆粒物即小于等于PM2.5的顆粒物水平占比超過可吸入顆粒物PM10。

綜上所述，通過在鄂爾多斯市農村地區進行室內外顆粒物污染水平監測，為下一步評估室內空氣中顆粒物的污染奠定了基礎。關注農村人群的健康問題，改善農村居住環境，可以從廚臥分割、改進爐具燃灶、推廣天然氣等方式入手。