昆明住宅小區(qū)微環(huán)境大氣顆粒物垂直分布規(guī)律研究

楊 麗，早灼珍，鄧 淋

(1.普洱市生態(tài)環(huán)境局思茅分局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，云南 普洱 665000；2.云南普域環(huán)境科技有限公司，云南 普洱 665000； 3.云南聚賢環(huán)?？萍加邢薰?，云南 昆明 650000; )

隨著我國城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，我國大部分人口由農(nóng)村轉(zhuǎn)移到城市[1]。我國第七次全國人口普查結(jié)果顯示，2020年，全國人口共141178萬人。其中，居住在城鎮(zhèn)的人口為90199萬人，占63.89%[2]。城鎮(zhèn)人口主要聚集和生活區(qū)域?yàn)樽≌^(qū)，小區(qū)大氣環(huán)境的優(yōu)劣直接影響到居民的身體狀況[3]。大氣環(huán)境是一個(gè)巨大的氣溶膠系統(tǒng)，其內(nèi)除了我們熟知的氣體成分外，還分散著人類肉眼分辨不出的微小固體顆粒和液滴[4]。小區(qū)大氣環(huán)境中的分散顆粒物主要來源于城市環(huán)境中人為排放的各種廢氣中，主要是汽車尾氣排放。這些顆粒物中含有各種重金屬和有毒有害有機(jī)物，能誘發(fā)人體各類疾病，直至使人致癌。有國外流行性病學(xué)專家通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大氣中PM2.5升高 10 μg/m3時(shí)，人患癌癥死亡率能升高一點(diǎn)五個(gè)百分點(diǎn)，心血管疾病和呼吸系統(tǒng)疾病病發(fā)率分別升高約四個(gè)和八個(gè)百分點(diǎn)。顆粒物粒徑越小，對人體的治病率越高，特別是對呼吸道疾病的影響越不利，主要原因是顆粒物粒徑越小，越容易進(jìn)入人體內(nèi)。當(dāng)顆粒物粒徑小于 0.5 μm 時(shí)，甚至能穿過肺泡上的毛細(xì)血管進(jìn)入人體血液中，導(dǎo)致心腦血管疾病[5-6]。正是由于大氣中顆粒物嚴(yán)重威脅著人體健康，所以評估顆粒物的各項(xiàng)特征及分布情況，對人類合理規(guī)劃自己生活習(xí)慣有著重要理論和現(xiàn)實(shí)意義[7]。

本文對昆明中心城區(qū)住宅小區(qū)微環(huán)境中大氣顆粒物在空氣質(zhì)量良好和污染的時(shí)段垂直分布規(guī)律進(jìn)行研究，以期為居民日常健康防護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器

六通道手持式顆粒物檢測儀(Metone Aerocet 531S型)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

研究區(qū)域位于昆明小西門附近的居民住宅小區(qū)，樓高18層，每層高 3 m，采樣樓層為1、3、5、7、9、11、13、15、18層，采樣地點(diǎn)為過道和室內(nèi)，取樣高度距樓面高度為 1.5 m。采樣時(shí)間選取清潔日(AQI級別為優(yōu))和污染日(AQI級別為輕度污染以上)兩個(gè)時(shí)間段進(jìn)行采樣監(jiān)測，數(shù)據(jù)采用SPSS 26進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 高度對PM1顆粒物質(zhì)量濃度的影響

PM1的質(zhì)量濃度隨高度變化的規(guī)律如圖1所示。

由圖1可知，總體來說，PM1的質(zhì)量濃度，室外高于室內(nèi)，清潔日和和污染日濃度相差大約為 30 mg/m3。在清潔日，隨著高度的增加，PM1質(zhì)量濃度呈現(xiàn)上升趨勢，但這種變化趨勢不大：從1層增加到18層時(shí)，室內(nèi)PM1質(zhì)量濃度從 5.72 mg/m3增加到了 6.78 mg/m3，室外PM1濃度從 6.22 mg/m3增加到了 8.03 mg/m3。而污染日的PM1質(zhì)量濃度隨高度的增加則沒明顯的變化規(guī)律，處在35.00～38.00 mg/m3之間，且室內(nèi)與室外差距不大,相差在 2 mg/m3以內(nèi)，甚至在17層出現(xiàn)了室內(nèi)濃度高于室外濃度的情況。

圖1 PM1質(zhì)量濃度垂直變化

2.2 高度對PM2.5顆粒物質(zhì)量濃度的影響

PM2.5的質(zhì)量濃度隨高度變化的規(guī)律如圖2所示。

圖2 PM2.5質(zhì)量濃度垂直變化

圖2顯示，在清潔日，隨著高度上升，PM2.5質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)上升趨勢，增幅在 3 mg/m3以內(nèi)。其中，室內(nèi)最高質(zhì)量濃度出現(xiàn)在7層，達(dá)到 11.323 mg/m3，而室外最高質(zhì)量濃度則出現(xiàn)在15層，質(zhì)量濃度達(dá)到 13.95 mg/m3，且室內(nèi)外濃度差未見明顯變化規(guī)律。在污染日，PM2.5質(zhì)量濃度隨高度變化量不大，室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度處在83.23～84.87 mg/m3，而室外PM2.5則處在85.99～87.34 mg/m3，室內(nèi)外濃度差在 2.5 mg/m3以內(nèi)。

綜合分析圖1、圖2可知，無論在清潔日還是污染日，PM1和PM2.5濃度隨高度的變化幅度較小，這是由于PM1和PM2.5由于粒徑較小，能較好懸浮在大氣中，并隨著大氣的流動(dòng)而較好的擴(kuò)散[8]。且兩者的室內(nèi)和室外濃度差距較小，這種差距并不隨高度的差異而產(chǎn)生大幅度的變化，這說明PM1和PM2.5對于室內(nèi)的滲透性較強(qiáng)，而這種滲透性并沒有隨著高度的增加而減小[9]。

2.3 高度對PM10顆粒物質(zhì)量濃度的影響

PM10的質(zhì)量濃度隨高度變化的規(guī)律如圖3所示。

圖3 PM10質(zhì)量濃度垂直變化

圖3顯示，無論在清潔日還是污染日，PM10質(zhì)量濃度隨高度都呈現(xiàn)出下降的趨勢，且污染日下降的趨勢大于清潔日。在清潔日，從1層到18層，室內(nèi)和室外PM10質(zhì)量濃度下降幅度分別為 9.09 mg/m3、12.01 mg/m3，下降趨勢有一定波動(dòng)，但幅度不大；室內(nèi)外濃度差值也有減小的趨勢，在1層和18層的PM10質(zhì)量濃度差分別為 6.78 mg/m3、3.77 mg/m3，室內(nèi)外質(zhì)量濃度差最大值出現(xiàn)在5層，差值為 12.28 mg/m3。在污染日，從1層到18層，室內(nèi)和室外PM10濃度下降幅度分別為 23.16 mg/m3、32.04 mg/m3，但PM10濃度隨高度的遞減趨勢存在波動(dòng)性，如在第7層到9層、15層到17層，室內(nèi)濃度不僅未下降，還呈現(xiàn)上升趨勢，而在第11層到13層、15層到17層，室外濃度也呈現(xiàn)增加的趨勢；隨著高度的增加，室內(nèi)外PM10濃度差值有減小的趨勢，如在1層，室內(nèi)外PM10濃度差為 24.83 mg/m3，而在18層，這一差值為 15.95 mg/m3。

2.4 高度對TSP顆粒物質(zhì)量濃度的影響

TSP的質(zhì)量濃度隨高度變化的規(guī)律如圖4所示。

由圖4可知，在清潔日，室內(nèi)TSP質(zhì)量濃度在47.73～58.09 mg/m3之間，室外在58.09～67.21 mg/m3之間，且呈現(xiàn)隨高度增加逐漸下降的趨勢，但下降變化趨勢波動(dòng)不大：室內(nèi)外質(zhì)量濃度差處在6.97～12.09 mg/m3之間，室內(nèi)外最大質(zhì)量濃度差出現(xiàn)在15層，最小質(zhì)量濃度差出現(xiàn)在18層。

污染日，室內(nèi)和室外TSP質(zhì)量濃度分別在194.83～211.91 mg/m3和219.01～ 246.76 mg/m3之間，總體隨高度增加而呈現(xiàn)減小的變化趨勢；污染日的變化幅度大于清潔日，但這種變化趨勢呈現(xiàn)一定波動(dòng)性；室內(nèi)TSP質(zhì)量濃度最小值出現(xiàn)在7層，而室外最小濃度出現(xiàn)在15層；室內(nèi)外濃度差最大值出現(xiàn)在5層，為 36.74 mg/m3，最小值出現(xiàn)在15層，為 18.72 mg/m3。

圖4 TSP質(zhì)量濃度垂直變化

綜合分析圖3、圖4可知，在清潔日，PM10和TSP，由于兩者本身質(zhì)量濃度較低，其濃度隨高度變化并不明顯；在污染日則顯示出隨高度增加而明顯下降的趨勢，且室內(nèi)室外濃度差異較大，但這種差異隨著高度的增加有減小的趨勢，這說明PM10和TSP對于室內(nèi)的滲透性隨高度的增加有減弱的趨勢。

2.5 室內(nèi)外顆粒物的粒徑分布規(guī)律

探究分析了小區(qū)住宅不同高度下室內(nèi)外固體顆粒的粒徑分布規(guī)律，如表1所示。

表1 室內(nèi)外顆粒物粒徑分布比

表1顯示，顆粒物粒徑主要分布在≤1 μm 的范圍內(nèi)(占到總顆粒數(shù)的98.17%～99.34%)，>10 μm 的固體顆粒占到總顆粒數(shù)的0.03%～0.14%。由此可知，空氣中的固體顆粒物主要是由細(xì)微粒徑的細(xì)顆粒組成。雖然粗顆粒物數(shù)目占比較小，但由于其體積較大，所以質(zhì)量貢獻(xiàn)率較高。細(xì)顆粒具有小體積、高比表面積，能順利通過人體呼吸道進(jìn)入肺部[10]，粒徑小于0.5微米的顆粒物甚至能穿過肺泡壁進(jìn)入人體血液中，進(jìn)而誘發(fā)多種疾病，所以小區(qū)微環(huán)境中應(yīng)多關(guān)注細(xì)微顆粒物污染問題[11-12]。

3 結(jié)論

無論是在空氣質(zhì)量良好時(shí)段，還是被污染的時(shí)段，PM1和PM2.5質(zhì)量濃度隨高度的變化幅度不大，且室內(nèi)外質(zhì)量濃度差較小；顆粒物粒徑小于 2.5 μm 的顆粒數(shù)占到總顆粒數(shù)的99.0%以上，由于顆粒物粒徑越小對人體危害越大，所以在小區(qū)微環(huán)境的顆粒物污染防止中，應(yīng)該多注意細(xì)微顆粒物對人體的影響。

在空氣質(zhì)量良好的時(shí)段，PM10和TSP質(zhì)量濃度隨高度變化并不明顯；在污染日則顯示出隨高度增加而明顯下降的趨勢，且室內(nèi)室外濃度差異較大，但其顆粒數(shù)占到總顆粒數(shù)比例較小(小于1.0%)。