贵州农村冬季不同燃料燃烧产生的室内外PM2.5研究*

吴可嘉，潘 军，董泽琴

PM2.5是大气中直径小于或等于2.5 μm的颗粒物质，又称为细颗粒物，是对人体健康危害最大的颗粒物质。通常颗粒物粒径越小，进入呼吸道的部位越深［1-2］，是引起各种呼吸系统疾病及心血管、神经、免疫系统和其他组织的变化的重要因素［3-6］。Jin、Ezzati等的报告指出［7-9］，在发展中国家，室内空气污染与急性下呼吸道感染有密切关系。Pope［10］和 Binkova［11］等人的研究也证明室内空气污染水平与人群呼吸系统疾病的发病率和死亡率有很密切的关系。在农村地区室内空气污染主要是由于燃料燃烧而产生的，煤和生物燃料(柴草、牛羊粪、秸杆等)是多数农村地区的主要能源。这些燃料在简陋的炉灶中不完全燃烧，产生大量可吸入颗粒物、一氧化碳、二氧化硫、氟化物等对人体健康有害的物质。因此，室内空气污染的研究是发展中国家面临的重要环境和公共卫生课题，也是我国目前迫切需要研究的课题。

贵州地处中国西南，冬季阴冷潮湿，多数偏远农村家庭使用原煤和生物质燃料，环境与健康的关联具有典型性，对其开展PM2.5的研究，掌握农村室内环境污染状况，可为政府制定科学的环境保护方案提供依据，对促进农村环境保护、公共卫生和居民健康具有较大意义。

1 材料与方法

1.1 研究对象

分别选择以燃煤为主的水城县A村，以烧柴为主的从江县B村和以沼气为主的贵阳市乌当区C村各1户，采样分析室内和室外PM2.5的浓度水平。

1.2 研究方法

1.2.1 采样布点

在3个村寨各选择1户，A村(燃煤:烟囱至屋外的煤炉燃原煤)，B村(燃柴:烟囱至屋外的生物质能炉灶燃柴)，C村(沼气:沼气灶燃沼气)。分别在其厨房、卧室、室外各布置一个采样点(G1、G2和 G3)，厨房采样点距离炉灶水平距离1 m，采样高度距离地面约1.5 m。室外采样点距离其他住户较远，四周为农田和居民区，无交通干线及工厂。

1.2.2 采样仪器

武汉天虹科技有限公司生产的TH—150C中流量采样器，流速100 L/min，保持流速恒定;PM2.5切割头;滤膜采用北京康农兴牧科技发展中心生产的直径90 mm、孔径0.20 μm的玻璃纤维滤膜。

1.2.3 采样方法

依据HJ 618—2011《环境空气PM10和PM2.5的测定 重量法》相关规定，连续采样5天，每天分4个时段，进行小时浓度采样:1时段07:00～09:00、2时段11:00～13:00、3时段17:10～19:00、4时段22:00～23:30，每次采样1 h;日均浓度:每天进行24 h采样。室内外同时进行。

1.2.4 样品分析

按照HJ 618—2011《环境空气PM10和PM2.5的测定 重量法》进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同燃料类型家庭室内外连续5天PM2.54个时段小时浓度均值的变化情况(表1)

由表1可知，3个村寨所有点位不同时段PM2.5小时浓度水平变化较大，各个点位最大值是最小值的1.74～4.24倍。厨房的PM2.5浓度，燃煤的家庭＞燃柴的家庭＞燃沼气的家庭，这表明沼气是相对最为清洁的能源。而厨房与卧室相比，燃煤家庭和燃柴家庭厨房PM2.5平均小时浓度均高于卧室的PM2.5平均小时浓度，表明厨房应是室内主要的因燃料引起的环境空气污染区域。燃沼气家庭厨房PM2.5平均小时浓度低于其卧室PM2.5平均小时浓度，表明了燃沼气产生的细颗粒物较少，但是其卧室PM2.5平均小时浓度偏高的原因值得进一步研究。各个点位不同时段PM2.5小时浓度最小值均出现在2时段，这可能是由于该时段不需要煮猪食，污染物来源较少，以及温度高、湿度低利于大气扩散造成的。

表1 不同燃料类型家庭5天PM2.5小时浓度均值的变化情况 μg/m3

图1～3是3个村各点位5天PM2.5小时浓度均值的变化情况。由图可知，3个不同燃料村寨各个点位 PM2.5小时浓度变化趋势基本一致。1时段PM2.5小时浓度较高，2时段为全天的最低值，3时段开始逐步升高，这与贵州农村居民的生活作息规律相关，白天居民活动频繁，门窗经常开启，室内外空气流通好，晚上居民休息门窗关闭，不利于室内外空气交流;而且由于冬季夜长、温度低、湿度大、逆温层较厚且消失较慢，不利于大气扩散，而白天，特别是中午温度高、湿度低利于大气扩散。

图1 A村3个点位5天PM2.5小时浓度均值变化情况

图2 B村3个点位5天PM2.5小时浓度均值变化情况

图3 C村3个点位5天PM2.5小时浓度均值变化情况

2.2 不同燃料类型家庭室内外连续5天PM2.5日均浓度的变化情况

表2是3个村各样点5天PM2.5日均浓度的变化情况。由表可知，室外环境空气除燃煤的A村PM2.5日均浓度值低于GB 3095—2012中PM2.5日均浓度限值75 μg/m3外，燃柴的B村和燃沼气的C村室外环境空气中 PM2.5日均浓度值均高于75 μg/m3，表明室外环境空气中PM2.5的潜在污染也应当值得关注;燃煤家庭厨房PM2.5日均浓度最高，是GB 3095—2012中PM2.5日均浓度限值的2.47倍，燃沼气家庭厨房PM2.5日均浓度最低，但其日均值也高于上述浓度限值，厨房中PM2.5日均浓度燃煤家庭和燃沼气家庭均高于室外环境空气中PM2.5日均浓度，表明厨房是室内空气污染的主要场所;燃沼气家庭的厨房PM2.5日均浓度与室外环境相当，这进一步表明了沼气仍然是相对最清洁的农村能源;B村室外环境空气中PM2.5日均浓度高于其卧室中PM2.5日均浓度，这一结果表明，除燃料燃烧本身引起的室内环境空气污染外，改善室外环境空气质量也是不容忽视的重要方面。

表2 不同燃料类型家庭5天PM2.5日均浓度变化情况 μg/m3

图4～6是3个村各点位PM2.5日均浓度逐日变化情况。由图可见，使用不同燃料的3户冬季室内外空气连续5天PM2.5的日均浓度水平均较高，且大部分的PM2.5日均浓度高于GB 3095—2012中PM2.5日均浓度限值75 μg/m3，尤其以燃煤家庭和燃柴家庭的PM2.5污染情况更为严重，由此给人体健康带来的影响应该引起人们的重视。相比较而言，沼气是最为清洁的能源，今后应该引导居民向着广泛推广使用清洁能源——沼气的方向过渡。

图4 A村3个点位5天PM2.5日均浓度变化情况

图5 B村3个点位5天PM2.5日均浓度变化情况

图6 C村3个点位5天PM2.5日均浓度变化情况

3 结论

(1)贵州农村室内在冬季因燃烧不同燃料产生的PM2.5浓度水平差异较大，所测试的3户，室内PM2.5浓度大部分高于GB 3095—2012《环境空气质量标准》中PM2.5日均浓度限值75 μg/m3，其中燃煤的A村室内PM2.5浓度水平最高。

(2)比较厨房的PM2.5浓度，燃煤的家庭＞燃柴的家庭＞燃沼气的家庭，表明沼气是相对最为清洁的能源。厨房与卧室相比，燃煤家庭和燃柴家庭厨房的PM2.5平均小时浓度均高于卧室的PM2.5平均小时浓度，表明厨房应是室内主要的环境空气污染区域。

(3)B村室外环境空气中PM2.5日均浓度高于其卧室中PM2.5日均浓度，表明除燃料燃烧本身引起的室内环境空气污染外，改善室外环境空气质量也是不容忽视的重要方面。

(4)贵州农村地区冬季室内外空气中PM2.5日均浓度水平均较高，且大部分高于GB 3095—2012中PM2.5日均浓度限值75 μg/m3，尤其以燃煤的家庭和燃柴家庭的PM2.5污染情况更为严重，由此给人体健康带来的影响应该引起人们的重视。

［1］Choug A，Gilks B，Dai J.Induction of fibrogenic mediators by fine and ultrafine titanium dioxide in rat tracheal explants［J］.Am J Physiol，1999，277(5):975-82.

［2］董辰，宋伟民，施烨闻.PM2.5颗粒物引起血管内皮细胞氧化损伤的研究［J］.卫生研究，2005，34(2):169-171.

［3］Homberg C，Maciuleviciute L，Seemayer N H，et a1.Induction of Sister chromatid exchanges(SCE)in human tracheal epithelial cells by the fractions PM2.5and PM10of airborne particulates［J］.Toxicol Lett，1998(8):96-97.

［4］Wieslaw J，Elzbieta F，Elzbieta M，et a1.The adverse effect of low levels of ambient air pollutants on lung function growth in preadolescent children［J］.Environ Health Perspectives，1999，107(8):669-674.

［5］Arden P C，Randy W H，Martin G V.Particulate air pollution and daily mortality on Utah’s Wasatch Front［J］.Environmental Health Perspectives，1999，107(7):567-573.

［6］Holian A，Hamilton R F.Urban particle-induced apoptosis and phenotype shifts in human alveolar macrophages［J］.Environ Health Perspectives，1998，106:127-132.

［7］Jin Yinlong，Ma Xiao，Chen Xining，et al.Exposure to indoor air pollution from family energy use in rural China: The interactions of technology，behavior，and knowledge in health risk management［J］.Social Science＆Medicine，2006，62(12):3161-3176.

［8］Majid Ezzati.Indoor air pollution and health in developing countries［J］.The Lancet，2005，366:104-106.

［9］Majid Ezzati，Daniel M Kammen.Indoor air pollution from biomass combustion and acute respiratory infections in Kenya:an exposure-response study［J］.The Lancet，2001，358:619-624.

［10］Pope C A，Thun M J，Namboodiri M M，et a1.Particulate air pollution as a predictor of mortality in a perspective study of U.S.adults［J］.American J Respiratory Diseases Critical Care Medicine，1995，151:669-674.

［11］Binkova B，Vesel D.Genotoxicity and embryotoxicity of urban air particulate matter collected during winter and summer period in two different districts of the Czech Republic［J］.Mutation Research-Genetic Tonxicology and Environmental Mutagenesis，1999，440:45–58.