地铁车站空气中可吸入颗粒物污染状况及对人群健康影响的研究进展

2022-05-09 01:57巫丰宏池艳
当代医学 2022年13期
关键词:可吸入颗粒物颗粒物车站

巫丰宏,池艳

(1.广西南宁市疾病预防控制中心公共卫生科,广西 南宁 530023;2.广西壮族自治区人民医院生殖医学与遗传中心,广西 南宁 530021)

地铁是城市轨道交通的一个重要类别。地铁在地下隧道运行,处于全封闭环境,有专属路权,不受外界交通状况的影响,具有运量大、速度快、准点、绿色环保等优点。地铁已经成为现代城市一种非常重要的公共交通工具。截至2019年底,中国已有超过40个城市建成地铁运营线路累计逾5 000 km,2019年全年累计客运量达到237.1亿人次[1],我国已成为世界地铁线路总长度最长及客运量最大的国家之一。但地铁位于地下,地铁车站属于相对封闭的空间,且乘客密集,自然通风不足,如果仅靠空调通风系统来调节站内空气,对各类有害物质的稀释和排出非常不利[2]。近十年来,随着地铁交通在各大城市的普及,以及乘客人数的不断增加,地铁车站空气中的污染物及其引发的健康风险已成为一种新的环境问题和公共卫生问题[3-5]。

地铁车站空气中常见的污染物有可吸入颗粒物、各种挥发性有机物以及一些细菌、真菌等微生物。其中,可吸入颗粒物成分复杂、污染水平较重、健康危害风险较高,已受到人们的高度关注。可吸入颗粒物指空气动力学直径<10 μm的颗粒物(particulate matter of aerodynamic diameter<10 μm,PM10),一般研究常见的为PM10及空气动力学直径<2.5 的细颗粒物(particulate matter of aerodynamic diameter<2.5,PM2.5),可进入人体呼吸系统,具有粒径小、表面积较大、易吸附有害物质以及在空气中停留悬浮时间过长等特点。作为健康风险较高的污染物,可吸入颗粒物已成为影响地铁车站空气质量状况的一个重要因素。基于此,本文对地铁车站空气中可吸入颗粒物的污染状况、来源成因以及对人群健康的影响进行综述。

1 地铁车站空气的污染状况

地铁车站的空气计算可吸入颗粒物浓度范围从每立方米几十微克到上千微克不等,国外很多城市的地铁车站均存在不同程度的可吸入颗粒物污染情况。如SEATON等[6]对伦敦地铁车站空气中的可吸入颗粒物进行测定,结果显示,PM10浓度最高达 1 500 μg/m3,PM2.5浓度最高达480 μg/m3;有研究报道,斯德哥尔摩地铁车站空气中PM10和PM2.5最高浓度分别为469 μg/m3和258 μg/m3[7],洛杉矶、首尔、巴黎等城市地铁车站空气中PM10浓度也均>100 μg/m3[8-10]。据国内城市地铁系统的研究报道,北京地铁某车站的PM10和PM2.5浓度分别达到365 μg/m3和275 μg/m3[11],上海地铁某车站的PM10浓度达到229 μg/m3[12],武汉地铁2号线车站的PM10和PM2.5平均浓度分别为247 μg/m3和 228 μg/m3[13]。目前,我国制定的关于空气中可吸入颗粒物的浓度标准各有差异。《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)制定PM10和PM2.5的日平均浓度限值分别为150 μg/m3和75 μg/m3(二级);《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)制定PM10的日平均浓度限值为150 μg/m3;《公共交通等候室卫生标准值》(GB 9672-1996)以及《地铁设计规范》(GB 50157-2013)制定PM10的日平均浓度限值为250 μg/m3。而世界卫生组织发布的《空气质量标准》要求更为严格,其PM10和PM2.5的日平均浓度指导值分别为50 μg/m3和25 μg/m3。由此可见,国内外多数城市的地铁车站空气中可吸入颗粒物浓度均存在不同程度的超标情况,见表1。

表1 国内外部分城市地铁车站空气中可吸入颗粒物污染水平(µg/m3)

除可吸入颗粒物浓度超标外,地铁车站的空气中可吸入颗粒物浓度也有时间及空间分布特点。地铁车站空气中可吸入颗粒物的浓度存在一定季节性变化特点。FURUYA 等[14]关于东京地铁车站空气中可吸入颗粒物的研究发现,秋冬季节地铁车站空气中可吸入颗粒物的浓度高于春夏季节。在关于首尔地铁车站空气中可吸入颗粒物的研究也表明,秋冬季节地铁车站空气中可吸入颗粒物浓度显著高于夏季,这一季节性的浓度变化趋势可能与秋冬季节的外环境大气污染较重,从而影响地铁车站内部的空气质量有关[15]。而除季节性变化特点外,地铁车站空气中可吸入颗粒物的浓度还呈现出每天时段性变化特点。研究表明,客流高峰期时段的地铁车站空气中可吸入颗粒物浓度一般高于客流非高峰期时段,这种不同时段的浓度差异现象与地铁车站客流量大小有关,客流量增大则可吸入颗粒物浓度有升高的趋势[16-17]。

地铁车站空气中可吸入颗粒物浓度还存在一定的空间分布特点。首先是车站内浓度高于车站外。国内外研究结果显示,地铁车站内部空气的颗粒物浓度普遍高于车站室外地面空气环境的颗粒物浓度[18-19],这可能与地铁车站为地下封闭式建筑,缺乏自然通风,颗粒物易于积聚有关。其次,车站内不同位置地点的可吸入颗粒物浓度也存在差异。研究发现,车站站台层的可吸入颗粒物浓度一般高于站厅层,其原因可能为站厅层靠近地面,通风条件相对较好,颗粒物水平更接近地面环境,而站台层位于车站的最深处,且靠近铁轨隧道[9,12,20]。胡泽源[21]对地铁车站空气中可吸入颗粒物浓度的空间分布进行了数值模拟和实测研究,发现站台层和站厅层的两端及售票机区域的可吸入颗粒物浓度较高,其他区域的浓度较低,其与车站集中空调及通风系统风口位置分布及换气效率有关;在纵向空间分布上,不同高度的可吸入颗粒物浓度也存在差异,高度2 m的可吸入颗粒物浓度最高,>2 m或<2 m的位置则呈现出浓度降低的趋势。

2 地铁车站空气可吸入颗粒物的来源

地铁车站空气中可吸入颗粒物污染的主要来源包括车站外界空气污染、地铁乘客活动及铁轨隧道。地铁车站一般通过车站出入口、新风亭及活塞风亭等通道与外界大气环境进行联通,在一定程度上也会受到外界大气污染的影响。地铁车站的位置一般设置在地面主要交通路线附近或城市的繁华地区,人流和交通流密集,地面交通的汽车尾气或其他环境污染物可通过车站出入口、新风亭及活塞风亭等进入车站内[22-23]。有研究发现,地铁车站内空气中PM10及PM2.5浓度与车站外界空气中的PM10及PM2.5浓度呈正相关[24-25]。程刚等[26]对北京、上海和广州3 个城市共10 条地铁线路的PM2.5进行了测试分析发现,影响地铁站内PM2.5浓度的主要因素是外界大气环境中PM2.5水平;WOO等[27]认为,外界环境中的PM10浓度是控制地铁车站内PM10浓度的一个重要因素,认为室外空气进入地铁车站内部前需要进行有效净化。目前大多数地铁车站的空调通风系统安装的颗粒物过滤装置是初效过滤器,只能有效去除空气中较粗的颗粒物,对于可吸入颗粒物PM10,特别是PM2.5的过滤效果有限。

乘客活动是地铁车站空气中可吸入颗粒物污染的一个重要来源。客流高峰期,地铁乘客除了携带外面环境空气中的颗粒物进入车站,在车站内的活动也会引起车站内颗粒物的二次悬浮[5,28],从而增加车站空气中的颗粒物浓度。有研究表明,人体活动对室内空气的颗粒物浓度有重要影响[29-30]。此外,人体自身也可产生颗粒物,人体呼吸时除了呼出CO2外,还会呼出一些细微的颗粒物,人体产生的颗粒物等也是室内空气颗粒物的来源。有研究计算了不考虑室内地面颗粒物二次悬浮的因素,人体自身的PM10发尘量为每小时10 mg/人[31]。因此,地铁乘客活动对于车站内空气可吸入颗粒物污染是一个重要的影响因素。

铁轨隧道是地铁车站内空气中可吸入颗粒物的一个非常重要的来源[32]。地铁列车经过车站时车轮与铁轨摩擦和冲击、制动器刹车等所产生的颗粒物,以及列车由于活塞风效应将颗粒物从隧道区域带进站台区域可导致车站空气中可吸入颗粒物浓度升高[33-35]。有研究报道,米兰地铁车站空气中的可吸入颗粒物富含铁、钡、锰、铜等元素,追溯其来源与列车车轮刹车、轨道磨损有关[36];在东京地铁车站空气中可吸入颗粒物中所含的硫酸钡、重晶石被确认来源于列车刹车的制动器[37]。列车制动所产生的颗粒物是地铁交通线路空气中颗粒物的最大来源。地铁列车在刹车制动时,制动装置的摩擦会释放出颗粒物。该研究发现,列车制动片每运行1 km可释放30 mg 颗粒物,这些颗粒物在地下车站及隧道等密闭空间无法被有效排出,积聚成极高的浓度,平均浓度>250 μg/m3,高出地面浓度的10倍左右[38]。国内有研究对某市地铁车站PM2.5和PM10浓度的时空分布特征发现,地铁线路每年运行所产生的颗粒物质量高达1 700 kg[39]。

3 地铁车站空气可吸入颗粒物对人群健康的影响

可吸入颗粒物易悬浮于空气中,且比表面积大,可吸附和富集多种有害物质,其中包含一些可致癌重金属,如砷、铬、镉以及可致癌有机物苯并芘等。这些有害物质随着一些颗粒物吸入人体的肺部深处或穿透气血屏障进入血液循环中,可增加罹患心肺疾病、内分泌疾病及癌症等风险[40-41]。可吸入颗粒物通过呼吸途径进入人体,对人体肺部细胞直接造成氧化性损伤,可催化空气中的氧气产生活性氧(reactive oxygen species,ROS)或自由基,间接地损伤人体肺部细胞[42],长期暴露于污染环境中,可能会引起呼吸和心血管系统等疾病,甚至引发癌变风险[43-44]。有研究发现,地铁车站空气中颗粒物的基因毒性是地面颗粒物的8 倍,致氧化应激性是地面颗粒物的4倍[45-46]。国外有研究发现,乘客如每天在地铁站停留的时间>30 min,可吸入颗粒物中重金属铁、锰和铜的日暴露剂量可分别增加200%、60%和40%[47]。相关健康危害研究显示,长期暴露于地铁车站空气中,可吸入颗粒物可导致人群引发呼吸系统疾病,如支气管炎、咳嗽、哮喘、肺癌等,引发过敏反应以及导致心脏疾病的病死率升高等[48-49]。对于敏感人群(如儿童、老人、有呼吸疾病的人群等),短时间乘坐地铁暴露于较高浓度的可吸入颗粒物环境中,也可能引起健康损害[50-51]。北京大学的一项研究发现[52],乘坐地铁交通暴露于可吸入颗粒物环境中,可能对健康成人的心率变化产生短期影响,地铁交通暴露的可吸入颗粒物水平上升与正常窦性心搏间期标准差(standard deviation of normal number of intervals,SDNN)的降低密切相关,而SDNN降低时,预示心血管疾病的不良结局。一项人群随机交叉研究结果显示,在地铁环境中短期暴露于可吸入颗粒物中,可能会增加心血管疾病的风险,并以粒径依赖性的方式影响尿液代谢产物[53]。在致癌风险研究方面,王怀记等[54]对武汉市地铁站台空气中可吸入颗粒物所含重金属进行健康风险评估显示,可吸入颗粒物所含的重金属砷、铬的浓度对暴露人群有潜在致癌风险。

4 展望

地铁交通具有快速、便捷、环保的特点,已成为很多大城市缓解交通压力,降低城市交通污染的首选公共交通方式。目前国内对地铁交通可吸入颗粒物污染的研究多集中在污染物监测和调查、污染物排除技术等方面,在地铁环境中,污染物对人群健康风险的影响研究尚未系统化和深入。如需进一步系统地对地铁空气的可吸入颗粒物进行溯源,并分析其各元素组成,对其所含的有害成分或元素重点进行动物毒理学及人类流行病学研究,同时开展系统化的健康风险评估等。此外,国内外尚未制定系统性、专门性的地铁环境颗粒物管理标准。我国目前仅在《地铁设计规范》(GB 50157-2013)中标注了地铁车站公共区域的PM10浓度限值为250 μg/m3,但参考的是1996年国家环保标准制定的限值,而目前我国《环境空气质量标准》(GB 3095-2012)及《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)制定的PM10浓度限值(150 μg/m3)远远严格于该标准。因此,由于该标准管理体系尚未发展成熟,尤其是针对地铁车站环境的特殊性,今后仍需要加大研究力度,系统监测和收集地铁车站空气中颗粒物污染特征数据,积极开展相关流行病学研究及人群健康风险评估,为进一步制定和完善相关卫生标准提供参考依据,同时也为制定干预措施进行探索和指导,有效改善地铁空气质量,为更好地保护乘客的健康奠定坚实基础。

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