镇原县农村地区室内PM2.5、PM10浓度及其影响因素

张花花,孙彦娟,王瑞媛,吴佳琳,杨 勇

(牡丹江医学院公共卫生学院,黑龙江 牡丹江 157011)

WHO统计表明全世界约有24亿人(约占全球三分之一人口)使用明火或以煤油、生物质燃料(木材、动物粪便和作物废料)和煤炭为燃料的低效炉灶做饭,这些是造成家庭空气污染的一个重要原因。据估计,2020年,家庭空气污染每年造成约320万人死亡,其中包括23.7万多名5岁以下儿童。家庭空气污染暴露会导致中风、缺血性心脏病、慢性阻塞性肺病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)和肺癌等非传染性疾病[1]。燃料燃烧所产生的颗粒物是肺癌、COPD、哮喘、围产期心肌病等的危险因素并增加中老年人群的心血管代谢风险[2-6],另外,有研究指出新生儿出生体重减轻及胎龄减少和孕妇孕期PM2.5暴露相关,孕妇妊娠期PM10暴露会增加胎儿罹患先天性心脏病、神经管缺陷和唇裂伴或不伴腭裂的风险,PM2.5暴露与慢性肾病的患病率和蛋白尿之间呈正相关[7-9]。颗粒物对人体的伤害主要体现在呼吸系统、心血管系统、生殖系统、泌尿系统,以呼吸系统的伤害最为常见。在我国,安徽、北京、云南、哈尔滨、贵州等地开展了室内PM10、PM2.5暴露水平研究,甘肃地区研究较少。鉴于甘肃镇原地区峁梁塬相间的地理特征、窑洞与砖瓦房为主的居室风格,以薪柴煤炭为主要燃料等特点,对镇原县农村地区室内颗粒物浓度水平展开调查,了解当地室内颗粒物浓度水平。

1 材料与方法

1.1 调查地区及时间随机选取镇原县农村住户总计90户进行室内PM2.5、PM10浓度调查,调查时间段为2021年12月至2022年3月。

1.2 调查内容根据调查地区的特点及研究目的自制调查问卷,对问卷进行评估,克朗巴赫系数为0.965,信度在可接受限内。问卷调查内容包括:卧室PM2.5浓度、卧室PM10浓度、厨房做饭时间段PM2.5浓度、厨房做饭时间段PM10浓度、厨房非做饭时间PM2.5浓度、厨房非做饭时间段PM10浓度、厨房类型、厨灶类型、做饭主要燃料、调查现场的温度、湿度、风速、大气压强等,上述内容调查员根据测量现场实际情况填写。

1.3 测量方法及浓度计算采用PM2.5激光测尘仪(深圳市安帕尔科技有限公司)检测PM2.5,仪器灵敏度为1 μg、测量误差20%,该仪器自带温湿度传感器,同时显示温、湿度与PM2.5、PM10浓度。

在8:00～15:00时间段内进行间隔测量,每隔40～60 min对卧室PM2.5、PM10浓度进行一次测量,气压表和风速仪用于压强和风速的测量,记录测量现场的温度(单位:℃)、湿度(%)、压强(单位:Kpa)及风速(单位:m/s),最终将室外、卧室PM2.5、PM10测量值进行8 h时间加权平均处理作为卧室的PM2.5、PM10浓度值,浓度单位为μg/m3。当地人群多数饮食习惯为一日两餐,因此厨房PM2.5、PM10浓度测量分别在做饭时间段和非做饭时间段进行测量。厨房内由于使用固体燃料,室内PM2.5、PM10浓度上升较快,因此选择在做饭开始10 min后开始测量,测量间隔依据该户做饭时间确定,最后取平均值作为做饭时间段的PM2.5、PM10浓度。厨房非做饭时间段PM2.5、PM10浓度测量选择在饭前1 h测量或者饭后1 h测量,共计测量三次取平均值作为厨房非做饭时间的PM2.5、PM10浓度。测量布点依据厨房和卧室面积取2～3点。测量高度距地面垂直距离1.5 m,距墙面约1 m,避开窗户、厨房门等通风口,以免影响测量。

1.4 统计方法数据录入、整理与分析通过Excel和SPSS 22.0软件完成。定量正态资料采用“均数±标准差”进行统计描述,定量偏态资料采用M(P25,P75)进行统计描述,计数资料采用频数和构成比n(%)进行统计描述。采用Mann-whitney、Kruskal-Wallis检验进行统计推断,利用多因素线性回归进行厨房内PM2.5、PM10浓度的影响因素分析(P<0.05)。

2 结果

2.1 调查地区基本情况

2.1.1 室外、厨房及卧室PM2.5、PM10浓度 该地区卧室PM2.5浓度为43.2(19.2,143.5)μg/m3,卧室PM10浓度为56.7(26.7,201.8)μg/m3;厨房做饭时PM2.5浓度为470.2(55.8,884)μg/m3,PM10浓度为663.0(75.8,1244.1)μg/m3,厨房非做饭时间段PM2.5浓度为40.5(13.3,76.1)μg/m3,PM10浓度为57.0(17.8,106.8)μg/m3,室外PM2.5浓度38.3(12.9,66.0)μg/m3,PM10浓度为53.5(17.0,92.0)μg/m3。见表1。

表1 厨房卧室及室外PM2.5、PM10浓度调查结果[n=90,M(P25,P95)]

2.1.2 调查地区地形特征、厨灶类型、燃料使用等基本情况 调查地区峁梁区住户占61.1%,塬区住户占38.9%,窑洞式厨房占51.1%,砖瓦房式厨房占48.9%;非炕灶相连型厨灶占58.9%,炕灶相连型厨灶占41.1%;燃料使用情况中薪柴使用占87.8%、煤炭使用占2.2%、石油液化气使用占10%;安装通气扇的家庭占35.6%,未安装通气扇的家庭占64.4%; 有92.2%的家庭有饭后通风习惯,有7.8%的家庭没有饭后通风的习惯,大约有92.2%的家庭冬天采用火炉取暖。具体见表2。

表2 调查地区基本情况

2.1.3 调查环境的气象条件及通风时间 调查季节为冬末春初,该地压强为86.0(85,86.5)Kpa,调查时间段的环境风速为0.3(0.0,0.4)m/s,砖瓦房的通风时间为1.5(0.5,3.0)h,测量环境的温湿度结果如表3所示。

表3 调查环境的气象条件及通风时间

2.2 厨房及卧室内PM2.5、PM10影响因素分析

2.2.1 厨房PM2.5、PM10浓度影响因素分析 不同厨灶类型、不同厨房类型、不同燃料之间、不同的厨房使用年限及不同地形特征之间做饭时间段的PM2.5浓度差异具有统计学意义、非做饭时间段的PM2.5浓度差异均具有统计学意义、做饭时间段的PM10浓度差异均具有统计学意义、非做饭时间段的PM10浓度差异均具有统计学意义。不同天气状况之间做饭时间段PM2.5浓度、非做饭时间PM2.5浓度、做饭时间段PM10浓度、非做饭时间PM10浓度之间差异尚无统计学意义。具体情况见表4、表5。

表4 厨房内PM2.5浓度影响因素分析

表5 厨房内PM10浓度影响因素分析

2.2.2 卧室PM2.5、PM10浓度影响因素分析 不同调查地形之间卧室内PM2.5浓度、PM10浓度差异具有统计学意义;不同的天气状况之间PM2.5浓度、PM10浓度差异尚无统计学意义。具体见表6。

表6 卧室PM2.5、PM10浓度影响因素分析

2.3 厨房内PM2.5、PM10浓度多因素线性回归分析

2.3.1 变量编码 回归模型中,纳入的变量,其具体编码见表7。

表7 回归模型中纳入的变量编码表

表7续表

2.3.2 厨房做饭时间段PM10浓度多因素线性回归结果 厨房做饭时间段PM10建模结果调整R2为0.5, 方差分析结果显示P<0.05, 多因素线性回归模型结果能够较好地解释变量。德宾沃森值为2.1,结果显示各变量之间独立性较好。纳入厨房类型、厨灶类型、做饭主要燃料、厨房使用年限、调查地区地形、厨房饭后通风情况、调查当天的天气状况等变量构建多因素回归模型,结果发现不同厨灶类型对厨房做饭时间段PM10浓度的影响具有统计学意义;不同的调查地区之间做饭时间段PM10浓度的影响具有统计学意义,其他变量差异尚未见统计学意义。具体结果见表8。

表8 厨房做饭过程中PM10浓度的多因素线性回归

表8续表

2.3.3 厨房做饭时间段PM2.5浓度多因素线性回归结果 厨房做饭时间段PM2.5建模结果调整R2为0.5, 方差分析结果显示P<0.05, 多因素线性回归模型结果能够较好地解释变量。德宾沃森值为2.1,结果显示各变量之间独立性较好。纳入厨房类型、厨灶类型、做饭主要燃料、厨房使用年限、调查地区地形、厨房饭后通风情况、调查当天的天气状况等变量构建多因素回归模型,结果发现不同厨灶类型对厨房做饭时间段PM2.5浓度影响差异具有统计学意义;不同的调查地区之间做饭时间段PM2.5浓度差异具有统计学意义,其他变量尚未见统计学差异。具体结果见表9。

表9 厨房做饭时间段PM2.5浓度的多因素线性回归

3 讨论

3.1 调查地区的一般情况该地窑洞和砖瓦房型厨房、炕灶相连型与非炕灶相连型厨灶类型比例相当,但砖瓦房型厨房和非炕灶相连型厨灶主要集中在塬区,而窑洞型厨房和炕灶相连型厨灶主要在峁梁区,这主要跟地形特征有关,塬区平坦,当地人民选在塬区建造砖瓦房,峁梁区沟壑相间,在该地形居住的人们因地制宜,挖造具有当地特色的窑洞作为日常生活点。当地居民燃料种类单一,主要为薪柴,其次为液化石油气,煤炭占比最少,这主要跟当地的经济发展落后有关。通气扇的安装率较低,仅占35.5%,主要见于砖瓦房型厨房,当地居民饭后厨房的通风习惯较好,有92.2%的住户有厨房饭后通风的习惯 。

3.2 厨房和卧室浓度水平统计结果显示卧室的PM10浓度为56.7(26.7,201.8)μg/m3,PM2.5浓度为43.2(19.2,143.5) μg/m3,根据环境空气质量标准(GB 3095--2012)所规定的环境可吸入颗粒物浓度值150 μg/m3和细颗粒物浓度值75 μg/m3,卧室内PM2.5、PM10浓度在规定值以下。塬区卧室PM2.5、PM10浓度低于峁梁区,这可能与卧室结构有关,峁梁区卧室以窑洞结构居多,内置火炕,燃烧口位于室内,每日烧完炕未充分通风换气,且窑洞顶部有一处通风口,室外浮尘很容易进入室内,而砖瓦房型厨房虽内置火炕,但燃烧口在室外,燃烧所产生的烟雾直接排向大气,室内采用现代装修,有效防止室外浮尘等进入室内;厨房非做饭时间段PM2.5浓度为40.5(13.3,76.1)μg/m3,PM10浓度为57.0(17.8,106.8)μg/m3,浓度水平均在规定值以内,可能与当地居民好的饭后通风习惯有关,但厨房做饭时间段PM2.5浓度为470.2(55.8,884)μg/m3,PM10浓度为663.0(75.8,1244.1)μg/m3,显著高于环境空气质量标准所规定的限值,室内浓度主要呈现厨房做饭时间段>厨房非做饭时间段>卧室的顺序,这与潘小川学者的研究结果相同[10],厨房做饭时的PM2.5、PM10大概是非做饭时的2～13倍和2～14倍。

3.3 厨房内PM2.5、PM10影响因素分析炕灶相连型厨灶多见于窑洞结构的厨房,该种厨灶的烟囱与炕相连,炕再连接厨灶,进而导致燃烧烟雾的排放路径过长,大部分烟雾从灶台燃烧口溢出或者从炕的排烟口溢出,造成室内做饭时间段烟雾聚集,浓度升高。非炕灶相连型厨灶,多见于砖瓦房结构的厨房,该种厨灶烟囱直接通向户外,因此厨房内做饭时间段PM2.5、PM10浓度较低。窑洞通常宽4～5米,深12～16米,高4～5米,呈拱形结构,不安装通气扇,烟雾聚集屋内排放速度慢,如果遇大风天气或者下雨天,烟雾排放速度更慢,因此呈现出不同地形特征、不同厨房类型也存在浓度差异。非做饭时间段窑洞结构型厨房内PM2.5、PM10浓度显著高于砖瓦房结构的厨房,可能与窑洞空间过大,烟雾停留时间长,且窑洞结构未安装通气扇,未充分通风换气等原因所致。另外,清洁燃料的缺乏及单一的燃料类型也是厨房内做饭时间段PM2.5、PM10超标的一个重要原因。纳入上述所有变量构建多因素线性回归模型,结果只有厨灶类型和调查地区特征对厨房内做饭时间段PM2.5、PM10浓度的影响具有统计学意义,这与李金娟学者的调查结果一致[11]。

3.4 局限性由于客观原因限制,本次调查时间较短,仅监测了卧室内8 h的PM2.5、PM10浓度,且调查季节位于冬末春初,未对各季室内PM2.5、PM10浓度展开调查。另外,直读式PM2.5激光测尘仪相对重量法测量结果比较粗略,该调查结果可能高估当地室内PM2.5、PM10水平。

当地卧室内PM2.5、PM10水平均在环境空气质量标准所规定的范围内。厨房内做饭时PM2.5、PM10浓度严重超标,做饭时间段PM2.5、PM10显著高于非做饭时间段,大约是非做饭时间的2～13倍和2～14倍,厨灶类型是当地厨房内PM2.5、PM10浓度的一个重要影响因素,呈现为炕灶相连型厨灶的厨房PM2.5、PM10浓度显著高于非炕灶相连型厨灶的厨房PM2.5、PM10浓度,非饭时间的窑洞型结构的厨房PM2.5、PM10浓度显著高于砖瓦房型厨房。

综上所述,提倡当地居民改用非炕灶相连型厨灶,窑洞型厨房可以选择在窗户的位置安装通气扇,优化燃料使用方案,柴电混用,条件允许的话,也可以选择液化石油气,当地厨房通风时间窑洞型厨房少于砖瓦房型厨房,应该加强厨房饭后通风,卧室内PM2.5、PM10浓度尽管在规定值范围内,但也应该加强室内通风,冬春注意保持室内湿度。当地相关部门应该积极宣传PM2.5、PM10