大学生寝室春季空气中大气颗粒物粒径分布及其影响因素

钟 萍,宋 佳,肖宇伦,蒋凌霄, 张家泉,2*,刘 婷,2,刘先利,2

(1湖北理工学院 环境科学与工程学院，湖北 黄石 435003；2湖北理工学院矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室，湖北 黄石 435003)

大学生寝室春季空气中大气颗粒物粒径分布及其影响因素

钟 萍1,宋 佳1,肖宇伦1,蒋凌霄1, 张家泉1,2*,刘 婷1,2,刘先利1,2

(1湖北理工学院 环境科学与工程学院，湖北 黄石 435003；2湖北理工学院矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室，湖北 黄石 435003)

采用直读式DustTrak 8533型颗粒物浓度测定仪于2016年3月26日至4月11日对黄石某高校大学生寝室室内颗粒物浓度进行了连续监测。结果显示，室内PM2.5和PM10的浓度范围分别为33～95 μg/m3和45～140 μg/m3，PM10日均浓度均未超过国家2级标准，其中PM2.5质量浓度有4 d超过国家2级标准(>75 μg/m3)；PM2.5的质量浓度在颗粒物浓度中起着主导作用，占总悬浮颗粒物质量浓度的63%; PM2.5/ PM10和PM10/TSP比值在采样期间起伏变化都比较大，其中PM2.5/PM10在3月29日、4月2日比值达到0.8以上，说明细颗粒物污染比较严重；PM10/TSP比值在0.75～0.92之间波动，说明PM10质量浓度对颗粒物质量浓度影响较大；分析采样监测的温度、湿度、风速与颗粒物浓度的相关性可知，颗粒物质量浓度的变化与温度、湿度都存在弱的负相关性。

大学生宿舍；室内空气；颗粒物；粒径分布；影响因素

0 引言

校园作为一个文化传播区，室内环境质量的高低，直接影响着学校师生的健康和教学工作的正常进行[1]。越来越多的流行病学研究表明，人群发病率和死亡率与大气颗粒物质量浓度，特别是与室内颗粒物质量浓度存在显著的相关性[2-4]。人们绝大部分时间是在室内活动，特别是老人和小孩在室内时间更长，而室外颗粒污染物也主要是通过室内暴露来影响人体的健康[5-6]。中国标准化协会提供的一项调查结果显示，68%的疾病是由于室内空气污染所致，室内空气污染程度高出室外5～10倍[7]。室内颗粒物的来源和组分与室外不同，因此室内、外颗粒物污染的关系也日益受到重视[8-9]。

黄石是长江中下游重要工矿型城市，粉尘颗粒物污染较严重，为了解学校寝室内可吸入颗粒物的时间分布变化特征以及不同粒径颗粒物的分布特征，用DustTrak粉尘颗粒物监测仪对学校寝室内不同粒径颗粒物浓度进行连续监测，并考察室外颗粒物浓度、室外气象条件及室内人为活动等影响因素对室内不同粒径颗粒物质量浓度的作用，掌握室内空气质量的状况及变化趋势，展开室内污染的预测工作和评价室内空气污染对健康的影响[10]，为人们提供更合理的生活方式，以及为污染的防治提供依据。

1 采样与监测

选择湖北理工学院某男生寝室为研究对象，学生公寓位于黄石市下陆区，背靠青龙山，西面为磁湖路。磁湖路为双向六车道，为城市次干道，道路车流量较大。

于2016年3月26日至4月11日，在寝室内采用粉尘颗粒物监测仪监测颗粒物实时浓度。采样点位于寝室中央，靠门较远的地方，尽可能地避免开关门对仪器附近气流的扰动。采样点高度约1 m，即寝室同学坐位呼吸带高度。每天24 h连续采样，5 min自动记录一次室内PM2.5、PM4、PM10及TSP的质量浓度。室外颗粒物PM2.5、PM10质量浓度通过黄石市环境保护局空气质量实时发布系统获取，并记录当地天气状况、气温、相对湿度、风力以及寝室通风状态、开关门窗、寝室内瞬时学生数、做值日等情况。

2 结果与讨论

2.1 室内空气颗粒物日均质量浓度变化特征

按照室内空气颗粒物浓度监测方法，对选定的男生寝室室内空气颗粒物浓度进行监测，对所测得数据进行日平均处理,其日平均值见表1。室内PM2.5和PM10的浓度范围分别为33～95 μg/m3和45～140 μg/m3，其中PM2.5质量浓度有4 d超过国家2级标准(>75 μg/m3)，分别为3月26日、3月28日、3月29日、4月9日；PM2.5、PM4、PM10、TSP这4种颗粒物浓度逐日变化趋势基本相似，变化趋势都是先升高再降低再升高。较高值出现在3月26日—3月29日、4月9日，而最高值出现在3月29日，4种颗粒物的浓度分别是95 μg/m3、107 μg/m3，140 μg/m3、152 μg/m3；最低值出现在4月4日，此时4种颗粒物的浓度分别是33 μg/m3、39 μg/m3、45 μg/m3、58 μg/m3，主要是由于之前有灰霾出现，且在3月39日—4月6日有连续降雨，导致颗粒物浓度降低。监测期间寝室颗粒物质量分布的变化主要由细颗粒物和可吸入颗粒物引起，污染源性质、气象条件以及粒子间的物理和化学过程也可使细颗粒物和可吸入颗粒物质量浓度进一步发生变化[11]。

表1 寝室室内PM2.5、PM4、PM10和TSP的日平均质量浓度 μg/m3

2.2 寝室内PM2.5、PM10平均质量浓度的时间分布变化特征

为分析寝室PM2.5、PM10的昼夜平均质量浓度变化特征，规定所测日19∶00—次日7∶00为夜，7∶00—19∶00为昼。寝室内颗粒物浓度昼夜变化如图1所示。从图1可以看出，室内空气颗粒物的质量浓度基本上呈现出白天浓度较夜间高的趋势。由于采样期间雨水较多，在采样期间内有8日(3月29日、3月30日和4月1日、2日、3日、5日、6日和9日)均有不同程度的降水，降水可以带走空气中大量颗粒物，室内颗粒物在降雨时及降雨过后，其浓度会明显降低。与其他室内监测时期相比，在此采样期间，寝室人为活动对室内颗粒物质量浓度的贡献占据主要地位，这也是日间有人为活动时颗粒物质量浓度相应较高的原因。

图1 寝室内颗粒物浓度昼夜变化

2.3 时段变化特征

为研究PM2.5浓度最高时间段，将1天的24 h分为8个时段，每3 h为1个时间段进行分析。室内颗粒物PM2.5的不同时段平均质量浓度对比如图2所示。从图2可看出，在一天中PM2.5不同时段平均质量浓度有显著差异，变化趋势基本一致。9∶00—12∶00时段和18∶00—21∶00时段的PM2.5平均质量浓度最高，最低分别出现在15∶00—18∶00时段和00∶00—3∶00时段。9∶00—12∶00时段PM2.5平均质量浓度高的原因是由于在云层较少的夜间，易形成逆温，逆温一般发生在上午10∶00左右持续0.5 h，从而造成室内这一时段颗粒物质量浓度偏高，通常中午同学打扫寝室，造成扬尘增多，也是颗粒物质量浓度偏高的原因，在18∶00—21∶00时段颗粒物质量浓度偏高的原因是这个时段学生活动频率增加，寝室内人数增多，各种室内活动增多，引起颗粒物质量浓度升高。15∶00—18∶00时段和00∶00—3∶00时段颗粒物质量浓度较低的原因主要是宿舍没有明显的污染源，此阶段寝室人数少，或大多数人在休息，人为活动较少，减少了人为活动对颗粒物质量浓度的贡献。

图2 室内颗粒物PM2.5的不同时段平均质量浓度对比

2.4 寝室内不同粒径颗粒物分布特征

室内不同粒径颗粒物所占百分比如图3所示。由图3可知，粒径为0～2.5 μm、2.5～4 μm、4～10 μm、10～100 μm颗粒物的平均浓度占颗粒物总浓度的比例分别为63%，8%，14%，15%，其中PM2.5的质量浓度占TSP质量浓度的50%上，其他粒径的颗粒物所占比例几乎均等。因此，对寝室室内颗粒物的污染控制重点是对微细颗粒物(PM2.5)质量浓度的控制。一些研究也发现，在相同的质量下，对人体危害较严重的是微细颗粒物[7]，而对监测区PM2.5的来源、污染途径的控制是减少室内污染程度最有效的措施。

图3 室内不同粒径颗粒物所占百分比图

2.5 室内与室外PM2.5、PM10质量浓度的关系

室内与室外PM2.5和PM10质量浓度的对比如图4所示，从图4中可以看出,室内、室外PM10浓度变化基本趋于一致。室内可吸入颗粒物的浓度明显小于室外可吸入颗粒物浓度，而且寝室室内可吸入颗粒物质量浓度和室外可吸入颗粒物浓度波动大体趋于一致，这表明室内可吸入颗粒物的浓度主要受室外可吸入颗粒物浓度的影响，并随室外颗粒物浓度变化而变化[12]。经证明，室内颗粒物浓度随室外颗粒物浓度变化而变化，但在时间上存在一定程度的滞后[13-15]。 室外PM2.5的浓度要小于室内PM2.5的平均浓度，这是由于除受室外影响外，室内颗粒物浓度还受寝室内各因素的影响，如人的活动量、清洁频率、通风量和沉降率等室内环境因素[13,16-17]。

图4 室内与室外PM10和PM2.5浓度的对比图

2.6 气象因素对室内颗粒物分布的影响

颗粒物质量浓度与温度变化相关关系如图5所示。监测期间PM2.5、PM10、TSP三者的浓度具有一定的阶段性变化特点，相较于温度变化有一定的对应关系，但是相关程度比较弱，所受影响可忽略不计。相对湿度与颗粒物质量浓度之间关系如图6所示，在所监测的17 d内，8 d有降水，9 d为晴天或多云，降水条件对相对湿度影响很大，4月3日—6日有降雨，相对湿度为96%，85%，83%和98%，PM2.5、PM10、TSP的质量浓度亦呈现全月最低值，比晴天或者多云时低，主要是由于降水的冲刷作用，可见PM2.5为大气中悬浮的粒径较细的颗粒物，湿沉降是主要的清除方式[18]。风速与颗粒物质量浓度之间关系如图7所示，4月3日、4月11日风速增大时，PM2.5、PM10、TSP浓度降低，3月28—30日风速减小时，PM2.5、PM10、TSP的质量浓度却增大，说明风速的大小决定了对污染物冲淡稀释作用的大小，风速较小时不利于颗粒物的扩散，风速增大时，单位时间内从污染源排放出来的污染物被很快地拉长，这时混入的大气量越多，污染物浓度越小[19]。4月4—6日风力逐渐增大，当天的PM2.5、PM10、TSP质量浓度也相应较大，说明当风速很大时，风可能卷起更多地面的颗粒物，或者使较大的颗粒物相互碰撞为较小的颗粒物，使室内PM2.5、PM10、TSP的质量浓度相应增大。

图5 颗粒物质量浓度与温度变化相关关系

图6 颗粒物质量浓度与相对湿度相关关系

图7 颗粒物质量浓度与风速相关关系

3 结论

1)在整个监测期内，PM2.5、PM4、PM10、TSP浓度都相对比较低，其中PM10日均浓度均未超过国家2级标准， PM2.5质量浓度有4 d超过国家2级标准(>75 μg/m3)。

2)从颗粒物粒径分布研究中可以看出，寝室内颗粒物污染以粒径为0～2.5 μm的细颗粒物为主，说明PM2.5的质量浓度在颗粒物浓度中起着主导作用。采样期间PM2.5质量浓度与PM10、TSP质量浓度的变化起伏基本一致，更加证明了控制PM2.5浓度的重要性。

3)室内颗粒物质量浓度与室外的气象因素(温度、湿度、风速)相关性不是很强，室内可吸入颗粒物的浓度主要受室外可吸入颗粒物浓度的影响，同时也会受到室外空气颗粒物的渗透，以及室内人为活动的影响。

[1] 邢核,李国刚.综合评价室内空气质量初探[J].环境监测管理与技术,2006,18(2):35-37.

[2] Lai SC,Ho KF,Zhang YY,et al.Characteristics of residential indoor carbonaceous aerosols:a case study in Guangzhou,Pearl River Delta Region[J].Aerosol & Air Quality Research,2010,10(5):472-478.

[3] Pope CA,Raizenne ME.Health effects of particulate air pollution: time for reassessment[J].Environmental Health Perspectives,1995,103(5):472-480.

[4] 孔祥瑜.室内空气污染及其防治[J].大众标准化,2005(1):31-33.

[5] 修光利,赵一先.办公室内可吸入颗粒物污染初析[J].上海环境科学,1999(5):202-204.

[6] 熊志明,张国强,彭建国,等.室内可吸入颗粒物污染研究现状[J].暖通空调,2004,34(4):32-36.

[7] 刘阳生,沈兴兴,毛小苓,等.北京市冬季公共场所室内空气中TSP，PM10，PM2.5和PM1污染研究[J].环境科学学报,2004,24(2):190-196.

[8] Matta E,Facchini MC,Decesari S,et al.Mass closure on the chemical species in size-segregated atmospheric aerosol collected in an urban area of the Po Valley,Italy[J].Atmospheric Chemistry & Physics,2003,3(3):623-637.

[9] 杨复沫,贺克斌,马永亮,等.北京PM2.5化学物种的质量平衡特征[J].环境化学,2015,23(3):326-333.

[10] 王冰.西安市南郊大气颗粒物PM2.5及其组分特征研究[D].西安建筑科技大学,2010.

[11] 滕恩江，胡伟，吴国平，等.中国四城市空气粗细颗粒物元素组成特征[J].中国环境科学，1999,19(3):238-242.

[12] Ando M,Katagiri K,Tamura K,et al.Indoor and outdoor air pollution in Tokyo and Beijing supercities[J].Atmospheric Environment,1996,30(5):695-702.

[13] Kulmala M,Asmi A,Pirjola L.Indoor air aerosol model:the effect of outdoor air,filtration and ventilation on indoor concentrations[J].Atmospheric Environment,1999,33(3):2133-2144.

[14] Li CS.Relationships of indoor/outdoor inhalable and respirable particles in domestic environments[J].Science of the Total Environment,1994,151(3):205-211.

[15] 张永,李心意,姜丽娟,等.住宅室内空气颗粒物污染状况及其与大气浓度关系的初探[J].卫生研究,2005,34(4):407-409.

[17] 黄书华,刘建国,刘文清,等.夏季高湿度条件下北京市气溶胶颗粒物粒谱特征研究[J].环境科学,2010,31(1):17-21.

[18] 张晶，陈宗良，王玮.北京市大气小颗粒物的污染源解析[J].环境科学学报,1998,81:62-67.

[19] 宝文宏,王莉,孙丽,等.影响大气污染物扩散的因素及影响趋势分析[J].包钢科技,2002,28(6):72-74.

(责任编辑 高 嵩)

Size Distribution of Airborne Particles and Its Influencing Factors of College Student's Dormitory in Spring

ZhongPing1,SongJia1,XiaoYulun1,JiangLingxiao1,ZhangJiaquan1,2*,LiuTing1,2,LiuXianli1,2

(1School of Environmental Science and Engineering,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003;2Hubei Key Laboratory of Mine Environmental Pollution Control and Remediation,Hubei Polytechnic University,Huangshi Hubei 435003)

The indoor particle mass concentration of the college student's dormitory in Huangshi was analyzed by the direct-reading DustTrak 8533 particle concentration detector from March 26 to April 11,2016,and the factors affecting indoor air quality were discussed.The results indicated that the indoor PM2.5and PM10concentration ranges were 33～95 μg/m3and 45～140 μg/m3,PM10daily average concentration did not exceed the national secondary standard,but four days in which the concentration of PM2.5exceed the national secondary standard(>75 μg/m3). PM2.5of the mass concentration played a major role in particulate concentration and occupied 63% of the total suspended particles.The fluctuations of the ratio of PM2.5/PM10and PM10/TSP changed greatly during the sample period,the ratio of PM2.5/PM10on March 29 and April 2 were above 0.8,indicating the fine particle pollution was serious;the ratio of PM10/TSP changed between the 0.75～0.92,indicating PM10mass concentration has great influence on TSP concentration.The correlation between particle concentration and temperature,humidity and air velocity acquired by sampling and monitoring analysis showed that there was weak negative correlation between the particle concentration change and temperature and humidity.

college student's dormitory;indoor air;particle;size distribution;influence factor

2016-08-19

湖北理工学院优秀青年科技创新团队资助计划项目(项目编号：13xtz07);湖北省科技支撑计划项目(对外科技合作类)(项目编号：2014BHE0030)；湖北省大学生创新创业训练计划项目(项目编号：201610920010)。

钟萍，本科生。

10.3969/j.issn.2095-4565.2016.06.007

X513

A

2095-4565(2016)06-0030-05

*通讯作者：张家泉，副教授，博士，研究方向:环境污染化学。