公共场所室内PM2.5质量浓度测定分析

2018-05-11孙昂然

山西化工 2018年1期

孙昂然

（太原市第五中学,山西太原 030024）

1 PM2.5概述

PM英文全称particular matter（颗粒物）,其后数字表示大气中悬浮颗粒物的空气动力学当量直径（Dp）。大气悬浮颗粒物可分为4类：粗悬浮颗粒物（PM10）,细悬浮颗粒物（PM2.5）,超细悬浮颗粒物（PM0.1）,总悬浮颗粒物（TSP）。PM2.5即Dp≤2.5μm 的细颗粒物,又称细粒或者细颗粒等［1－3］。

虽然PM2.5在大气成分中仅仅占据较少的比率,但PM2.5的含量和大气的能见度、空气质量等息息相关。与大气中其他的颗粒物相比,细颗粒物有较小的粒子直径,但表面积却很大,而且细颗粒物的活性也很强。同时,在PM2.5粒子中,有许多危害人体健康的毒害物质。所以,空气质量随着PM2.5质量浓度的增加,会变得越来越差,而对人体健康的影响也越来越严重［4－6］。

2 实验方法和仪器简介

2.1 实验仪器

本次实验仪器使用的是青岛聚创环保设备有限公司的高精度手持式PM2.5速测仪（CW－HAT200）。如图1该速测仪是一种专业的检测仪器,用于测量空气中的粗悬浮颗粒物（PM10）和细悬浮颗粒物（PM2.5）。这种速测仪依靠国外的高灵敏度微型激光传感器技术,将空气动力学、数字信号处理和光机电等融为一体。仪器检测灵敏度1μg,相对误差＜2%,测量数据准确。主要功能特点为：可以直读实时浓度；光散射式原理测试精度高；快速响应测试；操作简单,无需维护；智能识别自动关机,最大限度节省电量等。

图1 CW－HAT200手持式PM2.5速测仪实物图

2.2 实验方法

2.2.1 测量地点

以人流量大、比较有代表性的公共场所高校学生餐厅为例开展实验研究,室内测量地点选择餐厅的就餐区域,室外地点选择在该高校的露天操场。

该实验餐厅人流量大,餐厅内厨房为半开放式,餐厅内的厨房和就餐区域仅隔一道玻璃隔断墙,隔断上开设售卖窗口。因此,厨房烹饪产生的油气,烟气很容易进入就餐区域,导致就餐区域空气中的PM2.5数值很大。通过实验测量其具体数值,更好地掌握PM2.5分布及变化规律,掌握影响餐厅内PM2.5质量浓度变化的因素。

露天操场地方开阔,周围基本没有建筑物等遮挡物干扰,也不会受到人群的干扰,所以可以比较准确地反映出学校PM2.5的本底浓度,进而与餐厅PM2.5浓度进行对比分析。

2.2.2 测量时间

本次测量实验共选择3个不同的时间点：早晨7点～8点,中午11点～12点,晚上19点～20点。从2017年5月9日起,到2017年5月15日连续测量1周。3个不同时间点的测量,基本可以反映出1d内餐厅PM2.5质量浓度变化的规律；而通过1周的数据测量则可以保证样本量,使得分布规律更加显著。

2.2.3 测量方法

测量时仪器距离地面约1.5m,尽量避开人群。测量餐厅内PM2.5的质量浓度时,选择在餐厅的中部进行,避免由于门口室内外空气交换,导致的测量数据不够准确。每个时间段测量3次,相对误差超过5%则重新测量。最后,取3次测量的平均值计为该时间段最终的PM2.5的质量浓度。

3 结果与分析

3.1 实验结果

对1周时间内3个不同时间段的测量数据进行分析,数据测量的统计结果如图2～图4。

图2 7点～8点室内、外PM2.5变化趋势图

图3 11点～12点室内、外PM2.5变化趋势图

通过1周的测量数据大致可以看出,室外和食堂内的PM2.5质量浓度有着较大的差别,而在时间段11点～12点,该差距更为明显。在1周的时间内,室外PM2.5的质量浓度均＜50μg/m3,即空气质量为优良。而室内的PM2.5质量浓度则高得多,早晨7点～8点的测量数值45μg/m3～76μg/m3,即空气质量为良；中午11点～12点测量的数值显示,有2d的数值为轻度污染,有1d为中度污染,其余的4d均为重度污染；晚间19点～20点的数据显示,有1d为轻度污染,有3d为中度污染,其余3d为重度污染。

图4 19点～20点室内、外PM2.5变化趋势图

由以上分析可以清楚地看出,室、内外的空气质量有着显著的差异。在1周的时间内,室外的空气质量较好,但是室内的空气质量则差很多。特别是在中午和晚上,室内PM2.5的质量浓度更高。

3.2 学生餐厅内PM2.5质量浓度影响因素分析

3.2.1 烹饪因素

学生餐厅中最大的PM2.5颗粒来源就是食堂烹饪产生的油烟,烹饪地点产生的油气有害颗粒几乎全部进入就餐区域。尤其在中午和晚上学生下课后的就餐高峰,就餐区域PM2.5浓度大幅上升,甚至超过了300μg/m3,达到了重度污染。

3.2.2 室外因素

从测量结果看出,PM2.5室内源对建筑物内PM2.5的质量浓度平均分布水平有着很大的影响,但室外环境中的PM2.5对室内PM2.5的影响也不可忽略,二者波动变化的趋势呈现出一定的相关性。

室外PM2.5进入室内的主要途径为空调系统、自然通风、围护结构缝隙穿透以及人员携带等。因此,当室外为雾霾天时,必然会对室内的空气质量带来不利影响。室外因素是影响餐厅内PM2.5浓度的因素之一。

3.2.3 湿度因素

从图2～图4看出,2017年5月10日与14日时图线有一个明显的凹点,即所测量的数据有一个明显的下降。这是由于,10日和14日太原市正在下雨,空气中的细颗粒凝结沉降,导致测量值有较大下降。即,湿度因素会显著影响空气中PM2.5的质量浓度［7］。

3.2.4 人员流动

食堂内的人员密集,空气不能很好地流通传播,造成了室内PM2.5的大量积聚。还有人员的流通,也将外界的PM2.5颗粒带入了食堂内。而且有部分同学在食堂内吸烟,加剧了室内空气条件的恶化。

3.2.5 通风因素

实验餐厅一楼只有2个与外界相连的出入口,而且并不直接与外界相连,还有一堵墙相隔。这2个隔断对于室内的换气能力有一定的阻隔作用,特别是在高峰时刻,使得室内的空气更起不到良好的交换。另外,虽然一楼设有4个排气扇,但这4个排气扇并没有直接与外界大气相连,而是与靠马路的售卖窗口相连,使其不能起到应有的换气作用,这些都加剧了餐厅内PM2.5积聚。

3.3 PM2.5质量浓度变化趋势分析

在同一天的3个不同测量时间中,PM2.5的质量浓度也有着较大的区别,如图5所示。

图5 PM2.5质量浓度变化图

由图5可以看出,室外PM2.5的质量浓度在1d之内没有太大的变化,只是在轻微的波动。而食堂内PM2.5质量浓度变化较为明显。室内餐厅中早晨的PM2.5质量浓度最低,而中午时 PM2.5质量浓度最高,晚上的PM2.5质量浓度次之。根据分析可知,室内餐厅PM2.5急剧波动变化最主要的原因是餐厅内人流量的变化,在早晨时,人流量最小,开灶及售饭的窗口少；中午高峰时,人流量急剧攀升,各个窗口全面开放,且厨房一直在开火做饭,导致了PM2.5的质量浓度急剧升高；晚饭时,相对于中午,人流量有了一定的下降,而且晚饭就餐学生的就餐时间相对分散,所以PM2.5质量浓度有了一定程度的下降。

3.4 食堂内PM2.5含量过高的危害性

本研究得到学生餐厅PM2.5浓度值远超环境空气中PM2.5的二级浓度日均限值,且远高于室外。这说明学生就餐时,餐厅内PM2.5的暴露水平高,健康风险大。同时,由于PM2.5的颗粒粒径较小,会通过人体的呼吸系统在肺部积累,影响人体正常的呼吸作用和心脏的正常工作。而由于餐厅内的PM2.5的浓度大,还有可能导致急性中毒［8－9］。特别严重时,甚至会导致死亡。