鄂尔多斯农村地区固体燃料使用引起的室内颗粒物污染水平

2021-07-12高叶玲褚海艳耿宏伟

黑龙江生态工程职业学院学报 2021年4期

高叶玲褚海艳耿宏伟

(1.鄂尔多斯生态环境职业学院，内蒙古鄂尔多斯 017010；2.朔州陶瓷职业技术学院，山西朔州 038300)

固体燃料的相对不完全燃烧，会产生大量的有害气体和颗粒物，如黑炭、有机碳、甲烷、一氧化碳等[1]。根据世界卫生组织全球疾病负担研究，2010年中国有104万过早死亡是由于固体燃料燃烧引起的颗粒物暴露相关疾病导致的，包括肺癌、中风和下呼吸道感染等，是中国第六位疾病风险因素，仅次于室外空气污染，而且主要的早死人群集中在经济发展相对落后的农村地区[2]。然而，目前对于中国农村地区固体燃料燃烧导致的室内外空气污染还没有引起足够的重视。在中国农村地区，固体燃料燃烧导致的室内大气颗粒物污染，近几年才开始受到研究者的关注。从2014年开始，出现了关于山西太谷、湖北、西藏、贵州、西安、乌鲁木齐等农村地区由于燃煤和燃烧薪柴等排放的颗粒物、多环芳烃等物质的室内外污染特征与呼吸暴露风险的研究[3-9]。据生态环保部官方统计，人85%—90%的时间在室内活动，尤其在冬季，室内的停留时间更长。全球发展中国家28%的人群死亡是由室内空气污染导致的，因此，研究室内空气污染水平及防治对策有很重要的意义。本文研究目的在于监测农村室内固体燃料使用导致的颗粒物污染水平。

1 研究区域

鄂尔多斯位于内蒙古自治区中西部，是呼包鄂城市群的中心城市，温带大陆性气候，占地面积86 752km2。2020年初，鄂尔多斯市常住人口约208.76万人，其中农村人口约占总人口的25%。在鄂尔多斯选取3个典型区域——达拉特旗敖包梁、乌审旗羊拐滩村、伊金霍洛旗高勒庙村，进行入户调查、大气颗粒物采样-实验室分析，得出鄂尔多斯农牧区室内PM2.5、PM10、TSP污染水平和特点。

图1 研究区域

2 实验材料与方法

2.1 实验设备及材料

颗粒物采样器(PM2.5、PM10、TSP切割头，青岛聚创JCH-6120)、分析天平(ESJ200-40S)、干燥器等。玻璃纤维滤膜(47mm)采样前后均需放置恒温恒湿箱24h以上，备用。

2.2 采样点、采样时间和频率的设置

在达拉特旗敖包梁、乌审旗羊拐滩村、伊金霍洛旗高勒庙村3个农村地区各选取7户，于取暖期(2019年11—12月)和非取暖期(2020年6—7月)，在厨房、卧室(若未分割，则测定混合场所)及室外分别测定空气中PM2.5、PM10、TSP的浓度。室内采样设备置于厨房、卧室内，一般放置与炉灶水平距离1.5m处，采样口离地面至少60cm；室外采样点位于院落中央。采样流量为60L/min，每一空间连续采样24h。采样后置于干燥器中，待检测。

2.3 问卷调查

为了解居住环境、空间分割、房屋大小、固体燃料使用类型及室内停留时间等因素对结果的影响，在监测时段内，进行入户问卷调查。在3个监测区域各选取40户进行入户问卷调查。共计发放问卷120份，回收120份，回收率100%，获得有效问卷107份。调研对象选择年龄18周岁以上，可完全理解问卷内容。

2.4 PM2.5、PM10、TSP的测定

采样前后分别在分析天平上测定滤膜重量，利用质量之差计算PM2.5、PM10、TSP的浓度，以μg/m3计。

3 结果与讨论

3.1 人口统计学图谱

问卷调查的人口统计学分布谱如图2所示。

图2 基于问卷调查的人口统计学分布谱

3.2 空间—时间活动谱

根据鄂尔多斯农村地区建筑习惯，房屋类型一般分为两种情况。一种是厨房与卧室合在一起不分割，另外一种则是将两者分开。所以在问卷调查中，我们根据实际情况，若已分割则分别记录时间，若未分割则将时间计入厨房，且将居民不在室内的时间统一记为“户外”，在“工厂”或者外出等时间记为 “其他”。问卷调查获得了该地区居民每日在不同空间的活动—时间谱，结果列于表1。

表1 鄂尔多斯农村居民在不同空间的活动—时间谱单位：h

从表1得出，鄂尔多斯农村地区人群日常活动空间有明显的差别。由于该地区主要是由女性承担做饭工作的原因，导致厨房内女性停留时间比男性高6h，人群平均在“厨房”的停留时间要高于“卧室”“室外”及“其他”场所。

3.3 不同炉具、不同燃料燃烧导致的颗粒物污染水平

在入户进行颗粒物采样时，为了对比不同炉具和不同燃料燃烧导致的颗粒物污染水平，我们分别在3个采样点各选取1户进行监测，并且在24h监测时段内，一个空间对应一种炉具，使用一种燃料进行PM2.5监测对比，得到结果列于表2中。

表2 鄂尔多斯农村地区不同室内外PM2.5日平均浓度水平单位：μg/m3

为对比薪柴、煤炭、电或者天然气做饭过程中产生的PM2.5，选取炉灶为燃烧炉具，在同一空间内(厨房)进行颗粒物日平均浓度测定，由图3(1)得出：薪柴作为燃料时室内空气中PM2.5的含量最高，为248.55μg/m3，约是煤炭的1.3倍，天然气的6.18倍；为对比不同炉具进行燃烧产生的PM2.5，在炉灶和火炉内使用薪柴作为燃料，由图3(2)可知，炉灶燃烧薪柴产生的PM2.5约为火炉的2倍。由此可见，不同燃料、不同炉具在燃烧过程中对室内空气造成的污染差异较大，改变燃料使用类型，改进炉具，实行厨卧分割对改善空气质量有显著优势。

由表2可知，因燃料不同和炉具类型不一，会引起室内PM2.5污染水平的显著差异，如图3(1)、3(2)所示。

图3(1)、(2)厨房内不同燃料燃烧及薪柴在不同炉具内燃烧导致的PM2.5浓度水平(μg/m3)

3.4 居民日常生活中不同空间内颗粒物污染水平

不规定24h监测时段内使用燃料的类型，按居民实际使用情况进行监测。我们在同一地方固定选取7户，分别在取暖期(2019年12月)和非取暖期(2020年8月)测定厨房和卧室的PM2.5、PM10、TSP浓度，结果如图4所示。

图4 不同空间内取暖期与非取暖期颗粒物日平均水平(μg/m3)

居民在日常生活中，根据家庭实际情况和使用燃料习惯，会混合使用煤炭、薪柴、电(或者天然气)。由图4可知，在取暖期PM2.5、PM10、TSP的日平均浓度水平均高于非取暖期，与国家室内空气质量标准[10]相比，该地区室内颗粒物浓度均不达标；且细颗粒物即小于等于PM2.5的颗粒物水平占比超过可吸入颗粒物PM10。有研究表明，细颗粒物对人体呼吸系统的危害更大，更应该引起重视；农村地区室内(含厨房和卧室)颗粒物污染是室外颗粒物污染的8—20多倍，说明农村室内由于固体燃料燃烧导致的空气污染相对严重。