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本文作者：樊景森1,2邵龍義1王靜1王建英1李澤熙1作者單位：1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地測學(xué)院2.河北工程大學(xué)資源學(xué)院

宣威是我國肺癌死亡率最高的地區(qū)之一,尤其是女性肺癌死亡率居全國首位,在世界女性肺癌死亡率中屬于前列[1].宣威肺癌高發(fā)已經(jīng)引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注[2-5].研究發(fā)現(xiàn),農(nóng)民肺癌死亡率通常要比其他職業(yè)的肺癌死亡率要高[6].Lam等[7]的研究結(jié)果認(rèn)為,吸煙并不能解釋宣威肺癌高發(fā).邵龍義等[8]研究認(rèn)為,水溶性Zn、Cd和Pb等可能與肺癌高發(fā)區(qū)PM10樣品具有較強(qiáng)氧化性損失能力有關(guān).相關(guān)研究確定了肺癌的發(fā)病率與多環(huán)芳烴的關(guān)系曲線[9-10],但是Tian[11]沒有發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳烴與宣威肺癌在地理位置上的關(guān)系,因此多環(huán)芳烴與宣威肺癌的關(guān)系有待深入研究.研究表明宣威農(nóng)村肺癌的高發(fā)病率與家庭使用煙煤高度相關(guān)[1,12-13],室內(nèi)煤燃燒的排放是宣威肺癌產(chǎn)生的因素之一[14].近幾年來流行病學(xué)研究表明,大氣環(huán)境中顆粒物易誘發(fā)肺癌而使死亡率增高[15].

顆粒物的質(zhì)量濃度是顆粒物的重要物理特性之一,可以表征顆粒物的污染特征.顆粒物質(zhì)量濃度與人類疾病(特別是呼吸系統(tǒng)疾病、心腦血管疾病)的發(fā)病率和死亡率具有顯著的相關(guān)性[16-17].宣威肺癌地區(qū)大氣顆粒物的物理特征方面的研究較少,雖然當(dāng)?shù)卮蟛糠志用褚呀?jīng)改善了排煙系統(tǒng),但是顆粒物濃度仍然較高,本研究采用重量稱量法,研究宣威肺癌高發(fā)區(qū)不同時(shí)段和室內(nèi)、外的質(zhì)量濃度變化特征,旨在為宣威肺癌的病因研究提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),并為宣威肺癌的防治提供依據(jù).

1樣品采集

為了弄清宣威地區(qū)不同燃料產(chǎn)生的可吸入顆粒物的質(zhì)量濃度特征,在宣威地區(qū)選擇散煤、型煤、用電、燃柴為燃料的6個(gè)鄉(xiāng)村(虎頭、落水、新建、龍林、舊堡、草花)19家農(nóng)戶進(jìn)行采樣,2次采樣時(shí)間分別為2011年1月和2011年3月.使用青島儀器廠的KB-120E型中流量TSP-PM10-PM2.5采樣器采集PM10和PM2.5,儀器距離地面約為1.5m,濾膜為90mm的石英濾膜,采樣流量為100L/min.室內(nèi)采樣在廚房進(jìn)行,室外采樣點(diǎn)距離屋門5m左右,室外采樣時(shí)與該戶室內(nèi)采樣同時(shí)進(jìn)行.采樣時(shí)間從09:00到次日09:00.

采樣前后,將濾膜置于溫度為20℃±1℃、相對濕度為40%±5%的條件下恒溫48h,然后用十萬分之一電子天平(AND,日本)稱量,然后根據(jù)采樣流量和采樣時(shí)間,計(jì)算顆粒物的質(zhì)量濃度[18].按公式(1)計(jì)算PM10的質(zhì)量濃度:C=(W2W1)/V(1)式中:C為質(zhì)量濃度,μg/m3;W1為采樣前濾膜的重量,μg;W2為采樣后濾膜的重量,μg;V為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的采樣體積,m3.

2結(jié)果與討論

2.1室內(nèi)外大氣顆粒物關(guān)系

近年來,很多研究應(yīng)用PM10的質(zhì)量濃度室內(nèi)/外(I/O)比值來研究室內(nèi)、外顆粒物的關(guān)系[19-23].如果I/O1,則室內(nèi)的顆粒物污染主要是由室內(nèi)污染源所引起;如果I/O<1,則室內(nèi)顆粒物主要來自室外.從表1可以看出,宣威地區(qū)各村莊的I/O比值為1.74~2.87,明顯高于北京地區(qū)PM10質(zhì)量濃度I/O比值(0.6~0.9)[24],說明宣威地區(qū)各村莊農(nóng)戶室內(nèi)的顆粒物污染主要是室內(nèi)污染源引起,這與當(dāng)?shù)氐淖》拷Y(jié)構(gòu)和使用煙煤做燃料有關(guān),宣威當(dāng)?shù)卮蟛糠肿糸T窗較小,房屋較低,沒有獨(dú)立廚房,火塘或爐灶處于客廳內(nèi)用于做飯和烤火.由于采樣期間為天氣較冷的冬天,燃煤較多,因此室內(nèi)顆粒物的污染較為嚴(yán)重.而北京受工業(yè)和交通污染影響,室外污染較為嚴(yán)重,而且北京住房多為客廳、臥室和廚房隔開,因此受廚房污染較小[18].

2.2做飯與非做飯時(shí)段的大氣顆粒物質(zhì)量濃度特征

在宣威地區(qū)肺癌村虎頭村對做飯時(shí)段和非做飯時(shí)段的室內(nèi)PM10樣品進(jìn)行采集,做飯與非做飯時(shí)段使用燃料均為塊狀煙煤,其質(zhì)量濃度分布情況為:做飯時(shí)段的4個(gè)PM10樣品的質(zhì)量濃度為355.6~488.9μg/m3,而非做飯時(shí)段3個(gè)樣品的質(zhì)量濃度為200~233.3μg/m3.做飯時(shí)段的質(zhì)量濃度明顯增大,說明做飯時(shí)段煙煤燃燒對室內(nèi)PM10濃度有嚴(yán)重的影響;PM10質(zhì)量濃度與做飯和采樣時(shí)間有一定關(guān)系,做飯時(shí)間越長,添加的燃煤越多,顆粒物質(zhì)量濃度越高;采樣時(shí)間越長,顆粒物的濃度不一定越高,因?yàn)樗軕粜秃屯L(fēng)等條件的影響,但短時(shí)間內(nèi)PM10濃度高于長時(shí)間內(nèi)濃度情況與曹守仁等[25]的研究結(jié)果一致.同時(shí)在該農(nóng)戶室外的煙囪口,選擇中午和晚上做飯時(shí)段及前后采集PM10樣品,其質(zhì)量濃度變化情況如下:中午做飯前10:55~11:25PM10質(zhì)量濃度為188.9μg/m3;中午做飯時(shí)段11:40~13:50PM10質(zhì)量濃度升至1047μg/m3;14:50~15:00午飯后時(shí)段PM10質(zhì)量濃度降至288.1μg/m3;下午做飯前時(shí)段16:20~17:20PM10質(zhì)量濃度又降至91.9μg/m3;晚飯做飯時(shí)段17:25~17:40采集的煙煤剛開始燃燒初期PM10樣品的質(zhì)量濃度升至8166.7μg/m3;隨后做飯過程中17:45~18:45時(shí)段PM10質(zhì)量濃度降至733.3μg/m3.結(jié)果顯示,室外煙囪口處做飯時(shí)段PM10質(zhì)量濃度明顯升高,這說明向火塘添加大量煙煤且煙煤剛開始燃燒階段會(huì)產(chǎn)生大量的PM10,并且通過煙囪將室內(nèi)污染轉(zhuǎn)移到室外.

2.3不同燃料類型用戶室內(nèi)大氣顆粒物質(zhì)量濃度特征

由表2可見,塊煤用戶室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度為48.11~1441.73μg/m3,均值442.49μg/m3(37個(gè)樣品),PM10的質(zhì)量濃度最高,說明室內(nèi)PM10的污染最嚴(yán)重.在37個(gè)樣品中有2個(gè)樣品的質(zhì)量濃度達(dá)到1400μg/m3以上,這2個(gè)樣品是在一個(gè)非常傳統(tǒng)的宣威老戶型的室內(nèi)采集,該戶2位老人常在火塘邊烤火,且沒有煙囪,因此室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度較高.在37個(gè)樣品中僅有4個(gè)樣品質(zhì)量濃度低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3,這說明宣威地區(qū)塊煤用戶的室內(nèi)PM10污染都較為嚴(yán)重.質(zhì)量濃度最低的3個(gè)為2011年3月中旬采集,此時(shí)宣威地區(qū)氣溫較高,用戶只在做飯時(shí)燃煤,而且門窗經(jīng)常打開通風(fēng),因此室內(nèi)PM10的質(zhì)量濃度較低;型煤用戶室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度范圍為393.68~404.60μg/m3,均值為399.14μg/m3(2個(gè)樣品);燃柴用戶室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度為139.99~151.01μg/m3,均值為145.50μg/m3(2個(gè)樣品);用電用戶室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度為43.75~288.41μg/m3,均值119.91μg/m3(6個(gè)樣品).在6個(gè)樣品中僅有1個(gè)樣品的質(zhì)量濃度高于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3,該戶處于公路邊且該戶室外廚房距離較近.總之,塊煤和型煤用戶的PM10平均質(zhì)量濃度均高于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3;而燃柴和用電用戶室內(nèi)PM10均值均低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3.這種現(xiàn)象說明不管是塊煤還是型煤用戶室內(nèi)PM10污染較為嚴(yán)重,而燃柴和用電用戶室內(nèi)PM10沒有形成污染.

周林[27]研究得出,肺癌村虎頭村PM10的質(zhì)量濃度日均值的平均值為104.27μg/m3,與本研究(442.49μg/m3)差別較大,主要原因可能是2011年1月16日晚(采樣第1天)宣威地區(qū)下了一場大雪,造成當(dāng)?shù)氐臍鉁乇容^低有關(guān),還與采樣農(nóng)戶的平時(shí)用煤量有一定關(guān)系.李紅格等[28]對山西太原“城中村”研究表明為散煤用戶室內(nèi)PM10平均值為1477μg/m3,蜂窩煤用戶室內(nèi)平均值為1167μg/m3,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本研究結(jié)果,這可能該城中村使用燃煤土小鍋爐有關(guān).

塊煤用戶室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度范圍為19.11~679.52μg/m3,均值為132.58μg/m3(17個(gè)樣品),超過國家環(huán)境保護(hù)部2月29日公布擬采用標(biāo)準(zhǔn)(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值75μg/m3近1倍說明污染較嚴(yán)重.在17個(gè)樣品中只有6個(gè)樣品PM2.5質(zhì)量濃度低于該標(biāo)準(zhǔn),說明塊煤燃燒引起的大部分用戶室內(nèi)PM2.5污染.不同燃料用戶中質(zhì)量濃度最高,說明塊煤用戶室內(nèi)PM2.5污染最嚴(yán)重;燃柴用戶室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度為51.63~58.85μg/m3,均值為55.24μg/m3(2個(gè)樣品);用電用戶室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度范圍為30.00~127.35μg/m3,均值為65.02μg/m3(4個(gè)樣品).在所有4個(gè)樣品中有一樣品點(diǎn)的PM2.5質(zhì)量濃度達(dá)到127.35μg/m3,該點(diǎn)位于公路邊且與獨(dú)立廚房較近,白天門窗打開受到室外污染的影響;用電和燃柴用戶的PM2.5的平均質(zhì)量濃度都低于國家環(huán)境保護(hù)部2月29日公布擬采用標(biāo)準(zhǔn)(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值75μg/m3,說明用電和燃柴用戶室內(nèi)PM2.5污染程度較低.

3結(jié)論

3.1各村莊的I/O比值均為1.74~2.87,遠(yuǎn)大于1,說明宣威地區(qū)農(nóng)戶室內(nèi)的顆粒物污染主要由室內(nèi)污染源引起,當(dāng)?shù)氐淖》拷Y(jié)構(gòu)和用煙煤做燃料是宣威地區(qū)室內(nèi)PM10污染較重的原因.

3.2做飯時(shí)段與非做飯時(shí)段比室內(nèi)PM10質(zhì)量濃度明顯增大,說明做飯時(shí)段室內(nèi)污染加重;做飯前后室外煙囪口出的PM10質(zhì)量濃度較低,說明做飯對燃煤產(chǎn)生的PM10有重要的影響.

3.3塊煤和型煤用戶的PM10平均質(zhì)量濃度均高于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3;而燃柴和用電用戶室內(nèi)PM10均值均低于室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T18883-2002)[26]PM10的日均值150μg/m3.說明塊煤、型煤用戶室內(nèi)PM10污染較為嚴(yán)重,而燃柴和用電用戶室內(nèi)PM10污染程度較低.

3.4塊煤用戶室內(nèi)PM2.5質(zhì)量濃度日均值的平均值超過國家環(huán)境保護(hù)部2月29日公布擬采用標(biāo)準(zhǔn)(GB3995-2012)[29]PM2.5日均值75μg/m3近1倍,說明污染較嚴(yán)重;用電和燃柴用戶的PM2.5的平均質(zhì)量濃度都低于75μg/m3,說明用電和燃柴用戶室內(nèi)PM2.5污染程度較低.

3.5顆粒物濃度較高時(shí)對人體健康影響比較嚴(yán)重,因此建議當(dāng)?shù)鼐用駪?yīng)該盡量安裝煙囪,減少塊煤而增加型煤的使用,經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下用電供暖和烹飪.