用VEF值評價(jià)地鐵車站內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的污染水平摘要: [目的]評價(jià)地鐵車站內(nèi)站臺和站廳揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的污染水平,并判斷來源。[方法]用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀對地鐵車站站臺和站廳揮發(fā)性有機(jī)物濃度進(jìn)行測定,并用揮發(fā)性有機(jī)物富集指數(shù)(VEF)進(jìn)行分析。[結(jié)果]兩車站站臺和站廳監(jiān)測點(diǎn)白天及夜晚的CO2濃度差異存在顯著性(P<0.01),監(jiān)測點(diǎn)白天和夜晚的VOCs濃度差異無顯著性(P>0.05)。地鐵車站內(nèi)VOCs的主要來源來自其自身室內(nèi)排放源,室外污染物濃度及通風(fēng)狀況等可能對室內(nèi)VOCs有影響。[結(jié)論]地鐵車站內(nèi)存在VOCs污染,用VEF評價(jià)地鐵車站內(nèi)VOCs污染狀況,能較簡便、準(zhǔn)確地反映其污染物來源,并可比較不同車站之間VOCs的濃度水平。關(guān)鍵詞: 地鐵車站;揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs);揮發(fā)性有機(jī)物富集指數(shù)(VEF);室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ) 由于地鐵車站的站臺、站廳系屬封閉的建筑結(jié)構(gòu),尤其是站臺大部分為地下二層,建筑材料和裝修材料是其主要的潛在室內(nèi)空氣污染源,其中揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的污染值得引起重視。近年來隨著上海城市交通的不斷發(fā)展,地下軌道交通正日益成為城市居民的主要交通工具,人們在地鐵車站內(nèi)逗留的時間也逐步增加。而地鐵車站內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的污染狀況究竟如何,目前國內(nèi)罕見報(bào)道。本文擬通過對上海地鐵車站站臺、站廳內(nèi)VOCs的跟蹤監(jiān)測,探討其濃度的變化規(guī)律。 國外學(xué)者報(bào)道密閉建筑物內(nèi)CO2和VOCs濃度存在一定的關(guān)系,在一些情況下,室內(nèi)污染物濃度的上升是由于人為活動和生物性釋放所造成,但同時室外污染源的影響也不容忽視,因此應(yīng)使用具特征性、且較簡便的指標(biāo)判斷污染物來源及潛在的室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)問題。CO2和VOCs是兩種重要的、已被廣泛監(jiān)測的室內(nèi)污染物,揮發(fā)性有機(jī)物富集指數(shù)(VEF)較有效地結(jié)合了這兩者之間的聯(lián)系,作為一種判斷方法,已在國外被用于室內(nèi)空氣質(zhì)量研究,特別是辦公室、居室、商用建筑等,其原理是通過室內(nèi)VOCs與生物源性VOCs濃度的比較,結(jié)合室內(nèi)CO2濃度變化,得出VEF值,來推斷室內(nèi)VOCs的可能來源及污染程度[1]。本文采用VEF方法評價(jià)地鐵車站內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物的污染水平。1材料與方法1.1現(xiàn)場測定及測定時間由于目前地鐵車站建筑結(jié)構(gòu)基本為地下三層島式或地下一層島式,選擇兩座不同地鐵車站的站臺、站廳進(jìn)行VOCs和CO2濃度的跟蹤監(jiān)測,兩車站建成時間為1999年9月,車站1為地下3層島式車站,車站2為地下1層島式車站,兩車站站廳及站臺面積相近,使用的建筑及裝潢材料、面積基本相同,車站內(nèi)均禁止吸煙。兩車站新風(fēng)量設(shè)計(jì)均為:空調(diào)季節(jié)新風(fēng)量為12.6m3/(h·人),且新風(fēng)量不小于總風(fēng)量的10%;非空調(diào)季節(jié)新風(fēng)量為30m3/(h·人)。1999年11月至2000年6月車輛間隔時間20min,2000年6月起為12min。 測定時間為1999年12月18日起開始第1次監(jiān)測,以后每月1次,至2001年2月18日止,共監(jiān)測15次。監(jiān)測當(dāng)日分別于上午10∶00~11∶00、晚上23∶00~24∶00各測定1次,選取兩車站站臺和站廳進(jìn)風(fēng)口附近位置作為室外對照點(diǎn),與室內(nèi)測定同步進(jìn)行,其中車站1的進(jìn)風(fēng)口位置更接近交通道路。測定當(dāng)日無雨及大風(fēng)等異常天氣,測定同時記錄當(dāng)時室內(nèi)外的氣溫、氣濕、風(fēng)速等。兩車站的測定開始時間基本一致。測定時的人流量情況如下:由于白天測定時非高峰時段,且正值試運(yùn)行階段,1999年11月至2000年6月,人流量約為300人/h,之后約為500人/h,兩車站相仿。晚上測定在地鐵車站關(guān)閉1h后進(jìn)行。1.2測定指標(biāo)1.2.1 CO2測定 使用國產(chǎn)GXH 3010E型二氧化碳分析儀現(xiàn)場讀數(shù)。1.2.2 VOCs測定1.2.2.1樣品采集 用已校正過流量的個體采樣器經(jīng)活性炭吸附管采集氣體100L。本次測定采用的活性炭收集管具有雙層結(jié)構(gòu),前端裝400mg,后端裝200mg。當(dāng)后端測得的濃度是前端的1/2時,表明該活性炭已達(dá)到飽和,將得不到正確的測定值,以此技術(shù)確保吸附方法的可靠性。1.2.2.2實(shí)驗(yàn)測定?、賰x器和試劑:FinniganVoyaer氣相色譜 質(zhì)譜聯(lián)用儀。二氧化硫(分析純,精硫處理)。②氣相色譜條件:色譜柱:DB 5MS石英毛細(xì)管色譜柱(30m×0.25mm,0 25μm);柱溫:50℃(保持2min)~200℃(保持10min),升溫速度:15℃/min。1.2.2.3 揮發(fā)性有機(jī)物富集指數(shù)(VEF)的計(jì)算及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1] VEF=(ΔCvocst/ΔCco2t)/(Cvocsb/Cco2b) 公式(1) 式中:ΔCvocst和ΔCco2t表示在相同時間的室內(nèi)VOCs和CO2超過室外對照的濃度,Cvocsb表示生物源性VOCs的排放速度,Cco2b表示生物源性CO2的排放速度。人類生物源性排放CO2和VOCs的資料已經(jīng)很詳細(xì),在普通工作條件下,CO2的排放速度為18L/(h·人)或35.3g/(h·人),VOCs的排放速度為14.8mg/(h·人)[2],則公式(1)可表示為:VEF=(ΔCvocst/ΔCco2t)/0.000419 公式(2) 本文采用公式(2)計(jì)算VEF值。 VEF值顯示了和單純生物源性排放的VOCs相比,室內(nèi)VOCs濃度的增加(VEF>1)及減少(VEF<1)。當(dāng)數(shù)值基本接近1時,表明室內(nèi)VOCs釋放來源主要是生物源性的;如果VEF值接近1,而CO2濃度很高(>0.1%),說明需要采取額外的通風(fēng)以消除室內(nèi)生物性的污染物;如果VEF值很高,如>5,提示室內(nèi)存在較強(qiáng)的非生物性VOCs來源,可能需要采取一定的措施以控制污染來源;如果存在較強(qiáng)的燃燒性CO2源,而VOCs無相應(yīng)來源,則VEF值會很小(如<0.3),這可能與煤油、煤氣加熱器的使用、其他在處理燃燒源時通風(fēng)不良等有關(guān)。1.3統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法 使用SPSS10.0統(tǒng)計(jì)軟件對結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。其中各監(jiān)測點(diǎn)和相應(yīng)對照點(diǎn)之間、各監(jiān)測點(diǎn)白天和夜晚之間的比較采用t檢驗(yàn);同監(jiān)測點(diǎn)、對照點(diǎn)之間的比較采用單因素方差分析,如P<0.05,則進(jìn)行多重比較(q檢驗(yàn))。2結(jié)果2.1兩車站站臺和站廳CO2的測定結(jié)果 表1顯示,兩車站站臺和站廳白天及夜晚的監(jiān)測點(diǎn)和對照點(diǎn)之間差異均存在顯著性(P<0.01);白天和夜晚各監(jiān)測點(diǎn)之間差異存在顯著性(P<0.01),經(jīng)q檢驗(yàn),車站1站臺及站廳均高于車站2相應(yīng)的監(jiān)測點(diǎn)(P<0.01);白天和夜晚各對照點(diǎn)之間差異均存在顯著性(P<0.01),經(jīng)q檢驗(yàn),白天車站1站臺及站廳均高于車站2相應(yīng)的對照點(diǎn)(P<0.01),夜晚車站1站臺高于車站2站臺;車站1站臺、站廳監(jiān)測點(diǎn)白天均高于夜晚(P<0.01),車站2站廳監(jiān)測點(diǎn)白天高于夜晚(P<0.01)。
2.2兩車站站臺和站廳VOCs的測定結(jié)果 表2顯示,兩車站站臺和站廳白天及夜晚的監(jiān)測點(diǎn)和對照點(diǎn)之間差異均存在顯著性(P<0.01);白天和夜晚各監(jiān)測點(diǎn)之間及各對照點(diǎn)之間差異不存在顯著性;兩車站站臺、站廳監(jiān)測點(diǎn)白天與夜晚之間差異無顯著性。2.3兩車站站臺和站廳的VEF值 先根據(jù)測定當(dāng)日的氣溫等,將測定的CO2體積濃度(%)換算成重量濃度(μg/m3),如23℃時的轉(zhuǎn)換系數(shù)為1ppm=1936μg/m3;再按公式2計(jì)算VEF值,結(jié)果見表3。 表3顯示,兩車站站臺和站廳白天和晚上VEF值差異無顯著性;車站1與車站2比較,兩者之間VEF值也無明顯差異。
3討論 室外VOCs主要來源于燃料燃燒、交通運(yùn)輸?shù)?室內(nèi)VOCs主要來源是:①來自室外污染空氣的擴(kuò)散;②來自室內(nèi)本身的排放源[3]。從地鐵車站來看,因其為相對密閉結(jié)構(gòu),室內(nèi)新鮮空氣主要來自通風(fēng)系統(tǒng),通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口周圍污染物的濃度高低可直接影響其室內(nèi)空氣質(zhì)量;此外由于兩車站建成不久即投入使用,室內(nèi)建筑裝飾材料(如油漆、膠合板等)排放的VOCs在短時間內(nèi)不能稀釋。測定結(jié)果顯示,第一次測定兩車站站臺和站廳VOCs濃度較高,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同時間室外對照點(diǎn)的濃度,同時兩站臺和站廳白天夜晚間差異均無顯著性,提示地鐵車站內(nèi)VOCs主要來源于其本身室內(nèi)排放源。從CO2的測定結(jié)果來看,兩車站各監(jiān)測點(diǎn)CO2測定值均未超過《公共交通等候室衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB9672-1996)中“0.15%”的最高限值。車站1和車站2相比,車站1站臺和站廳濃度均高于車站2,而測定時兩車站空調(diào)通風(fēng)及人流情況基本一致,產(chǎn)生的原因可能是車站1室外濃度較高(通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口更靠近交通道路),且其為地下三層,室內(nèi)CO2的稀釋更依賴于通風(fēng)系統(tǒng),而車站2為一層島式建筑,營業(yè)時室內(nèi)外空氣較易流通,CO2較易稀釋。室外VOCs的測定結(jié)果顯示有類似情況,提示室外濃度及空氣流通對室內(nèi)濃度的增高有一定影響。但由于未對室內(nèi)外VOCs作種類分析,尚難確定兩者之間的同源性,以及室外濃度對室內(nèi)濃度的貢獻(xiàn)。 從測定結(jié)果來看,兩車站站臺和站廳VOCs的濃度隨測定時間推移均有所下降,濃度和測定時間之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r均在-0.90~-1.00之間,P<0.05)。從回歸方程的斜率來看,下降速率最高的為車站2站廳白天,其次為該車站站廳夜晚;下降最低的是車站1站臺白天,其次為該車站站廳白天。文獻(xiàn)指出:室內(nèi)VOCs的衰減濃度受到室外大氣質(zhì)量、室內(nèi)污染源及VOCs的相互化學(xué)反應(yīng)、通風(fēng)狀況等因素的影響,其變化是一個復(fù)雜的過程有待深入研究[4]。一般新建筑物在使用一段時間后,其室內(nèi)VOCs排放濃度強(qiáng)度會有所降低至趨于穩(wěn)定,Wolkoff曾對此進(jìn)行研究,并指出,新建筑物內(nèi)的VOCs衰減時間大約為3~12月[5]。Molhave指出:當(dāng)室內(nèi)空氣VOCs濃度低于160μg/m3時,對人體健康基本沒有影響;但其最高濃度不得超過300μg/m3[6]。本文結(jié)果顯示,兩地鐵車站內(nèi)VOCs濃度即使在其建成后17個月后仍維持在較高水平,其污染程度不容忽視。通常非工業(yè)性建筑物內(nèi)的VOCs是由低毒性的種類組成的,高濃度的特定VOCs提示存在相應(yīng)的來源,如清潔劑、殺蟲劑等,此外電梯潤滑油等均能導(dǎo)致室內(nèi)VOC濃度的上升。因此,為探究地鐵車站內(nèi)VOCs的真正污染源,仍須進(jìn)一步進(jìn)行VOCs分類實(shí)驗(yàn)。目前衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)的指標(biāo)包括污染物濃度、污染源擴(kuò)散率、換氣率、嗅覺及感官指標(biāo)及人群密度等,理想的IAQ指示值應(yīng)簡單、便捷,易于測量,同時和室內(nèi)人群的健康舒適相關(guān)。在一些情況下,污染物的濃度并沒有和通風(fēng)、建筑物空氣交換率以及集中空調(diào)系統(tǒng)的使用之間有預(yù)期中強(qiáng)烈的關(guān)系,如VOCs等的濃度即使在較高的空氣換氣率時仍可能下降很少,這可能由于原因不明的來源自身下降效應(yīng)(source sinkeff fects)、室外來源的影響等有關(guān)[7~10]。與此相反,CO2與換氣率之間的關(guān)系是一致的,這主要是與其主要產(chǎn)生于室內(nèi)污染源、無明顯來源自身下降效應(yīng)、可在建筑物內(nèi)快速分散等有關(guān)[7~10]。本文采用的VEF方法已被國外學(xué)者廣泛用于室內(nèi)空氣質(zhì)量研究,從其計(jì)算公式可以看出,通過VOCs室內(nèi)外同步測定,濃度的增長可用以區(qū)分室內(nèi)外組分;同時,為增加VEF的穩(wěn)定性,引進(jìn)了CO2作為控制因素,由于CO2濃度測量手段精確,建筑物之間CO2濃度差異基本不同,CO2濃度的標(biāo)化(normaliza tion)可以調(diào)整建筑物特有的通風(fēng)狀況及換氣率,使不同建筑物之間的比較成為可能。VEF值適用于辦公樓、非工業(yè)性建筑,如果室內(nèi)只存在生物源性排放,VEF值應(yīng)為1,由于建筑物中材質(zhì)、設(shè)備、裝飾等也釋放VOCs,故通常情況下,VEF值超過1[1]。 根據(jù)對車站1和車站2的站臺和站廳的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行VEF值的計(jì)算,從表3可見,地鐵兩車站站臺和站廳的VEF普遍較高,按評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(若VEF值>5,提示室內(nèi)存在較強(qiáng)的非生物性VOCs來源),提示地鐵車站內(nèi)VOCs主要來源于其本身室內(nèi)排放源,與3.1所述一致。同時兩車站站臺、站廳白天與夜晚及兩車站之間VEF值差異無顯著性,提示在去除通風(fēng)狀況及室外濃度影響后,兩車站之間VOCs的水平基本是一致的。用VEF值評價(jià)地鐵車站內(nèi)VOCs污染狀況,能較簡便、準(zhǔn)確地反映其污染物來源,并可比較不同車站之間VOCs的濃度水平。由于VEF本身要求實(shí)驗(yàn)儀器、方法、測定時間等一致,適合一些大范圍的研究(如EPA等),因其方法統(tǒng)一,不易造成測量手段的偏倚,但VEF不適合工業(yè)性環(huán)境以及有毒化學(xué)物濃度持續(xù)升高的場所[11]。 對兩座地下鐵道車站站臺及站廳的研究結(jié)果表明:地鐵車站內(nèi)存在VOCs污染,其主要來源與其本身室內(nèi)排放源,室外污染物濃度及通風(fēng)狀況等有關(guān)。目前,地鐵現(xiàn)有的設(shè)備狀況尚不足以較快地減低室內(nèi)VOCs濃度。新建地鐵車站時應(yīng)考慮其進(jìn)風(fēng)口位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離交通干道等室外污染源,同時在其投入運(yùn)行前應(yīng)采取相應(yīng)的措施,如吸附技術(shù)等以降低室內(nèi)VOCs濃度。影響地鐵車站內(nèi)VOCs的衰減速率的因素較為復(fù)雜,有待進(jìn)一步深入研究。此外,地鐵車站室內(nèi)污染物的種類很多,如可吸入的顆粒物(IP)、微生物、放射性氡(Rn)等,其污染水平值得探究,以評價(jià)車站總體空氣質(zhì)量。參考文獻(xiàn):[1]BattermanS.TVOCandCO2ConcentrationsAsIndicatorsinIndoorAirQualityStudies[J].AmIndHygAssocJ1995,56(1):55 65.[2]Standard62 1989.Ventilationforacceptableindoorairquality,AmericanSocietyofHeating,Refrigeratingandairconditioningengineers[S].Atlanta:GA,1989.[3]完莉莉.室內(nèi)空氣有機(jī)污染的研究現(xiàn)狀[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù), 2001,13(2),12 16.[4]NeimeierR.ANOISHOverviewofIndoorEnvironmentalQualityandCon taminantLevels[R].SanFrancisco:IAQ’92Environmentsforpeople,1992.[5]WolkoffP,NielsenPA.Anewapproachforindoorclimatelabelingofbuild ingmaterialsemissiontesting,modeling,andcomfortevaluation[J].AtomsEnviron,1996,30:2679.[6]MolhaveL.Indoorairpollutionduetoorganicgassesandvaporsofsolventsinbuildingmaterials[J].EnvironInt,1982,8:117 127.[7]NagdaNL,KoontzMD,AlbrechtRJ.Effectofventilationrateinahealthybuildings[R].WashingtonDC:IAQ’91healthybuildings,1991.23 25.[8]CollettCW,VentrescaJA,TurnerS.Theimpactofincreasedventilationonindoorairquality[R].WashingtonDC:IAQ’91healthybuildings,1991.45 48.[9]NelsonCJ,ClaytonCA,WallaceLA,etal.EPA’sIndoorAirQualityandWorkEnvironmentSurvey[R].WashingtonDC:IAQ’91Healthybuilding,1991.11 16.[10]ShawCY,MageeRJ,RousseauJ.IndoorAirQualityassessmentinanoffice librarybuilding:Part2 Testresults[R].Indianapolis:IAQ’91healthybuildings,1991.34 36.[11]WeschlerCJ,ShieldsHC,Ranier.Concentrationsofvolatileorganiccom poundsatabuildingwithhealthandcomfortcomplaints[J].AmIndHygAssocJ,1988,51:21612 21628.


