摘要: [目的]评价地铁车站内站台和站厅挥发性有机物(ｖｏｃｓ)的污染水平,并判断来源。[方法]用气相色谱质谱联用仪对地铁车站站台和站厅挥发性有机物浓度进行测定,并用挥发性有机物富集指数(ｖｅｆ)进行分析。[结果]两车站站台和站厅监测点白天及夜晚的ｃｏ2浓度差异存在显著性(ｐ<0.01),监测点白天和夜晚的ｖｏｃｓ浓度差异无显著性(ｐ>0.05)。地铁车站内ｖｏｃｓ的主要来源来自其自身室内排放源,室外污染物浓度及通风状况等可能对室内ｖｏｃｓ有影响。[结论]地铁车站内存在ｖｏｃｓ污染,用ｖｅｆ评价地铁车站内ｖｏｃｓ污染状况,能较简便、准确地反映其污染物来源,并可比较不同车站之间ｖｏｃｓ的浓度水平。
关键词: 地铁车站;挥发性有机物(ｖｏｃｓ);挥发性有机物富集指数(ｖｅｆ);室内空气质量(ｉａｑ)
由于地铁车站的站台、站厅系属封闭的建筑结构,尤其是站台大部分为地下二层,建筑材料和装修材料是其主要的潜在室内空气污染源,其中挥发性有机化合物(ｖｏｃｓ)的污染值得引起重视。近年来随着上海城市交通的不断发展,地下轨道交通正日益成为城市居民的主要交通工具,人们在地铁车站内逗留的时间也逐步增加。而地铁车站内挥发性有机物的污染状况究竟如何,目前国内罕见报道。本文拟通过对上海地铁车站站台、站厅内ｖｏｃｓ的跟踪监测,探讨其浓度的变化规律。
国外学者报道密闭建筑物内ｃｏ2和ｖｏｃｓ浓度存在一定的关系,在一些情况下,室内污染物浓度的上升是由于人为活动和生物性释放所造成,但同时室外污染源的影响也不容忽视,因此应使用具特征性、且较简便的指标判断污染物来源及潜在的室内空气质量(ｉａｑ)问题。ｃｏ2和ｖｏｃｓ是两种重要的、已被广泛监测的室内污染物,挥发性有机物富集指数(ｖｅｆ)较有效地结合了这两者之间的联系,作为一种判断方法,已在国外被用于室内空气质量研究,特别是办公室、居室、商用建筑等,其原理是通过室内ｖｏｃｓ与生物源性ｖｏｃｓ浓度的比较,结合室内ｃｏ2浓度变化,得出ｖｅｆ值,来推断室内ｖｏｃｓ的可能来源及污染程度[1]。本文采用ｖｅｆ方法评价地铁车站内挥发性有机物的污染水平。
1 材料与方法
1.1 现场测定及测定时间由于目前地铁车站建筑结构基本为地下三层岛式或地下一层岛式,选择两座不同地铁车站的站台、站厅进行ｖｏｃｓ和ｃｏ2浓度的跟踪监测,两车站建成时间为1999年9月,车站1为地下3层岛式车站,车站2为地下1层岛式车站,两车站站厅及站台面积相近,使用的建筑及装潢材料、面积基本相同,车站内均禁止吸烟。两车站新风量设计均为:空调季节新风量为12.6ｍ3/(ｈ·人),且新风量不小于总风量的10%;非空调季节新风量为30ｍ3/(ｈ·人)。1999年11月至2000年6月车辆间隔时间20ｍｉｎ,2000年6月起为12ｍｉｎ。
测定时间为1999年12月18日起开始第1次监测,以后每月1次,至2001年2月18日止,共监测15次。监测当日分别于上午10∶00～11∶00、晚上23∶00～24∶00各测定1次,选取两车站站台和站厅进风口附近位置作为室外对照点,与室内测定同步进行,其中车站1的进风口位置更接近交通道路。测定当日无雨及大风等异常天气,测定同时记录当时室内外的气温、气湿、风速等。两车站的测定开始时间基本一致。测定时的人流量情况如下:由于白天测定时非高峰时段,且正值试运行阶段,1999年11月至2000年6月,人流量约为300人/ｈ,之后约为500人/ｈ,两车站相仿。晚上测定在地铁车站关闭1ｈ后进行。
1.2 测定指标
1.2.1 ｃｏ2测定
使用国产ｇｘｈ 3010ｅ型二氧化碳分析仪现场读数。
1.2.2 ｖｏｃｓ测定
1.2.2.1 样品采集
用已校正过流量的个体采样器经活性炭吸附管采集气体100ｌ。本次测定采用的活性炭收集管具有双层结构,前端装400ｍｇ,后端装200ｍｇ。当后端测得的浓度是前端的1/2时,表明该活性炭已达到饱和,将得不到正确的测定值,以此技术确保吸附方法的可靠性。
1.2.2.2 实验测定 ①仪器和试剂:ｆｉｎｎｉｇａｎｖｏｙａｅｒ气相色谱 质谱联用仪。二氧化硫(分析纯,精硫处理)。②气相色谱条件:色谱柱:ｄｂ 5ｍｓ石英毛细管色谱柱(30ｍ×0.25ｍｍ,0 25μｍ);柱温:50℃(保持2ｍｉｎ)～200℃(保持10ｍｉｎ),升温速度:15℃/ｍｉｎ。
1.2.2.3 挥发性有机物富集指数(ｖｅｆ)的计算及评价标准[1]
ｖｅｆ=(δｃｖｏｃｓｔ/δｃｃｏ2ｔ)/(ｃｖｏｃｓｂ/ｃｃｏ2ｂ) 公式(1)
式中:δｃｖｏｃｓｔ和δｃｃｏ2ｔ表示在相同时间的室内ｖｏｃｓ和ｃｏ2超过室外对照的浓度,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。人类生物源性排放ｃｏ2和ｖｏｃｓ的资料已经很详细,在普通工作条件下,ｃｏ2的排放速度为18ｌ/(ｈ·人)或35.3ｇ/(ｈ·人),ｖｏｃｓ的排放速度为14.8ｍｇ/(ｈ·人)[2],则公式(1)可表示为:
ｖｅｆ=(δｃｖｏｃｓｔ/δｃｃｏ2ｔ)/0.000419 公式(2)
本文采用公式(2)计算ｖｅｆ值。
ｖｅｆ值显示了和单纯生物源性排放的ｖｏｃｓ相比,室内ｖｏｃｓ浓度的增加(ｖｅｆ>1)及减少(ｖｅｆ<1)。当数值基本接近1时,表明室内ｖｏｃｓ释放来源主要是生物源性的;如果ｖｅｆ值接近1,而ｃｏ2浓度很高(>0.1%),说明需要采取额外的通风以消除室内生物性的污染物;如果ｖｅｆ值很高,如>5,提示室内存在较强的非生物性ｖｏｃｓ来源,可能需要采取一定的措施以控制污染来源;如果存在较强的燃烧性ｃｏ2源,而ｖｏｃｓ无相应来源,则ｖｅｆ值会很小(如<0.3),这可能与煤油、煤气加热器的使用、其他在处理燃烧源时通风不良等有关。
1.3 统计检验方法
使用ｓｐｓｓ10.0统计软件对结果进行统计分析。其中各监测点和相应对照点之间、各监测点白天和夜晚之间的比较采用ｔ检验;同监测点、对照点之间的比较采用单因素方差分析,如ｐ<0.05,则进行多重比较(ｑ检验)。
2 结果
2.1 两车站站台和站厅ｃｏ2的测定结果
表1显示,两车站站台和站厅白天及夜晚的监测点和对照点之间差异均存在显著性(ｐ<0.01);白天和夜晚各监测点之间差异存在显著性(ｐ<0.01),经ｑ检验,车站1站台及站厅均高于车站2相应的监测点(ｐ<0.01);白天和夜晚各对照点之间差异均存在显著性(ｐ<0.01),经ｑ检验,白天车站1站台及站厅均高于车站2相应的对照点(ｐ<0.01),夜晚车站1站台高于车站2站台;车站1站台、站厅监测点白天均高于夜晚(ｐ<0.01),车站2站厅监测点白天高于夜晚(ｐ<0.01)。
2.2 两车站站台和站厅ｖｏｃｓ的测定结果
表2显示,两车站站台和站厅白天及夜晚的监测点和对照点之间差异均存在显著性(ｐ<0.01);白天和夜晚各监测点之间及各对照点之间差异不存在显著性;两车站站台、站厅监测点白天与夜晚之间差异无显著性。
2.3 两车站站台和站厅的ｖｅｆ值
先根据测定当日的气温等,将测定的ｃｏ2体积浓度(%)换算成重量浓度(μｇ/ｍ3),如23℃时的转换系数为1ｐｐｍ=1936μｇ/ｍ3;再按公式2计算ｖｅｆ值,结果见表3。
表3显示,两车站站台和站厅白天和晚上ｖｅｆ值差异无显著性;车站1与车站2比较,两者之间ｖｅｆ值也无明显差异。
3 讨论
室外ｖｏｃｓ主要来源于燃料燃烧、交通运输等,室内ｖｏｃｓ主要来源是:①来自室外污染空气的扩散;②来自室内本身的排放源[3]。从地铁车站来看,因其为相对密闭结构,室内新鲜空气主要来自通风系统,通风系统进风口周围污染物的浓度高低可直接影响其室内空气质量;此外由于两车站建成不久即投入使用,室内建筑装饰材料(如油漆、胶合板等)排放的ｖｏｃｓ在短时间内不能稀释。测定结果显示,第一次测定两车站站台和站厅ｖｏｃｓ浓度较高,远远高于同时间室外对照点的浓度,同时两站台和站厅白天夜晚间差异均无显著性,提示地铁车站内ｖｏｃｓ主要来源于其本身室内排放源。从ｃｏ2的测定结果来看,两车站各监测点ｃｏ2测定值均未超过《公共交通等候室卫生标准》(ｇｂ9672-1996)中“0.15%”的最高限值。车站1和车站2相比,车站1站台和站厅浓度均高于车站2,而测定时两车站空调通风及人流情况基本一致,产生的原因可能是车站1室外浓度较高(通风系统进风口更靠近交通道路),且其为地下三层,室内ｃｏ2的稀释更依赖于通风系统,而车站2为一层岛式建筑,营业时室内外空气较易流通,ｃｏ2较易稀释。室外ｖｏｃｓ的测定结果显示有类似情况,提示室外浓度及空气流通对室内浓度的增高有一定影响。但由于未对室内外ｖｏｃｓ作种类分析,尚难确定两者之间的同源性,以及室外浓度对室内浓度的贡献。
从测定结果来看,两车站站台和站厅ｖｏｃｓ的浓度随测定时间推移均有所下降,浓度和测定时间之间存在显著的负相关关系(ｒ均在-0.90～-1.00之间,ｐ<0.05)。从回归方程的斜率来看,下降速率最高的为车站2站厅白天,其次为该车站站厅夜晚;下降最低的是车站1站台白天,其次为该车站站厅白天。文献指出:室内ｖｏｃｓ的衰减浓度受到室外大气质量、室内污染源及ｖｏｃｓ的相互化学反应、通风状况等因素的影响,其变化是一个复杂的过程有待深入研究[4]。一般新建筑物在使用一段时间后,其室内ｖｏｃｓ排放浓度强度会有所降低至趋于稳定,ｗｏｌｋｏｆｆ曾对此进行研究,并指出,新建筑物内的ｖｏｃｓ衰减时间大约为3～12月[5]。ｍｏｌｈａｖｅ指出:当室内空气ｖｏｃｓ浓度低于160μｇ/ｍ3时,对人体健康基本没有影响;但其最高浓度不得超过300μｇ/ｍ3[6]。本文结果显示,两地铁车站内ｖｏｃｓ浓度即使在其建成后17个月后仍维持在较高水平,其污染程度不容忽视。通常非工业性建筑物内的ｖｏｃｓ是由低毒性的种类组成的,高浓度的特定ｖｏｃｓ提示存在相应的来源,如清洁剂、杀虫剂等,此外电梯润滑油等均能导致室内ｖｏｃ浓度的上升。因此,为探究地铁车站内ｖｏｃｓ的真正污染源,仍须进一步进行ｖｏｃｓ分类实验。
目前衡量室内空气质量(ｉａｑ)的指标包括污染物浓度、污染源扩散率、换气率、嗅觉及感官指标及人群密度等,理想的ｉａｑ指示值应简单、便捷,易于测量,同时和室内人群的健康舒适相关。在一些情况下,污染物的浓度并没有和通风、建筑物空气交换率以及集中空调系统的使用之间有预期中强烈的关系,如ｖｏｃｓ等的浓度即使在较高的空气换气率时仍可能下降很少,这可能由于原因不明的来源自身下降效应(ｓｏｕｒｃｅ ｓｉｎｋｅｆｆ ｆｅｃｔｓ)、室外来源的影响等有关[7～10]。与此相反,ｃｏ2与换气率之间的关系是一致的,这主要是与其主要产生于室内污染源、无明显来源自身下降效应、可在建筑物内快速分散等有关[7～10]。本文采用的ｖｅｆ方法已被国外学者广泛用于室内空气质量研究,从其计算公式可以看出,通过ｖｏｃｓ室内外同步测定,浓度的增长可用以区分室内外组分;同时,为增加ｖｅｆ的稳定性,引进了ｃｏ2作为控制因素,由于ｃｏ2浓度测量手段精确,建筑物之间ｃｏ2浓度差异基本不同,ｃｏ2浓度的标化(ｎｏｒｍａｌｉｚａ ｔｉｏｎ)可以调整建筑物特有的通风状况及换气率,使不同建筑物之间的比较成为可能。ｖｅｆ值适用于办公楼、非工业性建筑,如果室内只存在生物源性排放,ｖｅｆ值应为1,由于建筑物中材质、设备、装饰等也释放ｖｏｃｓ,故通常情况下,ｖｅｆ值超过1[1]。
根据对车站1和车站2的站台和站厅的监测结果进行ｖｅｆ值的计算,从表3可见,地铁两车站站台和站厅的ｖｅｆ普遍较高,按评价标准(若ｖｅｆ值>5,提示室内存在较强的非生物性ｖｏｃｓ来源),提示地铁车站内ｖｏｃｓ主要来源于其本身室内排放源,与3.1所述一致。同时两车站站台、站厅白天与夜晚及两车站之间ｖｅｆ值差异无显著性,提示在去除通风状况及室外浓度影响后,两车站之间ｖｏｃｓ的水平基本是一致的。用ｖｅｆ值评价地铁车站内ｖｏｃｓ污染状况,能较简便、准确地反映其污染物来源,并可比较不同车站之间ｖｏｃｓ的浓度水平。由于ｖｅｆ本身要求实验仪器、方法、测定时间等一致,适合一些大范围的研究(如ｅｐａ等),因其方法统一,不易造成测量手段的偏倚,但ｖｅｆ不适合工业性环境以及有毒化学物浓度持续升高的场所[11]。
对两座地下铁道车站站台及站厅的研究结果表明:地铁车站内存在ｖｏｃｓ污染,其主要来源与其本身室内排放源,室外污染物浓度及通风状况等有关。目前,地铁现有的设备状况尚不足以较快地减低室内ｖｏｃｓ浓度。新建地铁车站时应考虑其进风口位置应尽量远离交通干道等室外污染源,同时在其投入运行前应采取相应的措施,如吸附技术等以降低室内ｖｏｃｓ浓度。影响地铁车站内ｖｏｃｓ的衰减速率的因素较为复杂,有待进一步深入研究。此外,地铁车站室内污染物的种类很多,如可吸入的颗粒物(ｉｐ)、微生物、放射性氡(ｒｎ)等,其污染水平值得探究,以评价车站总体空气质量。
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