环境科学  2021, Vol. 42 Issue (5): 2153-2158   PDF    
引用本文
范洁, 樊灏, 沈振兴, 党文鹏, 郑伟, 王志华, 付毅. 西安市新装修公共场所空气污染物浓度分析及健康风险评价[J]. 环境科学, 2021, 42(5): 2153-2158.
FAN Jie, FAN Hao, SHEN Zhen-xing, DANG Wen-peng, ZHENG Wei, WANG Zhi-hua, FU Yi. Concentration Analysis and Health Risk Assessment of Air Pollutants in Newly Decorated Public Places in Xi'an[J]. Environmental Science, 2021, 42(5): 2153-2158.
西安市新装修公共场所空气污染物浓度分析及健康风险评价
范洁1, 樊灏1, 沈振兴1, 党文鹏2, 郑伟2, 王志华2, 付毅2     
1. 西安交通大学环境科学与工程系, 西安 710049;
2. 陕西云杭环保科技有限公司, 西安 710075
收稿日期: 2020-09-27; 修订日期: 2020-11-03
基金项目: 国家自然科学基金项目（41877383）
作者简介: 范洁(1996~), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为大气污染物特征, E-mail: 17506482650@163.com
通信作者: 沈振兴, E-mail: zxshen@mail.xjtu.edu.cn
摘要: 为了解公共场所室内空气污染现状及健康风险，在2017年12月~2020年7月对西安市区内5类新装修的公共场所（办公室、教室、实验室、银行和医院）进行了空气质量监测及人体健康风险评价.监测的项目包括：甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙酸正丁酯、乙苯、苯乙烯、正十一烷和总挥发性有机物（TVOC）.结果表明，污染物中甲醛的超标率最高（59.4%），其次为甲苯、TVOC、苯和二甲苯.在5类公共场所中，医院的污染物超标率最高（46.7%），主要超标物为甲醛、苯和甲苯.结果表明，甲醛和TVOC浓度与温、湿度呈现良好的正相关.健康风险评价结果表明，不同场所的人群均存在甲醛和苯的致癌风险，且在银行工作的人群存在较高的甲醛致癌风险，在医院工作的人群存在较高的苯致癌风险.本研究对西安市公共场所室内空气污染水平提供了参考，对相关人群健康风险研究具有重要意义.
关键词: 甲醛      总挥发性有机物      医院      银行      浓度水平      健康风险评价     
Concentration Analysis and Health Risk Assessment of Air Pollutants in Newly Decorated Public Places in Xi'an
FAN Jie1 , FAN Hao1 , SHEN Zhen-xing1 , DANG Wen-peng2 , ZHENG Wei2 , WANG Zhi-hua2 , FU Yi2     
1. Department of Environmental Science and Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China;
2. Shaanxi Yunhang Environmental Protection Technology Co., Ltd., Xi'an 710075, China
Abstract: In order to understand the levels of indoor air pollution and health risks in public places, our research group conducted air quality monitoring and human health risk assessments for five types of public places (offices, classrooms, laboratories, banks, and hospitals) in Xi'an City from December 2017 to July 2020. The test items included formaldehyde, benzene, toluene, xylene, n-butyl acetate, ethylbenzene, styrene, n-undecane, and total volatile organic compounds (TVOC). The results showed that formaldehyde had the highest exceedance rate (59.4%), followed by toluene, TVOC, benzene, and xylene. Among the five types of public places, hospitals had the highest rate of pollutants exceeding the standard (46.7%), and the main pollutants exceeding the standard were formaldehyde, benzene, and toluene. The results showed that the concentrations of formaldehyde and TVOC were positively correlated with temperature and humidity. The health risk assessment results showed that there were carcinogenic risks of formaldehyde and benzene in different places; people working in banks had a higher risk of formaldehyde carcinogenesis, and those working in hospitals had a higher risk of benzene carcinogenesis. This study provides a reference for the level of indoor air pollution in public places in Xi'an City, and is of great significance to the health risk research of related populations.
Key words: formaldehyde      total volatile organic compounds (TVOC)      hospital      bank      concentration level      health risk assessment     

近年来, 由于房屋的过度装修, 室内空气质量受到了广泛的关注.挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)被广泛地应用于各种建筑材料、家具、涂料、壁纸和黏合剂等[1~3], 是重要的室内空气污染物, 如甲醛和苯等.

为控制室内空气污染物浓度, 《空气质量标准》(GB/T 18883-2002)规定了污染物的标准限值, 甲醛、苯、甲苯、二甲苯和总挥发性有机物(total volatile organic compounds, TVOC)的标准值分别为0.10、0.11、0.20、0.20和0.60 mg·m-3, 但室内空气污染物的超标率依然很高.Shang等[4]研究了中国4个城市商场的空气质量水平, 甲醛浓度范围为0.03~0.12 mg·m-3, TVOC浓度范围为0.03~0.74 mg·m-3.Sofuoglu等[5]的研究发现甲醛、甲苯和苯是小学教室的主要污染物, 根据健康评价结果, 甲醛因具有较高的慢性毒性和致癌风险水平成为对人体危害较大的污染物.室内空气污染形势严峻, 目前关于居民住房空气质量已有大量研究, 而关于公共场所的室内空气污染研究较少, 尤其是可能有高浓度VOCs污染的公共场所, 如医院[6], 必须明确其VOCs的暴露水平和健康风险.

为了解公共场所空气中主要污染物的浓度水平及其对人体健康的影响, 本文开展了对西安市区内新装修的办公室、教室、实验室、医院和银行共357个公共场所房屋内的主要空气污染物(甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙酸正丁酯、乙苯、苯乙烯、正十一烷和TVOC)的监测研究, 分析了不同公共场所主要污染物的浓度水平及温、湿度对甲醛和TVOC浓度的影响, 最后评估了不同公共场所内甲醛和苯对人体的健康风险.

1 材料与方法 1.1 样品的采集

本实验在2017年12月~2020年7月对西安市的48个室内办公场所(216个办公室)、20所学校(83个教室)、25个实验室、5家银行和5所医院进行了空气污染物浓度测定.监测项目包括：甲醛、苯、甲苯、二甲苯、乙酸正丁酯、乙苯、苯乙烯、正十一烷和TVOC.所有采样点均分布在西安市周边, 监测的房间均在过去的6月内进行了装修.

采样前, 所有房屋均保持正常状态, 门窗关闭至少12 h, 采样装置安装在离地面1.5 m的三脚架上, 接近呼吸高度.采样时检查装置气密性, 记录室内温度、湿度、压力、户型、装修时间和装修材料等一般描述.

甲醛样品采用气泡样管采样器(QC-2, 北京市劳动保护学院)采集.VOCs样品采用恒流采样器(QC-2, 北京市劳动保护学院)和装有200 mg Tenax-TA吸收剂(60~80目)的不锈钢管采集.样品流速为0.5 L·min-1, 采样时间20 min.甲醛样品取样后冷藏, 不暴露于光下, 用于VOCs的吸收采样不锈钢管严密密封.然后, 样品被立即运送到实验室进行分析.在室内采样时, 还测量了外侧对照样本和空白样本.

1.2 分析方法

样品分析方法参考国家标准《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)[7].甲醛采用苯酚试剂分光光度法测定.VOCs采用配备有火焰电离检测器(FID)(FULI-9790)的气相色谱仪分析, 检测器包括毛细管柱(SE-30, 50 m×0.32 mm石英毛细管柱)和热解吸装置(JX-3).

1.3 健康风险评价

采用美国环保署(USEPA)健康风险评价方法的致癌风险评价模型[8], 计算方法见下式：

(1)

式中, CR表示致癌风险; LADD表示终身日均暴露量, mg·(kg·d)-1; SF表示致癌斜率因子, kg·d·mg-1

(2)

式中, CA表示空气中的污染物浓度, mg·m-3; IR表示呼吸速率, m3·h-1; ET表示暴露时间, h·d-1; EF表示暴露频率, d·a-1; ED表示暴露持续时间, a; BW表示体重, kg; LT表示预期寿命, 25 500 d

2 结果与讨论 2.1 公共场所污染物的浓度水平

表 1为本研究357个公共场所房屋的空气质量分析结果, 在所有的监测位点中均检测到了甲醛、苯、甲苯、二甲苯、TVOC、乙酸正丁酯、乙苯、苯乙烯和正十一烷.甲醛浓度范围为0.05~0.38 mg·m-3, 超标率为59.4%.TVOC超标率为14.0%, 最高超标倍数为4.1.苯、甲苯和二甲苯的超标率依次为：13.2%、17.4%和3.1%.在所有的检测项目中甲醛的超标率最高, 污染最为严重.

表 1 公共场所空气质量检测情况 Table 1 Air quality inspection in public places

世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单中, 甲醛和苯为1类致癌物, 明确可以致癌, 乙苯和苯乙烯为2类致癌物, 具有动物致癌性.在本研究中乙苯和苯乙烯的平均浓度分别为0.05 mg·m-3和0.02 mg·m-3, 其对室内空气污染程度较低. Chang等[10]研究了2014~2015年西安市居民室内空气质量, 甲醛浓度范围为0.02~0.45 mg·m-3, 超标率为83.6%, TVOC最大浓度为0.84 mg·m-3, 超标率为11.6%.通过比较居民住宅和公共场所的空气污染水平, 发现公共场所的室内空气污染程度低于住宅.其原因可能是多数公共场所房屋装修较为简单, 装饰材料少, 且公共场所空间较大, 有利于通风, 使污染物稀释扩散[10].

为探究房屋内主要污染物浓度分布及超标情况, 绘制了不同污染物浓度的房屋数量分布(图 1).甲醛浓度主要集中在0.05~0.15 mg·m-3, 而TVOC、苯和二甲苯浓度主要集中在标准值以下.甲醛主要来源于人造板、胶黏剂和地毯等[11, 12]被广泛应用的装修材料, 在室内装修中甲醛污染最为严重, 室内苯系物主要来源于油漆、涂料和溶剂等, 其中甲苯还来自于油墨和印刷产品等[13, 14].在所检测的苯系物中, 甲苯浓度较高, 可能的原因是公共场所人群对打印机及印刷产品的使用较多.

图 1 检测项目的浓度分布 Fig. 1 Concentration distribution of detected items

2.2 不同公共场所的污染物浓度水平

检测的357个公共空间房屋包括办公室216个、教室83个、实验室25个、银行21个和医院12个.不同公共场所的污染物超标情况如图 2所示.医院的污染物超标率最高为46.7%, 接下来依次是银行、办公室、实验室和教室, 分别为38.1%、23.9%、17.6%和5.5%.由此可见, 医院、银行、办公室和实验室室内空气质量较差, 而教室的污染相对较轻.

图 2 不同公共场所的污染物超标率 Fig. 2 Pollutant exceedance rate in different public places

在不同公共场所污染物浓度超标情况中(表 2), 医院的甲醛超标率达到83.3%, TVOC超标率为50.0%, 苯和甲苯超标率均为41.7%, 这是由于甲醛水溶液被广泛应用于医院的病理科用于标本保存, 在取材、制片和阅片诊断等过程中均涉及甲醛的暴露[15].银行的甲醛和甲苯超标率分别为76.2%和61.9%, 这与杨常交等[16]的检测结果基本一致, 甲醛和甲苯为主要污染物, 并主要源于木制家具及油漆[12].教室的污染物超标率最低可能因为教室装修较为简洁, 基本不存在壁纸和木地板等装修材料[5].

表 2 不同室内空间污染物浓度和超标情况 Table 2 Pollutant concentrations and standard exceedance in different indoor spaces

在办公室、实验室、银行和医院这4类公共场所中(图 3), 甲醛浓度的算术平均值(0.12~0.16 mg·m-3)均高于国家标准值(0.10 mg·m-3), 银行的甲醛平均浓度较高(0.16 mg·m-3)且浓度范围(0.07~0.38 mg·m-3)较宽.办公室、教室和实验室的TVOC浓度水平相当, 其算术平均值均低于国家标准值(0.60 mg·m-3), 医院的TVOC平均浓度(0.86 mg·m-3)较其他4类场所高且浓度范围较宽(0.14~2.28 mg·m-3).

图 3 不同公共场所甲醛和TVOC浓度水平 Fig. 3 Concentrations of formaldehyde and TVOC in different public places

2.3 温、湿度对甲醛和TVOC浓度的影响

为了探究影响室内空气污染物浓度的因素, 选取了办公室样本的温、湿度与甲醛和TVOC浓度做相关性分析.样本的温度范围为9.2~33.5℃, 相对湿度范围为21.7%~91.0%(图 4).温、湿度对VOCs的影响与其亨利定理常数密切相关, VOCs的亨利定律常数越大, 温、湿度对其的影响就越大[17, 18].

图 4 甲醛、TVOC浓度与温湿度相关性 Fig. 4 Correlations between the concentrations of formaldehyde, TVOC, and temperature and humidity

如图 4所示, 甲醛、TVOC浓度与温、湿度均呈现正相关的关系.VOCs的释放机制为蒸发和扩散[19~21], 高温环境会增加装饰材料和物品中VOCs的释放速率.当湿度升高时, 被蒸发到室内空气中的蒸气含量增加, 蒸气会与吸附在颗粒、灰尘和家具物体表面的VOCs进行竞争性吸附, 从而使更多的VOCs物质进入室内空气中[22].甲醛是一种易溶于水的化合物, 相对湿度较高会使家具及装饰材料中富含甲醛的胶黏剂水解, 从而导致甲醛浓度升高, 而高温有利于甲醛从家具中蒸发出来, 在室内空气中扩散[23], 故而, VOCs的释放量随着温、湿度的升高而增加.

2.4 人体健康风险评价

为了评估甲醛和苯造成的健康风险, 对不同公共空间和人群进行了接触风险评估.相关参数见表 3, 甲醛和苯的致癌斜率因子依据USEPA的IRIS数据库[24], 分别为0.027 kg·d·mg-1和0.046 kg·d·mg-1.在本研究中, 5类公共场所甲醛的致癌风险范围为1.73×10-5~1.25×10-4(图 5), 均超过了USEPA建议的可接受的风险范围(1×10-6), 即不同公共场所的人群均存在甲醛致癌风险, 银行的致癌风险略大于其他4类场所, 且男性的致癌因子大于女性, 在之前的研究中也有类似的结果[25].苯在不同公共场所的致癌因子范围为1.64×10-5~2.89×10-4, 医院的苯的致癌风险远大于其他四类场所.儿童在教室的持续暴露时间小于成人, 因此相应癌症风险比成人低, 但其致癌因子均大于10-6, 仍存在较大的致癌风险, 不容忽视.

表 3 健康风险评价相关参数 Table 3 Related parameters of health risk assessment

图 5 甲醛和苯的致癌风险评估 Fig. 5 Carcinogenic risk assessment of formaldehyde and benzene

3 结论

(1) 在所检测的9类污染物中, 甲醛超标最为严重, 超标率为59.4%, 其次为甲苯、TVOC、苯和二甲苯, 超标率分别为17.4%、14.0%、13.2%和3.1%.甲醛浓度范围为0.05~0.38 mg·m-3, 超标浓度主要集中在0.10~0.15 mg·m-3.

(2) 在5类公共场所中, 医院的污染物超标率最高为46.7%, 其次为银行、办公室、实验室和教室.医院主要超标物为甲醛、苯、甲苯和TVOC, 银行和办公室的主要污染物为来源于木制家具及油漆的甲醛和甲苯.

(3) 甲醛、TVOC与温、湿度均呈现正相关关系.VOCs的释放量随着温、湿度的升高而增加, 高温高湿环境会增加装饰材料和物品中VOCs的释放速率.

(4) 在健康风险评价中, 不同公共场所甲醛和苯的致癌因子均大于USEPA推荐的安全限值(1×10-6), 即不同场所的人群均存在甲醛和苯的致癌风险, 且在银行工作的人群存在较高的甲醛致癌风险, 在医院工作的人群存在较高的苯致癌风险.

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