胡曉紅，田 帆，邱鵬程，王 苗，鐘 瑤，仝慶華

(1.上海理工大學 能源與動力工程學院，上海 楊浦區(qū) 200093;2.上海市特種設備監(jiān)督檢驗技術研究院,上海 普陀區(qū) 200062)

粉筆塵是一類常見的影響廣大師生健康的氣溶膠。文獻[1]為證實粉筆塵對教師健康的危害程度和危害性質，對教室粉筆塵進行了衛(wèi)生學監(jiān)測，結果表明教師作業(yè)點處的粉筆塵濃度大于衛(wèi)生標準。文獻[2]對粉筆塵的成分進行了分析，并研究了細粉筆顆粒物質(PM2.5)對大鼠肺泡巨噬細胞(AMS)的影響，研究結果表明粉筆PM2.5的細胞毒性可能與活性氧的產生有關。國內外關于粉筆的研究主要集中于粉筆的成分[3-4]和健康威脅方面[5]，并且有相應的除塵裝置發(fā)明和無塵粉筆的研究，而對粉筆塵粒徑大小、各粒徑濃度分布等方面研究甚少。粒徑大小決定了顆粒物在呼吸系統(tǒng)沉積的位置和數量，氣溶膠顆粒物直徑小于或等于10μm的顆粒(PM10)被世界衛(wèi)生組織稱為可吸入顆粒。PM10顆粒能通過呼吸進入人體的呼吸道，而PM2.5顆粒表面吸附的大量有毒有害物質，能進入血液循環(huán)到達其他器官[6-8]。據調查，目前常規(guī)學校的教學方式大部分是在教室內完成授課活動，并且在下雨或者寒冷天氣教室門窗處于半關閉或者全關閉的狀態(tài)[2,9]。本文利用超細顆粒氣溶膠粒徑譜儀研究門窗關閉情況下教室內粉筆氣溶膠的粒徑分布以及其在室內隨時間擴散情況，對粉筆塵氣溶膠顆?？臻g分布進行初步研究。論文研究結果可為室內環(huán)境監(jiān)測實驗提供參考，并為粉筆塵對人體健康影響提供依據。

1 實驗研究方法與過程

實驗在上海理工大學一間可容納80人的常規(guī)教室內進行，教室長9.9m，寬5.0m，高3.0m，共3扇窗(1.2m×1.4m)和2扇門(2.0m×0.9m)。為避免室外污染物的影響，實驗在春季(3～4月)室外空氣質量等級為輕度污染的天數進行。在門窗緊閉的情況下，先在黑板上進行正常板書，為防止書寫時引起的粉筆灰對后續(xù)實驗造成影響，靜置3小時后測試教室本底氣溶膠濃度。隨后正常擦拭黑板，將Fidas-100超細顆粒氣溶膠粒徑譜儀置于講臺以及距離黑板不同位置的課桌上，對教室內粉塵濃度隨時間變化情況進行監(jiān)測。德國PALAS公司生產的Fidas-100超細顆粒氣溶膠粒徑譜儀器是一款超細顆粒氣溶膠粒徑譜儀，適用于測量超細顆粒質量和顆粒尺寸，儀器可每秒給出PM1、PM2.5、PM4、PM10、TSP(PMtot)顆粒數目。

2 黑板中心處粉筆氣溶膠的擴散

如圖1和圖2所示，給出了擦黑板前后距黑板80cm(講臺處)不同粒徑氣溶膠的濃度分布情況。從圖中可以看出，密閉情況下，擦黑板前PM1、PM2.5、PM4、PM10的濃度均小于100μg/m3；擦黑板后PM2.5、PM4、PM10值均顯著上升，其中PM10值達1300μg/m3，較擦黑板前升高了近13倍，由此可見粉筆塵中PM10小粒徑粉塵所占比例較大。從圖2中還可看出，在擦拭黑板2min左右PM10粉筆塵氣溶膠濃度達到最高值，之后開始下降，需28min后才能降至《室內空氣質量標準》[10]規(guī)定的限定值150μg/m3，可見粉筆塵對教師的威脅不容忽視。粉筆塵除化學成分對人體危害外，另一重要危害在于其粒徑，粒徑越小，越容易被人體吸入呼吸道深處。從圖2中粒徑可看出，粉筆塵進入人體呼吸道深處及在肺泡沉積的可能性非常高；另外，細小的顆粒物表面過渡金屬元素能誘導多種化學反應，產生活性氧自由基，對人體細胞組織與遺傳基因造成氧化性損傷，最終導致疾病[11-13]。因此粉筆氣溶膠的粒徑大小、濃度分布以及其化學組分對認識教室顆粒物污染及其控制有重要意義。

圖1 距黑板80 cm本底氣溶膠濃度情況

圖2擦黑板后距黑板80cm氣溶膠濃度情況

如圖3所示，給出了擦黑板后距黑板180cm氣溶膠濃度變化情況。從圖中可以看出，距離黑板180cm處(第一排課桌)氣溶膠最大濃度較講臺處(距黑板80cm)減小，其中PM10的濃度值減少至一半，且其濃度達到峰值所需要的時間變長?？梢姺酃P塵對教師的危險較學生大，因教師所處位置可吸入顆粒濃度值更高。我國多項調查表明，教師的咽炎、支氣管炎患病率明顯高于行政管理人員[14]。表1給出了垂直黑板中心方向上不同位置處顆粒濃度情況。從表中可以看出，監(jiān)測點距離黑板越遠，氣溶膠濃度峰值越低，濃度達到峰值所需要的時間越長。這主要是由于粉塵顆粒在擴散的過程中會不斷地相互碰撞造成動能的損失而沉降、粗顆粒由于重力造成的沉降以及細顆粒凝聚形成沉降，以上3種原因均會使得空氣中的粉塵顆粒濃度降低。而隨著擴散時間的增加、擴散距離的增大均會引起粒子碰撞概率以及碰撞次數的增加，從而導致粉塵濃度的進一步降低。

圖3 擦黑板后距黑板180 cm處氣溶膠濃度變化情況

測量位置與黑板的垂直距離y/cmPM10達到的最高濃度/μg·m-3PM2.5達到的最大濃度/μg·m-3PM10濃度達到最大值所需時間t/min801 313.11230.962180587.18114.334280516.81109.276380499.18112.678480384.0093.619580190.2561.549

3 平行黑板方向不同位置處粉筆氣溶膠的濃度

表2中給出了擦拭黑板后平行黑板方向不同位置處PM10顆粒濃度情況。從表中可以看出，在同一橫排測量結果中，粉筆氣溶膠在中間位置(黑板正對位置)處測得濃度大于兩側濃度。在同一橫排，靠窗位置處的氣溶膠濃度值低于靠門和中間位置處，且粉筆氣溶膠的峰值濃度不呈遞減規(guī)律。這主要是由于靠窗側，雖窗戶關閉，但仍有室外新鮮空氣從縫隙中進入室內，這部分氣流會促使靠窗位置處的顆?？焖贁U散，使其濃度降低?？梢?，為保證較好的室內空氣品質，即便是寒冷的冬季也應保證一定開度的通風窗開啟或采用合適的通風方式(如機械送風系統(tǒng)或負壓通風系統(tǒng))，保證教室內有足夠高的換氣次數，以助顆粒物擴散。從表2中可以看出，擦拭黑板造成教室顆粒物污染十分嚴重，使教室內靠近黑板側一半區(qū)域的PM10氣溶膠濃度超出我國室內空氣質量標準顆粒物濃度限定值。為確保師生健康，需改善教學條件減少黑板書寫或采用多媒體教學方式，以減少教室內顆粒污染物。

表2 擦拭黑板后平行黑板方向不同位置處PM10顆粒濃度

4 結束語

論文利用超細顆粒氣溶膠粒徑譜儀研究了教室內粉筆氣溶膠的粒徑分布以及其在室內隨時間的擴散情況，對粉筆氣溶膠顆?？臻g分布進行初步研究。實驗結果表明，講臺位置的粉筆氣溶膠濃度上升最快并且峰值最高。教師長期的教學工作需要板書和擦黑板，距離黑板近，長時間吸入粉筆灰，其受到的傷害會比學生更大。因此，為保護廣大師生的健康，必須改善教學條件或采用多媒體教學方式減少黑板書寫，以減少教室內顆粒污染物。此外，對粉筆的研究不應僅局限于書寫率、書寫質量等方面，對其產生的粉塵粒徑大小、凝聚情況等進行研究亦非常重要。在實驗中發(fā)現，因外界環(huán)境空氣從窗戶滲入造成靠窗位置的氣溶膠濃度較低，因此，即便是寒冷的冬季也應保證一定開度的通風窗開啟或采用機械通風方式保證教室內通風情況，以保證較好的室內空氣品質。