室外颗粒物成分-粒径谱迁移进入室内环境的机理研究

The atmospheric fine particulate matter pollution is very serious in China and the continuous “heavy fog and haze” weather has raised popular concern in the whole society. Modern people spend more than 80％ of their time in indoor environment,.which implies most exposure to outdoor particulate matter occurs indoor due to the transport of outdoor particle into indoor environment. The character difference of particulate is not only in quantity (concentration) but also in quality (chemical composition). The aim of this project is to understand the transport of particle “chemical composition-size distribution spectrum” from outdoor into indoor environment, and then understand the exposure rule of human bodies to the “chemical composition-size distribution spectrum” of particles originated outdoor. The research contents include: Field test of the variations of “chemical composition-size distribution spectrum” when outdoor particulate matter enters into indoor environment; Experimental measure the penetration and deposition rate of particles with different chemical composition and size in laboratory under designed controllable environment; Measure the “chemical composition-size.distribution” exposure for sampled group of people; Theoretical analyze the dynamics of outdoor particles penetration and deposition indoors for different size and chemical composition, then propose the models for outdoor particle “chemical composition-size distribution spectrum” transport into indoor environment, as well as the corresponding analytical method for human exposure based on the measurement and simulation.

我国大气颗粒物污染严重，2013 年以来的连续雾霾天气已经引起了全社会对颗粒污染问题的关注。现代人80%以上的时间在室内度过，因此人们暴露于室外颗粒物主要由室外颗粒物进入室内间接发生。而颗粒物污染不仅有“量”（浓度）的不同，更有“质”（化学成分）的差异。本课题旨在研究室外颗粒物的“成分-粒径谱”迁移入室内的机理和特性，明晰人体对于室外颗粒物的暴露规律。本课题主要研究内容为：实地入户测量室外不同粒径颗粒物迁移入室内成分谱的变化；并设计实验室中测试颗粒物在不同粒径段下的不同组分的穿透系数和沉积速率的可控实验；追踪测试样本人群的室外颗粒物的“成分-粒径”暴露谱量。理论分析室外不同粒径和成分的颗粒物经由建筑围护结构穿透进入室内及在室内沉积的动力学特性，最终建立实测与模拟相结合的室外颗粒物“成分-粒径谱”进入室内的动力学模型及相应的人群暴露方法。

颗粒物不仅有“量”的区别还有“质”的区别。颗粒物“量”体现为颗粒物的质量浓度和数浓度，而“质”则体现为化学组分随不同粒径的分布。不同粒径颗粒物的“质和量”即构成了颗粒物的成分-粒径谱。同时，由于现代人有85%以上的时间在室内度过，因此室外颗粒物成分-粒径谱迁移入室内的规律决定了人群对大气颗粒物成分暴露量的大小。目前，既没有针对我国室外颗粒物成分进入室内的实测规律，更缺少室外颗粒物成分-粒径谱进入室内的空气动力学、化学动力学和热力学的三类动力学模型。此外，也没有针对颗粒物多种组分进行修正的精细化暴露模型，没有基于颗粒物人群暴露的源解析结果。因此，项目针对以上问题展开研究，主要创新性工作如下：.首先，通过实际住宅入户实验和实验室实验同步测量室内外颗粒物成分-粒径谱，认识室外不同粒径和不同组分的颗粒物进入室内的变化规律和机理，定量分析了室外颗粒物不同成分的进入室内的渗透特性，发现三类主要成分：稳定元素（指在常温常压常湿下物理化学性质稳定的元素，包括元素碳、金属元素、地壳元素等），有机物和硝酸铵进入室内的渗透机理不同。.其次，基于不同成分的渗透特性建立了一套室外颗粒物成分-粒径谱向室内迁移的，包含空气动力学、化学动力学和热力学机理的三类动力学模型。应用单颗粒气溶胶质谱仪（SPAMS）实时测量室外颗粒物成分-粒径谱进入室内的结果，检验了模型的可靠性。.进而，应用室外颗粒物成分渗入室内的实测数据与所发展的动力学模型，以两种最具健康危害的颗粒物成分：有机物中的多环芳烃（PAHs）和稳定元素中的元素碳（EC）为代表，进行案例研究。建立了考虑颗粒物成分渗透、空间分布、时间维度上室内外差异和人行为习惯差异的统计分析方法，更为准确地估算人群对于大气颗粒物中PAHs和EC的“真实”暴露，以提高大气颗粒物健康风险研究中人群暴露评估的准确性。