2.4.2 2014—2015年室内环境污染状况统计
1.现场实测调查实施方案
(1)调查检测类型及数量。
本研究以选取2012年以后建成,经业主装饰装修后,未有人居住活动的民用建筑作为室内环境污染物调查分析对象,于2014年1月至12月期间逐步完成了天津市市区具有代表性装饰装修民用建筑的室内环境污染物的调查检测工作,累计获得了22栋民用建筑中128个住宅住户Ⅰ类建筑样本和5个办公楼房间Ⅱ类建筑样本,其中各住宅住户样本从装饰装修完成时到现场调查测试时的时长在0.5~6.0个月内分布较为均匀,平均时长为2.7个月,且尽可能采集了住宅住户中的客厅、卧室、厨房、书房等功能的自然间样本。
(2)调查检测的污染物类型及方法。
调查检测的室内污染物项目:根据近年来文献报道的全国室内环境污染物状况,并结合总课题组的工作内容,选择了目前一致认为超标较为严重的甲醛、苯、TVOC(包括甲苯、二甲苯等VOCs)室内环境污染物项目进行检测;在调查检测过程中发现苯项目超标极少,故在后期的调查检测工作中并未对苯项目做进一步的研究。调查检测采样布点要求按照《民用建筑工程室内环境污染物控制规范》GB 50325—2010(2013年版)中的规定进行。
仪器设备:GC-112A气相色谱仪2台,JX-3热解析仪2台,BS-H2型双气路恒流大气采样仪多台,723PC可见分光光度计1台,DYM3型空盒气压表1件,泰仕TES-1360手持式数显温湿度计1件,德图535二氧化碳测定仪1件,所有仪器设备均经国家计量单位周期检定,且在有效期内。
室内环境污染物调查检测测定方法:甲醛项目的检测方法按照《公共场所空气中甲醛测定方法》GB/T 18204.26—2000(现行标准为《公共场所卫生检验方法 第2部分:化学污染物》18204.2—2014)中酚试剂分光光度法的规定进行。苯项目的检测方法按照《民用建筑工程室内环境污染物控制规范》GB 50325—2010(2013年版)附录F中的规定进行,其中采样用活性炭管是在现场采样前及时活化1h以上至相对无杂质峰出现为止。TVOC项目的检测方法按照《民用建筑工程室内环境污染物控制规范》GB 50325—2010(2013年 版)附录G中的规定进行,其中采样用Tenax-TA管是在现场采样前及时活化1h左右至无相对杂质峰出现为止。
2.现场实测调查过程
(1)概述。
现场调查检测的工作方式方法均按《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325—2010(2013年版)规定进行:均到现场后先采取人为开窗方式进行自然通风换气,随后采样检测人员再将对外门窗关闭1h后进行现场采样工作,最后将采集的样品送于实验室进行测试,调查检测期间装饰装修建筑工程中完成的家具保持了正常使用状态;特别是有中央空调(或新风系统)的房屋,调查检测取样时并未将该设施设备进行开启以致运转使用,具体工作的方式方法按照上文现场实测调查实施方案所述进行。
(2)现场记录及实施情况。
外出调查检测过程中避开了雾霾等对室内环境污染物有影响的天气,同时尽量减少了人员进出对室内环境污染物的影响。原始记录表中应记录采样仪流量及采样时间、采样管唯一性编号、采样时的温湿度及大气压等,还应记录采样房屋的功能及长宽高尺寸,最后记录必要的固定式和活动式家具等相关信息。具体包括:房间通风方式;采暖方式;对外门窗长及宽、材质、开启方式、密封性;室内地面、墙面、顶棚的装饰装修材料种类及暴露尺寸;固定式和活动式家具的材质及暴露尺寸等。现场调查检测照片见图2.4-1、现场调查检测人员培训见图2.4-2。
图2.4-1 现场实测调查研究的技术路线
图2.4-2 现场调查检测人员培训图
根据相关研究文献、资料的查阅,以及总课题组的工作安排,对天津市民用建筑装饰装修室内环境污染物的污染特性及影响因素进行深入分析,确定研究方法。在执行标准要求基础上,采取一系列质量保证措施的条件下,通过对新建、新装修的住宅建筑装饰装修工程中室内环境污染情况进行现场调查和取样检测,首先研究分析目前住宅及其各功能房间中环境污染物的污染特性,确定天津市住宅室内环境污染状况;其次根据调查采集的众多因素在交互作用下对室内环境污染的影响,研究影响室内环境污染物的主要影响因素及其控制方式;综合前人的研究成果,最后提出民用建筑工程室内环境污染物防治的对策及建议。
3.现场实测调查质量控制
甲醛、TVOC等项目均在实施单位取得的相应资质范围内,取样检测所用仪器设备均经国家计量单位周期检定且在有效期内。
在取样检测过程中着重从采样仪器维护检查、采样管验收检查、仪器设备及设施状态、标准曲线制作及溶液检查、控制参考样及样品保存、数据及结果处理等多方面采取了质量控制,从而确保了样本数据的准确性、可靠性。其他质量保证事项:固体采样管活化或解吸所配置的设备应与采样管相适宜,包括采样管外径与设备活化床开槽相适宜,采样管吸附剂填充长度与设备活化加热床长度相适宜。
固体采样管样品运输至实验室的过程中应保持相对平衡状况,防止剧烈震动造成吸附剂的偏移,严重影响解吸效率,造成检测准确性较差。甲醛采样过程中同一采样点尽可能采取平行样,苯和TVOC项目采样过程有条件时在同一采样点采取平行样,以防数据丢失。
标准曲线制作计算过程中,若不能强制过零点,则应让标准曲线的截距尽可能小。《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325—2010(2013年版)中TVOC项目是按在101.3k Pa标准压力条件,以气相色谱程序升温操作条件下,检测所得整个图谱中各种挥发性有机化合物总和表示。
4.现场实测调查结果及统计分析
(1)室内污染状况初步分析。
将2014年度装饰装修民用建筑室内污染现场实测调查的情况汇总于表2.4-2~表2.4-5。
1)初步统计分析。根据表2.4-2的数据,甲醛、苯、TVOC项目分别按照《民用建筑工程室内环境污染物控制规范》GB 50325—2010(2013年版)中Ⅰ类 建筑0.08mg/m3、0.09mg/m3、0.5mg/m3的1h限值评价,将住宅各项目的相关数据分析结果列于表2.4-6;将装饰装修住宅室内甲醛、TVOC的检测结果均升序排列后,分别绘制其样本与浓度的分布关系图,见图2.4-3。
从表2.4-6可知,天津市装饰装修住宅中苯污染物的状况已完全得以改善,主要是近年来随着居民环保意识的不断加强,而不大量使用溶剂型涂料、有机粘合剂类装饰装修材料,同时在相关国家标准体系的制定完善中严格控制了装饰装修材料中的苯项目。而装饰装修住宅中甲醛和TVOC的超标率均较高,甲醛和TVOC的超标率分别为30.19%、28.28%,而且各装饰装修住宅中甲醛和TVOC的浓度分布范围极大,其中甲醛最高超标浓度是国家标准限量浓度的6.4倍,TVOC则为11.0倍,并由图2.4-3分析知,甲醛和TVOC的浓度分布变化趋势相似,甲醛和TVOC分别在0.28mg/m3、1.9mg/m3后的样本数极少,其中样本分布集中区平均浓度为0.07mg/m3、0.5mg/m3,与其整体样本的平均浓度0.08mg/m3、0.6mg/m3相差不大。
表2.4-6 项目的数据分析结果
图2.4-3 装饰装修住宅室内有机污染物的浓度分布
综上表明,天津市装饰装修住宅中甲醛、总挥发性有机化合物TVOC污染物的污染状况比较严重。
2)房间类型(房间功能)与污染物关系。
根据表2.4-3的数据,甲醛、苯、TVOC项目分别按照国家标准《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325规范中Ⅰ类建筑0.08mg/m3、0.09mg/m3、0.5mg/m3的1h限值评价,将住宅住户样本的甲醛和TVOC污染物按照房间功能进一步分析统计,结果如表2.4-7所示。
表2.4-7 住宅住户房间功能的污染物状况
注:“客厅和厨房”是指一个自然间的功能房屋。
从表2.4-7可以看出,客厅和厨房、书房的样本数很少,主要是由于调查检测的住宅住户多数为二居室布局,且大多数住户的厨房与客厅之间有自然门。由表2.4-7可知,装饰装修住户各功能房间中甲醛及TVOC污染物的超标率均较高,其浓度分布范围较宽,且相互之间存在着较大的差异,总体上各功能房间中的TVOC超标率高于甲醛超标率。
对于室内甲醛污染物,厨房中装有的大量固定式木质壁橱,大量挥发释放污染物致使其超标率极高,超标率达42.9%,而次卧室的超标率相对较低,主要是该房间多作为儿童卧室,住户选择使用了适量且品质较好的木柜、床、桌椅等装饰产品,或是住户在装修后未再进行装饰。
针对各功能房间中TVOC的污染情况,厨房及客厅中的超标率较高,分别达41.7%、41.2%,主卧室的超标率相比较低;因厨房及客厅装有的大量装饰装修材料中使用了粘合剂、溶剂型腻子、溶剂型涂料等,此外客厅还使用了大量化纤材料、布艺类材料等共同释放后均使其超标率较高,而主卧室多朝阳,日常房间温度相对较高且通透性较好,利于TVOC污染物的扩散使得其超标率相对较低。
3)结论及建议。
天津市装饰装修住宅中苯的污染状况已改善,而甲醛、总挥发性有机化合物TVOC污染物的污染状况比较严重;其中甲醛和TVOC的超标率分别为30.19%、28.28%,且甲醛最高超标浓度是国家标准限量浓度的6.4倍,TVOC则为11.0倍。
天津市装饰装修住宅各功能房间中TVOC的超标率整体上高于甲醛的超标率;而厨房中的甲醛及TVOC污染状况明显差于其余功能房间,其甲醛及TVOC的超标率分别为42.9%、41.7%。
民用建筑室内环境污染物浓度受除装饰装修材料主要因素外其他因素的影响。
(2)装饰装修材料与污染物关系分析。
1)装饰装修材料整体分析。
该调查检测的住宅住户几乎均为装饰装修住户,各住户选用的装饰装修材料种类较为传统,且具有普遍性,只有KY122样本的主卧室、次卧室使用了新型建筑材料硅藻泥(造价约为1500元/m2),使用量分别为35.34m2、31.33m2。
住宅住户装饰装修时在板材、壁纸、布艺等装饰装修材料的选用上对各功能房间的布设较有规律性,故选择以房间功能分类分析装饰装修材料承载量(承载量是指暴露于室内空气中装饰装修材料的总表面积与室内净空间容积之比)与室内有机污染物的关系。将各样本的装饰装修材料使用情况和承载率情况分析结果列于表2.4-8、表2.4-9,其中家具统计了包括实木板材、人造板材、布艺、皮革等的使用量总和。
由表2.4-8和表2.4-9可知,相同功能房间中装饰装修材料间的承载量相差较大,且选用的装饰装修材料主要有板材、壁纸、布艺,其中板材在厨房中以人造板材为主,平均承载量为0.61m2/m3;不同功能房间中的装饰装修材料承载量相差也较大,从综合使用情况分析表明:主卧室中实木板材、壁纸使用的较多,其平均承载量分别为0.71m2/m3、0.43m2/m3,客厅中布艺类材料使用的最多,平均承载量是0.18m2/m3;住宅住户整体人造板材及实木板材的平均承载量为0.88m2/m3,住宅住户板材平均承载量接近于1.0m2/m3。
综上,在壁纸、布艺装饰装修材料的选用上,根据各功能房间污染物浓度水平为参考依据,其承载量宜分别控制在0.43m2/m3、0.18m2/m3内,以达到从源头控制室内环境污染的目的。
2)板材与污染物关系分析。
结合表2.4-8和表2.4-9分析可知,虽然室内有机污染物状况受对外通风改善时长、房间新风量、室内温湿度、室外大气VOCs污染状况、气象条件等因素的影响,但是住宅功能房间中板材的承载量对室内有机污染物状况的影响比较有规律性,其中板材承载量与室内有机污染物超标率的关系见图2.4-4,板材承载量与室内有机污染物平均浓度关系见图2.4-5。
图2.4-4 板材承载量对室内有机污染物的影响
表2.4-11 布艺类材料在房屋中的填充使用情况分析结果
图2.4-5 板材承载量与室内有机污染物平均浓度的关系
由图2.4-4、图2.4-5可知,随着住宅功能房间选用人造板承载量的增大,室内甲醛及TVOC污染物的超标率总体上呈上升趋势,尤其是厨房,当其人造板的平均承载量为0.61m2/m3时,室内甲醛超标率为42.86%、TVOC超标率为41.67%;因住户功能房间中选用板材的总承载量相对固定,当人造板材的使用量偏多时,必然实木板材的使用量会减少,结合图2.4-4(b)、图2.4-5(b)可以看出,随着住宅功能房间选用实木板承载量的增大,室内甲醛及TVOC污染物的超标率总体上呈现了下降趋势,充分表明住宅功能房间中人造板材的承载量对室内有机污染物状况有较大影响。从图2.4-5进一步分析知,住宅在装饰装修中人造板材的使用承载量应控制在0.49m2/m3内,实木板材的使用承载量不宜小于0.39m2/m3,才可从污染源头预防控制室内环境有机污染物的污染状况。
(3)壁纸与甲醛污染物关系。
将住宅功能房间中壁纸的承载量与室内有机污染物平均浓度间绘制关系图2.4-6。从图2.4-6可知,随着住宅功能房间选用壁纸承载量的增大,室内甲醛污染物的平均浓度总体上有所上升,故日常应重视对壁纸中甲醛污染物的监管及检测。
图2.4-6 壁纸承载率与污染物平均浓度关系
(4)结论及建议。
民用建筑装饰装修工程控制室内环境污染时,装饰装修材料应优先控制人造板材的使用量,应使人造板材的承载量控制在0.49m2/m3内,实木板材的承载量不宜小于0.39m2/m3,板材总承载量控制在1.0m2/m3内,特别是对固定式橱柜、地板中人造板材的使用量应引起高度重视;人造板材及其制品材料进行环保性能控制时,除控制甲醛污染物外,还应对TVOC污染物进行控制。
民用建筑工程装饰装修时,壁纸、布艺类材料宜控制其使用量分别在0.43m2/m3、0.18m2/m3内,以达到从源头控制室内环境污染的目的;其中应对壁纸及其配套材料进行甲醛污染物的监管及检测控制,对床垫的环保性能进行必要的控制规定。
民用建筑工程装饰装修时,可选用适宜的新型环保材料(如硅藻泥壁材),但选用的材料应满足相关材料的有害物质限量要求,且在其施工中不应引入相关污染。
(5)影响室内环境污染的其他因素统分析。
1)主观感觉与污染物关系。
根据表2.4-12和表2.4-13中的信息,以样本的检测人员感觉情况来分析统计污染物状况,结果见表2.4-12,并绘制检测人员感觉与甲醛状况关系图如图2.4-7所示。
图2.4-7 检测人员感觉与甲醛状况关系
由表2.4-12可知,依据人员对室内甲醛污染物做出的主观感觉,可较为准确地判断室内甲醛的污染状况,而对TVOC的污染状况无法作出相对准确的判断,其中人员主观感觉室内甲醛疑似有时,甲醛超标率为41.67%,人员主观感觉明显有时,其超标率达66.67%。
2)月份分布(季节)与污染物关系。
以住宅样本取样检测日期对应的月份与其室内有机污染物的状况进行分析,其月份分布与污染物状况分析结果见表2.4-13。
表2.4-13中的数据表明住宅样本室内甲醛及TVOC污染物的平均浓度和超标率随检测月份分布不同而表现出了相似的规律性,将甲醛及TVOC污染物的超标率和检测月份分布绘制关系图,如图2.4-8所示。
图2.4-8 检测月份分布与有机污染物超标率的关系
由图2.4-8可知,住宅室内甲醛在1月、6月至8月期间内的污染状况均最差。1月甲醛超标率为45.45%,此时段应是人为日常保持对外自然通风改善状况差所致(1月室内平均温度20.1℃);6月、7月、8月甲醛超标率分别为75.00%、88.89%、83.33%,主要是在相应时段中室内的平均温度处于全年最高期,分别为31.2℃、31.5℃、29.0℃,大大高于调查检测样本的室内平均温度23.6℃,能够加快装饰装修材料中的甲醛污染物释放所致,此研究结果与我国城市住宅室内甲醛季节分布特征与城市气候有关的污染特征的有关研究相吻合。
由图2.4-8,住宅室内TVOC污染物浓度虽受多种因素的影响,但随着月份变化其超标率总体上呈现了大大降低的趋势,TVOC超标率由100%降至0%,其中1月至3月期间内其污染状况极差、4月和8月内污染状况较差、其余月份内污染未超标。因为1月至3月期间处于北方地区的供暖期,住宅住户人为日常未进行对外开窗的自然通风,房间内装饰装修材料所释放的挥发性有机污染物无法对外扩散稀释,同时室外大气中VOCs污染物的污染状况和气象条件此时期均处于最差,在共同作用下致使室内TVOC的污染状况极差,1月、2月、3月TVOC超标率分别为100.00%、100.00%、87.50%;随着季节的变化,4月、8月TVOC超标率分别是25.00%、20.00%,因为在4月、8月受室外大气中VOCs污染物的影响,同时8月北方地区大气相对湿度最高,其中8月样本的室内平均相对湿度为57.7%,大大高于调查检测样品的室内平均相对湿度46.5%,故该时段中住宅室内TVOC的污染状况相对较差。特别是,虽然在6月、7月期间室内温度高使装饰装修材料中的挥发性有机污染物大量释放,但是住宅住户此时期保持了良好的日常对外开窗加强自然通风行为,室内温度高提高蒸气压力、加速分子扩散,均能促使室内挥发性有机污染物对外的扩散稀释,使调查测试样本门窗封闭1h的短时间内室内有机污染物浓度并未能快速升高,进一步分析更倾向于是Tenax-TA吸附剂在较高温度下对TVOC中的低沸点组分有穿透,吸附率降低,致使6月、7月时期室内TVOC的污染并不超标。
综上,室内环境温度和自然通风处理对室内环境污染影响较大,故装饰装修后应加强自然通风治理,改善室内环境污染状况,同时宜在高温气候环境下完成室内装饰装修工程,不宜在低温气候条件下完成室内装饰装修工程。此外,在较高温度环境条件下,应采取Tenax-TA吸附管串联的方式进行TVOC采样分析,以提高检测的准确性。
3)TVOC中要求识别的各目标物组分分析。
按照《民用建筑工程室内环境污染物控制规范》GB 50325—2010(2013年版)附录G中的规定进行样本TVOC项目的检测结果处理时,要求识别的苯、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、对二甲苯及间二甲苯、苯乙烯、邻二甲苯、十一烷组分按照各自对应的响应系数来定量计算,而未识别的组分则以甲苯的响应系数来定量计算。
调查检测101个有效样本的909组各组分数据进行计算处理后,绘制TVOC中识别组分含量与各自组分总量的比值梯度和其对应检测样本的分布情况关系,如图2.4-9所示;已识别组分峰面积情况与其比值范围绘制关系图,如图2.4-10所示。
图2.4-9 TVOC中识别组分的样本分布情况
由图2.4-9分析可知,多数要求识别的组分含量与其总含量的比值在10%内的样本已占90%以上,而对于乙酸丁酯组分含量与其总含量的比值在20%内的样本占98%,甲苯组分含量与其总含量的比值在50%内时样本才可达到99%,从而说明除甲苯组分外,目前TVOC中要求识别组分的污染状况已得以改善,应着重考虑对TVOC中未识别的有害组分进行识别后定量控制。
图2.4-10 已识别组分峰面积情况与其比值范围关系
由图2.4-10知,已识别峰的峰面积均很小,各个已识别峰的峰面积均在各自组分峰面积总量的8%内;又从图2.4-10可知,已识别的9种组分峰面积仅占TVOC总峰面积的40%,从而可进一步表明,应对TVOC中的各组分分别进行识别研究,以便确定目前主要的室内环境有机污染物组分,同时在日常检测实施中应确保硬件设施达到标准要求,且应有有效的质量保证措施确保检测的准确性。
4)国标限制值分析。
按照《民用建筑工程室内环境污染物控制规范》GB 50325—2010(2013年版)中Ⅰ类建筑的限制值分析后,甲醛及TVOC污染物超标率依然较高,现逐步改变污染物限制值来分析污染物超标率情况,分析结果见表2.4-14、表2.4-15;将表2.4-14及表2.4-15中的室内有机污染物限制值与超标率的关系绘制图,见图2.4-11。
表2.4-14 限制值与甲醛超标率分析结果
表2.4-15 限制值与TVOC超标率分析结果
图2.4-11 甲醛及TVOC限值变化与超标率的关系
从图2.4-11可知,随着甲醛及TVOC污染物限值的增大,其超标率随之降低,其中甲醛限值在0.08mg/m3、0.11mg/m3、0.16mg/m3值后继续增大过程中,对应超标率30.19%、26.42%、12.26%随之在不同程度上有较大下降趋势,而TVOC在限值0.6mg/m3、0.9mg/m3、1.4mg/m3值后对应超标率28.28%、22.22%、17.17%也在不同程度上呈现了下降趋势。设定评价室内环境污染物的合理限值,应集建筑节能下室内换气次数、门窗封闭时间、中医卫生学、建筑设备工程、建筑技术等多学科、多方面的综合研究后确定。若仅根据本文污染物超标率下降趋势的变化分析表明:在目前住宅室内换气次数0.50h-1,封闭时间为1h,将甲醛和TVOC的标准限值分别限定为0.08mg/m3、0.6mg/m3时,能够满足实际情况,仍可有效地预防控制住宅室内甲醛及TVOC污染物的浓度,对于需严格控制民用建筑工程,则可以此值为基础,进一步提出严格的限值要求。
5)现场室外状况分析。
将现场测定时室外的温湿度、风速、甲醛及TVOC污染物浓度列于表2.4-16;将表2.4-16中的现场检测月份与温度、甲醛及TVOC浓度制作关系图,见图2.4-12。
表2.4-16 现场室外状况
由表2.4-16可知,现场调查检测的室外温度平均值为19.5℃,甲醛平均浓度(本底值的平均值)为0.03mg/m3,TVOC平均浓度(本底值的平均值)为0.3mg/m3,污染物室外本底值较高,表明室外环境污染物的状况也比较差,进行民用建筑工程室内环境污染检测评价时,应充分考虑室外环境情况。
图2.4-12 月份与室外温度及其污染物浓度关系
由图2.4-12可以看出,温度变化趋势比较符合该地区气候特征变化规律,在6月份时呈现最高值;而甲醛和TVOC本底值平均浓度的变化是具有一定的规律性,究其影响因素的影响关系还需进一步研究探讨,不过从变化趋势可得知,TVOC本底值平均浓度在2月份呈现最高值1.1mg/m3,甲醛本底值平均浓度在10月份呈现最高值0.05mg/m3。