民用建筑工程室内环境污染控制
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第四节 纳入“规范”控制的污染物

纳入“规范”控制的污染物是编制组在进行了大量的室内污染调查基础上提出并确定的。

一、室内常见污染物调查

近些年来,国内外对室内环境污染进行了大量研究,已经检测到的有毒有害物质达数百种,常见的也有10种以上,其中绝大部分为有机分子,另外还有氨、氡气等。非放射性污染主要来源于各种人造板材、油漆、涂料等化学建材类建筑材料产品,这些材料会在常温下释放出许多种挥发性有毒有害物质,从而造成空气污染。放射性污染(氡)主要来自无机建筑装修材料,还与工程地点的地质情况有关系。

在拟订本“规范”及此后的修订过程中,我们参考国内外大量研究成果,精心收集了多项国际标准、国内标准及相关资料,进行了多项专题验证性调查和基础性调查研究,如建材市场空气污染物调查、木制板材成品市场空气污染物调查、已装修的宾馆及饭店室内空气污染物调查、室内挥发性有机物的释放性能的检测与研究、板材室内挥发甲醛、氨和苯系物的模拟研究、涂料及胶粘剂等实验方法验证性研究、混凝土外加剂含有甲醛调查、2003~2005年的全国土壤氡调查、建筑材料氡析出率研究等,做了大批量的试验工作,以及其他社会力量进行的许多调查,可以认为,这些调查研究反映了我国目前所使用的建筑材料、装修材料的性能状况和室内环境污染状况,具有良好的代表性。

现将有关调查情况简要介绍如下:

1.人造板材市场调查

板材在建筑装修中应用十分广泛,也是室内空气污染的主要来源。

(1)(2001年前)北京市卫生防疫站对北京市三家经营规模较大、经营品种齐全、管理较为正规的建材市场(编号A、B、C),每家随机抽取10个样本摊位的室内空气进行采样分析,并对市场内营销人员的主观感觉进行问卷调查,初步了解了建材市场室内空气污染程度及对人体健康的危害,调查结果见表1-3~表1-6:

表1-3 三家建材市场室内空气检测结果

▲表示1997年欧洲室内空气建议标准。
*表示经t检验,P<0.05,与建议标准值相比,具有统计学显著性差异。

表1-4 各个建材市场内几种主要污染物浓度

由表1-4可见,本次调查的三家建材市场室内空气中污染物浓度由高到低依次为A>B>C。

从营销人员的主观感受调查结果及分析,将人群所出现的主观感受及不良症状按其严重程度由轻到重排列,并将每个人的主观感受按照此表评分,划分入不同的分数段内(表1-5)。

表1-5 人体主观感受及症状评分

表1-6 主观感受评分在不同分数段内的人数构成

应用统计学中行×列资料的X2检验方法,对表1-6资料进行分析,计算得X2值为42.51,P<0.005,可以说明三家建材市场中各主观感受分数段内的人数的构成比有显著性差异;由高分数段中人数的构成比可以看出,A、B、C三家建材市场中,较为严重的感受及症状的发生率是由高到低排列的,即A>B>C。

由表1-3可见,检测指标中甲醛、苯系物浓度与建议标准值相比,P<0.05,具有统计学显著性差异,即:甲醛、苯和二甲苯浓度高于标准值。氨和可吸入颗粒物的浓度与建议标准值相比,P>0.05,无统计学显著性差异。

通过对三家建材市场室内空气的采样检测和对其中的营销人员进行的主观感受问卷调查可以看出,建材市场室内空气质量已受到污染,浓度较高的污染物是甲醛、苯系物,这些污染物主要来自市场内建筑装饰材料的挥发。空气中污染物浓度的高低与营销人员不良感受严重程度具有相关性。

(2)(2001年前)苏州市卫生防疫站对苏州市两个规模较大的胶合板建材城的室内空气进行采样分析,随机抽取30个经营摊位。市场经营的胶合板来自上海、广西、广东、江西、江苏、山东、浙江等地,对反映全国情况有一定的代表性。他们分别测定了甲醛、氨、苯、甲苯、二甲苯的空气浓度,结果显示甲醛、氨、苯三项指标严重超标,见表1-7。

表1-7 胶合板建材城的室内空气检测结果

胶合板在加工过程中使用的粘合剂为脲醛树脂和酚醛树脂,而脲醛树脂和酚醛树脂的主要原料是甲醛、尿素、苯酚以及其他辅料,这些原料极易挥发甲醛。

调查发现,新加工出厂的板材,甲醛和氨的释放量相对较高。经营摊位板材密度大的,甲醛、氨及苯系物的释放量也相对较高。这里的从业人员多有眼痛、流泪、异臭、打喷嚏等症状,这些症状可以认为主要是由于甲醛刺激性气体与眼、鼻、咽喉黏膜直接接触,而引起上呼吸道的刺激症状。

调查中还发现通风状况对污染物的浓度影响很大,表中A城比B城通风要差,A城甲醛和氨的浓度远高于B城,两者比较,经t检验有显著性差异(P<0.05),说明改善通风条件可降低污染物浓度。

另外,2004年1月至2009年12月,国家建筑工程室内环境检测中心共做人造板材甲醛释放量实验358个。这358个人造板材均为装修工程的委托送检样品,涉及的人造板材的品种有:细木工板、胶合板(包括板厚15mm、12mm、9mm、5mm、3mm的各种胶合板)、饰面板、木地板、中高密度板等。为了解用于装修工程的各种人造板材的甲醛释放量的合格率情况,我们对这358个人造板材的检测结果的不合格率做了一个统计(干燥器法做细木工板、胶合板、饰面板,穿孔法做中高密度板均以大于相应E2类的检测结果为不合格,强化复合木地板以大于相应E1类的检测结果为不合格),统计结果如表1-8:

表1-8 358个人造板材的检测结果统计

续表1-8

注:中、高密度板单位为(mg/100g,干材料),实验采用穿孔萃取法。细木工板、胶合板、饰面板采用小干燥器法,木地板采用大干燥器法。

从表1-8中可以看出,胶合板、饰面板中样品不合格率比较高,不合格率总体在27%左右,细木工板相对来说比胶合板、饰面板好一些,但不合格率也达到20%左右。木地板的不合格率统计数据为7.4%,这可以从一个侧面说明市场上的木地板的甲醛污染情况比较轻,市场上大部分木地板的质量(指环保方面)还是让人放心的。以下是这几种人造板材甲醛释放量的频率分布见图1-1~图1-5。

图1-1 细木工板甲醛释放量

图1-2 胶合板甲醛释放量

图1-3 饰面板甲醛释放量

图1-4 中、高密度板甲醛含量(干材料)

图1-5 强化复合木地板甲醛释放量

从以上甲醛释放量频率分布图可以看出,胶合板不但不合格率最高,而且产品质量相差很大,从分布频率上看,有两头大、中间小的特点,即不合格的产品有很大一部分甲醛释放量相当高,其中甲醛释放量在15mg/L~50mg/L的产品数占不合格产品数的80%。

胶合板、饰面板比其他品种人造板材高的原因与其产品单位重量用胶量有关,也与其板型结构更容易导致甲醛向外界释放有关。

人造板材的甲醛释放量的大小除了上面所说的两个因素外,主要还与人造板材所用的脲醛树脂胶质量有很大关系。现在市场上有很多生产脲醛树脂胶的厂子规模很小,生产的胶质量很差,主要是脲醛树脂胶中甲醛与尿素的摩尔比偏高,这种胶的游离甲醛含量很高,但粘结性会好一些。一些板材生产厂家为了追求利润,在制板过程中多采用这种摩尔比偏高的劣质胶,或以多掺甲醛这种低成本的方法提高板材的粘结强度,从而导致板材甲醛释放量偏高。

控制人造板材中甲醛释放量的措施主要有以下几点:

(1)用质量好的脲醛树脂胶生产板材。同时多关注甲醛与尿素摩尔比低的胶的研究、开发。

(2)从生产板材的工艺入手,延长热压时间、提高热压压力、合理使用固化剂,均可减少甲醛释放量。

(3)对成品做除甲醛处理。如比利时Verkor公司研制成功一种装置,其主要原理是用氨气作用于人造板,使游离甲醛转化为六次甲基四胺,从而达到降低甲醛释放量的目的。

(4)对成品进行深加工,表面可进行涂刷,贴PVC薄膜,三聚氰胺浸渍等,即所谓的“板面密封法”。复合木地板的甲醛释放量普遍低即与这一条措施有关。

除了对各种人造板材的不合格率做了统计外,对各年所送板材的不合格率所做的统计如表1-9:

表1-9 各年所送板材的不合格率统计

续表1-9

从表中我们可以得到这样的信息,那就是各年所送板材的不合格率大致呈逐年递减的趋势,这也说明本规范对装修材料的监控还是取得了很大的效果。所以对装修材料的监控还应该进一步加大力度,而不应有一丝一毫的松懈,从而使大家都能用上放心的板材。

2.家具市场调查

家具是不同材料的组合,家具表面经过油漆或涂料覆盖制成产品后,污染状况与单纯材料相比会有所不同,因此,通过对家具市场的调查,可以了解建筑装修材料与涂料污染的综合情况。

(1)(2001年前)苏州市卫生防疫站对国内30个不同厂家的家具直销点进行了采样,结果见表1-10。

表1-10 苏州市板材商店室内空气检测结果

▲表示1997年欧洲室内空气建议标准。

通过本次调查,证明苏州市家具城室内空气中的主要污染物为甲醛、氨、三苯。从检测结果可看出,除甲苯外,其余指标均存在超标现象。甲醛检测结果均值高于建议标准(uo)4倍,样品超标率100%。氨的均值虽然小于uo,但样品超标率50%。苯的均值高于uo 1.8倍,样品超标率23%。甲苯、二甲苯均数小于uo,样品超标率分别为0和3%。调查中,从业人员普遍反映有眼及鼻腔黏膜刺激等症状。

家具城室内空气污染的主要原因为:

1)加工木制板材的生产工艺较差,脲醛树脂粘合剂中的甲醛和氨易释放到室内空气中。

2)各个经营场所均没有安装送排风装置,室内通风能力差。室内温度、湿度也未加以控制。

3)木制板材堆积过多。

(2)(2001年前)北京市卫生防疫站对北京市家具城室内空气质量现状、主要污染物及造成污染的因素进行了调查,主要结果如下:

家具城营业面积、从业人员数量、室内通风及板材密度见表1-11。

表1-11 北京市家具城营业面积、从业人员数量、室内通风及板材密度情况

由表1-11看出,9个家具城都没有新风系统,只是靠自然通风置换室内空气。室内木制板材密度0.20m2/m3~0.89m2/m3不等。

表1-12 北京市家具城冬、夏季室内空气卫生质量和有毒物质检测结果

注:以上检测数据,除CO2为百分比浓度外,其余的单位均以mg/m3表示;甲醛(个体):表示从业人员的甲醛个体接触剂量。

从表1-12可以看出,苯及二甲苯小于我国居住区大气中有害物质最高允许浓度(目前我国公共场所卫生管理条例中没有酚类化合物、苯、二甲苯的卫生标准),甲苯小于前苏联居住区大气中有害物质的最高允许浓度(目前我国公共场所卫生管理条例及居住区大气中有害物质的最高允许浓度中均没有甲苯卫生标准)。冬、夏季甲醛平均值高于目前我国制定的公共场所室内卫生标准,夏季室内氨的平均值小于目前我国制定的理发馆卫生标准。

夏季室内甲醛浓度高于冬季,经统计学分析,两个季节室内甲醛浓度有明显差异(P<0.05)。其中有294件样品的含量高于目前我国制定的公共场所卫生标准,占总件数的84%。94%的检测结果高于欧洲室内建议值(0.16mg/m3)。40%的样品高于美国室内建议值(0.486mg/m3)。

夏季氨平均浓度:本书经过统计分析,证明夏季室内空气中氨的分布呈几何正态分布,因此,其平均污染水平以几何均数表示。本次调查,共检测216件样品,其中有21件的检测结果高于理发馆卫生标准,样品超标率10%。检测结果范围为0.21mg/m3~1.02mg/m3,平均浓度0.32mg/m3,最大值为1.02mg/m3,高于理发馆卫生标准1倍。

对甲醛和氨污染的原因分析后,认为:

1)木制板材的卫生质量及生产后的放置时间具相关性:家具使用的木制板材在加压成型过程中使用了大量粘合剂,因此,新板材中的甲醛和氨的释放量相对较高。如:7号家具城板材密度在9个家具城中最低,但冬季调查时由于刚刚开业,展销的家具是出厂不久的新家具,造成室内甲醛含量相对较高。因此,为改善室内空气质量,对目前现有的木制板材,可置于较高的温度和湿度环境条件下,促进板材中的甲醛和氨释放,以减少以后使用中的污染;或者在家具生产过程中,通过改进原材料和工艺,减少甲醛和氨释放。国外目前已对加工木制板材开始进行管理,如:欧洲共同体已经颁布木制板材卫生标准,不符合标准的板材限制生产。

2)木制板材密度:9个家具城板材密度在0.20m2/m3~0.89m2/m3之间,污染最大的家具城尤以板材密度最高,如:6号和9号家具城,板材密度分别为0.84m2/m3和0.89m2/m3,其室内甲醛和氨的浓度在9个家具城中位居前二位。

3)温度和湿度:温度和湿度的确对挥发性有机化合物的释放速度有很大影响,并有显著的相关关系,其甲醛和氨的浓度与室内温度及湿度呈正相关。由此说明,室内温度高、湿度大,板材中的甲醛和氨的释放速度加快。同时,从此次检测结果也可以看出,夏季室内甲醛浓度明显高于冬季。

4)风速:据资料报道,室内通风换气能力是影响空气质量的又一重要因素,且风速与室内空气中的甲醛和氨的含量呈负相关。说明室内空气流通,有害物质容易排出,如:调查的3号家具城,营业面积小,门及窗户较多,室内通风好于其他家具城,因而室内甲醛和氨浓度相对较低。但夏季该室内甲醛浓度高于公共场所卫生标准,经分析认为,夏季室内温度高,仅靠自然通风降低室内甲醛浓度远远不够,应安装新风系统装置。

从上可知,板材的卫生质量及生产后的放置时间、板材密度、室内温度、湿度及通风换气能力是影响家具城室内空气质量的重要因素。

该调查中的个体监测器检测结果及问卷调查结果:利用个体监测器检测室内甲醛含量,通过时间加权浓度估算个体接触水平,能比较准确地反映出从业人员每天接触的甲醛剂量。本书在冬、夏季利用AHMT方法检测了家具城从业人员甲醛接触浓度,并进行了有关呼吸道等症状发生率调查。同时在夏季选取三个未在家具城工作的100名工作人员做了对照组调查,并从中选取39名工作人员进行了甲醛个体接触浓度检测。

结果表明,未在家具城内的从业人员的甲醛平均接触浓度为0.11mg/m3,家具城从业人员的冬、夏季平均接触浓度分别为0.19mg/m3和0.56mg/m3,他们每天吸入的甲醛至少为0.73mg和2.15mg。由此说明家具城从业人员每天接触的甲醛浓度较高,有的接触剂量已超过1980年美国化学工业毒理研究所报道的、动物吸入甲醛蒸气引起鼻腔鳞形细胞癌的报道中的浓度。此问题应引起我国有关部门的高度重视。

据资料报道,气态甲醛眼刺激阈为0.06mg/m3,嗅觉刺激阈为0.06mg/m3~0.22mg/m3,上呼吸道刺激阈为0.12mg/m3。长期慢性吸入0.45mg/m3的甲醛,可导致慢性呼吸道疾病增加。从本次夏季检测结果表明,家具城从业人员甲醛个体接触浓度明显高于对照组。从而导致两种场所从业人员的呼吸道等刺激症状发生率有显著性差异(P<0.01)(见表1-13)。

表1-13 北京市家具城与商场从业人员主诉症状对照表

通过本次调查,证明目前北京市家具城室内空气中的主要污染物为甲醛和氨。甲醛采暖期和非采暖期的检测结果平均值分别高于公共场所卫生标准0.3倍和3.3倍。最大值分别高于公共场所卫生标准3.5倍和15.8倍。二季度样品的超标率分别为61%和98%。氨的室内最高浓度1.02mg/m3,高于公共场所卫生标准1.0倍,样品超标率10%。

家具城从业人员冬、夏季的甲醛平均接触浓度分别为0.19mg/m3和0.56mg/m3,82.6%以上的从业人员的甲醛接触剂量高于公共场所卫生标准,有的已高于美国化学工业毒理研究所动物吸入甲醛蒸气引起肿瘤发病报道中的浓度。此问题应引起我国有关部门的高度重视。

3.宾馆类民用建筑污染调查

宾馆是流动人口停留最多的地点,也是代表每个城市形象的窗口,因此宾馆的室内装修及装饰显得格外重要,档次高、材料更新快,并且已成为各地装修业的先导。对宾馆类民用建筑室内空气污染调查,可以帮助了解过去装修的、现在还正在使用的民用建筑室内空气质量情况。

(2001年前)苏州市卫生防疫站对不同级别的宾馆进行了调查,结果见表1-14、表1-15。

表1-14 苏州市宾馆客房室内空气质量调查表

表1-15 苏州市宾馆餐厅室内空气质量调查表

*表示除甲醛为国标外,其余为1997年欧洲室内空气建议标准。

从表1-14、表1-15中可见,本次调查中以甲醛污染最为严重,与现行国家标准《旅店业卫生标准》GB 9663—1996中规定的≤0.12mg/m3相对照,超标率分别为33.33%和20.00%,氨、苯、甲苯、二甲苯均小于1997年欧洲室内空气建议标准。

客房与餐厅中甲醛超标率分别为33.33%和20.00%。超标的原因在于材料的甲醛释放,而释放甲醛的材料来自两部分:一部分是板材所使用的胶粘剂脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂等,以及涂料组成中的基料;另一部分来自木制板材及用木制板材制成的家具在装修过程中使用的粘合剂。

氨浓度虽未超过欧洲室内空气建议标准,但与我国居住区大气中有害物质的最高允许浓度0.2mg/m3相比,客房中氨仍有31.03%的样本超过。饭店环境卫生状况较好,出现这种状况,只能认为氨来自于装修材料的脲醛树脂。

通过调查现场可以看出:

(1)板材或家具在空气中暴露面积较大的场所,尤其是家具中素板在空气中暴露面积大的,甲醛浓度容易超标。

(2)单位体积内客房中木制家具的表面积一般超过餐厅,且客房均为中央空调,房间长时间封闭;而餐厅内人流量较大,通风情况较好,因此,客房的甲醛超标率明显高于餐厅。

(3)据了解,抽样地点的室内装修时间从15天到2年不等,发现装修时间越近的,甲醛越容易超标。

4.办公场所空气质量调查

近年来新建成的写字楼、办公楼越来越多。办公类建筑除提供给工作人员办公场地之外,对办公场所的室内环境的要求也越来越高。大多这种场所都装有中央空调,进行较高档次水平的室内装修。因此,新建写字楼、办公楼普遍具有工作人员密度大,装饰装修档次高,所用装饰装修材料种类、数量较多的特点。

(2001年前)北京市卫生防疫站对新建办公场所室内空气质量进行调查分析时,选定的污染物为甲醛、氨、苯系物、一氧化碳、二氧化碳、可吸入颗粒物和臭氧。6家办公场所室内空气采样,化学指标的检测结果,见表1-16:

表1-16 北京市6家办公场所室内空气检测结果

调查结果表明,在采用集中供暖和禁止吸烟的新建办公场所中,空气中甲醛浓度较高。

从所测场所看,在有氨监测项目的三家办公场所中,氨主要来自于建筑物墙体材料。据了解,有两家是由于在墙体施工过程中,加入尿素作为防冻剂使用的。建筑物投入使用后,随气温、湿度等环境因素的变化,氨从墙体中缓慢释出,造成室内空气氨浓度较高。

从检测结果还可以看出,除苯系物外,其余项目指标均存在超标现象,说明新建办公场所普遍存在室内空气污染问题。其主要污染物种类和来源不尽相同。

近年来,我们还调查统计了河南、深圳等地近年来的精装修办公楼室内污染检测数据,发现目前办公类建筑按Ⅱ类建筑检测超标比例在40%左右,主要以甲醛和TVOC超标为主,详见表1-17。

表1-17 河南、深圳等地精装修办公楼室内空气检测结果

5.混凝土外加剂的甲醛污染情况调查

近年来,由于混凝土外加剂被广泛运用于各种建设工程中,用以改善混凝土性能。2004年11月~2005年1月,上海市建设工程质量检测中心浦东新区分中心对市场上的混凝土外加剂进行了污染物甲醛的质量调查,结果见表1-18。

表1-18 混凝土外加剂甲醛含量检测结果

在30个混凝土外加剂样品中,检出限量以下的样品为1个,占总数的3%;甲醛含量0.005g/kg~0.5g/kg的样品为23个,占总数的77%;甲醛含量0.5g/kg~1.0g/kg的样品为3个,占总数的10%;甲醛含量1.0g/kg以上的重度污染样品为3个,占总数的10%,其中最高污染值为1.62g/kg,按本规范第3.5节水性处理剂的甲醛限量应小于或等于0.5g/kg来评定结果,在30个外加剂样品中,甲醛合格的样品为24个,占总数的80%,甲醛超标的样品为6个,占总数的20%。最高超出标准值3.2倍。从混凝土外加剂的主要成分来分析甲醛的源头,主要来自于多环芳香族磺酸盐,水溶性树脂磺酸盐等,而含有这些成分的外加剂的种类又多数为减水剂。

目前我国主要使用的混凝土外加剂的种类和成分,见表1-19。

表1-19 我国主要混凝土外加剂的种类和主要成分表

其中减水剂是混凝土外加剂中的最常用的材料,我国目前减水剂品种以第二代萘系产品为主体,占总量的80%以上,然而萘系外加剂的主要成分就是芳香族磺酸盐与甲醛的缩和物,如果不严格控制甲醛投入量,非常容易引起甲醛的污染。该类产品一般的合成工艺流程图如图1-6所示:

图1-6 萘系外加剂合成工艺流程

树脂系减水剂也是引起甲醛污染的又一种外加剂。磺化三聚胺甲醛树脂减水剂是世界上普遍应用的另一种高效减水剂。1964年由原西德研制成功,取名为Melment。它的合成是将三聚氰胺与甲醛反应,制成三羟甲基三聚氢胺,然后用亚硫酸氢钠磺化。由此在单体合成的过程中也产生了甲醛。

日本、欧美等国已在大量应用新一代减水剂,并逐步取代萘系等第二代减水剂,就是第三代聚羧酸系高性能减水剂,具有掺量低、减水率大、与水泥适应性显著改善、坍落度保持性能优异、强度增长明显、生产及使用过程中无任何污染等显著特点,而到2003年底我国聚羧酸系减水剂产量占减水剂总产量不到2%。

因此,就我国目前的情况来说,混凝土外加剂依然可能带来甲醛的污染,引起室内空气甲醛超标,这也是为什么我国的一些“毛坯房”也会出现甲醛超标的原因之一。

6.关于土壤氡、室内氡浓度调查

国内外许多研究表明,地下地质构造断裂对民用建筑低层室内氡气污染的贡献不可忽视。

(2001年前)河南省地质科研所与河南省辐射环境检测管理站,对郑州地区城市建筑低层室内放射性气体危害及预防做了研究,本项研究于1997年完成。本次研究工作的任务有三个:

(1)郑州市区范围内土壤中的氡气含量进行普查测定,编制郑州市区土壤中(地表下60cm)氡气分布图,圈出氡异常区。

(2)研究氡气高异常及形成的原因,研究和制定消除高浓度氡放射性气体的办法和措施。

(3)从调查癌症发病率较高地区的放射性氡浓度着手,用实例说明氡气污染对人体健康的危害,以引起人们的重视。

本项研究涉及的土壤氡面积测量范围为:整个郑州市区,即南北长10km、东西宽13.2km,面积132km2。整个室外工作时间为1996年4~5月,共两个月,完成398个物理测点。

1996年11~12月两个月的时间,项目对环境氡及其子体进行测量,共完成38个点的测量工作,其中测定了19个房间内的氡及其子体的浓度。对地下土壤及环境氡测量数据进行了核算整理,绘制了相应的成果图件,并于1997年3月底,完成成果报告的编写。

该研究还调研了国内外相关资料,表明氡在自然界是普遍存在的,凡有空气的空间就有氡及其子体的存在,氡在陆地大气中含量为4.4Bq/m3,海岸边大气中含量为0.37Bq/m3,土壤中的氡气浓度平均为7400Bq/m3,研究表明土壤氡是居室环境氡的主要来源。

该研究对土壤氡测量主要结果为:土壤氡气测量共完成398个测点,并编制了1∶17000比例尺的郑州市氡异常图。主要结论有:

(1)郑州市区地表下600mm处,多数地区氡气测量结果在10个脉冲以下,经换算在5500Bq/m3以下,属正常水平。

(2)郑州市区分布着8个高浓度异常区,主要是:

1)黄河路西段,河南省地质研究所附近,实测结果为22000Bq/m3~36850Bq/m3

2)郑州市汽车北站附近,实测结果为14850Bq/m3~17600Bq/m3

3)河南省环保局附近,实测结果为11000Bq/m3~22000Bq/m3

4)棉纺路西段,实测结果为13750Bq/m3~33550Bq/m3

5)郑州第二砂轮厂附近,实测结果为11550Bq/m3~28600Bq/m3

6)省图书馆—嵩山饭店,实测结果为12100Bq/m3~23100Bq/m3

7)郑州某大学一带,实测结果为13750Bq/m3~26950Bq/m3

8)郑州铁路局附近,实测结果为12100Bq/m3

(3)二砂厂(棉纺路西段)—嵩山饭店—郑州某大学—铁路局四个高异常区。从宏观分析可以看出,形成了一个走向偏东西向的异常带,该带长10km,宽0.5km~2km,异常值在11000Bq/m3~33550Bq/m3。这是郑州市区内土壤氡相对浓度最高地带,也是研究和观察的重点区。

将该异常带所处位置与郑州市1∶10000基岩地质图进行对比,发现该异常带正好处在通过郑州市区的走向为近东西向断层——须水断层上方。因而,推断有规律的出现的这一条异常带,与须水断层有关。地下氡气沿断裂上运而富集。

郑州市室内氡浓度测量结果,主要有:

(1)室内开窗、开门(流通)氡浓度与室外环境氡浓度相近。

(2)在室外环境氡浓度较高的地段,如地科院,室内如采用水磨石地板、墙用888刷涂,其室内氡浓度(11.16Bq/m3)、子体潜能(3.4×10-8J/m3)比室外氡浓度(26.3Bq/m3)还低、比子体潜能(7.5×10-8J/m3)也低。这与地面为水磨石后,氡析出率比土壤低有关。可见适当的装修措施可以使土壤和墙壁氡析出率降低。

(3)地下室的氡及子体潜能值均高。由于地下室经常不开门窗,比较封闭,空气流通性差,致使氡浓度集累增高。子体潜能同样增高,如地科院地下室在200Bq/m3以上,地矿厅地下室氡浓度为150.69Bq/m3,子体潜能为2.07×10-7J/m3,比正常高一个数量级。

(4)郑州某大学校内室内氡浓度较高。

1)郑州某大学图书馆位于一层楼,但由于郑州某大学地下氡浓度高,且不经常开门窗氡浓度较高,氡浓度为106.2Bq/m3,比正常地区高4倍以上,超过国家规定限值(100Bq/m3);子体潜能为2.13×10-7J/m3,比正常值高出一个数量级。

2)郑州某大学工会一办公室(平房)情况:水泥地面,很少开门,测得结果是氡浓度为96.76Bq/m3,比正常值高3倍~4倍,接近国家限额值。子体潜能1.25×10-7J/m3,比正常值高一个数量级。该屋开门后,再测一次氡浓度降为55.46Bq/m3,子体潜能变化不大,为1.2×10-7J/m3。同样房间,通风3h后,测得氡浓度降至正常值即19.71Bq/m3,子体潜能为1.9×10-8J/m3

由此看来,说明注意室内空气流通,氡及其子体会迅速降低达常规值。这也是消除氡危害的一项简单而重要的措施。还是这间屋,关闭三夜两天后,氡浓度上升到41.3Bq/m3,比通风后实测数高出2倍多。子体潜能为1.1×10-7J/m3,比通风后实测高一个数量级,说明氡及其子体集累还是比较快的。

2003~2005年,“规范”国家标准管理组组织进行了全国土壤氡调查,课题分设以下5个子课题:①“国外土壤氡检测”子课题组。②“国内土壤氡浓度检测资料汇总、整理、研究”子课题组。③全国18个城市土壤氡本底调查子课题组,被调查的地区有:上海(浦东)、昆山、温州、广州、深圳、兰州、大连、邢台、太原、郑州、烟台、徐州、石家庄、通化、杭州、舟山、西宁、镇江等城市。为保证检测调查质量,事先制订了工作方案,统一检测仪器和检测方法,收集当地土壤镭、钍、钾含量资料(环保部门)和地质构造资料。④“表浅土壤氡异常检测方法研究”子课题组。⑤改进型的FD-3017土壤氡检测仪研制。

18个城市土壤氡调查结果及全国近500万km2国土面积航测数据的换算对照看,数据基本可信,统计出全国土壤氡平均值为7300Bq/m3,与全球计算平均值7000Bq/m3接近。

7.在用民用建筑室内环境污染调查

2005年央视二台曾组织进行了全国性室内环境污染调查,共调查了22个城市,检测项目有甲醛、苯、总挥发性有机物(TVOC)。入户检测共采集了4735个样本,调查依据《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325—2001进行,参加此次调查的家庭有566户,室内空气中甲醛检测结果见图1-7。

图1-7 甲醛检测结果的数据分布

调查结果显示,甲醛合格的有183户,占检测总数的32%;甲醛超标383户,占检测总数的68%。

苯检测结果见图1-8。

图1-8 苯检测结果的数据分布

可以看出,室内空气中苯合格的有492户,占总数的89%;苯超标63户,占总数的11%;最高污染物浓度超出标准限值110倍。

室内空气中TVOC检测结果见图1-9。

图1-9 TVOC检测结果的数据分布

可以看出,TVOC合格的有295户,占总数的62%;TVOC超标182户,占总数的38%;最高污染物浓度超出标准限量值50倍。

综上所述,央视二台组织调查的三种污染物中超标严重的是甲醛(超标比例68%),其次是TVOC(超标比例38%),苯污染较轻(超标比例11%)。央视二台的调查结论是:我国因装修造成的室内污染较为严重,应引起我国有关部门关注。

二、室内常见污染物来源及危害

《民用建筑工程室内环境污染控制规范》GB 50325控制的室内空气中污染物有氡(氡-222,Rn222)、甲醛、氨、苯和总挥发性有机化合物(TVOC),还有建筑装修材料中的苯、甲苯、二甲苯、VOC、聚氨酯涂料中游离甲苯二异氰酸酯(TDI)等。

(一)氡气

氡是一种放射性气体,惰性气体,无色,无味。氡元素有几种同位素:氡-222、氡-220、氡-219等,分别来自不同的镭同位素镭-226、镭-224、镭-223。镭同位素分别由由寿命非常长的铀-238(半衰期4.49×109年)、钍-232(半衰期1.39×1010年)、铀-235(半衰期7.13×108年)衰变而来。氡-222的半衰期3.82d,氡-220的半衰期54.5s,氡-219的半衰期3.92s。氡气在水泥、沙石、砖块中形成后,一部分会跑到空气中来,会被人体吸入体内,在体内形成照射。几种氡同位素中,氡-222作用占了一大部分。一般来说,铀、钍、镭在自然界含量很微小,万分之几的含量即算是矿了,但比较而言,花岗岩中、铝矾土中、煤矸石中、粉煤灰中等含量较高些。氡的α射线会致癌,世界卫生组织(WHO)认定的19种致癌因素中,氡为其中之一,仅次于吸烟。WHO建议室内氡浓度限量标准定为100Bq/m3,“规范”将Ⅰ类民用建筑室内限值定为200Bq/m3(现场实测值,不经氡与其子体换算)。

1.无机建材的氡气污染问题及γ外照射

(1)天然长寿放射性核素。

据多角度研究考证,地球年龄已有45亿年上下,在这45万万年的漫长岁月中,形成地球之初的那些许许多多不稳定的原子核(它们会放出α粒子、β粒子、γ光子等粒子,而变为别的原子核,这种现象物理学上叫原子核衰变),由于它们的半衰期长短不同(半衰期即由于衰变,一种物质原子核的数目减少一半所需要的时间,不同的原子核衰变,半衰期也不同,有的半衰期非常短,不到1s,甚至不到1s的千分之一,万分之一,千万分之一;有的却很长,长到几天,几年,几千年,几千万年),所以,半衰期短的原子核,早已在地球上消逝了,在今天的自然界中找不到了。甚至半衰期长到几千万年的原子核,也很少很少了。但是,确有半衰期非常长的几种原子核(物质),例如,铀-238(U238)、铀-235(U235)、钍-232(Th232)、钾-40(K40)等,历经漫漫45亿年后,至今在我们的地球上还能找到,只是数量很少就是了(见表1-20)。

自然界中的铀,并非一种原子核(同位素:原子核中质子数相同的叫同一种元素,同一种元素的原子核中,中子数可以不同。质子数相同、中子数不同的原子核叫同位素),而是有三种,它们的半衰期差别很大,在自然界中的存留量差别也很大(见表1-21)。

表1-20 几种长寿命放射性同位素的半衰期

表1-21 天然铀的成分

时至今日,虽然铀元素在自然界的含量微乎其微,但人类社会进入20世纪后,它始终令世人关注。首先是人们发现了铀-235(U235)的裂变特性,即当一个铀-235原子核接受一个中子后,会发生分裂,变成两个质量小一点的原子核,在这个过程中,释放出另几个中子和大量能量,这就是所谓的“原子核裂变反应”。可以想见,如果条件合适,这种反应一经开始,即可以自持进行下去,那样,所释放出的能量可以大到改天换地的地步,这就是所谓的“链式反应”。这一原理创造了原子弹,1945年扔在日本广岛和长崎的原子弹,让世人永久的记住了铀。后来,铀-235用在核反应堆上,又成为建造核电站的核心材料,为人类造福。铀同位素中半衰期最长的是铀-238,由于它的衰变特性,使得它成为会对人们造成放射危害的、挥之不去的放射性同位素。其衰变过程为:

从U238的衰变过程看,值得我们关注的有这样几点:

1)它放射出一个α粒子后,铀原子核变成了钍元素的原子核,这个钍元素原子核的原子量是234,它仍然不稳定,是放射性的,继续衰变,一直进行下去,直至衰变成铅-214(Pb214),它是稳定的同位素原子核,不再衰变。在这个衰变链中间,所有的原子核都是放射性的。

2)U238的衰变链中的每一种放射性同位素,作为前一级母原子核的衰变产物,在衰变过程中,与前一级母原子核处于平衡状态。由于铀-238的衰变期很长,所以,至今,衰变链中的所有同位素,在自然界中仍有存在,例如,Ra226(镭-226)。

3)在U238之后的14级衰变中,唯一氡-222是气体的放射性元素,且是惰性气体。也就是说,其他所有的衰变产物,随铀-238原子而生、而灭、而在,铀-238存在于岩石中,它们也就存在于岩石中。唯独氡-222例外,当它形成后,由于它是气体,且是惰性气体,它的半衰期是3.82d,在它的原子核发生衰变以前,有足够时间,会有一部分从岩石中逸出来。

(2)天然长寿放射性物质的放射危害。

天然放射性物质的放射危害,主要是通过其放射的射线对人体细胞基本分子结构的电离,破坏了分子结构和细胞而造成伤害的。因此,凡能对人体造成伤害的射线,通常叫做电离辐射。天然放射性物质放射的射线基本上有三种:α射线、β射线、γ(χ)射线。α射线和β射线都是带电粒子,α粒子在空气或其他物质中造成的电离密集,α粒子的能量损耗很快,射程(即可以穿透的距离)很短;β粒子造成的电离比α粒子较弱,能量损耗较慢,因而射程较长,但考虑到天然放射性物质在自然界中的含量毕竟很少,因而,β射线不至于从人体外部对人体构成伤害。值得注意的是γ(χ)射线,由于它在空气中的电离小、射程长,可以从建筑材料中放射出来,从人体外部对人体构成伤害。

天然放射性物质对人体构成放射危害的另一个途径,就是天然放射性物质进入体内。一般情况下,它们是很难进入体内的,但是,从岩石、土壤跑到空气中的氡气,却很容易随着人们的呼吸而进入肺部,并随着血液的流动走向全身。氡-222原子核放射的是α粒子,虽然α粒子难以从体外对人体构成伤害,但进入人体的氡-222原子所放射的α粒子,由于它的射程短,在它所经过的路径上,造成原子的电离密集,破坏细胞结构分子,在人体内对细胞的伤害也就十分集中,细胞受伤害的程度也就大,修复的可能性也较小。之所以氡气成为造成肺癌的第二位原因,道理也就在这里。

自然界中的氡并非一种同位素Rn222,还有别的几种同位素,如Rn220等,只是其他的几种氡同位素,要么份额很少,要么半衰期很短,没有实际意义,因此,首先值得关注的仍然是Rn222

在专业语言里,放射线从外部照射人体的现象,叫做外照射;放射性物质进入人体并从人体内部照射人体的现象,叫作内照射。

从理论上讲,几种天然放射性物质都是值得注意的。但是,如果同时考虑到它们在自然界中的存留量、考虑到它们的辐射类型,以及射线粒子的能量等因素后,真正需引起警惕的 也 就 是 铀(U238、U235、U234)、钍(Th232)、镭(Ra226)、氡(Rn222)、钾(K40)等五种元素。其中,氡(Rn222)带来的是内照射问题,钾(K40)带来的是外照射问题(它放射γ射线和β射线,但β射线射程很短,不至于构成危害,K40的γ射线能量很高,射程很长),铀(U238、U235、U234)带来的也是外照射问题,这是因为,它既有γ射线和β射线,也有α射线。在建筑工程实际工作中,考虑到β射线和α射线射程短,从建筑材料中射出的可能性不大,不至于构成外照射危害,且铀同位素的γ射线相对能量也较小,穿透建筑材料物质并进入空气中后,照射人体的危害较小,所以,在评价放射性物质的危害时,往往不把铀作为防范的主要对象。钍-232(Th232)的γ射线能量较高,射程较长,需考虑外照射危害。镭-226(Ra226)情况较为复杂,这是因为,一方面,它的γ射线能量较高,射程较长,可以构成外照射危害,另一方面,它的衰变产物就是R222,Rn222在空气中的多少与镭-226(Ra226)直接相关。也就是说,镭-226(Ra226)既关系到内照射危害,又关系到外照射危害。以上四种同位素的主要辐射特征如表1-22。

表1-22 四种天然放射性核素的主要辐射特征

自然界中任何天然的岩石、砂子、土壤,无不含有铀、钍、镭、钾等长寿命天然放射性同位素(绝对不含天然放射性核素的物质是没有的)。只是在一般情况下,它们在天然物质材料中的含量极低罢了(在我国,铀含量超过万分之几即叫“矿”,可开采)。

由此可见,能够对建筑物内环境造成放射性污染的无机材料几乎全以天然土石为基本材料(砖、瓦、水泥、砂、花岗岩、大理石、石膏等属于此类),矿渣及工业生产的废渣开展综合利用后,也是如此,如煤矸石砖、粉煤灰制品(灰渣砖、掺粉煤灰的水泥、粉煤灰加气混凝土、砌块)等。有的地方甚至用赤泥(生产氧化铝后的废矿渣)以及铀矿的废矿石等作为建筑材料盖房使用的。

2.地下地质构造断裂是民用建筑低层室内氡气污染的重要来源

美国和俄罗斯利用已有的航空放射性探测资料,作出了全国的氡危害预测图,然后在重点地区开展了地面测量工作。美国地调局和环保局合作对美国的氡危害作了调查,结果表明35%人口居住在氡危害较大的地区内。据美国环保局调查,全国有800万户住宅的室内氡气含量超标,每年因氡而患肺癌死亡人数约2万人。

美国环境地质学家Brookins D.G.1988年提出了较典型的氡的环境地质研究方法,经多年研究,他提出室内氡浓度水平与下列因素呈正相关:居室与山靠近的程度,土壤内氡气含量,房屋是否过分密封,阳光照射量及建筑材料等。1988年度,美国麻省大学几位教授对弗吉尼亚州和马里兰州调查结果表明,这里的室内氡气水平比预期值高2倍,约有45%的室内氡水平高于EPA(美国环保局)规定的上限值(150Bq/m3),同时发现室内氡的变化受季节影响和受地质构造控制的程度都很明显,冬季某些岩体上的建筑物氡水平有70%居室均超标。春季氡值有所下降,原因是春季开窗通风所致,由此推断,夏季室内氡水平则会更低。进一步查明室内氡浓度水平与房屋的结构也有关系,即地下室或者墙壁大部分埋在地下者,室内氡值较高,证明氡主要来源于土壤中。同时期的C.E.Chrosinak研究结果认为,地质条件与氡水平的关系并不明显,美国有一些家庭建筑在含铀很高的基岩上,但室内浓度比期望值低,而远离高铀区域的住房却有不可思议的高氡浓度,指出地下水面的波动及土壤类型对室内氡值影响较大,同时指出,氡的高浓度潜力依赖于Ra,它是铀的子体,直接衰变为氡,同时也依赖于土壤的湿度、土壤的渗透性、季节和天气等。俄罗斯学者(Grammakov)早在1936年就提出了氡迁移的“扩散理论”。1991年研究氡的环境地质时,在查明室内氡的地质来源中,也仅仅限于测定土壤和建筑材料中的铀、钍的含量。V.P.perelygin研究认为:在岩石、土壤和建筑材料中铀与钍的浓度直接关系到空气中Rn222 Rn220的浓度。1985年德国生物学家G.Keller和地球物理学家H.Schniders共同研究氡环境地质,从1980年开始对2万户住宅进行居室氡测量,结果发现,这些住宅中约3%的室内氡浓度超过了300Bq/m3,在艾费尔地区的一个村庄内几所住宅氡浓度超过500Bq/m3,而这一区域处于铀、镭低水平内,据大量的研究测定,认为氡是随着地下水的对流,以及土壤中的气体上行,从基岩通过裂隙上升到居室的,因此得出“土壤氡高则室内氡高”的结论。

我国河南省郑州某大学校址,地质构造上处在走向为近东西向的须水断层附近,由于断裂的存在,使深部氡气易上升而析出地面,因而土壤氡浓度较高,相应的环境氡、室内氡也较高。由于沿断裂析出较易,氡气及其子体潜能集累也较快。故沿断层附近氡危害相应也会比其他地区大。

该校处在氡浓度高异常区带上,经测定在其校园内土壤含氡、环境及室内氡及子体均较高。校领导介绍该校癌症发生率比相当规模的河南其他大学高得多。经与该大学医院讨论和调查,近期学校癌症病人有26人之多,癌症类型有18种之多,其中肺癌有7例,白血病5例,肝癌8例,乳腺癌6例。

氡子体对人体的损害是造成癌症的原因之一,有资料表明,氡子体造成的肺癌占肺癌病人总人数的25%左右,该大学癌症发病高不能不说与氡浓度及气体潜能相对高有关。

河南省物探队氡研究组在某市某单位家属院进行测氡研究,首先在院内按微分测量进行了地下放射性氡气采样测定。结果发现地下氡气浓度全部超标,而且发现院内有三个高浓度异常区。

为了证明以上三处异常区内的住户室内空气放射性氡浓度是否也高,又分别对某几户室内的地表空气按积分测量进行了采样测定,其结果是异常区内的住户室内空气中的氡浓度也高,而异常区外的住户室内空气的氡浓度则低。

为了进一步研究,他们又对人们经常活动的空间高度(如床面、桌面等)进行了空气测定,发现在这个高度处,异常区内的住户氡浓度仍然超标。此测定结果揭示了该家属院内长期住在平房内(或一楼)的若干个住户出现癌症病故、血液病病故和心血管病故较多现象,而他(她)们的住房均处于高浓度异常区内。

综合上述,氡及其子体作为引起人类某些癌变的原因,虽然不能说它是造成癌症,特别是肺癌的唯一因素,但可以说它是造成癌症的主要因素之一。因此,在民用建筑工程中采取防氡、降氡工程措施是一项重要的工作,应积极展开。

世界卫生组织(World Health Organization,WHO)于2009年9月21日颁布了《室内氡手册》。这说明了成立于2005年1月的国际氡项目(International Radon Project,IRP)WHO-IRP又有了新的举措。

世界卫生组织的国际氡项目(WHO-IRP)的工作目的如下:

◆制定有效降低氡危害的战略。

◆促进各国行政当局建立妥当的防氡、降氡政策。

◆提高公众及行政当局对氡危害的认识。

◆建立确认降氡措施效果的监督反馈机制。

◆在全球范围内对室内氡的健康危害进行评价,有效地分配降氡举措资源。

◆在全球范围内建立室内氡暴露数据库。

WHO认为,氡及其子体的辐射照射是诱发肺癌的重要因素,全球范围内住宅及工作场所内的氡暴露会导致每年约有数万人死于肺癌,氡暴露是电离辐射中危险度最大的因素之一。从关注室内环境空气质量的角度出发,氡暴露问题正在成为继吸烟之后的与降低肺癌发生有关的又一关注对象。

最新的研究表明,由矿工流行病学研究外推得到的肺癌危险度与从住宅内氡暴露流行病学研究得到的肺癌危险度并没有太大的矛盾。室内氡浓度100Bq/m3就会导致肺癌危险增加16%。所以,为了有效地控制室内氡的照射,减少肺癌发病率,WHO于2009年9月21日发布了《室内氡手册》。

从公共卫生角度看,氡是一种天然产生的放射性气体,由铀(钍)、镭衰变产生,是人类受到电离辐射的主要来源。在含有铀(钍)、镭的土壤、岩石和矿石中,人们可以发现高浓度的氡气。氡气可以通过土壤的孔隙、地板的裂缝及管道的孔洞等途径进入我们生活的环境,在封闭的房屋中氡气能够累积到很高的水平。一些特殊的地区,建材和地下水也能成为室内氡的重要来源。

氡的主要危害是衰变时不断发射出的高能(5.49MeV~7.68MeV)α粒子,吸入后这些α粒子会滞留在人体的呼吸道上,对局部细胞产生照射,最终诱发肺癌。

欧洲、北美和亚洲等国家室内氡与肺癌关系研究的最新资料显示,肺癌危险度与氡暴露水平呈直线关系,有3%~14%肺癌是由氡引起的。氡是继吸烟之后引起肺癌的第二因素。高氡与烟草联合有很强的联合效应,吸烟人群中患肺癌的比率比普通人群更高。

根据最新流行病学研究结果,WHO采用了更严格的控制标准,在《室内氡手册》中将室内氡的控制限值降低到100Bq/m3。WHO建议要重视室内氡的污染,要善于发现高氡房屋,并对其采取必要的降氡措施或积极的补救性的改造活动工作。鼓励建筑商对新建房屋从工程上采取防氡技术处理,这些技术包括地板隔膜、土壤减压等。建议各成员国建立国家范围的防氡政策,关注生活在高氡暴露区的人群健康,提高公众对氡健康风险的科学认识,采取可行性措施降低国家室内氡的平均水平。

《室内氡手册》主要内容如下:

氡是一种来源于岩石和土壤的放射性气体,很容易聚集在地下矿井或房屋这样的密闭环境中。土壤气体渗入被认为是普通室内氡的最主要来源,其他来源还有建筑材料和井水,这些在大多数情况下,贡献都不很大。公众接受的电离辐射剂量很大一部分来自于氡的暴露。最近欧洲、北美和亚洲等国家进行的室内氡与肺癌关系研究提供的有力证据表明,普通公众中的许多肺癌都是由氡引起的。目前估计,氡引起肺癌的比例约占肺癌总数的3%~14%,具体数值与相关国家的平均氡浓度和所用计算方法有关。分析表明,肺癌危险度随氡的暴露量呈比例增加。

因为很多人生活都受到低、中水平的氡暴露,所以与较高氡浓度的暴露相比,大部分肺癌还是由低、中水平的氡暴露造成的。氡是继吸烟之后引起肺癌的第二因素。大部分氡引起肺癌的病例出现在吸烟人群中,这是由于吸烟与氡强化的联合效应所致。

氡的测量比较简单,但对评价室内氡的浓度却很重要。氡的测量需要采用标准程序,以保证测量结果的准确性和一致性。室内氡浓度变化与建筑结构和通风习惯有关。氡的浓度不仅随季节有很大变化,而且每天、每小时都有不同。由于有这些变化,所以估计室内氡的年平均浓度至少要有3个月或更长时间的可靠测量,短期测量只能为准确氡浓度提供初步估计。为了得到可靠的结果,强烈建议对测量装置进行质量保证。

工程上氡的防护包括对新建房屋的预防性处理和对现有建筑物的降低或补救性改造。氡的预防和降低措施的重点是要屏蔽氡的进入途径和通过不同的土壤减压技术逆向改变室内空间和户外土壤间的空气压力。在许多情况下,两种方法结合可以最有效地降低室内氡的浓度。

可利用利益-代价分析,对氡的预防和降低干预行动进行选择。在此方法中,针对不同的行动或政策,给出纯健康代价和纯健康利益,进而给出这些行动或政策的最优化系数。

优化分析表明,在5%住房氡浓度超过200Bq/m3的地区,对所有新建房屋采取预防性措施是值得的。对新建房屋采取防氡措施,比对已有房屋采取降氡改造效果更好。对已有房屋而言,在一些低风险地区的测量费用可能会高于降氡费用,这是由于与需要降氡的房屋数相比,需要测量的房屋数更多。即使分析表明全国范围的整治方案没有效益,但是生活在高氡浓度室内的居民,肺癌风险会明显增高,仍需要采取降氡措施。

由于普通公众对室内氡引起的危险并不了解,所以建议进行特别的风险沟通。氡的风险沟通需要告知不同的群体,并推荐降低室内氡的措施。专业间的合作是必要的,需要技术和沟通方面的专家共同努力,制订出一套基础性的方案。氡危险度的信息应尽量简单,用简单易懂的语言向公众提供危险度信息。例如,可把氡引起肺癌的危险度与其他癌症危险度,或与日常生活中的一般危险度放在一起进行比较。

应制定国家范围的降低氡风险的公共卫生计划。国家级的防氡计划应包括降低全国氡浓度水平和全民危险度,还应包括降低生活在高氡地区人群的危险度。

国家级的防氡政策,应关注生活在高氡暴露地质区域的人群,提高公众对相关健康风险的认识。成功的国家方案的关键在于与其他健康促进计划(如室内空气质量,控制吸烟)配合行动,培训建筑专业人士和其他在贯彻防氡、降氡措施中的利益相关者。相应的建筑法规规定,在建筑时应有对防氡措施的要求,以及在购买和销售房屋时应进行氡的测量,这对判定是否为高氡浓度很重要。

国家参考水平代表在居室中可接受的最高的浓度,是国家计划的重要组成部分。对于室内氡浓度超过此水平的房屋,建议或要求采取补救行动。制定参考水平应考虑不同的国家性因素,如氡的分布、已有高氡浓度房屋的数量、室内氡水平的算术平均值、吸烟状况。根据最新的科学证据,世界卫生组织提出参考水平为100Bq/m3,目的是减少室内氡暴露的健康危害。对于目前不具备达到这一水平的国家,所选择的参考水平不应超过300Bq/m3,此值根据国际放射防护委员会(ICRP)最近的计算,相当于每年约为10mSv。

本手册提供的关于氡与健康方面的最新阐述,目的不是取代现有的辐射防护标准,而是强调与国家氡计划有关的规划、实施和评估方面的问题。

为提高我国居民的生存质量,减少或降低氡及其子体致肺癌造成的生命危害及经济损失,香山科学会议于2007年6月19~21日在北京召开了主题为“氡及其子体健康危害与控制”的第304次学术讨论会。

潘自强研究员在“氡及其子体健康危害与控制的现状和问题”的主题评述报告中论述了加强氡研究的意义、氡浓度和照射水平的现状、氡危害的控制、加强氡研究在我国具有特别重要的意义、氡危害相关的一些基本问题,以及进一步加强氡研究的建议。他指出,国际上已有直接证据表明住宅氡照射可以引起公众肺癌,并且没有发现其他任何癌症的增加。总体上讲我国氡、钍浓度及其照射水平高于世界平均值。尤其是从中国大陆部分城市建筑室内氡浓度变化趋势来看,2000年以后报道的数据比20世纪80年代的数据增高了约80%。引起这种显著增加的主要原因:一是建筑材料制造中使用了较高放射性含量的废渣(缺乏控制标准)。二是大量空调的利用要求关闭窗户导致室内空气换气次数减少,进而导致室内氡浓度水平的增高。三是过去测量方法的不规范导致了20世纪80年代的测量结果偏低。另外,在国际上铀矿的职业照射是一个照射水平的高端,但是实际上我国其他地下矿山和地下空间比铀矿还高。因此,在我国应当高度关注除铀矿和煤矿以外其他地下矿山和隧道施工等场所的氡照射问题。

在氡研究中,国内外都存在一个普遍性问题,只注重空气中氡浓度水平调查而轻视对其来源岩石和土壤中氡的研究。大气环境中氡浓度与氡地质潜势密切关联。底层建筑物室内氡90%以上来自地基岩石和土壤,且与地质构造年代、地层放射性核素丰度、区域地质构造、地球化学演变过程、地质断裂构造等密切相关。专家指出室内氡主要有地质途径和建材途径两种来源。工业废渣用作建材原料是引起室内氡浓度增高的一个重要因素。与会专家建议加强全国氡地质潜势填图研究工作,查清氡的来源,有针对性地采取预防措施,从源头加强氡的控制。

国内外研究表明:现代城镇住宅辐射污染主要来自建筑材料引起的内照射,在高层住宅内氡气60%~70%来源于建筑材料,对建筑材料的合理利用是影响居民辐射安全的重要环节。由于我国大量的工业矿渣被用来制造建筑材料,地热水的开发利用以及矿山不合理开发,使得我国辐射水平呈明显增加趋势。

国内外经验表明:建筑材料氡析出率增加一个数量级,内照射指数(IRa)镭核素含量控制必须减少一倍,才能保证室内氡浓度不超过200Bq/m3。因此,在国家标准《建筑材料放射性核素限量》GB 6566—2001不增加氡析出率限值指标前提下,本“规范”在第3.1.3条“民用建筑工程所使用的加气混凝土和空心率(孔洞率)大于25%的空心砖、空心砌块等建筑主体材料”条款中,增加了建筑主体材料表面氡析出率(Bq/m2·s)≤0.015指标。这项工作将为积累建筑材料氡析出率和内照射指数(IRa)镭核素含量提供科学数据,为将来GB 6566—2001标准修改提供宝贵的数据源。

三层以下的室内氡气的主要来源:来自地基的土壤和岩石,一般占室内氡的90%左右。含氡较高地区的建筑物中室内氡浓度较高。高氡区分布的范围相当广泛。美国、加拿大与欧盟已经先后编制了氡地质潜势图和室内氡水平调查现状图。

从源头上加强氡的控制,主要措施有:避免在地质断裂带和工业废渣堆放场上建房;地基采用氡含量较低的材料,并采取地基覆盖及涂料等控制氡的析出;选择镭含量和氡析出率低的建筑装饰材料,最好是采用绿色建材和防氡涂料。加强室内通风,并经常开启门窗,增加空气流通。但也要注意,通风降氡虽然是一种经济有效的控制方法,但是通风不当引起的负压将加剧氡向室内的扩散与渗流。通风降氡是治标之策,建筑隔氡才是治本之道。专家建议,在尽可能的情况下采用压入式通风等。开展室内氡—土壤氡关联性研究课题,就是希望寻找我国的高氡建筑物。新修订的GB50325—2010规范既有空心率(孔隙率)大于25%的建筑材料放射性限量表面氡析出率限量要求,又有新建住宅建筑设计与施工中氡控制要求和土壤中氡浓度及土壤表面氡析出率测定要求。

特别是正确利用“城市区域性土壤氡水平调查方法”可以起到圈定的高氡潜在地质远景区要加强民用建筑工程场地防氡工作,避免在新建房屋时再安装氡缓解装置和涂刷防氡涂料而增加建筑成本;可以有效地控制高氡潜在地质远景区的建筑材料流向别的地方。圈定的低氡潜在地质远景区可以宣布不再进行民用建筑工程场地土壤氡浓度测定工作,这样可以极大地节约检测成本。

(二)甲醛

甲醛是无色、具有强烈气味的刺激性气体。气体比重1.06,略重于空气,易溶于水,其35%~40%的水溶液通称福尔马林。甲醛是一种挥发性有机化合物,污染源很多,污染浓度也较高,是室内环境的主要污染物之一。

甲醛是原浆毒物,能与蛋白质结合。吸入高浓度甲醛后,出现呼吸道的严重刺激和水肿、眼刺痛、头痛,也可能发生支气管哮喘,这些,均可能是由于甲醛的致敏作用。酚醛树脂又是重要致敏原,人体衣服有致敏污染物时,可引起全身致敏。皮肤直接接触甲醛,可引起皮炎、色斑、坏死。经常吸入少量甲醛,能引起慢性中毒,出现黏膜充血、皮肤刺激症、过敏性皮炎、指甲角化和脆弱、甲床指端疼痛等。全身症状有头痛、乏力、胃纳差、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等。WHO已确认甲醛为致癌物质。国际癌症研究机构(IARC)汇集了10个国家的26位科学家针对甲醛的致癌性进行评议后指出,甲醛不但能导致鼻腔癌和鼻窦癌,并有强烈但尚不充分的证据显示可以引起白血病。

甲醛对室内暴露者的健康影响最敏感的是嗅觉和刺激。通常,人的甲醛嗅觉阈为0.06mg/m3~0.07mg/m3,但个体差异很大,有的人嗅觉阈可高达2.68mg/m3

室内空气中如果甲醛类含量过高,对眼睛和皮肤都有刺激作用,据研究,甲醛浓度达0.1ppm时,可引起咽部和上呼吸道的损伤,而浓度达到0.25ppm时,气喘病人和儿童会感到呼吸困难,若长期接触,会使人感到周身不适、头痛、眩晕、恶心,甚至可引起鼻癌。

自然界中的甲醛是甲烷循环中的一个中间产物,本底值很低,每立方米仅有几个微克。城市空气中的年平均浓度大约是0.005mg/m3~0.01mg/m3,一般不超过0.03mg/m3。室内甲醛有多种来源,可来自室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等;室内来源主要有两方面,一是来自燃料和烟叶的不完全燃烧,二是来自建筑材料、装饰物品及生活用品等化工产品等。

甲醛的化学反应强烈,价格低廉,故广泛用于工业生产已有大约一百年历史。甲醛在工业上的用途主要是作为生产树脂的重要原料,例如脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、酚醛树脂等,这些树脂主要用作粘合剂。各种人造板(刨花板、纤维板、胶合板等)中由于使用了粘合剂,因而可含有甲醛。新式家具的制作,墙面、地面的装饰铺设都要使用粘合剂。因此,凡是大量使用粘合剂的环节,总会有甲醛释放。此外,某些化纤地毯、塑料地板砖、油漆涂料等也含有一定量的甲醛。甲醛还可来自化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂、防腐剂、印刷油墨、纸张、纺织纤维等多种化工轻工产品。甲醛还是人体内正常代谢产物之一。既是内生性物质(由蛋白质、氨基酸等正常营养成分代谢产生),也是许多外源性化学物质进入体内后的代谢分解产物。可见甲醛的来源极为广泛。甲醛在体内能很快代谢成甲酸,从呼出气和尿中排出。

由于甲醛的来源很多,容易造成室内污染。使用装饰物的室内,峰值也可达2.3mg/m3以上。我国大宾馆新装修后,峰值可达0.85mg/m3左右,使用一段时间后可降至0.08mg/m3以下。一般住宅在新装饰后的峰值约在0.2mg/m3左右,个别可达0.87mg/m3,使用一段时间后可降至0.04mg/m3以下。甲醛在室内的浓度变化,主要与污染源的释放量和释放规律有关;也与使用期限、室内温度、湿度以及通风程度等因素有关,其中温度和通风的影响最重要。

武汉理工大学对室内甲醛污染控制技术进行了调查,发现脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂等释放甲醛的过程是一个持续的过程,而且释放量随着季节和气温的变化而变化,所以其将长期影响室内环境。例如,刨花板贴面的书柜,三年后家具内和家具外的甲醛浓度为0.455mg/m3和0.098mg/m3;而且,在这些树脂生产、储存以及加工的各个环节,也都存在着严重的甲醛污染问题,例如,脲醛树脂中游离甲醛的浓度为3%左右,107胶中的甲醛浓度为0.5%左右。此外,还有极少量的甲醛是由于木材中的半纤维素分解而释放出来的。

我国脲醛胶树脂的年产量很大,为人造板(胶合板、刨花板和纤维板)用胶的大部分。其释放甲醛的原因大致如下:

(1)树脂合成时,余留未反应的游离甲醛。

(2)树脂合成时,已参与反应生成不稳定基的甲醛,在热压过程中又会释放出来。

(3)在树脂合成时,吸附在交替粒子周围已质子化的甲醛分子,在电解质的作用下也会释放出来。

随着人们环保意识的加强,以及对室内环境质量要求的提高,甲醛污染问题刺激着各国科技人员研究和开发低污染技术和非醛替代品。

许多国家(日本、荷兰、瑞典、前西德等)均已制定出了室内甲醛的限量建议值,见表1-23。我国公共场所卫生标准中,甲醛确定为0.12mg/m3,居室内建议为0.08mg/m3

表1-23 国际上室内空气中游离甲醛的限量建议值

(三)氨

氨(ammonia),分子式NH3,比重0.5971,熔点-77.7℃,沸点-33.5℃,易被液化成无色液体,易溶于水、乙醇和乙醚。常温下1体积水能溶解700体积的氨,溶于水后形成氢氧化氨,俗称氨水。氨是制造尿素及其他氮肥的主要原料。氨气可通过皮肤及呼吸道引起中毒,嗅阈0.1mg/m3~1.0mg/m3(Ⅰ类民用建筑室内限值定为0.2mg/m3),引起嗅觉反应的最低浓度为2.7 mg/m3。人们吸入浓度22mg/m3的氨气,5min即引起鼻干。因极易溶于水,对眼、喉、上呼吸道作用快,刺激性强,轻者引起充血和分泌物增多,进而可引起肺水肿。长时间接触低浓度氨,可引起喉炎、声音嘶哑,重者,可发生喉头水肿、喉痉挛而引起窒息,也可出现呼吸困难、肺水肿、昏迷和休克。

室内空气污染是一个世界性的话题,治理室内空气污染也是一个世界性的难题,室内空气中的氨治理也是一样。

写字楼和家庭室内空气中的氨,主要来自建筑施工中使用的混凝土外加剂。混凝土外加剂的使用,有利于提高混凝土的强度和施工速度,国家有着严格的标准和技术规范。在冬季施工过程中,如果在混凝土墙体中加入会释放氨气的混凝土防冻剂,或为了提高混凝土的凝固速度,使用会释放氨气的高碱混凝土膨胀剂和早强剂,将留下氨污染隐患。

正常情况下,不应当出现氨污染室内空气的问题,可是我国北方地区近几年大量使用了高碱混凝土膨胀剂和含尿素的混凝土防冻剂,这些含有大量氨类物质的外加剂在墙体中随着温、湿度等环境因素的变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放出来,造成室内空气中氨的浓度不断增高。

另外,室内空气中的氨也可来自室内装饰材料,比如家具涂饰时所用的添加剂和增白剂大部分都用氨水,氨水已成为建材市场中必备的商品。一般来说,氨污染释放期比较快,不会在空气中长期大量积存,对人体的危害相应小一些,但是,也应引起大家的注意。

本规范要求,民用建筑工程中所使用的阻燃剂、混凝土外加剂,严禁含有氨水、尿素、硝铵等可挥发氨气的成分。

混凝土外加剂中的防冻剂采用能挥发氨气的氨水、尿素、硝铵等后,建筑物内氨气严重污染的情况将会发生,有关部门已规定不允许使用这类防冻剂。但同样可能释放出氨气的织物和木材用阻燃剂,却未引起大家足够重视,随着室内建筑装修防火水平的提高,有必要预防可能出现的室内阻燃剂挥发氨气造成的污染。

(四)苯

苯(benzene)是一种无色、具有特殊芳香气味的液体,沸点为80.1℃,能与醇、醚、丙酮和四氯化碳互溶,微溶于水,苯的嗅觉阈值为4.8mg/m3~15.0mg/m3。甲苯、二甲苯属于苯的同系物,都是煤焦油分馏或石油的裂解产物。目前室内装饰中多用甲苯、二甲苯代替纯苯作各种涂料、胶粘剂和防水材料的溶剂或稀释剂。苯具有易挥发、易燃、蒸气有爆炸性的特点。人在短时间内吸入高浓度的甲苯、二甲苯时,可出现中枢神经系统麻醉作用,轻者有头晕、头痛、恶心、胸闷、乏力、意识模糊,严重者可致昏迷以致呼吸、循环衰竭而死亡。如果长期接触一定浓度的甲苯、二甲苯会引起慢性中毒,可出现头痛、失眠、精神萎靡、记忆力减退等神经衰弱样症候群。苯化合物已经被世界卫生组织确定为强致癌物质。

2000年11月北京一居民区里发生了一起因装修引起的爆炸事件,不但造成了装修材料的财产损失,而且还有人员中毒和伤亡。据了解,造成此次事故的主要原因是装修时所用的油漆稀料中的苯挥发后引起的爆炸。近年来,仅北京地区就发生多起类似事件:1999年6月,北京怀柔三渡河2名工人在给建筑物进行防水处理中昏倒,3人前来救助,其中4人中毒,致死2人,最后确诊为以苯为主的有机溶剂中毒。1999年7月,位于北京市某处的一座建筑工地发生了一起作业工人使用稀释剂中毒事件,造成19人中毒,死亡2人的严重后果。后经现场检测结果显示,在中毒事件发生后15h及36h,分别测得施工现场空气中苯含量超过国家允许最高浓度14.7倍和1.5倍。一些新装修的家庭和写字楼中也存在着严重的苯污染问题,有报道,对某座新建的写字楼进行室内环境检测,结果发现,新建楼内空气中苯最高含量达到49mg/m3

慢性苯中毒主要表现为苯对皮肤、眼睛和上呼吸道的刺激作用。经常接触苯,皮肤可因脱脂而变干燥,脱屑,有的出现过敏性湿疹。天津医院部门统计发现,有些患过敏性皮炎,喉头水肿,支气管类及血小板下降等病症的患者,其患病的原因均与房间装修时室内有害气体超标有关,专家们称之为化学物质过敏症。

长期吸入苯能导致再生障碍性贫血。初期时齿龈和鼻黏膜处有类似坏血病的出血症,并出现神经衰弱样症状,表现为头昏、失眠、乏力、记忆力减退、思维及判断能力降低等症状。以后出现白细胞减少和血小板减少,严重时可使骨髓造血机能发生障碍,导致再生障碍性贫血。若造血功能完全被破坏,可发生致命的颗粒性白细胞消失症,并可引起白血病。近些年来很多劳动卫生学资料表明:在长期接触苯系混合物的工人中,再生障碍性贫血罹患率较高。

女性对苯及其同系物危害较男性敏感,甲苯、二甲苯对生殖功能亦有一定影响。育龄妇女长期吸入苯还会导致月经异常,主要表现为月经过多或紊乱,初时往往因经血过多或月经间期出血而就医,常被误诊为功能性子宫出血而贻误治疗。孕期接触甲苯、二甲苯及苯系混合物时,妊娠高血压综合症、妊娠呕吐及妊娠贫血等妊娠并发症的发病率显著增高,专家统计发现接触甲苯的实验室工作人员和工人的自然流产率明显增高。

苯可导致胎儿的先天性缺陷。这个问题已经引起了国内外专家的关注。西方学者曾报道,在整个妊娠期间吸入大量甲苯的妇女,她们所生的婴儿多有小头畸形、中枢神经系统功能障碍及生长发育迟缓等缺陷。专家们进行的动物实验也证明,甲苯可通过胎盘进入胎儿体内,胎鼠血中甲苯含量可达母鼠血中的75%,胎鼠会出现出生体重下降,骨化延迟。

苯主要来自建筑装饰中使用大量的化工原材料,如涂料、胶粘剂。近年来,我国涂料工业发展迅速,1998年产量已达130万吨以上,年增速超过10%。涂料产量中的一大部分为建筑涂料(发达国家涂料总产量的约50%为建筑涂料)。污染物VOC、苯主要产生于涂料,涂料也是甲醛的另一来源。通常使用的涂料(胶粘剂、处理剂的情况一样)分为两种:水性涂料和溶剂型涂料。由于涂料品种繁多,所使用的成分也十分复杂,各种溶剂、稀释剂、着色剂、催干剂、树脂、油类、固化剂等不下上百种。在成膜和固化过程中,其中所含有的甲醛、苯类等可挥发成分会从涂料中释放出来,造成污染。特别是溶剂型涂料,由于溶剂为有机溶剂,其挥发性有机物含量(VOC)和苯很难避免,况且,许多生产企业为了降低成本,使用杂质含量很高的原料,挥发大量的苯类有毒有害物质。

“规范”修订后,在材料中增加了苯系物指标。本“规范”是室内空气污染的控制规范,宜更加强调污染物在施工过程的源头控制,工程验收过程的空气污染物限量主要体现对源头控制效果的检验。适时更新第三章材料中污染物含量控制的强制性指标和限量值,能够更好地结合十项强制性材料标准,对材料中释放量大、人们普遍关心的污染物进行优先控制。

甲苯、二甲苯、乙苯都是无色、有芳香气味、易挥发、易燃的液体,三者均微溶于水,易溶于二硫化碳等有机溶剂。甲苯和二甲苯对健康的影响效应主要体现在能产生中枢神经系统的损伤及引起黏膜刺激。当室内环境中甲苯、二甲苯的潜在来源很多时,经过缓慢释放后容易对居住人员产生长期的连续暴露,对敏感人群可能导致黏膜刺激、皮炎、头晕、睡眠不好、记忆力减退等新建建筑物综合症。尽管目前对甲苯和二甲苯的人体致癌性不确定,职业暴露研究中发现长期暴露于甲苯、二甲苯均会对人体神经中枢系统产生损害。

国际癌症研究机构(IARC)根据人体流行病学调查、病例报告和动物致癌实验资料进行综合评价,表明现有证据还不足以确定甲苯和二甲苯的人类致癌性,世界卫生组织(WHO)在2006年的波恩会议上总结,认为为甲苯、二甲苯制定相应室内空气导则值所需的科学证据不够充分,而推荐甲醛、苯等九种室内空气污染物应首先制定相应导则值,为其他国家制定室内空气质量(IAQ)相关标准提供参考。

材料中和工程上甲苯、二甲苯的使用量很大,材料标准主要从生产销售环节进行污染物的控制,本“规范”有必要从建设施工的材料选用这个环节上,进一步加大对材料释放污染物的控制,在施工过程中合理限制含有甲苯和二甲苯、乙苯的辅材使用,能更好地保障居民健康,降低污染物的暴露和对人身健康风险。

工业上甲苯目前主要用作硝基纤维素涂料(硝基漆)的稀释剂。工业混合二甲苯溶剂由于其溶解性强,挥发速度适中,是聚氨酯树脂的主要溶剂,也是目前涂料工业应用面最广、使用量最大的一种溶剂。对于具有明确人体致癌性的苯,当前美国、欧盟等已彻底禁止含苯涂料、溶剂的生产使用,我国《涂装作业安全规程 安全管理通则》GB 7691—2003也禁止含苯的涂料、稀释剂和溶剂的使用,规定苯含量不得超过1%(体积比);建设部关于室内建筑装饰装修材料有害物质限量的十项强制性国家标准也分别对各类材料的苯含量进行严格规定。总结2002年以后我国部分城市IAQ监测数据可看出,目前室内环境中可释放甲苯、二甲苯的材料来源通常比释放苯的来源更广泛,然而苯超标率仍然普遍偏高,“三苯”仍然是目前我国新建及新装修建筑室内的主要空气污染物。这也在一定程度上反映了建材市场立法管理和环境标志制度建设的滞后,相关部门对材料标准和本“规范”的执行力度有所不足。

“规范”修订后,空气污染指标没有增加,仍保留原先五项,主要理由是:国家强制性标准中的指标应以少而精为好,指标间尽量不要存在相互包含关系。本“规范”的规定的总挥发性有机化合物(TVOC)指标,在化学成分上实际已经包含了甲苯、二甲苯、乙苯等多种苯系物,是一个化学污染物综合指标,对TVOC的控制能体现了对一大类有害空气污染物的总量控制。增加甲苯、二甲苯等空气污染物种类作为工程验收指标,尽管对分析成本、分析技术没有更高的要求,但从验收结果来看,指标的不达标情况增加。同时,还涉及材料及工艺工程的问题,如甲苯、二甲苯溶剂在室内建材中的缓释会影响检测结果的可重复性,使问题更复杂。

“WHO欧洲空气质量指南”根据污染物职业暴露的最小有害作用剂量(LOAEL),制定甲苯的导则值为0.26mg/m3(1周平均值),这个值也被认为能对人体生殖系统健康起到保护作用。WHO也建议可以规定甲苯短期暴露的臭气阈值为1mg/m3(30min均值)。目前仅有德国、波兰、中国香港等少数国家(地区)对室内空气中的甲苯进行限量,而将二甲苯作为室内空气质量管理优先指标的国家更少。我国现行国家标准《室内空气质量标准》GB/T 18883的挥发性有机污染物指标很多,并规定甲苯、二甲苯的推荐的标准值均为0.2mg/m3(1h均值),增加哪些污染物作为本“规范”的验收指标,需要充分的科学依据。若体现建设工程中对甲苯、二甲苯等污染物的重视,一方面可以完善对材料污染物含量的控制,并对施工过程提出要求;另一方面也可参照现行国家标准《室内空气质量标准》GB/T 18883提出相关指标,写进建设工程合同。

同样,可以认为甲苯、二甲苯对健康影响已包含在TVOC指标中。尽管苯和TVOC的检测条件有所不同,但TVOC值实际上包含了甲苯和二甲苯,且“三苯”通常是TVOC中比例较大的主要成分。TVOC本身是一个反映和衡量复合污染物对人体产生综合健康效应的化学指标,这种健康效应包括了甲苯和二甲苯(本身毒性较低)二者导致的或与其他物种协同导致的健康效应。目前采用的三种有机污染物指标(致癌物甲醛、苯以及有机物综合指标TVOC),能在“规范”具体实施过程中起到抓住主要矛盾的目的。如要从严控制甲苯和二甲苯,可以从严控制TVOC。

(五)总挥发性有机化合物(TVOC)

本规范修订后,总挥发性有机化合物(TVOC)定义为:在本规范规定的检测条件下,所测得空气中保留时间在正己烷和正十六烷之间且包括它们在内的所有已知和未知挥发性有机化合物的总量。材料检测中的挥发性有机化合物(VOC)定义为:在本规范规定的检测条件下,所测得材料中挥发性有机化合物的总量。二者均强调在“本规范所规定的检测条件”(参照相应附录)。

国际上对室内挥发性有机物污染的研究已有30多年的历史,术语“挥发性有机物(VOCs)”最初是用来指示参与室外大气光化学反应的一类含碳化合物。它们的来源十分广泛。许多国家对化学品加以监管以控制对流层中臭氧和光化学烟雾的污染。美国国家环保署(USEPA)最初对VOCs规范的定义如下:“除一氧化碳、二氧化碳、碳酸、金属碳化物、碳酸铵之外,参与大气光化学反应的任何一种碳化合物,但还应排除光化学反应活性很弱的一些化合物:甲烷、乙烷、丙酮、乙酸甲酯、1,1,1-三氯乙烷和四氯乙烯等(多属于卤代烃类和全氟化碳化合物)”。随后USEPA依据VOCs特殊的采样和分析检测方法对其进一步加以定义。

VOCs被引入到室内空气污染研究领域后,意义上有明显不同,但室内VOCs没有统一的定义。IAQ研究者通常认为,以一定的采样分析方法测定到的所有室内蒸气态有机化合物即为VOCs,检测到的VOCs总量一般以总挥发性有机物TVOC来表示。分析方法差异一般会导致室外VOCs定义以外的一些化合物也被纳入室内空气研究中的VOCs定义范围。例如,丙酮、1,1,1-三氯乙烷和四氯乙烯。另外,室外空气中的甲烷包含在VOCs范围中,但在室内空气研究领域一般将其和VOCs分开考虑。

WHO根据有机物的沸点,将室内有机化学污染物分成了四类(表1-24)。VOCs在室内环境中普遍存在,在非职业室内环境中,甚至可以检测到上百种VOCs,按其化学结构可大致分为八大类:烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他化合物,其中一些物质具有致癌、致畸、致突变毒性。表1-25列出了一些在室内空气中常被检测的有害VOCs物质(部分被列入USEPA的有害环境空气污染物HAPs名单)以及对应的潜在室内来源,可看出这些VOCs主要来源于各种室内建筑装修装饰材料。

表1-24 室内有机化学物的标准分类(WHO)

表1-25 一些在室内空气中常被检测的有害VOC物种及其潜在室内来源

资料来源:John D.Spengler,Jonathan M.Samet,John F.Mccarty.Indoor Air Quality Handbook.McGRAW-Hill,2000.
*表示EPA的有害环境空气污染物HAPs。

大多室内VOCs以微量或痕量水平存在,随着监测手段和分析技术的不断发展,更多种类的挥发性有机物被发现和研究。理论上,应该针对每一种挥发性有机化合物制定室内空气污染的导则值。但实际上,短期内对上百种VOCs中的单物质进行健康影响评价是很困难的,目前只有少数几个VOC单种的代谢毒理学和剂量—反应关系被确定,大多数VOCs物种缺少充足的毒理学资料;同时新的物质层出不穷,可能具有不同的健康影响,并取代相关标准中已存在的指标。因此,使用“TVOC”来指示和评价暴露于这类挥发性有机物所产生的综合健康效应和不舒适性是合理的和必要的,同时这个概念的使用有利于进行总量控制,这个标准被很多国家的室内控制质量标准所采纳。国际标准ISO 16000—6—2004中采用了世界卫生组织对SVOC、VOCs、VVOC的分类定义(根据沸点),而对TVOC的定义如下:

“用Tenax TA®采集、使用火焰离子化检测器(TVOC-FID)或质谱检测仪(TVOCMS)检测、保留时间在正己烷和正十六烷之间(包括)的挥发性有机物的总和,采用等效甲苯质量方法进行定量。

注:尽管本规范描述了单种VOCs的测定方法,在实践中常用TVOC单一浓度值来表征空气中的VOCs。应该强调的是,TVOC值的获得取决于所使用的采样和分析方法,因此在描述时需要附加这些方法的说明。”

使用甲苯等效质量方法来确定TVOC其实是一种半定量的方法,实际上混合物中其他物质的响应系数和甲苯可能存在差异。对于TVOC以外VOCs物种的测定,可以选择其他吸附剂和分析条件(见ISO 16017—1)。

VOCs或TVOC的测定与具体的研究目的直接相关,表现在对标准气体物质的要求。如用于氯代烃分析使用的氯代烃混合标气USEPA TO-14A(19组分)、用于多环芳烃分析的标准芳烃混合气体USEPA TO-14A(14组分),一般分析所用的TO-15/17(25或64组分)(标气色谱图如图1-10)、用于臭氧前驱物分析的PAMs(57组分),也可以根据研究的需要适当增加标气物质。分析VOCs的关键技术在于选择合适的色谱柱和分析条件,使得分析物有效分离,减少共存物干扰。

图1-10 TO-15标气标准色谱图

TVOC在室内空气中作为异类污染物,是极其复杂的,而且新的种类不断被合成出来。由于它们单独的浓度低,但种类多,一般不予以逐个分别表示,以TVOC表示其总量。TVOC中除醛类以外,常见的还有苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、三氯甲烷、萘、二异氰酸酯类等。主要都来源于各种涂料、粘合剂及各种人造材料等。近10年来,已对上百种的这类化学物质进行了鉴别,尽管大多数以极低的浓度存在,但若干种VOC共同存在于室内时,其联合作用及对人体健康的影响是不可忽视的。曾参与室内空气污染物对公共卫生影响研究工作的世界卫生组织(WHO)工作组和其他的检查机构,如美国国家科学院/国家研究理事会(NAS/NRC)的室内污染物委员会一直强调TVOC是一类重要的空气污染物。

目前认为,TVOC可有嗅味,表现出毒性、刺激性,而且有些化合物具有基因毒性。TVOC能引起机体免疫水平失调,影响中枢神经系统功能,出现头晕、头痛、嗜睡、无力、胸闷等自觉症状;还可能影响消化系统,出现食欲不振、恶心等;严重时甚至可损伤肝脏和造血系统,出现变态反应等。

家庭室内有机化合物的污染已受到多方面的广泛重视,这方面有不少的研究报告,有的研究调查规模很大,达数百户住宅。现已从室内空气中鉴定出500多种有机物,其中有20多种为致癌物或致突变物。

各个国家都针对建筑物中VOC进行了调查。德国kraused测定了500户家庭室内VOC情况,共监控了57种化合物浓度,结果表明,除甲醛外,各种化合物的平均浓度都低于25μg/m3,高于室外浓度5倍~8倍,各种化合物的浓度变化范围较大;英国测定了100户住宅,在四周时间内,室内VOC浓度平均值为121.8μg/m3,此为室外浓度的2.4倍;Oston对757户加拿大住宅随机监测室内VOC浓度,共测定了57种化合物,平均值在20μg/m3左右;日本花井义道的研究表明,竣工2个月后的室内TVOC高出室外5.9倍~13.5倍,竣工8个月后的建筑物室内各种有机化合物浓度已显著降低,其中脂烃和芳烃类化合物浓度已与室外相接近。竣工10年后TVOC的测定结果与竣工后8个月的结果相差无几。

Ozkaynak报道,美国对在航天计划中使用的5000多种材料测定了VOC的释放情况,其中很多材料也广泛用于家庭中。现将几种典型的建筑装修材料中VOC的释放量以及范围汇总于表1-26。从上述结果可以明显看出,一些在家庭中常用的物品和材料中能释放出多种有机化合物。在大约100多种材料中,苯、三氯乙烯、甲基氯仿和苯乙烯的检出频率最高。不同样品之间释放有机化合物的变动范围很大,其中某些物品,例如粘合剂、泡沫材料和胶带等可释放出多种不同的VOC。

Tichenort等把受试材料放入1L特制容器中,用顶空分析法,使用GC/MS对释放出的化合物进行分析(表1-27)。这些在家庭日常生活中经常使用的产品可释放出数十种有机化合物。其中某些化合物对人体健康有明显危害,甚至有的具有致癌性,例如苯。

表1-26 建筑装修材料中VOC的释放(中值,μg/g)

表1-27 用GC/MS从装修材料中鉴定出的有机化合物

住宅内墙壁和地板的装饰是室内装修的重要方面。在室内装修中,几乎都用各种材料覆盖墙面和地面,以便在室内构成色彩协调的环境。但是,随着这些新的合成材料使用的增加,消费者感到不适的主诉也明显增加,往往认为这与挥发性有机化合物的释放有关。因此有不少的研究集中检测了墙壁和地面覆盖材料中有机物释放的情况。

Bremer的研究发现,不同厂家生产的聚氯乙烯(PVC)地板在100L的小室试验中,能释放出大约150种挥发性有机化合物,其中以脂烃和芳烃类为主,还含有大量脂族碳酸酯以及脂肪醇和芳香醇。

总体来看,地板材料,包括尼龙地毯、漆布、橡胶地板、PVC地板、乙烯地板等释放的挥发性有机化合物主要为烷烃/环烷烃、芳香烃、烯烃、醇、酚、醛、酮、萜烯。而苯乙烯丁二烯橡胶衬底的地毯是4-苯基-环己烯和苯乙烯的来源。

许多研究证实,室内空气中有机化合物的浓度明显高于室外空气,甚至高于城市工业区或石化工业区。这说明在通常情况下有机化合物的污染主要来源于室内,例如使用各种家用化学品、建筑材料、装饰材料以及诸如吸烟等个人活动。

虽然化合物的浓度不高,其均值通常低于10μg/m3~20μg/m3,TVOC每立方米大约为数百微克,通常低于400μg/m3,单个化合物浓度很少超过50μg/m3,TVOC通常低于1mg/m3。该浓度水平远远低于职业暴露的阈限值。一般认为,“不良建筑物综合征”与暴露于TVOC的综合作用有关,而不是由于单个化合物的作用。总起来看,暴露于低浓度VOC的情况下,到底对健康的危害是什么?程度如何?仍不很清楚。在这方面的定量研究资料很少,Mlhave就挥发性有机化合物对健康影响的流行病学调查和实验研究进行了较全面的综述,认为TVOC浓度小于0.2mg/m3时不会引起刺激反应;而大于3mg/m3时就会出现某些症状;3mg/m3~25mg/m3可导致头痛和其他弱神经毒作用;大于25mg/m3时呈现毒性反应(表1-28)。

表1-28 VOC引起人体不适感觉的剂量—反应关系

我国北京市化学毒物检测研究所(2001年前)对北京市73个不同类型的旅馆饭店和17个楼房住宅、4个办公场所,共94个不同建筑的室内环境进行了监测,结果表明,VOC的平均水平和总水平分别为47.95μg/m3和335μg/m3

北京环境保护监测中心(2001年前),为了解掌握室内空气中挥发性有机污染物的种类、存在浓度及来源,对二十几所房屋(包括居室、宾馆客房、会议室、写字楼、多功能厅)的室内外空气、部分装修材料进行了采样和分析。在对室内空气进行的采样分析中,共检出300多种有机化合物,其中,有一部分是对人体健康可产生较大危害的有毒化合物。

白郁华等人于1997年3~6月对北京大学园区室内空气污染进行了综合调查,发现室内总挥发性有机化合物(TVOC)的平均浓度为0.86ppm(40次测量平均值),浓度范围在0.31ppm~3.91ppm之间。

国外对室内总挥发性有机化合物(TVOC)的监测相对较多。

目前国内外对种类繁多的有机物的综合污染,引起了高度重视和警惕,各国均相继制定了TVOC的相关标准,见表1-29。

表1-29 涂料和胶粘剂及室内空气TVOC规定

续表1-29

本规范中对建筑材料中涂料、胶粘剂和水性处理剂中TVOC均提出了规范性要求,并对验收时室内空气作出限值规定。

(六)甲苯二异氰酸酯(TDI)

甲苯二异氰酸酯(TDI)的分子式为CH3C6H3(NCO)2,无色液体,是溶剂型涂料中容易存在的一种有毒物质,它对眼和呼吸道有明显刺激,可引起过敏性哮喘和过敏性皮炎,刺激阈浓度0.5ppm。凡分子结构中含有-NCO基团的化合物统称为异氰酸酯化合物,甲苯二异氰酸酯是苯环的2,4-或2,6位,含有-NCO基团的无色或淡黄色液体,易燃,有强烈的刺激性气味,溶于乙醚、丙酮或其他有机溶剂,空气中嗅觉阈浓度为0.27ppm~2.7ppm。

TDI通常是2,4-二氨基甲苯和光气作用制得,但回收率不高,仅70%左右。残留在二异氰酸酯中的未反应物很多,若未经充分提纯去杂,则大量存在于异氰酸酯中,而2,4-二氨基甲苯则是经动物试验表明确具有致癌性。德国联邦总署MAK(被允许的最大工作场所浓度)委员会将2,4-二氨基甲苯列为MAK(III)A2组,而且异氰酸酯形成聚氨酯后,如经化学处理(包括检测时的还原处理)将有可能释放出二氨基化合物,因此TDI必须将未反应的相应的芳香胺除尽,才能用于聚氨酯生产。

所谓聚氨酯树脂是由多异氰酸酯和具有两个以上活性氢原子的化合物反应生成的聚合物,由于多聚氨酯树脂反应条件及其他因素的限制,在以聚氨酯树脂为基料生产的涂料和胶粘剂中,存在游离的TDI及其他异氰酸酯化合物,这些异氰酸酯单体都是毒性很大的物质,长期吸入其蒸气和气溶胶,可损害健康,引起呼吸不适,眼角发干、发疼,严重时引起头痛、气短、支气管炎、哮喘等呼吸系统疾病,造成视力下降。皮肤上接触到这些单体后,引起皮肤干燥、发痒,严重时引起皮肤开裂、溃烂等病症。鉴于此,许多科技工作者,从化学反应合成工艺入手,降低多异氰酸酯预聚物中游离的TDI及其他多异氰酸酯单体含量。游离的TDI一直是媒介关注的重点,不少厂家也都宣称自己的涂料与胶粘剂产品游离TDI很低(≤0.5%)。

国内外学者对室内环境污染进行了大量研究,常见的有毒有害物质有10种以上,其中绝大部分为有机物,另外还有氨、氡气等。在编制本规范过程中,通过规范编制组的调查研究,发现在我国目前发展水平下,民用建筑工程室内最可能出现的化学污染物是甲醛、氨、苯系物和挥发性有机物(VOC),以及放射性气体氡。因此,将氡、甲醛、氨、苯、VOC或TVOC(严格讲,VOC或TVOC不是一般意义上的一种污染物,它是多种可挥发有机物的总和,这里只是出于叙述的方便起见,把VOC也作为一种污染物)及材料中的甲苯、二甲苯、TDI等列为本规范控制的污染物是适宜的。理由是:

(1)这几种污染物属常见污染物,对身体危害较大,如甲醛、氨对人有强烈刺激性,对人的肺功能、肝功能及免疫功能等都会产生一定的影响,甲醛是致癌物质;氡、苯、TDI、VOC或TVOC中的多种成分都具有一定的致癌性等。

(2)甲醛、氨、苯等挥发性较强,在空气中挥发量较多,在验证性调查中,时常检出。

(3)从被调查的现场人员所反映的自身感受(自觉症状及刺激)情况看,与这些有害物质对人体的已知刺激作用相一致。

将这几种污染物首先列为控制对象,与国内已开展此类研究的专家学者的意见是一致的。

有害于健康的室内空气已经引起全球性的人口发病率和死亡率的增加。来自世界银行的研究资料(20世纪末)表明,我国每年由于室内空气污染造成的损失,如果按支付意愿价值估计,约为106亿美元。据国际有关组织调查统计,世界上30%的新建和重修的建筑物中所发现的有害于健康的污染,已被列入对公众健康危害最大的五种环境因素之一。

依据现行国家标准《室内空气质量标准》GB 18883对室内主要污染物的限量指导,近几年来对新建及新装修的室内环境污染物的检测报道不断,集中体现甲醛、TVOC和苯系物的超标问题。中国环境监测总站2006~2007年对256户新建及新装修房屋居室的室内空气质量(IAQ)检测结果统计,室内空气污染中氨超标率为18.8%,最大值超标倍数为14.2倍;甲醛超标率为15.9%,最大值超标倍数为5.1倍;苯超标率为14.6%,最大值超标倍数为1500倍;甲苯超标率为33.5%,最大值超标倍数为47.1倍;二甲苯超标率为29.8%,最大值超标倍数为34.8倍;TVOC超标率为46.1%,最大值超标倍数81.8倍。

2006年北京市疾病预防控制中心公布了一份历时7年的室内环境调查报告,报告显示,由于长时间停留在室内空气污染的环境中,生活在北京新建及新装修的10个小区和30多家高档宾馆、写字楼、会议中心和实验室里的1万多人中,有30%出现胸闷、头痛、头晕、睡眠不好和喉部问题,30%~40%出现皮肤性黏膜刺激症状,此外还有40%出现鼻炎症状。我国新建及新装修房屋室内空气污染具有普遍性,其严重程度对长期暴露人群产生的健康危害令人警醒,对其存在的IAQ污染超标问题亟待解决。

2006~2008年南开大学也开展了三城市新建及新装修(1年内)室内主要污染物的污染状况调查,结果和其他研究报道类似(表1-30):6种关注的污染物均存在不同程度的超标问题,不同城市之间、不同污染物之间的污染水平均存在差异。

表1-30 三城市新建及新装修室内主要污染物平均浓度和超标率(单位:mg/m3

2008年春季,南开大学对36户家庭人员涉及的不同微环境VOCs和个体暴露进行检测,共分析了美国EPA TO14及TO15中规定的56种化合物,其中个体检测出37种VOCs,检出率为66.1%,室内环境检测出38种VOCs,检出率为67.9%。室外环境检测出29种VOCs,检出率为51.8%。其中在个体及微环境中的检出率均为100%的物质,包括:苯、甲苯、乙苯、对、间二甲苯、邻二甲苯、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯乙烯、1,3,5-三甲苯、2-丁酮、乙酸乙酯、环己烷共12种,说明这些VOCs在室内外环境中广泛存在。庚烷在室外环境检出率为100%,在汽车内和办公环境未检出,居室检出率也较低,说明庚烷可能主要来源于室外大气,而非机动车辆。除氯仿、四氯化碳、庚烷和4-乙基甲苯外,其他12种VOCs均满足个体暴露量大于个单一微环境浓度的关系,表明以某单一微环境浓度来表示个体暴露水平是不准确的。苯、1,2-二氯乙烷、甲苯、苯乙烯、2-丁酮及乙酸乙酯等物质的居室浓度与个体暴露浓度更接近,表明用居室浓度可以在一定程度上反映个体暴露水平(表1-31)。

表1-31 16种VOCs的个体暴露及微环境浓度统计表(n=36)

注:U代表未检出。

另外,需要说明的一个问题是:关于是否增加微生物指标问题。“规范”修订后未增加室内空气中微生物指标,但同时增加关于防潮和室内通风的条文。室内环境的生物性污染可以通过空气湿度和潮湿环境进行规范(根据水的存在形态)。在建筑室内环境,生活用水、给排水管网的布设、空调冷凝水和各种加湿系统都涉及水的存在。水也可以在建筑结构内部表面发生冷凝,可能会引起材料的破坏和微生物在材料表面的生长,通常以可见的霉菌出现。空气湿度过高或环境过于潮湿,也有利于一些过敏源的产生。

从ISO和其他国家IAQ标准来看,室内微生物的控制主要体现在对室内水蒸气(空气湿度)、霉菌等指标的控制。如加拿大居民室内空气质量暴露指南中规定了夏季室内湿度控制在30%~80%,冬季室内湿度控制在30%~55%;新加坡环境部1996年颁布的办公楼良好IAQ指引中规定室内可接受的空气相对湿度应不高于70%;芬兰的室内气候分级中专门规定了建筑工程对室内水和湿度控制的要求和措施。对于霉菌,在室内环境中来源广泛,在新建建筑中,霉菌的来源有限,一般空气的霉菌浓度相对较低,同时还伴随着微生物的生长和消亡过程起伏变化。另外,微生物浓度的变化很大程度上取决于具体的时间段和地点,如果室内微生物浓度相对室外浓度高,或者检测到的物种有别于室外情况,这就表明建筑物室内可能发生霉变情况。目前很多国家在IAQ相关标准中涉及霉菌或总微生物指标。

室内空气微生物来源主要包括室外空气(如霉菌)进入室内环境;室内装饰装修材料,如地毯、壁纸等,因潮湿引起的霉菌孽生;空调机组过滤网、冷却盘管等滋生的细菌;人及动物身上的微生物(如细菌和病毒)。控制室内环境微生物污染的最有效的方法是进行合理的室内工程设计,以保证有充足的通风和除湿,原“规范”已经对通风设计要求进行了规范。而对于新建、改建和扩建的民用建筑工程室内环境,可能存在因室内装饰装修材料设计布置地点的不合理(如过于接近水源,空调冷凝水的导排不合理,室内装修夹层细缝中)使得建筑工程在交付使用后,局部室内地点出现室内微生物滋生的隐患,目前针对工程过程的防潮还没有相应的标准规范,修订后的“规范”要求对工程过程可能存在的微生物滋生环境加以消除和控制,但不把微生物作为验收指标。