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地铁环境中PM2.5浓度水平分析武汉市

2023-08-31 184 上传者：管理员

摘要：了解武汉市轨道交通地铁站细颗粒物(particulate matter 2.5,PM2.5)的浓度特征，为相关标准制定和环境改善提供科学依据。方法以武汉市地铁2号线26个地铁站为研究地点，于2019年5月对每个车站的车厢、车控室、屏蔽门内(隧道)、屏蔽门外、列车进站时及离开1min后站台、站厅、出口和新风井口的PM2.5进行监测。结果隧道内(中位数67.4μg/m3)PM2.5浓度是新风井口浓度(中位数45.3μg/m3)的1.5倍(U=550,P<0.01)。站台和站厅PM2.5浓度差异无统计学意义(t=-1.558,P>0.05)。列车进站时站台PM2.5浓度高于出站后浓度(t=2.187,P<0.05)。屏蔽门内(均值67.4μg/m3)PM2.5浓度是屏蔽门外浓度(均值48.0μg/m3)的1.4倍(t=5.030,P<0.01)。站厅、站台和车控室PM2.5浓度与新风井口PM2.5浓度呈正相关(r=0.826、0.740、0.608,P<0.01);站厅PM2.5浓度与站台PM2.5浓度呈正相关(r=0.905,P<0.05)。结论隧道内PM2.5污染最严重，可能会影响站台环境。建议地铁站点内安装屏蔽门，并加强对地铁站内空调通风系统的定期清洁和卫生管理。

关键词：
PM2.5
分析
地铁
空气质量
细颗粒物
隧道
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随着经济社会的发展和物质文化生活水平的提高，地铁己成为人们出行必不可少的城市公共交通工具。地铁车站尤其是地下车站，建筑结构相对封闭，人群密集且流动性大，从而导致该环境下自然通风不足，空气质量较差，极易造成污染物积聚[1,2,3,4,5]。因此，研究地铁车站的空气质量及其影响因素，对保护乘客和工作人员的身体健康有重要意义。大气细颗粒物(空气动力学直径≤2.5μm的颗粒物，PM2.5)是我国大部分城市的首要污染物，是空气质量的重要影响因素。空气PM2.5可对人体的呼吸、心血管、生殖和神经等多个系统和器官造成健康危害[6,7,8,9,10,11,12],细颗粒物中所含的重金属对暴露人群可能有潜在致癌风险[13]。研究地铁车站内PM2.5的特点，并分析车站内外PM2.5浓度差异，对改善地铁环境质量有重要意义。目前还没有针对地铁车站内环境PM2.5的相关标准[1],具体评价指标只能参照《室内空气质量标准》(GB/T 18883—2022)[14]。本研究通过分析武汉市地铁车站环境不同位置PM2.5浓度水平，从而为改善地铁站点空气质量和制定卫生标准限值提供科学依据。

1、对象与方法

1.1监测方法

本次监测选择武汉市地铁2号线全线(不包括南延线),2号线是武汉市首条地下地铁线路，也是武汉市客流量最多的线路，共28个车站，其中26个地下站纳入监测，2个高架站未纳入，监测的26个站点均为岛式车站。

监测地点选择在每个车站的车厢、车控室、隧道门内外、列车进站时及离开1min后、站台、站厅、出口和新风井口。笔者于2019年5月期间对各车站进行监测，监测时间点选在平峰时段2h(9:00～11:00),避免高峰时段人流量多的影响。每个监测点测量3次后取平均值作为该监测点的PM2.5浓度值。监测点高度距地面1.0～1.5m。现场监测避开人流通风口、空调风口和门窗等。

1.2监测仪器

本次监测采用北京绿林创新数码科技有限公司的LD-6S多功能微电脑粉尘仪。监测前，将监测仪进行校准，现场测量前根据仪器说明书要求进行零点校正。

1.3统计学分析

本研究采用SPSS 20.0统计软件进行数据统计与分析。浓度采用中位数M、四分位数间距或最小值、最大值表示，计数资料用百分比(%)表示。采用Shapiro-Wilk检验法对数据的正态性进行检验，数据分布为正态分布时，采用t检验进行组间差异比较；数据检验为非正态分布时，采用Mann-Whitney U检验对数据进行两组间差异比较。采用Spearman等级相关分析数据相关性。以P<0.05为差异有统计学意义。检验水准α=0.05。

2、结果

2.1地铁站不同监测点PM2.5浓度水平

将新风井口作为室外对照点，站台和新风井口PM2.5浓度差异无统计学意义(U=280,P>0.05);车厢和新风井口PM2.5浓度差异有统计学意义(U=178,P<0.05);隧道和新风井口PM2.5浓度差异有统计学意义(U=550,P<0.01),隧道内PM2.5浓度是新风井口PM2.5浓度的1.5倍；车控室和新风井口PM2.5浓度差异有统计学意义(U=118,P<0.01),新风井口PM2.5浓度较高。站台和站厅PM2.5浓度差异无统计学意义(t=-1.558,P>0.05)。见表1。

表1地铁站不同监测点PM2.5浓度水平(μg/m3)

2.2地铁列车进站和出站后的站台PM2.5浓度水平

列车进站时和出站后站台PM2.5浓度差异有统计学意义(t=2.187,P<0.05),列车进站时站台PM2.5浓度较高，见表2。

表2地铁列车进站时和出站后PM2.5浓度比较(μg/m3)

2.3地铁站屏蔽门内外PM2.5浓度水平

地铁站台屏蔽门采用全高封闭式地铁屏蔽门系统，对地铁站屏蔽门内和屏蔽门外PM2.5浓度进行比较，屏蔽门内和屏蔽门外PM2.5浓度差异有统计学意义(t=5.030,P<0.01),屏蔽门内PM2.5浓度是屏蔽门外PM2.5浓度的1.4倍，见表3。

表3地铁站屏蔽门内外PM2.5浓度比较(μg/m3)

2.4不同监测点PM2.5浓度相关性分析

结果显示，新风井口、站厅、站台和车控室PM2.5浓度与出入口PM2.5浓度呈正相关；站厅、站台和车控室PM2.5浓度与新风井口PM2.5浓度呈正相关；站厅PM2.5浓度与站台PM2.5浓度呈正相关。见表4。

表4不同监测点PM2.5浓度的相关性分析

3、讨论

本次监测地铁车站内站台PM2.5浓度范围为24.4～55.9μg/m3,通过与世界各地的地铁系统比较，本分析结果比巴黎市地铁(93.0μg/m3)、首尔市地铁(176.0μg/m3)和伦敦市地铁(480.0μg/m3)环境中PM2.5浓度水平低[1],与国内城市地铁系统比较，低于北京市地铁站台(275.0μg/m3)[1]和上海市地铁站台(25.0～275.0μg/m3)[15]环境中PM2.5浓度水平，与杭州市地铁站台最高PM2.5浓度(67.7μg/m3)[16]和西安市地铁站台最高PM2.5浓度(55.0μg/m3)较为接近[17]。地铁车站细颗粒物质量浓度受多种因素影响，可能与地铁环境、使用年限、客流量、列车频率、列车制动系统和空调通风系统等不同有关，也可能受测量时间、地点、季节、设备和室外气候因素等的影响[18,19]。武汉市地铁2号线站厅和站台PM2.5质量浓度最高值分别为64.7μg/m3和55.9μg/m3,超过了我国《室内空气质量标准》(GB/T 18883—2022)[14]所规定的细颗粒物标准(0.5mg/m3),其污染较轻，细颗粒物浓度相对偏低，可能说明地铁车站空调系统相对洁净。

本次研究发现隧道内颗粒物的污染最为严重，这些污染可能是由于地铁列车在隧道内运行时，车轮与铁轨的磨擦、封闭的运行轨道等都会导致细金属颗粒物的产生和聚集[20]。由于站台屏蔽门存在渗透风现象，会导致PM2.5渗透至站台，且现有空调通风系统无法有效去除空气中PM2.5,进而影响车站环境PM2.5浓度。同时，从现有通风井设置的情况看，隧道内PM2.5也无法有效排出至室外。所以，本次研究隧道内的颗粒物浓度最高，且列车进站时因为活塞风现象，导致站台颗粒物浓度瞬时升高。研究发现，屏蔽门内PM2.5浓度明显高于屏蔽门外的监测点，说明屏蔽门的安装可有效阻止列车颗粒物从隧道自由进出站台[21]。

地铁集中空调通风系统为风管式集中空调，新风与回风在混风室内进行机械式混合后，经过初效过滤、高压静电除菌除尘、冷热交换后，送入室内。新风井口位于地铁站外，受大气环境中颗粒物影响，不同监测点相关性分析发现站厅、站台和车控室的PM2.5浓度与新风井口PM2.5浓度呈正相关，说明地铁站内空气质量处于一种动态平衡状态，集中空调卫生状况良好时，可在一定程度上降低污染物浓度，改善站内空气质量[22]。

综上所述，本研究显示地铁细颗粒物污染主要来源于隧道，列车运行时产生的大量颗粒物和不利的通风条件也会影响细颗粒物浓度。因此，应考虑地铁站点内设置更高效的空气过滤器装置，应安装屏蔽门，增加室内通风换气，并加强对地铁站点内空调通风系统的定期清洁和卫生管理等措施，从而降低地铁车站内PM2.5的浓度。

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