東南大學(xué) 王聖齊 葉 瑾 孫 帆 郭康旗 諸葛陽 錢 華

0 引言

現(xiàn)代人一生中平均有約90%的時(shí)間在室內(nèi)生活和工作[1-2]。室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)直接影響室內(nèi)人員的健康和工作效率[3-5]。微生物污染是室內(nèi)空氣污染的主要形式之一[6-8]。與空氣中其他可吸入顆粒物一樣，微生物粒徑不同，在人體呼吸系統(tǒng)中的沉降位置也不同[9-10]?？諝庵形⑸锪椒秶c微生物種類有關(guān)，如細(xì)菌粒徑范圍約為0.25～20 μm，真菌粒徑范圍約為1～30 μm[11]。微生物種類不同，吸入人體后對(duì)健康的影響也不同，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致傳染病和呼吸道疾病[12]。室內(nèi)微生物種類和濃度受公共建筑類型、當(dāng)?shù)貧夂?、季?jié)、通風(fēng)方式影響[13-17]。室內(nèi)微生物濃度過高時(shí)，室內(nèi)人員更容易感到不適，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起呼吸道疾病[18]。目前針對(duì)公共建筑IAQ的研究多集中在空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)上，包括室內(nèi)溫度，相對(duì)濕度，甲醛、CO、總揮發(fā)性有機(jī)物(TVOC)和細(xì)顆粒物(PM2.5)濃度等室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，而對(duì)微生物的研究比較少。Salonen[19]、Hussin[20]、Hwang[21]、孫帆[22]等人對(duì)校園室內(nèi)微生物污染情況進(jìn)行了研究。Abdel等人研究了埃及圖書館、學(xué)校、兒童日托中心和醫(yī)院等公共建筑中的微生物情況[17]。

我國建筑氣候劃分為5個(gè)區(qū)域，研究微生物水平的地域分布特性是一項(xiàng)繁重的工作，需要大量的測(cè)試與調(diào)研，因此，目前國內(nèi)對(duì)于不同氣候區(qū)的不同建筑室內(nèi)環(huán)境微生物濃度差異研究較少。本文選取南京(位于夏熱冬冷氣候區(qū))和昆明(位于溫和氣候區(qū))2座城市，分別對(duì)這2座城市中的醫(yī)院和辦公樓進(jìn)行了室內(nèi)空氣微生物的現(xiàn)場(chǎng)采樣分析，研究了2種不同氣候區(qū)的同類公共建筑，以及同一氣候區(qū)中不同類型公共建筑中的微生物濃度差異和粒徑分布情況，探究了環(huán)境參數(shù)和微生物濃度之間的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 采樣城市

夏熱冬冷氣候區(qū)和溫和氣候區(qū)的典型代表城市分別為南京和昆明[23-26]。南京夏季悶熱、冬季濕冷，其地理坐標(biāo)范圍為北緯31°14′～32°37′，東經(jīng)118°22′～119°14′。昆明有明顯的干濕季，春季溫暖、干燥少雨，夏無酷暑、雨量集中，秋季溫涼、天氣干燥，冬無嚴(yán)寒、天晴少雨，其地理坐標(biāo)范圍為北緯24°23′～26°22′，東經(jīng)102°10′～103°40′。

1.2 采樣建筑

2座城市選取的公共建筑均為醫(yī)院和辦公樓，南京市采樣時(shí)間為2018年12月，昆明市采樣時(shí)間為2019年11月。

2座城市采樣信息對(duì)比如表1所示。南京采樣公共建筑為：2個(gè)不同地理位置的辦公樓各2間會(huì)議室、10間辦公室；某醫(yī)院2個(gè)門診大廳、2個(gè)呼吸診室、2個(gè)普通診室、2個(gè)普通病房、2個(gè)呼吸病房和2個(gè)值班室。南京市采樣總面積約為2 300 m2。昆明采樣公共建筑為：某單位2間會(huì)議室、15間辦公室；某醫(yī)院2個(gè)門診大廳、16間門診診室。昆明市采樣總面積約為1 671 m2。

表1 南京、昆明采樣辦公建筑信息

1.3 采樣方法

采樣器選用Andersen 6級(jí)篩孔撞擊式微生物采樣器。該采樣器由6個(gè)撞擊器組合在一起，每一級(jí)400個(gè)采樣孔，利用6次反復(fù)撞擊原理，將懸浮在空氣中的微生物粒子按照粒徑大小不同捕獲在不同的層級(jí)，它能采集的粒子粒徑范圍比單級(jí)的廣，捕獲率大于98%。Ⅰ～Ⅵ級(jí)捕獲粒徑范圍分別為：≥7.0 μm、4.7～7.0 μm、3.3～4.7 μm、2.1～3.3 μm、1.1～2.1 μm、0.65～1.1 μm。Ⅰ～Ⅵ級(jí)有效截留粒子粒徑分別為7.0、6.0、3.0、2.0、1.0、0.65 μm。采樣時(shí)其內(nèi)部相對(duì)濕度逐級(jí)增高(由第Ⅰ級(jí)的29%增至第Ⅵ級(jí)的88%)，有利于微生物存活。采樣期間，采樣房間門窗均處于關(guān)閉狀態(tài)，房間中人員活動(dòng)和平時(shí)一樣，不發(fā)生改變。采樣流量為28.3 L/min，采樣時(shí)間為5 min，采樣器距周圍障礙物1 m以上?？諝饧?xì)菌采樣使用普通營養(yǎng)瓊脂平板(NA)，空氣真菌采樣使用馬鈴薯葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基(PDA)。采樣前培養(yǎng)皿密封保存，采樣后細(xì)菌培養(yǎng)皿在溫度37 ℃環(huán)境中培養(yǎng)48 h后計(jì)數(shù)，真菌培養(yǎng)皿置于溫度28 ℃、相對(duì)濕度60%的培養(yǎng)箱中5 d，并于第3天開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)結(jié)果校正公式見文獻(xiàn)[22]。

1.4 微生物氣溶膠濃度及各級(jí)帶菌粒子百分比計(jì)算

根據(jù)校正后各級(jí)菌落數(shù)的計(jì)數(shù)結(jié)果計(jì)算微生物氣溶膠濃度和各級(jí)帶菌粒子百分比，計(jì)算公式如下[27-28]：

(1)

(2)

式(1)、(2)中c為微生物氣溶膠濃度，cfu/m3；T為校正后6級(jí)帶菌粒子總數(shù)，cfu；t為采樣時(shí)間，min；F為采樣流量，L/min；m為各級(jí)帶菌粒子百分比。

1.5 記錄環(huán)境相關(guān)參數(shù)

除南京醫(yī)院外，其余建筑每次采樣時(shí)檢測(cè)并記錄采樣點(diǎn)環(huán)境空氣的相關(guān)參數(shù)：CO2濃度、甲醛濃度、PM2.5濃度、TVOC濃度。每次采樣的同時(shí)記錄采樣點(diǎn)溫度和相對(duì)濕度。南京、昆明采樣房間詳細(xì)信息如表2、3所示。

采用SPSS 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

表2 南京采樣點(diǎn)環(huán)境參數(shù)

表3 昆明采樣點(diǎn)環(huán)境參數(shù)

2 研究結(jié)果

2.1 空氣微生物濃度特征

圖1顯示了南京、昆明不同類型公共建筑中微生物濃度對(duì)比。南京辦公樓中的細(xì)菌濃度、真菌濃度均值分別為226、260 cfu/m3，醫(yī)院中的細(xì)菌和真菌濃度均值分別為151、167 cfu/m3，辦公樓室內(nèi)空氣細(xì)菌和真菌濃度均高于醫(yī)院。昆明辦公樓中的細(xì)菌濃度、真菌濃度均值分別為369、520 cfu/m3，醫(yī)院中的細(xì)菌和真菌濃度均值分別為520、316 cfu/m3，采樣結(jié)果和南京有區(qū)別，醫(yī)院室內(nèi)空氣細(xì)菌濃度高于辦公樓，而真菌濃度卻低于辦公樓。

2.2 南京、昆明微生物濃度對(duì)比

由圖1可以得出，昆明醫(yī)院和辦公樓室內(nèi)空氣細(xì)菌、真菌濃度均值均高于南京。其中，昆明醫(yī)院室內(nèi)空氣細(xì)菌濃度均值為520 cfu/m3，約為南京醫(yī)院室內(nèi)空氣細(xì)菌濃度的3.4倍；昆明醫(yī)院的真菌濃度均值為316 cfu/m3，約為南京醫(yī)院室內(nèi)空氣真菌濃度的1.9倍。昆明辦公樓室內(nèi)空氣細(xì)菌濃度均值為369 cfu/m3，約為南京醫(yī)院室內(nèi)空氣細(xì)菌濃度的1.6倍；昆明辦公樓的真菌濃度均值為520 cfu/m3，約為南京醫(yī)院室內(nèi)空氣真菌濃度的2倍。

2.3 空氣微生物粒徑分布特征對(duì)比

南京、昆明醫(yī)院辦公樓中室內(nèi)空氣微生物粒徑分布如圖2、3所示。南京、昆明公共建筑室內(nèi)空氣細(xì)菌粒徑基本呈單峰分布，峰值都出現(xiàn)在Ⅳ級(jí)(2.1～3.3 μm)和Ⅴ級(jí)(1.1～2.1 μm)。

圖2 不同城市建筑室內(nèi)空氣細(xì)菌粒徑分布

圖3 不同城市建筑室內(nèi)空氣真菌粒徑分布

使用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析后可得表4所示結(jié)果。

表4 Andersen分級(jí)濃度差異性比較

在Ⅱ～Ⅳ級(jí)，南京辦公樓細(xì)菌濃度顯著大于南京醫(yī)院(P<0.05)；在Ⅰ級(jí)、Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)，南京辦公樓、醫(yī)院中細(xì)菌濃度沒有顯著差異(P>0.05)；昆明醫(yī)院、辦公樓室內(nèi)空氣細(xì)菌粒徑主要分布在Ⅰ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)；在Ⅰ～Ⅵ級(jí)，昆明辦公樓、醫(yī)院中細(xì)菌濃度沒有顯著差異(P>0.05)。

南京、昆明公共建筑室內(nèi)空氣真菌粒徑基本呈單峰分布，峰值都出現(xiàn)在Ⅳ級(jí)(2.1～3.3 μm)和Ⅴ級(jí)(1.1～2.1 μm)。在Ⅴ級(jí)，南京辦公樓真菌濃度顯著大于南京醫(yī)院(P<0.05)；在Ⅰ～Ⅳ級(jí)、

Ⅵ級(jí)，南京辦公樓、醫(yī)院中真菌濃度沒有顯著差異(P<0.05)。昆明醫(yī)院、辦公樓室內(nèi)空氣真菌粒徑主要分布在Ⅰ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)；在Ⅳ級(jí)，昆明辦公樓真菌濃度均顯著大于昆明醫(yī)院(P<0.05)；在Ⅰ～Ⅲ級(jí)、Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)，昆明辦公樓、醫(yī)院中真菌濃度沒有顯著差異(P>0.05)。

在Ⅰ～Ⅴ級(jí)，昆明醫(yī)院細(xì)菌、真菌濃度均顯著高于南京醫(yī)院(P<0.05)；在Ⅵ級(jí)，昆明、南京醫(yī)院中細(xì)菌、真菌濃度沒有顯著差異(P>0.05)。

在Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅵ級(jí)，昆明辦公樓細(xì)菌濃度顯著高于南京辦公樓(P<0.05)；在Ⅰ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)，昆明、南京辦公樓中細(xì)菌濃度沒有顯著差異(P>0.05)。在Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅵ級(jí)，昆明辦公樓細(xì)菌濃度顯著高于南京辦公樓(P<0.05)；在Ⅲ級(jí)、Ⅴ級(jí)，昆明、南京辦公樓中細(xì)菌濃度沒有顯著差異(P>0.05)。

2.4 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與微生物濃度的相關(guān)性

對(duì)各公共建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與空氣微生物濃度進(jìn)行Spearman相關(guān)性分析，結(jié)果如表5所示。昆明醫(yī)院中的溫度與細(xì)菌和真菌濃度均存在顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，南京辦公樓、昆明醫(yī)院、昆明辦公樓內(nèi)的相對(duì)濕度和真菌濃度之間的相關(guān)系數(shù)為1。

表5 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)與微生物濃度的相關(guān)系數(shù)

3 討論

3.1 微生物濃度特征對(duì)比

研究發(fā)現(xiàn)，溫和氣候區(qū)室內(nèi)空氣中微生物濃度整體上高于夏熱冬冷氣候區(qū)，其原因可能與氣候區(qū)的地理環(huán)境及氣候環(huán)境有關(guān)。相同季節(jié)，不同氣候區(qū)的溫濕度及CO2濃度存在差異性，而溫濕度和CO2均會(huì)對(duì)微生物濃度產(chǎn)生影響[29-32]。溫和地區(qū)溫濕度變化較小，因此比夏熱冬冷氣候區(qū)更適宜微生物生長(zhǎng)[33]。夏熱冬冷氣候區(qū)醫(yī)院內(nèi)測(cè)得的真菌濃度低于辦公樓，與溫和氣候區(qū)測(cè)量結(jié)果相反，其原因可能與所選的采樣房間類型有關(guān)，南京醫(yī)院采樣房間多為值班室或病房，人流量較小，而昆明醫(yī)院采樣房間基本都為診室，空間小且人流量和人流密度較大。因此，建筑物室內(nèi)微生物濃度在一定程度上受人流量影響，與文獻(xiàn)[29-30]中的研究結(jié)論一致。夏熱冬冷地區(qū)辦公樓采樣點(diǎn)的人流量高于醫(yī)院，導(dǎo)致辦公樓內(nèi)的微生物濃度水平高于醫(yī)院。溫和氣候區(qū)醫(yī)院采樣點(diǎn)人流量和人流密度遠(yuǎn)高于辦公樓的采樣房間，辦公樓內(nèi)細(xì)菌濃度低于醫(yī)院，而真菌濃度卻高于醫(yī)院濃度水平，其原因可能是辦公樓中的真菌源強(qiáng)度大于醫(yī)院中的真菌源強(qiáng)度。南京醫(yī)院、辦公樓和昆明辦公樓采樣房間外面均有大面積綠化帶，昆明醫(yī)院采樣房間周圍都是高樓，綠化面積較少，而綠化面積對(duì)室內(nèi)環(huán)境來說是很強(qiáng)的真菌源[22,31]。人流量和人流密度不同時(shí)，細(xì)菌濃度也不同，細(xì)菌濃度在一定程度上受人流量和人流密度影響，Hwang等人研究表明細(xì)菌濃度會(huì)隨人口密度的增大而增大[32]。而真菌濃度則與建筑周圍的綠化情況有關(guān)，Qi等人研究表明，在設(shè)置的采樣點(diǎn)中，樹葉表面的真菌濃度最高[31]，因此推測(cè)，綠化水平越高，綠化區(qū)域周圍真菌濃度越高。細(xì)菌濃度是否受建筑周圍綠化影響，影響程度如何，真菌濃度是否受人流量及人流密度影響，仍需后續(xù)設(shè)置相關(guān)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

此次2個(gè)氣候區(qū)的采樣均是在冬季進(jìn)行，而有研究表明，室內(nèi)空氣微生物濃度有季節(jié)性差異[33-35]。筆者后續(xù)會(huì)考慮多季節(jié)、多氣候區(qū)、多公共建筑類型的微生物濃度對(duì)比研究。

3.2 室內(nèi)微生物粒徑分布特征

有研究指出，居住建筑環(huán)境中粒徑小于3.88 μm的顆粒均可被人員吸入[36]。Andersen采樣器Ⅲ級(jí)捕獲粒子直徑為3.3～4.7 μm，根據(jù)Andersen采樣器分級(jí)粒徑情況，此處認(rèn)為建筑物室內(nèi)顆粒直徑小于4.7 μm(Ⅲ～Ⅵ級(jí))的均可被人吸入[37]。本研究中，南京醫(yī)院、南京辦公樓、昆明醫(yī)院、昆明辦公樓室內(nèi)粒徑小于4.7 μm的細(xì)菌所占比例分別為68.21%、68.44%、83.08%、68.29%，真菌所占比例分別為70.66%、80.70%、79.75%、88.85%。除昆明醫(yī)院中Ⅲ～Ⅵ級(jí)細(xì)菌總占比高于真菌總占比外，其余3個(gè)測(cè)試建筑室內(nèi)空氣中真菌粒子含量高于細(xì)菌粒子。其原因可能為采樣建筑室內(nèi)環(huán)境中特有的真菌菌種粒子直徑本就小于此空間中的細(xì)菌菌種粒子直徑，但是否如此還需要作后續(xù)的測(cè)序研究，得到這幾處的具體菌種才可確定。

南京、昆明醫(yī)院及辦公樓室內(nèi)空氣微生物粒徑分布模式基本相同，粒徑為1.1～3.3 μm的微生物占比最多。推測(cè)其原因可能與室內(nèi)人員干擾有關(guān)，在采樣時(shí)，室內(nèi)人員行為和往常一樣，其行為會(huì)使室內(nèi)環(huán)境發(fā)生擾動(dòng)，進(jìn)而在一定程度上使室內(nèi)微生物脫離現(xiàn)有狀態(tài)，發(fā)生擾動(dòng)，大粒徑的微生物粒子會(huì)在重力作用下很快下沉，而小粒徑的微生物粒子會(huì)在空中保持較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而粒徑為0.65～1.1 μm和粒徑≥3.3 μm的微生物較少的另一個(gè)原因可能為，采樣建筑內(nèi)粒子直徑在此范圍的微生物種類原本就少。

昆明醫(yī)院、辦公樓內(nèi)微生物濃度均分別高于南京，其原因可能是，相比于夏熱冬冷氣候區(qū)，溫和氣候區(qū)的環(huán)境更有利于微生物生長(zhǎng)。

3.3 環(huán)境參數(shù)與微生物濃度的相關(guān)性

室內(nèi)空氣溫濕度對(duì)微生物的生長(zhǎng)繁殖至關(guān)重要[8,31]。本研究結(jié)果表明，昆明醫(yī)院的室內(nèi)溫度和微生物濃度存在顯著的負(fù)相關(guān)性。但昆明醫(yī)院細(xì)菌、真菌濃度關(guān)系不同于南京醫(yī)院，除人流量這一影響因素外，另一個(gè)原因可能為不同氣候區(qū)相同建筑類型內(nèi)微生物種類也有差別。昆明辦公樓室內(nèi)相對(duì)濕度和真菌濃度有確定關(guān)系，這一結(jié)果與前人研究結(jié)果[8]一致。

4 結(jié)論

1) 不同氣候區(qū)和不同類型公共建筑的室內(nèi)空氣微生物濃度均存在差異。

2) 室內(nèi)細(xì)菌濃度受人流量的影響較大，人流量越大，細(xì)菌濃度越高，因此人流量較大的場(chǎng)所應(yīng)定期消毒；除室內(nèi)人流量外，真菌濃度受室外污染源的影響也較大。

3) 不同氣候區(qū)公共建筑室內(nèi)空氣微生物粒徑分布模式相似，粒徑為1.1～3.3 μm的微生物顆粒占比最高。

4) 不同氣候區(qū)公共建筑室內(nèi)空氣真菌濃度和相對(duì)濕度存在確定關(guān)系，昆明醫(yī)院測(cè)得的微生物濃度與室內(nèi)溫度存在顯著相關(guān)性。