熨烫作为室内气溶胶颗粒物来源：通风与熨烫条件的影响

《Atmosphere》：Ironing as a Source of Indoor Aerosol Particles: Effects of Ventilation and Ironing Conditions

　　

本研究考察了使用典型蒸汽熨斗及带便携式锅炉的蒸汽熨斗在不同通风条件下熨烫过程中的颗粒数浓度（PNC）、颗粒数粒径分布（PNSD）和等效黑碳（eBC）浓度。测量在住宅环境中低通风与较高通风条件下进行。熨烫导致PNC快速且大幅上升，活动期间浓度最高增加约两个数量级，尤其是20至80 nm之间的颗粒。在低通风条件下，典型蒸汽熨斗的最大PNC达到7.12 × 10⁵ particles cm^?3。熨烫后颗粒浓度下降，但大于约80 nm的颗粒衰减较慢。估算的颗粒数排放率范围为8.1 × 10¹¹至1.5 × 10¹² particles min^?1，最高排放率出现在低通风条件下使用带便携式锅炉的蒸汽熨斗时。PNSD根据实测分布形状采用一个或两个对数正态分布进行拟合。熨烫使模态粒径向较大尺寸偏移，尤其是在熨烫后时段。较高通风降低了颗粒浓度并加速了颗粒从室内环境中的去除。eBC浓度在熨烫期间仅呈适度变化，低通风条件下略有升高。这些结果表明，熨烫可成为室内超细颗粒和细颗粒的重要来源，而通风在控制其室内浓度和持久性方面发挥着重要作用。

研究背景方面，室内环境是人类暴露于污染物的重要场所，而家庭活动是室内空气污染的主要来源。已有研究分析了吸尘、吸烟、烹饪、熏香等家庭活动对室内空气质量的影响，但许多室内活动对气溶胶粒径分布的影响尚未得到分析，熨烫即为其中之一。研究人员提出假设：熨烫过程中高温可能导致来自熨斗或从纺织衣物上脱落的颗粒释放，其他潜在颗粒生成途径包括蒸汽释放引起的相对湿度变化、含溶解矿物质的自来水蒸发液滴形成残余颗粒以及加热纺织品或整理剂释放半挥发性有机物。此前对熨烫活动的首次实地评估报告了其对室内PM10水平和化学组成的影响，但真实条件下不同通风设置时熨烫过程中颗粒数浓度和粒径分布的演变仍表征不足。由于超细颗粒（UFPs；直径小于100 nm的颗粒）可深入呼吸系统，颗粒数浓度可为评估室内暴露提供重要的补充信息。本研究主要目的是表征不同通风条件和使用不同熨烫设备时蒸汽熨烫过程中室内颗粒数浓度和颗粒数粒径分布的演变，同时研究等效黑碳浓度的时间演变。

研究人员在西班牙莱昂（León）郊区一栋住宅中开展了为期六天（每天6小时）的采样活动，使用两种熨斗：典型1400 W蒸汽熨斗和2400 W带便携式锅炉的蒸汽熨斗。测试在两种典型家庭通风条件下进行：低通风（LV；窗户关闭且门关闭）和较高通风（HV；窗户关闭但门打开），通风为自然通风，未使用机械通风系统。测量在客厅（体积91.9 m3）中进行，仅有两名人员在场。熨烫了不同种类衣物和家纺用品，包括牛仔裤、裤子、T恤、棉布、床单和毛巾。研究得出以下结论：熨烫导致室内颗粒浓度快速且大幅增加，尤其在超细和细粒径范围；低通风条件下典型蒸汽熨斗的最大PNC达到7.12 × 10⁵ particles cm^?3；熨烫期间核模态、埃特肯模态和积聚模态相对于背景浓度分别增加达4179%、9497%和15811%；活动结束后颗粒浓度逐渐下降，但大于约80 nm的颗粒衰减较慢；较高通风促进了更快的颗粒去除并导致熨烫期间浓度更低；PNSD在熨烫过程中发生明显变化，模态粒径向较大尺寸偏移并在源移除后持续；估算的颗粒数排放率范围为8.1 × 10¹¹至1.5 × 10¹² particles min^?1，与先前报道的蒸汽熨烫和其他常见室内活动排放率处于同一数量级，表明熨烫可代表重要的室内颗粒来源；eBC浓度在熨烫期间仅呈适度变化，低通风条件下略有升高。这些结果证明熨烫可大幅增加室内颗粒浓度并改变其粒径分布，而通风在决定峰值浓度和活动后颗粒持久性方面发挥重要作用。该研究的意义在于，结合先前研究，突显了熨烫作为室内颗粒物潜在来源以及通风的重要性，同时指出商业洗衣店和熨烫服务场所中专业人员整个工作日的暴露时间远长于家庭常规经历，其工作环境应受到详细研究。

关键技术方法方面，研究人员使用扫描电迁移粒径谱仪（SMPS；Model 3938，TSI Incorporated）以6分钟为基础连续监测7.6至310.6 nm范围内110个通道的气溶胶粒径分布，并按照ACT RIS SMPS标准进行电荷和扩散校正；使用黑碳仪（Aethalometer；Model AE31，Magee Scientific Corporation）在七个波长（370、470、520、590、660、880和950 nm）连续记录气溶胶光衰减以测量eBC浓度，并采用载荷效应模型进行校正；使用实时激光光度计（DustTrak DRX 8533，TSI Incorporated）以1分钟分辨率记录PM1、PM2.5和PM10质量浓度；使用室内空气质量探头（Model 7545，TSI Incorporated）连续测量温度和相对湿度并提供CO2浓度。通风率通过CO2浓度衰减法估算，颗粒排放率则基于充分混合室内颗粒平衡模型估算。样本队列来源为西班牙莱昂郊区一栋住宅。

研究结果方面，3.1气溶胶浓度演变：通过SMPS监测不同熨斗和通风条件下PNC的时间演变，发现在低通风条件下使用典型蒸汽熨斗时，熨烫开始后浓度急剧上升，前半小时内主要20至80 nm尺寸的浓度达到百倍以上，最大浓度出现在开始后2小时熨烫棉毛巾时，达7.12 × 10⁵ cm^?3，核模态、埃特肯模态和积聚模态平均增幅分别为4179%、9497%和15811%；熨烫后核模态浓度下降18%，而埃特肯模态和积聚模态分别增加600%和4163%，大于80 nm的颗粒缓慢下降。在较高通风条件下，典型蒸汽熨斗的浓度增加模式不同，前半小时浓度达1.55 × 10⁵ cm^?3，主要为30至60 nm，最高浓度出现在43至95 nm，最大值为3.45 × 10⁵ cm^?3，核模态、埃特肯模态和积聚模态平均增幅分别为976%、2599%和2248%；熨烫后核模态增加33%，埃特肯模态和积聚模态分别增加560%和1378%，通风似乎有效去除大于100 nm的颗粒。在低通风条件下使用带便携式锅炉的蒸汽熨斗时，前半小时浓度达3.21 × 10⁵ cm^?3，主要为20至100 nm，最大浓度出现在开始后1小时熨烫棉布时，达5.07 × 10⁵ cm^?3，核模态、埃特肯模态和积聚模态平均增幅分别为1403%、3079%和14296%；熨烫后核模态下降61%，埃特肯模态和积聚模态分别增加423%和7101%。总体上，熨烫开始后浓度迅速增加，达到最大PNC所需时间约1至2小时，取决于熨烫和通风条件；源移除后大于80 nm的颗粒浓度下降明显缓慢，80至150 nm的PNC在高值维持两小时或更长。

3.2颗粒排放率：通过室内颗粒平衡模型估算排放率，发现所有实验条件下熨烫开始后PNC迅速增加，活动结束后逐渐下降。达到最大PNC所需时间分别为：低通风条件下典型蒸汽熨斗119 ± 25 min，较高通风条件下74 ± 35 min，低通风条件下带便携式锅炉的蒸汽熨斗61 ± 39 min。熨烫结束后颗粒沉积率分别为0.42 ± 0.06、0.61 ± 0.03和0.58 ± 0.03 h^?1，较高通风条件下更快的衰减主要归因于通风而非沉积。估算的颗粒数排放率范围为8.1 × 10¹¹至1.5 × 10¹² particles min^?1，最低值出现在较高通风条件下典型蒸汽熨斗，最高值出现在低通风条件下带便携式锅炉的蒸汽熨斗。分粒径排放率方面，较高通风条件下典型蒸汽熨斗的最高值出现在15至70 nm，最大排放率在20.9 nm处为1.36 × 10¹⁰ min^?1；低通风条件下在46.1 nm处达最大值8.97 × 10⁹ min^?1；带便携式锅炉的蒸汽熨斗在所有尺寸上排放率最高，在12.6 nm处最大值为1.92 × 10¹⁰ min^?1。熨烫过程总体排放率> 10¹¹ min^?1，表明熨烫可代表重要的室内超细颗粒来源。

3.3气溶胶颗粒数粒径分布演变：通过对数正态分布拟合PNSD，发现三种研究情况下除低通风条件下带便携式锅炉的蒸汽熨斗熨烫期间采用单一对数正态分布拟合更稳定外，其余均采用两个对数正态分布之和拟合。低通风条件下典型蒸汽熨斗熨烫前两个模态几何平均直径分别为34.4和56.7 nm，熨烫期间分别偏移至51.2和99.4 nm，颗粒数显著增加，第一模态从约2.5 × 10³增至2.4 × 10⁵ particles cm^?3；熨烫后模态直径进一步增至86.3和127.1 nm，浓度大幅下降。较高通风条件下熨烫前两个模态几何平均直径分别为20.5和33.5 nm，熨烫期间偏移至约27.9和51.3 nm，第二模态增至约1.4 × 10⁵ particles cm^?3；熨烫后模态直径进一步偏移至49.5和92.1 nm，较高通风导致约80 nm以下颗粒更显著减少，而80至300 nm范围颗粒保持较高浓度。低通风条件下带便携式锅炉的蒸汽熨斗熨烫前两个模态几何平均直径分别为34.7和69.5 nm，熨烫期间PNSD以单一对数正态分布描述更佳，中心在57.6 nm，总颗粒浓度约3.32 × 10⁵ particles cm^?3；熨烫后再次识别出两个模态，几何平均直径分别为82.5和125.3 nm，浓度虽下降但仍显著高于熨烫前，尤其在较大粒径范围。熨烫改变PNSD特征的可能机制包括熨斗表面尘埃排放、高温导致衣物 burnt fibres 排放、相对湿度增加引起PNSD变化以及蒸汽相关的颗粒形成和增长。

3.4黑碳浓度：通过黑碳仪测量eBC浓度和吸收?ngstr?m指数（AAE），发现熨烫期间eBC浓度略有增加并出现若干峰值，熨烫后三种情况下浓度均下降。低通风条件下典型蒸汽熨斗熨烫前平均eBC浓度为0.98 ± 0.10 μg m^?3（最大1.35 μg m^?3），熨烫期间略增至1.45 ± 0.28 μg m^?3（最大2.05 μg m^?3），熨烫后降至0.77 ± 0.16 μg m^?3（最大1.06 μg m^?3）。较高通风条件下熨烫前平均浓度为1.62 ± 0.14 μg m^?3（最大1.91 μg m^?3），熨烫期间为1.47 ± 0.25 μg m^?3（最大2.51 μg m^?3），即相对于背景无增加，熨烫后明显降至1.11 ± 0.25 μg m^?3，通风对熨烫期间eBC浓度影响似乎较小。带便携式锅炉的蒸汽熨斗呈现与低通风条件下典型蒸汽熨斗相同的模式，熨烫后从1.38降至1.12 μg m^?3。AAE值在熨烫前后无显著差异，平均值约1.0至1.2，熨烫期间部分峰值达1.99。

讨论部分总结：本研究局限性包括样本量小（每种条件两次重复）、仅调查单一住宅、缺乏同步室外颗粒测量以及缺乏熨烫温度直接测量；仅使用自来水而未测试纯水，且未分析水的化学组成，因此无法评估自来水中溶解矿物质对颗粒排放的贡献；有限重复次数意味着报告的标准差仅表示实验变异性，无法对排放率和拟合粒径分布参数的不确定性进行稳健评估；个人暴露和健康风险未评估。需要更多重复、不同住宅环境和直接暴露评估的进一步研究以提高发现的可靠性和普适性。研究结论翻译：本研究考察了使用典型蒸汽熨斗和带便携式锅炉的蒸汽熨斗在不同通风条件下熨烫过程中颗粒数浓度、颗粒数粒径分布、颗粒排放率和等效黑碳浓度的演变。熨烫导致室内颗粒浓度快速且大幅增加，尤其在超细和细粒径范围。低通风条件下使用典型蒸汽熨斗时最大PNC达到7.12 × 10⁵ particles cm^?3。熨烫期间核模态、埃特肯模态和积聚模态相对于背景浓度分别增加达4179%、9497%和15811%。活动结束后颗粒浓度逐渐下降，但大于约80 nm的颗粒衰减较慢。达到最大PNC所需时间分别为低通风条件下典型蒸汽熨斗119 ± 25 min、较高通风条件下74 ± 35 min、低通风条件下带便携式锅炉的蒸汽熨斗61 ± 39 min。较高通风条件促进更快的颗粒去除并导致熨烫期间浓度更低。PNSD在熨烫过程中发生明显变化，通常由两个对数正态模态描述，例外为熨烫期间带便携式锅炉的蒸汽熨斗采用单一对数正态分布拟合更稳定。总体上模态粒径在熨烫期间和之后向较大尺寸偏移，表明粒径分布的改变在排放源移除后持续存在。估算的颗粒数排放率范围为8.1 × 10¹¹至1.5 × 10¹² particles min^?1，最低值出现在较高通风条件下典型蒸汽熨斗，最高值出现在低通风条件下带便携式锅炉的蒸汽熨斗，这些值与先前报道的蒸汽熨烫和其他常见室内活动排放率处于同一数量级，表明熨烫可代表重要的室内颗粒来源。相比之下，eBC浓度在熨烫期间仅呈适度变化，低通风条件下略有升高。总体而言，结果表明熨烫可大幅增加室内颗粒浓度并改变其粒径分布，而通风在决定峰值浓度和活动后颗粒持久性方面发挥重要作用。本研究存在若干局限性，包括样本量小（每种条件两次重复）、仅调查单一住宅、缺乏同步室外颗粒测量以及缺乏熨烫温度直接测量。熨斗中仅使用自来水而未测试纯水，且未分析水的化学组成，因此无法评估自来水中溶解矿物质对颗粒排放的贡献。有限重复次数（每种条件两次）意味着报告的标准差仅表示实验变异性，无法对排放率和拟合粒径分布参数的不确定性进行稳健评估。个人暴露和健康风险未评估。需要更多重复、不同住宅环境和直接暴露评估的进一步研究以提高发现的可靠性和普适性。研究结果结合先前研究突显了熨烫作为室内颗粒物潜在来源以及通风的重要性，但在建立更广泛建议或政策影响之前，需要在不同住宅环境中开展进一步研究并包括直接暴露评估。值得注意的是，未来研究需要巩固结论，分析熨烫单类衣物时的排放。需要考虑商业洗衣店和熨烫服务场所中整个工作日的暴露时间远长于家庭常规经历，这些专业人员的工作环境应受到详细研究。