便携式HEPA空气净化器对居室内PM、颗粒态放射性及化学组分的影响

《Environment International》：Portable HEPA air filtration effects on particulate matter, radioactivity, and chemical constituents in occupied homes

　　

尽管家用空气净化器可降低颗粒物(Particulate Matter, PM)浓度已被认知，但其在真实住宅条件下对PM化学组分及颗粒结合放射性(Particle-bound Radioactivity, PR)的影响仍缺乏充分表征。研究人员在2017年6月至2018年3月期间于波士顿都市区19户住宅采集86个室内样品，观测分粒径PM组分（PM2.5、PM10–2.5及>PM10）、与PM2.5相关的短寿命α活度(Short-Lived α Activity, SLA)与长寿命α活度(Long-Lived α Activity, LLA)、元素组成、黑碳(Black Carbon, BC)及生物质燃烧/烹饪替代指标Δ碳(Delta Carbon, DC)。HEPA运行使PM2.5、PM10–2.5、>PM10平均分别降低3.7、1.0、0.5 μg/m3，去除效率约60%、37%、32%；LLA降低0.68 mBq/m3（63%去除，p < 0.001）；SLA降低31.4 Bq/m3（约70%）但样本少不显著。硫、地壳元素、BC、DC等PM2.5主要及微量组分在HEPA运行期均显著下降。该研究跨夏季/冬季、家庭活动室/地下室联合评估PM质量、化学组成与颗粒态放射性，表明便携式HEPA可削减室内PM、化学多样PM2.5组分及颗粒结合氡衰变产物，是降低PM与颗粒态放射性复合暴露的实用补充策略，但无法去除气态氡，不能替代氡源控制与修复。

论文解读：《Environment International》刊发的由Choong-Min Kang、Joy Lawrence、Shaodan Huang、Jennifer Kang、Jun Young Yoo、Chan Jung Park、Mary B. Rice、Wanda Phipatanakul、Eric Garshick、Petros Koutrakis等研究人员完成的住宅现场研究，聚焦便携式高效颗粒空气（High-Efficiency Particulate Air, HEPA）净化器对室内分粒径颗粒物(Particulate Matter, PM)、PM_2.5化学组分及颗粒结合放射性(Particle-bound Radioactivity, PR)的联合影响。

研究背景方面，室内环境存在烹饪、采暖、清洁及室外颗粒渗入等多源颗粒物，细颗粒（PM_2.5，空气动力学直径<2.5 μm）可深达肺泡区；氡（Rn）为土壤铀衰变产生的惰性气体，其衰变产物（如²¹⁸Po、²¹⁴Po、²¹⁰Po）可附着颗粒形成颗粒态放射性并增加肺癌风险。既有空气洁净器研究多关注PM质量或短期健康指标，极少在真实居所中同步评估HEPA对颗粒态放射性及氡衰变产物分布的作用，因此研究人员开展此项现场干预研究。

研究人员在波士顿都市区19户住宅（含5户家庭活动室与地下室强化采样）于2017年6月—2018年3月按每户每季10天（前5天HEPA关、后5天HEPA开）采样，得出HEPA可显著降低PM_2.5、多种化学组分及长寿命α活度(Long-Lived α Activity, LLA)，短寿命α活度(Short-Lived α Activity, SLA)亦呈大幅点位下降但不具统计显著性；研究意义在于首次在有人居住住宅中把PM质量、元素/碳质组分与氡衰变产物放射性放在同一框架评估，为高能效密闭住宅的复合暴露控制提供证据。

主要关键技术方法概括：研究人员采用便利抽样队列，样本来自波士顿地区19户住宅夏季与冬季室内测量，其中5户加测地下室；使用级联撞击采样器分三粒径段收集PM_2.5、PM_10–2.5、>PM₁₀，Teflon滤膜称重力测质量后以能量色散X射线荧光（Energy-Dispersive X-ray Fluorescence, EDXRF）测元素，光学透射计估算黑碳(Black Carbon, BC)与棕碳(Brown Carbon, BrC)并以DC=BrC–BC作生物质燃烧替代；氡衰变产物方面，SLA用电逸出积分采样单元测²¹⁸Po/²¹⁴Po，LLA将PM_2.5滤膜存放让²¹⁰Pb长入²¹⁰Po后用低本底正比计数器测²¹⁰Po；以同户同季HEPA关/开配对计算去除效率ηij=(C_off,ij–C_on,ij)/C_off,ij×100%。

研究结果如下。3.1 颗粒粒径分布：基线PM_2.5、PM_10-2.5、>PM₁₀为5.9、2.9、2.4 μg/m³，HEPA开后降至2.2、1.9、1.9 μg/m³；PM_2.5与PM_10-2.5降幅显著，>PM₁₀不显著，表明表观去除效率随粒径增大而降，粗颗粒室内源强且混合不均。3.2 颗粒放射性与元素组成：对照期SLA 43.2 Bq/m³、LLA 1.07 mBq/m³；HEPA期11.8 Bq/m³与0.39 mBq/m³，LLA降0.68 mBq/m³（63%，p<0.001），SLA降31.4 Bq/m³（点位70%）因样本少不显著；BC由0.32降至0.14 μg/m³，DC由0.12降至0.08 μg/m³，硫由194降至69.7 ng/m³，Na、K、Si、Cl、Fe等多元素显著下降，说明HEPA可移除交通、生物质、地壳与室外渗入等多源细颗粒。3.3 季节与住宅位置效应：夏季开窗换气和室外渗入更强，多数物种绝对值更高且HEPA绝对削减更大（PM_2.5夏4.5、冬2.6 μg/m³）；家庭活动室多数PM_2.5组分约为地下室2倍，地下室SLA（60.5 Bq/m³）与放射性基线更高，HEPA对LLA在两处均显著，地下室因基线高而LLA降幅更大，粗颗粒在地下室可能因气流再悬浮致>PM₁₀削减小。

讨论部分总结：研究人员指出HEPA对细颗粒去除最强（PM_2.5约60%），与既往住宅/教室研究一致；颗粒态氡衰变产物至少不亚于非放射性气溶胶被去除，因新生成带电纳米簇快速附着气溶胶，HEPA降低颗粒数和表面积即可移除附着衰变产物并促未附着离子沉降；硫移除率66.9%反映室外含硫颗粒被有效过滤，BC与DC下降显示燃烧相关暴露降低。季节上夏季负荷大故绝对削减大，位置上家庭活动室源活度高、地下室氡相关放射性高，HEPA均具补充减灾价值，但气态氡不被HEPA去除。

结论部分翻译：室内氡及其衰变产物（SLA、LLA）因升高肺癌风险而重要，共存细颗粒可借携带氡子体放大风险。本研究中室内颗粒放射性随住宅与季节变化但与既往一致。便携式HEPA显著削减室内PM_2.5、关键组分（硫与交通/生物质标记物）及氡衰变产物的短寿命与长寿命α活度；颗粒放射性去除效率可与PM_2.5相当或更高，长寿命α活度下降统计稳健，短寿命α活度降幅大但较不确定。总体而言，便携式HEPA是降低住宅细颗粒与颗粒态放射性暴露的实用有效手段，在氡或室外PM渗入偏高处尤具价值；但HEPA不去除气态氡，氡浓度升高住宅仍须源控制与建筑级修复。