1898年,Owens和Rutherford在研究釷的放射性時,首次發現了氡 ,當時稱為釷射氣,即220Rn。次年Dorn又發現了222Rn,它們分別為釷和鈾的放射性子體,主要存在于鈾礦石、礦井水和礦泉水中。
在自然界中存在三個放射性系列,即鈾系、釷系和錒系,它們經天然衰變均產生放射性惰性氣體―氡。自然界中的氡有四種同位素222Rn,218Rn,219Rn,220Rn ,其半衰期分別為3.825 d,0.03 s,3.96 s和55.6 s。由于222Rn的作用占主導地位,環境氡研究主要針對222Rn,它是鈾系衰變過程的中間產物,進一步衰變可產生一系列衰變物,被稱作氡子體。氡的半衰期很短,又有豐富的天然鐳作供應源,因此,氡及其子體可以很快在大氣中積聚。
1 室內氡的來源
氡是由放射性元素鐳衰變產生,鐳又是由放射性元素鈾衰變而來,使鈾成為氡的一個永久源。室內氡的主要來源如下:①從房基土壤中析出的氡:從房基土壤中析出的氡。在地層深處含有鈾、鐳、釷的土壤、巖石中存在高濃度的氡,這些氡可以通過地層斷裂帶進入土壤和大氣層。建筑物建在上面,氡就會沿著地的裂縫擴散到室內。②從建材中析出的氡:建筑材料是室內氡的最主要來源,如各種與巖石有直接或間接聯系的花崗石、大理石、瓷磚、青磚、紅磚、陶瓷衛生潔具、水泥等都具有氡的放射性,特別是含有放射性元素的天然石材易釋放出氡。③從供水、取暖及廚房設備的天然氣、煤氣中釋放出的氡:在水和天然氣中氡的含量比較高時,從供水及用于取暖的天然氣中也可釋放出氡。
1.1 建筑基底土壤
氣態放射性元素氡主要由地球巖石、土壤中的鈾、鐳不斷衰變生成,其中以花崗巖中石風化形成的區域,氡濃度含量較高,并且氡可以在土壤和巖石的空隙中自由運動。這種特性以及土壤和空氣中氡濃度存在的極大差異,使得建筑基底土壤中的氡以鈾鐳含量最高,其次是明礬石頁巖、碳質頁巖、石灰巖、土壤、火成巖和砂巖。氡從巖石、土壤析出到空氣會受很多因素影響,諸如巖土中鐳含量、土壤性質、地質物理結構、孔隙度、水分以及氣壓溫度等。但是一般情況下,土壤中氡濃度就是大氣中的1300倍以上,而在地質斷裂構造帶,兩種不同巖性的接觸帶,有放射性含量高的巖擴散、滲透、軸吸等多種作用方式,通過地面裂隙,以及地面的各種墻基和管線周圍的裂隙進入室內。
1.2建筑材料和裝飾材料
隨著工業技手術的發展,一些新型建筑材料廣泛使用,成為影響室內氡濃度的重要來源。近幾年,我國建筑工業對粉煤灰和煤矸石的綜合利用量分別占全國利用量的30%~50%和50%以上。2004年,全國綜合利用各種工業廢渣3.6×108 t,用于制造新型墻材的比重達到35%[4]。建筑材料和裝飾材料釋放出氡的形式、濃度等對室內環境的影響越來越受到重視。據統計,我國20世紀60年代建造的住宅的平均氡濃度為35Bq/m3,2000年后建造的住宅的平均氡濃度為51.4Bq/m3[3],可以看出兩次大規模氡測量的平均數值有較大差距。該調查表明大量的粉煤灰、煤矸石、鋼渣、尾礦石等工業廢渣用于建筑材料,導致室內氡濃度呈現上升趨勢。因此,建筑材料中的氡是造成室內空氣污染的主要原因之一;建筑材料中的氡的危害主要表現在室內環境中氡對人體的健康危害。
2 室內氡的危害
氡是一種無色無味的氣體,人們較難感知氡在環境中的存在。另外,它能溶解于水和多種液體,甚至能溶解于血液和脂肪。氡及其子體在衰變過程中還會放出α,β射線 ,一旦被人體吸收,便會對人體組織細胞造成重大傷害。因此,世界衛生組織已明確將氡列為人類重要的19種環境致癌物之一。
氡進入人體的途徑:吸入和食入已經非常明確。氡及其衰變產物在天然輻射所產生的照劑量中占有最大的比重,其他因素,如宇宙射線、宇生放射性核素、外照射對年平均有效劑量的貢獻僅為1.1mSv。氡對人體的傷害主要有以下幾個方面:
2.1誘發呼吸系統病變
氡本身也會發生衰變,產生具有放射性的衰變產物。氡子體可沉積在支氣管區和肺區,所發出的α射線能損壞那里的組織,并導致肺癌。美國室內氡調查結果年平均值為5.5mWL。美國每年肺癌的死者中大約有5000~20000人是因為受到氡的照射而死亡的。1997年,美國學者還報道了8組室內氡與肺癌的流行病學調查資料,當室內氡濃度達200Bq??m-3時,肺癌危險將會明顯增加。氡誘發呼吸系統病變,嚴重時會導致呼吸道腫瘤、肺纖維化、肺氣腫和肺癌等。但并非是受到較高水平氡照射的每個人都要得肺癌。受到氡照射時導致肺癌的危險度決定于氡的濃度和受到氡照射的時間長短。一般認為,引起肺癌的危險度隨著氡水平和照射時間的增加而增加。但也有報道認為氡及其子體的致肺癌作用存在實際閾值。
氡的肺癌致病機理仍不十分明確,仍需進一步研究。居民受到住房氡照射所致肺癌危險度估計,由于室內氡照射與肺癌關系的研究資料很少,許多研究采取間接方法,從礦工中較高的肺癌發病率外推給出。如美國輻射防護和測量委員會78號報告的模型,是根據世界各地礦工中癌發病率,采用對居民全部年齡組終生危險系數×10-4WLM-1。但是,我國相關人士王作元認為,不能簡單由礦工流行病學調查結果外推得到。最好的辦法是直接進行室內水平氡的流行病學研究。有報道德國、英國,中國等許多國家和地區都在進行室內氡照射流行病學調查。預計2000年均可完成。
2.2損害人體免疫系統
氡使人體免疫系統受損,誘發類似白血病的慢性放射病。氡的輻射引起的電子激發作用和電離作用使機體分子不穩定,導致蛋白質分子鍵斷裂和畸變,破壞對人類代謝有重要意義的酶。輻射不僅可以擾亂和破壞細胞組織的正常代謝活動,而且可以直接破壞細胞組織的結構,對人體產生軀體損傷效應,導致生育力降低女性流產、遺傳性死亡和先天畸形等。另外,氡與神經系統結合后,產生的危害更大,它會使人精神萎靡不振。
3 室內氡污染的控制與治理
理論上,室內氡的含量與建材核素含量,室內通風狀況,材料的空隙度等影響氡發射率的因素有關。從該角度講,室內氡濃度的實際檢測資料非常寶貴,室內氡濃度檢測十分必要。然而我國地域遼闊、地質復雜、住宅環境各異,防治氡的方法不盡相同,但根本措施應是一致的:即查清室內氡的來源,盡可能扼制氡向室內傳播的途徑,將其危害降到可接受的水平。基于氡濃度的影響因素,選擇從以下幾個方面,來降低室內氡濃度,從而減少其對室內環境的危害。
3.1 建房選址
國內外研究表明在地層斷裂帶或者是火山活躍的地區,土壤和巖石中都含有大量氡。因此,建房選址應該盡量避開這類富含放射性物質的地區。另外,一些油氣田產區也是放射性集中的地方,建房也應盡量避免此類地方。
3.2 建筑裝飾材料的合理選用
1)不要在房間里大面積地使用石材、地板磚、瓷磚等存在放射性物質的建筑材料。據統計,現在的許多建材如花崗石、大理石、地板磚、瓷磚等建材和水泥里都不同程度地含有氡等放射性物質。2)不要使用明礬頁巖和粉煤灰組分作混凝土;不用煤渣和鈾礦山附近的黏土燒制磚瓦,即使使用,也要確保磚、水泥制作摻進的礦渣、煤渣、灰渣為低放射性;石材不應該選自富鈾區,不用磷石膏做墻板。3)一定要選用石材的情況下,盡量購買具有檢測報告的石材;對于沒有檢測報告的石材,最好先請相關人士或有關權威機構進行放射性檢測,確認放射性水平未超標再選購。
3.3 將地基中的氡直接排到室外
這種方法適用于住在平房和樓層最底層的人們。具體方法是:在居室中間挖一個 1 m3左右的槽,四周砌透氣磚,將土壤中釋放出的氡氣聚集到槽中,然后用小型管子將氡氣引向室外。氣槽應鋪地磚等建材加以密封。這種方法能有效地降低室內空氣中氡的濃度,而且經濟實用除了挖設氡氣槽外,也有文獻報道由氣體滲透層、塑料膜、密封填充材料、通風管等組成的地氣抽氣法,氣體滲透層設置在建筑物地板之下,采用干凈的礫石鋪成12cm厚,土壤中析出的氣體可以在滲透層中自由流動。塑料膜鋪在滲透層和地板之間,防止土壤中的氣體穿過地板進入室內。通風管道采用直徑10cm~15cm的無縫管或PVC管,垂直安裝,管道一頭伸入滲透層,一頭伸出屋頂,必要時管道上安裝通風機,將土壤中析出的氡氣排出。密封材料用以填充管道與地板之間的縫隙。這一方法已在國外廣泛使用。
3.4 堵塞縫隙,使用防氡涂料
住宅在施工階段應要求保持底層地坪良好的整體性和密實性,對地板裂隙及各種地下管道的縫隙均需密封起來,阻塞氡的進入。對于已建筑的房屋來說,應注意查找地板或墻壁是否有裂縫,各種管道是否密封;噴涂防凍涂料,以阻止或降低氡的析出率。如果生活用水的含氡率很高,使之成為室內氡的另一主要來源,則應采用水氡脫氣裝置除去水中的氡。另外,氡仍能通過墻壁的縫隙處滲入室內,在裝飾裝修過程中,要注意填平密封墻上的所有裂縫,特別是地下室和一樓以及室內氡含量比較高的房間,密封無縫隙可以有效減少氡的釋放。
3.5 室內通風換氣
通風是降低室內各種空氣污染物最直接有效的方法,對于室內氡濃度的稀釋也是一樣。氡從土壤或結構表面析出率服從氣體擴散的斐克定律,氡擴散及氡擴散系數隨著室內溫度的升高和壓力下降而增加,而通風能使室內外氣壓保持一致或者室內略高,進而減小了土壤中氡的析出數量。另外,通風還能破壞氡與氡子體的平衡比,降低氡濃度。例如,在一間用含鈾煤渣粉刷過的室內,先打開門窗,與空氣充分對流,之后封閉該房間,經過0、0.5、1.5、2.5、3.5和11h后,室內的氡濃度分別為:12.0、29.6、60.9、82.9、211.6 Bq/m3,約3.5h后室內氡濃度累積增長的速度變慢,逐漸趨于平衡?梢娛覂入睗舛扰c通風的時間有著密切的關系,應多打開門窗與外界通風;對于北方的冬天來說,可以用抽油煙機來與外界進行空氣交換。在ClausE.Andersen等人的文中指出,自然通風對室內氡濃度的影響作用顯著,換氣次數越大,稀釋效果越好。一般來說,在通風20min~30min后,室內外的氡濃度可基本達到平衡狀態。
3.6 國室內氡普查,規范氡控制標準體系
近年來我國房地產業蓬勃發展,同時也給建材市場注入了活力,人們的生活習慣和偏好也有較大的改變。受其影響室內氡濃度也呈增高的趨勢,因此有必要對全國的房屋進行氡濃度普查,為規范氡控制標準提供基礎數據。此外,應與國際接軌,根據最新的科學研究成果制定室內環境氡濃度限值標準,并完善相關法律體系。室內氡直接影響到居民的健康和安全。政府應加強氡危害與防治的宣傳教育,制定相關法規和鼓勵政策促使企業積極研發綠色產品服務社會。公眾應有防氡控氡意識并積極維護自己應有的權益,督促政府完善相關標準和法律體系,促進企業提供安全的產品。多管齊下,共同營造健康舒適的生活環境。
《電離輻射防護與源安全國際基本安全標準》中規定:工作場所的行動水平是氡年平均濃度為1000Bq/m3室內為200~600Bq/m3。世界各個國家或組織根據室內氡的危險性研究,結合本國的天然土地、礦產狀況和綜合實力等實際情況,制定了自己的“室內氡濃度行動水平”。在我國,早在1996年,國家質量技手術監督局和衛生部頒布《室內氡濃度控制標準》GB/1646-1995。規定新建的建筑物中氡年均平衡當量濃度不能超過100Bq/m3,已建住房氡年均平衡當量濃度不能超過200Bq/m3。從表中可以看出,我國制定的“室內氡濃度行動水平”與發達國家制定的標準基本相同,但在實施過程中,還需要研究我國各地的具體情況。
3.7 其他綜合治理技手術
在室內裝飾裝修后,當控制污染源擴散和通風換氣等方法仍不能將室內污染徹底清除時,根據檢測結果顯示的污染嚴重程度及污染的不同可以采取一定的補救凈化工作,即采用各種空氣凈化技手術,盡量降低室內空氣污染物濃度。對于氡氣來說,比較適用的技手術主要是吸附、過濾等。利用活性炭或活性炭纖維等將氡吸附在表面,能有效清除氡氣這類濃度較低的有害物質,凈化效率高。如把風送往房間前,先經過過濾或通過活性炭吸附裝置再送到房間,或采用聚乙烯材料制成的過濾器或靜電過濾器,都可使氡子體濃度降低60 %~90 %;應用活性炭吸附效率在45 %~80 %。
4 我國室內氡研究與展望
人一生約有80%的時間生活在室內,室內環境安全至關重要。近年來我國室內氡濃度明顯增高,并且有繼續增高的趨勢,嚴重威脅到人們的健康,應得到足夠的重視!蹲》績入睗舛瓤刂茦藴省返葒覙藴侍岢隽艘幌盗须睗舛瓤刂浦笜,這對于進行室內氡評價,改善室內環境具有重要意義。但仍然存在一些問題,如缺乏相應的法律法規,控制標準與實踐有脫節現象,標準體系不夠完善等。對于我國氡濃度控制研究的發展,應加強以下幾個方面的工作。
4.1室內氡研究與展望
1. 加強室內氡環境毒理學等方面的基礎研究
盡管研究已證實室內普遍存在的氡長期暴露會使肺癌危險度增加,但目前氡致肺癌機理、肺癌危險度與氡照射劑量的定量關系并不十分清楚,氡照射對不同年齡階段的人群危害是否存在較大差異,差異如何,也不得而知。應加強相關研究,為規范和制定氡濃度控制標準提供科學的依據。此外,氡可能誘發髓性白血病,胃癌、皮膚癌以及出現于兒童中的某些癌也可能與氡曝露量密切相關。其真偽有待進一步研究確認。
2. 加強室內氡的源頭控制與防治技手術研究
室內氡主要來源于房屋地基土壤、建筑材料、室外空氣、生活用水及家用燃料。應切實做到源頭控制,加強住房選址的放射性環境影響評價,規范建材市場,將現有的防氡技手術和材料應用于工業廢渣基建材,并積極研發低輻射的廢渣建材。因氡遷移擴散機理并不明晰,我國高氡建筑物的治理技手術較為缺乏,開展相關領域的研究尤為重要。
3. 進行全國室內氡普查,規范氡控制標準體系
室內氡直接影響到居民的健康和安全。近年來我國房地產業蓬勃發展,給建材市場注入了活力,同時人們的生活習慣和偏好的改變,影響室內氡濃度也呈增高的趨勢。因此,有必要對全國的房屋進行氡濃度普查,為規范氡控制標準提供基礎數據。此外,應與國際接軌,根據最新的科學研究成果制定職業環境室內氡濃度限值標準,并完善相關法律體系。政府應加強氡危害與防治的宣傳教育,制定相關法規和鼓勵政策促使企業積極研發綠色產品服務社會。公眾應有防氡控氡意識并積極維護自己應有的權益,督促政府完善相關標準和法律體系,促進企業提供安全的產品。多管齊下,共同營造健康舒適的生活環境。
4.2結語
隨著各國對室內氡研究的不斷深入、各種氡檢測技手術的發展、相應環境法規的不斷完善、建材市場的日益規范等,人們能更為主動地防治室內氡污染,以期達到最好的防氡效果,真正創造一個健康的室內空氣環境。