原物料化学成份对拜香燃烟排放特性之影响

1、原物料化學成份對拜香燃煙排放特性之影響楊慈定1，林嘉明2，陳志傑3 1 元培科學技術學院環境工程衛生系助理教授2台灣大學環境衛生研究所教授3台灣大學職業醫學與工業衛生研究所教授摘要在控制環境悶燒不同原物料組成的拜香，觀察燃燒拜香生成的微粒與氣態污染物。選取拜香A(檀香)、B(無煙香)、C(檜香)，D(無煙香，無中心竹材)與E(檀香，無中心竹材)，作為測試的拜香。拜香經熱值與元素分析後，置於供給5 L/min的氣流量的標準測試系統中悶燒，使用直讀式儀器分別採樣分析微粒的粒數濃度、粒徑分佈、CO、CO2與TVOCs，並使用閉口式濾紙夾搭配37 mm石英濾紙量測總微粒質量濃度，且使用自製的鎳鉻和鎳鋁

2、合金的熱電偶式溫度計測量拜香燃燒點溫度。隨著拜香原物料的熱值愈高則燃燒點平均表面溫度亦隨之升高。商品名稱為無煙(B與D)、少煙(C)與傳統香(A與E)的微粒中位數粒徑分別大約為80，100與200 nm，號稱為無煙拜香並非真的無微粒釋放，只是所排放的微粒粒徑太小無法用肉眼辨識。無煙拜香(B與D)所產生的數目、體積與質量排放因子皆小於有煙拜香(A、C與E)。另外，隨著拜香原物料的含碳量愈高，悶燒拜香所產生的CO與CO2污染物排放率與因子亦隨之升高。隨著拜香原物料的揮發份含量的增加，悶燒拜香所產生的TVOCs污染物排放率與因子亦隨之升高。假如連續燃燒拜香是必須的，原物料方面必須使用低含碳量、揮發物

3、和低熱值所製成的拜香，會產生最低的CO、CO2與TVOCs排放率。關鍵字：拜香、悶燒、微粒粒徑分佈、排放率、排放因子1 前言在華人社會的宗教信仰及民間祭祀中，一般家庭與寺廟燃燒拜香的情形極為普遍。在台灣約50的家庭有經常燃燒拜香習俗，暴露的族群幾乎涵蓋所有的年齡層，尤其是居家時間相對較長的病人、老人和婦女等，倘若拜香煙霧暴露的確實造成健康危害，則它將成為受關心的公共衛生問題。癌症的流行病學的調查，懷疑拜香煙霧暴露和肺癌1、白血病2及腦瘤3的發生有關聯。拜香煙霧中的氣相及固相成份會經由呼吸系統進入人體構成健康危害，細胞毒理實驗認為拜香燃放物中的PAHs具有致突變性和細胞染色體變異的效應4-8。拜

4、香燃燒屬於生物質的不完全燃燒，燜燒時間相當長，會產生氣相的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、甲醛、多種揮發性與半揮發性有機化合物等；以及其上吸附化學物質的細粒徑懸浮微粒、其上吸附化學物質的細粒徑懸浮微粒9-13。拜香燃燒所產生的微粒粒徑主要為小於1 mm 的微粒。拜香燃煙所產生的次微米微粒，不但有較高的機會到達並沉積在人體肺泡區，並有較高的粒數濃度和表面積可以附著較多的有害物質。拜香燃燒煙霧的特性可能受原料和燃燒環境條件(氣流流量率、溫度、濕度和氧氣含量)的影響。在控制環境悶燒不同原物料組成的拜香，觀察燃燒拜香生成的微粒與氣態污染物，以期有助於改善因使用拜香所致的室內污染。2 設備與步驟2-1拜香

5、的選擇：選取拜香A(檀香)、B(無煙香)、C(檜香)，D(無煙香，無中心竹材)與E(檀香，無中心竹材)，作為測試的拜香。另外，對所選用的拜香，使用元素分析儀進行C、H及N元素分析，並使用熱卡計進行熱值分析。2-2燃燒測試系統：測試系統燃燒拜香生成拜香煙供採樣分析。測試系統由拜香燃燒污染物產生單元與採樣測試腔構成。點燃拜香置於內徑2 cm、高度15 cm的圓管內；調控拜香燃燒點的流率，高壓空氣經HEPA去除微粒，再經由質量流量控制器調控流量，導入拜香燃燒室中；並且使用鎳鉻和鎳鋁合金所製成的熱偶溫度計，量測拜香燃燒點溫度。拜香燃燒產生的氣態和微粒污染物進入採樣測試腔中，供採樣分析。採樣測試腔內徑2

6、0 cm、高度60 cm，採樣分析在距離底部41 cm處進行。此外，量測拜香燃燒前與燃燒後重量差值，後除以燃燒時間即為燃燒速率。2-3微粒與氣相污染物的採樣：使用包括靜電分徑儀(Electrostatic Classifier Model 3080, TSI Inc., St. Paul, MN)和凝結核微粒計數器(Condensation Particle Counter Model 3021, TSI Inc., St. Paul, MN)兩個部分串接形成的Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS)，量測拜香燃燒所產生的微粒粒數濃度。SMPS微粒粒徑量測

7、範圍介於17.21000 nm。另外，總揮發性有機氣體濃度之量測使用Mini-Rare 2000 (RAE SYSTEMS Inc., U.S.A.)。另外，設計小型稀釋腔導入拜香煙經過濾微粒，然後藉由高純度的氮氣將拜香燃燒所生的CO、CO2稀釋，再使用Q-TrakTM IAQ Monitor (Model 8550/8551, TSI Inc., U.S.A.) 量測，因為拜香燃燒所產生的CO、CO2濃度高於儀器偵測上限。2-4氣態與微粒態污染物排放率與排放因子：依質量平衡原理氣態或微粒態污染物污染物排放率與排放因子是根據公式(1)導出： (1)式中V為測試腔體積(m3)；Ci為氣態或微粒態

8、污染物濃度(mg/m3或particles/cm3)；R為拜香燃燒速率(g/min)；Ef為氣態或微粒態污染物排放因子(mg/g或particles/g)；Q為氣體流量(0.005 m3/min)。在拜香被點然後，拜香所產生的污染物濃度在短時間達到動態平衡，此時公式(1) 中的 dCi/dt = 0，則(1)式可被改寫為下式： (2)式中，C為測試腔內平衡時的氣態或微粒態的污染物濃度(mg/m3或particles/cm3 )。如果上式應用於總揮發性有機化合物，因為總揮發性有機化合物(TVOCs)之量測，儀器讀出濃度以ppm表示，當轉換成mg/m3時則假設總揮發性有機化合物的分子量為100 g

9、。3 結果與討論3-1.微粒粒徑的排放特性在正常大氣含氧下悶燒拜香A、B與C微粒的數目粒徑中位數分別約為200、80和100 nm，拜香D與E微粒的數目粒徑中位數分別約為200和80 nm，當微粒小到80 nm，即無法以肉眼辨識，造成粒徑大小的差異，可能主要源自拜香原物料組成的差異(圖1)。圖1 拜香燃煙微粒粒徑分佈排放特性3-2.原物料熱值對燃燒點表面溫度的影響圖2為原物料含碳量與熱值的關係，結果顯示隨著拜香原物料的含碳量愈高，熱值亦隨之升高，且呈現線性的關係，另外，由圖3發現拜香原物料的熱值和悶燒拜香燃燒點的平均表面溫度呈現線性的關係，意味著隨著拜香原物料的熱值愈高則燃燒點平均表面溫度亦隨

10、之升高。圖2 拜香原物料含碳量與熱值的關係圖3 拜香原物料熱值與燃燒點溫度的關係3-3.原物料碳含量對氣態CO與CO2污染物排放的影響圖4為原物料含碳量與氣態CO與CO2污染物排放率的的關係，結果顯示原物料含碳量與氣態CO與CO2污染物排放率皆呈現線性的關係，代表隨著拜香原物料的含碳量愈高，悶燒拜香所示產生的CO與CO2污染物排放率亦隨之升高3-4.原物料揮發份含量對TVOCs排放的影響圖5為五種拜香原物料揮發份含量與TVOCs污染物排放率的的關係，結果顯示原物料含揮發份量與TVOCs污染物排放率皆呈現線性的關係，其判定係數為0.53，代表隨著拜香原物料的揮發份量的增加，悶燒拜香所示產生的TV

11、OCs污染物排放率亦隨之升高。圖5 拜香原物料揮發物與TVOCs排放率的關係圖4 拜香原物料含碳量與CO與CO2排放率的關係4 結論悶燒拜香產生許多毒性有機化學物質是重要的室內環境污染源(PM、CO、TVOCs)，人們應該避免在居家燃燒拜香。另外，綜合以上原物料碳含量對CO與CO2污染物排放率和揮發份含量對TVOCs排放率的排放特性資料，結果顯示假如人基於尊敬祖先連續燃燒拜香是必須的，原物料方面必須使用低含碳量、揮發物和低熱值所製成的拜香，會產生最低的CO、CO2與TVOCs排放率。5 參考文獻1. Maclennan R, Costa JD, Day NE, Law CH, Ng YK, S

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