室內(nèi)空氣污染治理研究進(jìn)展

長(zhǎng)樂(lè)市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 林民政

?

室內(nèi)空氣污染治理研究進(jìn)展

長(zhǎng)樂(lè)市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站 林民政

室內(nèi)環(huán)境是人類生存的主要環(huán)境之一，室內(nèi)環(huán)境主要是甲醛(HCHO)、氡氣、總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)、顆粒物、重金屬、生物、煙霧、物理性污染等對(duì)人體健康影響較大。該文介紹了室內(nèi)空氣污染物的主要種類和危害，并系統(tǒng)總結(jié)了室內(nèi)空氣污染物的檢測(cè)方法、凈化技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展。

室內(nèi)空氣污染 治理 研究進(jìn)展

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們待在室內(nèi)的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，超過(guò)全天的80%[1]，每天呼吸的絕大部分是室內(nèi)空氣，室內(nèi)空氣質(zhì)量與生命安全和身體健康的關(guān)系非常緊密。與室外空氣相比，室內(nèi)空氣流通不暢、污染源復(fù)雜，既有室外污染物的進(jìn)入，也有室內(nèi)建筑、裝飾材料、家具家電產(chǎn)生的污染物，還有室內(nèi)人類活動(dòng)如烹飪、飼養(yǎng)寵物、植物及人體自身代謝產(chǎn)生的污染物等。隨著人類對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量要求的提高，改善室內(nèi)環(huán)境成為人們的重要追求之一，甚至作為避免室外有害環(huán)境暴露的避難所。經(jīng)過(guò)近幾十年的研究，室內(nèi)環(huán)境污染防治已經(jīng)取得了很多成果。

1 室內(nèi)空氣污染物的種類和危害

1.1 室內(nèi)空氣污染物的種類

按照結(jié)構(gòu)不同，室內(nèi)污染物可分為：

1.1.1揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）

揮發(fā)性有機(jī)化合物是沸點(diǎn)低于260℃、室溫下飽和蒸氣壓超過(guò)13332Pa的易揮發(fā)性化合物[2]。揮發(fā)性有機(jī)化合物除醛類外，常見(jiàn)的還有苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、三氯甲烷等，還包括源于建筑材料及室內(nèi)裝飾材料等的甲醛、苯、甲苯、氯仿，廚房中的油煙和香煙中的霧氣等有機(jī)蒸氣。

1.1.2可吸入固體顆粒物及有害無(wú)機(jī)小分子

室內(nèi)空氣中可吸入固體顆粒物主要是懸浮的粉塵微粒，包括灰塵、煙塵，人與動(dòng)物毛發(fā)、皮屑等。有害無(wú)機(jī)小分子包括燃燒產(chǎn)生的CO、氮氧化物、SO2等。

1.1.3懸浮微生物

包括細(xì)菌、病毒、霉菌等。微生物等通過(guò)特應(yīng)性機(jī)制、傳染過(guò)程和直接毒害途徑等引起疾病，對(duì)人們的生活、工作產(chǎn)生巨大的影響。

1.2 室內(nèi)空氣污染物對(duì)人體的危害表現(xiàn)

室內(nèi)空氣污染物對(duì)人體的危害[3]主要有：造成呼吸道疾病增加及肺功能下降，如SO2、NOx、刺激性煙塵和氣體；造成急慢性中毒，如CO、高濃度氟化物、顆粒砷(飄塵)、吸煙煙霧等；致癌作用，主要有多環(huán)烴及其衍生物(如苯并芘等)、某些金屬(As,Ni,Be,Cr和石棉塵)、放射性污染物(如氡等)。

室內(nèi)空氣污染與工作效率有一定的聯(lián)系，有學(xué)者[4]通過(guò)模擬辦公室工作研究通風(fēng)速度、溫度、感受空氣質(zhì)量和工作效率關(guān)系，指出：空氣速度加倍時(shí)，效率提高大約1.5%，病假人數(shù)減少10%；感覺(jué)空氣不滿意程度減少10%，工作效率提高約1%。不良建筑綜合癥(SBS)程度下降7.4%時(shí)，工作效率自我評(píng)價(jià)提高1%。學(xué)校中，低通風(fēng)率、較高溫度、暖氣空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)顆粒物過(guò)濾膜老化，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)有所下降。

2 室內(nèi)空氣污染物檢測(cè)方法

室內(nèi)空氣污染物的發(fā)現(xiàn)及其濃度（或含量）的檢測(cè)是室內(nèi)空氣污染研究的重要方面，周慶祥、江桂斌[5]綜述了室內(nèi)空氣污染物的檢測(cè)方法，主要有吸附法、采樣觀測(cè)法、撞擊法、儀器檢測(cè)法、自然沉降法等。吸附法，是檢測(cè)室內(nèi)空氣污染物的重要方法，主要用于對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物（如丙酮、異丙醇、苯、甲苯和庚酮、二甲苯、甲醛等）、半揮發(fā)性及非揮發(fā)性有機(jī)物、農(nóng)藥的檢測(cè)等的重要方法，不同的揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)吸附劑要求與解析流程不同，因此，吸附法是一個(gè)種類繁多的檢測(cè)方法體系。采樣觀測(cè)法是檢測(cè)室內(nèi)空氣中顆粒物的重要方法體系，首先對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行采樣，然后用高倍顯微鏡等精密儀器進(jìn)行觀測(cè)。撞擊法主要用于室內(nèi)微生物的檢測(cè)。儀器檢測(cè)法就是用基于傳感器技術(shù)的儀器對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行檢測(cè)，主要用于對(duì)無(wú)機(jī)氣體如O2、CO、SO2、NO、NO2、NH3及有機(jī)小分子化合物等的檢測(cè)，也用于對(duì)甲醛的檢測(cè)。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18883—2002)中規(guī)定的室內(nèi)空氣參數(shù)檢驗(yàn)方法有：甲醛溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法、改進(jìn)的Saltazman法、非分散紅外法、不分光紅外線氣體分析法、氣相色譜法、汞置換法、容量滴定法、靛酚藍(lán)分光光度法、納氏試劑分光光度法、離子選擇電極法、次氯酸鈉—水楊酸分光光度法、紫外光度法、靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法、AHMT分光光度法、酚試劑分光光度法、氣相色譜法、乙酰丙酮分光光度法、高效液相色譜法、撞擊式—稱重法、撞擊法、玻璃液體溫度計(jì)法、數(shù)顯式溫度計(jì)法、通風(fēng)干濕表法、氯化鋰濕度計(jì)法、電容式數(shù)字濕度計(jì)法、熱球式電風(fēng)速計(jì)法、數(shù)字式風(fēng)速表法、空氣中氡濃度的閃爍瓶測(cè)量方法、徑跡蝕刻法、雙濾膜法、活性炭盒法。國(guó)標(biāo)對(duì)每一指標(biāo)的檢測(cè)方法作了硬性規(guī)定，如用甲醛溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法檢測(cè)二氧化硫，用靛酚藍(lán)分光光度法、納氏試劑分光光度法、離子選擇電極法、次氯酸鈉—水楊酸分光光度法檢測(cè)氨等[6]。

3 室內(nèi)空氣污染物的凈化技術(shù)

室內(nèi)空氣污染凈化技術(shù)主要有[7]除塵技術(shù)、氣體凈化技術(shù)、殺菌消毒技術(shù)。除塵技術(shù)采用較多的是過(guò)濾式除塵和靜電式除塵,干法、濕法以及電子束法應(yīng)用不多。殺菌消毒技術(shù)現(xiàn)在主要采用O3和紫外線進(jìn)行殺菌消毒,也有用其它強(qiáng)氧化劑殺菌消毒的研究。現(xiàn)有室內(nèi)空氣凈化技術(shù)研究種類較多，主要分以下幾種：

3.1 吸附技術(shù)

吸附技術(shù)由于脫除效率高，富集功能強(qiáng)，適用于幾乎所有的惡臭有害氣體的處理，因而是脫除有害氣體比較常用的方法。常用的吸附劑有：顆粒活性炭、活性炭纖維、沸石、分子篩、多孔黏土礦石、活性氧化鋁及硅膠等，其中以顆?；钚蕴?、含高錳酸鉀的活性氧化鋁及復(fù)合炭纖維最為常用[7]。

3.2 納米材料光催化技術(shù)

納米材料是指晶粒尺寸為納米級(jí)（10-9m）的超細(xì)材料。而新型的高功能精細(xì)無(wú)機(jī)產(chǎn)品納米TiO2，其粒徑介于1～100nm，比表面積大，尺寸小，具有很高的催化活性。由于該技術(shù)在紫外光照射下，在室溫條件下就能將許多有機(jī)污染物氧化成無(wú)毒無(wú)害的CO2和H2O，并且這個(gè)過(guò)程不需要其他化學(xué)輔助劑，反應(yīng)條件溫和，二次污染小、運(yùn)行成本低和可利用太陽(yáng)光為反應(yīng)光源，再加上納米TiO2制備成本低、化學(xué)穩(wěn)定性和抗磨損性能良好，是目前最具發(fā)展前景的室內(nèi)空氣凈化技術(shù)。納米ZnO也是一種有潛力的空氣凈化光催化劑。井力強(qiáng)等人在ZnO光催化劑上對(duì)SO2氧化進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，320℃下焙燒的ZnO納米粒子對(duì)大氣中SO2的凈化效率高達(dá)99%[8]。

3.3 低溫等離子體-光催化技術(shù)

近年來(lái)，低溫等離子體應(yīng)用于污染控制是一個(gè)新興的交叉學(xué)科，該技術(shù)可應(yīng)用于脫硫脫硝、消除揮發(fā)性有機(jī)化合物、凈化汽車尾氣、治理有毒有害化合物等方面，但是它不能徹底降解污染物，引起二次污染。目前一些學(xué)者把低溫等離子體技術(shù)和光催化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使低溫等離子體技術(shù)得到了優(yōu)化。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)低溫等離子體—光催化技術(shù)降解VOC進(jìn)行了初步探索。Misook Kang等人用等離子體TiO2光催化體系降解甲苯，試驗(yàn)結(jié)果表明，在等離子體光催化體系下，相同條件下甲苯轉(zhuǎn)化率、脫除率都有提高，比單一低溫等離子體和光催化技術(shù)強(qiáng)[9]。

3.4 生物凈化技術(shù)

由于生物技術(shù)具有投資少、操作管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)人們運(yùn)用其除臭、處理氮氧化物廢氣與揮發(fā)性有機(jī)物廢氣，并取得了一定的成果，用生物技術(shù)來(lái)凈化和處理廢氣已經(jīng)成為一個(gè)熱門研究課題。

生物法處理有機(jī)廢氣在德國(guó)、荷蘭、美國(guó)和日本等國(guó)應(yīng)用廣泛，其中生物濾池和生物滴濾塔技術(shù)已經(jīng)十分成熟。目前，國(guó)外已廣泛利用生物過(guò)濾技術(shù)來(lái)處理低濃度、高流量的揮發(fā)性有機(jī)污染物和臭味氣體，尤其是對(duì)苯、甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯等的處理。中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心運(yùn)用生物過(guò)濾法處理VOC惡臭氣體的實(shí)驗(yàn)，取得了90%以上的凈化率[10]。

3.5 膜分離技術(shù)

近些年來(lái)，膜技術(shù)作為氣體分離的新技術(shù)，以其簡(jiǎn)單、快速、高效和經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)成為人們研究的熱點(diǎn)。20世紀(jì)80年代后，膜分離技術(shù)在海水淡化、食品工業(yè)、生物化工及化學(xué)化工等領(lǐng)域的液相分離和VOC的回收中得到了廣泛的應(yīng)用，還用于分離與回收石油化工生產(chǎn)中排放的乙烷蒸氣、甲苯、二氯甲烷、氯乙烯等[11]。膜分離法是利用各組分在壓力推動(dòng)下透過(guò)膜的傳質(zhì)速率不同進(jìn)行分離的。

用于氣體分離的膜主要分為有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜。有機(jī)膜分離技術(shù)在其他方法難以回收的有機(jī)物的分離方面有了很大的進(jìn)展，如采用該方法分離CFC-12和環(huán)氧乙烷以及制冷設(shè)備排出的CFC等，該方法對(duì)有機(jī)氣體中的丙酮、甲苯和甲醇等的回收率可達(dá)到97%。無(wú)機(jī)膜廣泛應(yīng)用在制取富氧、濃氮、煉氣、石油化工及合成氨的回收和酸性氣體脫除方面?，F(xiàn)已有關(guān)于無(wú)機(jī)陶瓷膜凈化空氣的報(bào)道，通過(guò)液相熱液合成的MFI型沸石膜已用于除去室內(nèi)空氣中低濃度污染物正己烷、甲醛和苯等[12]。

無(wú)機(jī)膜分離技術(shù)雖然以其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不被微生物降解、較大的機(jī)械強(qiáng)度、容易控制孔徑尺寸等優(yōu)點(diǎn)在室內(nèi)空氣凈化方面有著巨大的潛力，但是它的氣體分離系數(shù)很低，對(duì)室內(nèi)空氣中低濃度的VOC去除效果不理想。而有機(jī)膜雖然分離系數(shù)較高，但是它存在氣體分離通透量低、耐熱和耐腐蝕性差等缺點(diǎn)。所以，如何將這兩種膜的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)將是一個(gè)研究熱點(diǎn)。

3.6 綠色植物自然吸收法

由于綠色植物對(duì)擴(kuò)散進(jìn)入室內(nèi)的污染物具有吸附吸收和凈化作用，促進(jìn)了室內(nèi)污染物的外轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散，加快了室內(nèi)環(huán)境中污染物濃度的降低[13]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)綠色植物對(duì)有機(jī)氣體有選擇性吸附的特征，對(duì)室內(nèi)主要有機(jī)污染氣體的植物吸附開(kāi)展了廣泛的研究。篩選出一部分對(duì)有機(jī)揮發(fā)性氣體吸收具有代表性的植物，且效果明顯。不過(guò)綠色植物吸收揮發(fā)性有機(jī)物的機(jī)理以及吸收后會(huì)轉(zhuǎn)化為何種物質(zhì)，是否會(huì)帶來(lái)新的污染，有待進(jìn)一步研究。

3.7 膜基凈化技術(shù)和生物過(guò)濾技術(shù)

膜基吸收凈化技術(shù)是使需要接觸的兩相分別在中空纖維微孔膜的兩側(cè)流動(dòng)，由于兩相在膜孔內(nèi)或膜表面接觸，這樣就可以避免乳化現(xiàn)象的發(fā)生。生物過(guò)濾技術(shù)是讓廢氣中的有機(jī)物作為碳源和能源，使其在濾料介質(zhì)中微生物適宜的環(huán)境條件下，維持其生命活動(dòng)，并將有機(jī)物氧化分解為CO2、H2O和細(xì)胞基質(zhì)。

用膜凈化技術(shù)、生物過(guò)濾技術(shù)處理有機(jī)廢氣中的VOC近年才發(fā)展起來(lái)，具有流程簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)單、VOC回收率高、運(yùn)行費(fèi)用低、較少形成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。這兩種技術(shù)正逐漸引起人們的重視，將是去除VOC技術(shù)研究的熱門問(wèn)題。

4 結(jié)論

根據(jù)目前我國(guó)室內(nèi)空氣污染情況，我們應(yīng)在借鑒國(guó)外研究工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，研發(fā)便攜式室內(nèi)空氣污染物檢測(cè)儀器，并進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)新的、簡(jiǎn)便易行的無(wú)害化處理技術(shù)，建立經(jīng)濟(jì)、綠色的室內(nèi)空氣凈化方法，改善人類居住環(huán)境的空氣質(zhì)量，提高人類健康水平。

[1] 周曉瑜，施瑋.室內(nèi)生物源性污染物對(duì)健康影響的研究進(jìn)展[J].衛(wèi)生研究.2005（5）：34.

[2] 吳忠標(biāo), 趙偉榮. 室內(nèi)空氣污染及凈化技術(shù)[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2005.

[3] 吳文繼,孫亞兵.室內(nèi)空氣污染凈化研究進(jìn)展[J].四川環(huán)境，2005，24（1）: 109-114.

[4] 鄧大躍，陳雙基.室內(nèi)環(huán)境領(lǐng)域科學(xué)研究前沿[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展,2006（5）:33-35

[5] 周慶祥.江桂斌.室內(nèi)空氣污染分析方法研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2004(9): 1-11.

[6] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,衛(wèi)生部,國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布. GB/T18883 -2002, 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].

[7] 趙毅, 李守信. 有害氣體控制工程[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社, 2001.

[8] 井力強(qiáng), 孫曉君, 徐自立, 等. ZnO超微粒子光催化氧化SO2的研究[J]. 催化學(xué)報(bào), 2002, 23(1):37-40.

[9] Kang M, Kim B J, Cho S M, et al. Decompositopn of toluene using an atmospheric pressure plasma/TiO2catalytic system[J]. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2002(180):125-132.

[10] 殷峻, 方士, 陳英旭. 泥炭生物濾塔處理低濃度H2S氣體的試驗(yàn)研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2003, 23(1):39-42.

[11] 吳碧君, 劉曉勤. 揮發(fā)性有機(jī)物污染控制技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 電力環(huán)境保護(hù), 2005, 21(4):39-42.

[12] Aguado S, Polo A C, Bernal M P, et al. Removal of pollutants from indoor air using zeolite membranes[J]. Journal of Membrane Science, 2004 (240):159-166.

[13] 江思力, 馮文如, 鐘嶷, 等. 居室中主要揮發(fā)性有機(jī)污染狀況及其防治對(duì)策[J]. 中國(guó)熱帶醫(yī)學(xué), 2005, 5(2):210-212.