活性炭二次污染風(fēng)險評估模型的建立與分析[1]

文/李 倩 王曉旭 夏美霞

活性炭二次污染風(fēng)險評估模型的建立與分析[1]

文/李 倩 王曉旭 夏美霞

活性炭目前普遍被用于室內(nèi)空氣質(zhì)量的提升。本文通過風(fēng)險因素分析，引入優(yōu)序?qū)Ρ确ǎ⒘孙L(fēng)險評估模型，分析了活性炭二次污染風(fēng)險程度，并根據(jù)風(fēng)險程度分別針對企業(yè)、相關(guān)監(jiān)管部門和消費者提出降低風(fēng)險策略。

活性炭 二次污染 風(fēng)險因子 風(fēng)險模型

室內(nèi)空氣污染物有來源廣、種類多的特點。常見的主要污染物有甲醛、氡和揮發(fā)性有機(jī)物等。隨著人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量的重視和技術(shù)的發(fā)展，室內(nèi)空氣污染防治措施日趨增多，主要有吸附凈化、紫外線消毒、化學(xué)消毒、光催化氧化、空氣負(fù)離子技術(shù)、生物凈化和植物凈化等。物理吸附是吸附質(zhì)和吸附劑以分子間作用力為主的吸附。作為物理吸附分離操作的常用吸附劑，活性炭具有如下特點：選擇性強(qiáng)、比表面積較大、孔徑范圍廣、表面富含多種官能團(tuán)、性能穩(wěn)定以及可以再生等等。因此，它的市場應(yīng)用越來越廣，同時對其吸附性能提出了更高的要求。

一、活性炭二次污染

由于活性炭會產(chǎn)生飽和吸附和反釋放，且每種活性炭的表面結(jié)構(gòu)不同，吸附作用也相差甚遠(yuǎn)。所以，很多家庭對于放置活性炭的數(shù)量和時間不清楚，很容易產(chǎn)生活性炭量不夠，達(dá)不到較好的吸附效果，或放置時間過久，使得活性炭吸附飽和并重新釋放入室內(nèi)，造成二次污染，存在不小的風(fēng)險。因此，有必要對活性炭二次污染風(fēng)險做一個對應(yīng)的評估模型。

本研究首先探討了建立一個可以方便操作的活性炭二次污染風(fēng)險評估模型，然后通過實例研究該模型的可行性和具體使用方法。在研究過程中，采用作業(yè)條件危險性評價法(格雷厄姆?金尼法或LEC法)，通過對各因素的分析，引入優(yōu)序?qū)Ρ确ǖ葘ζ浞峙錂?quán)重，建立一個風(fēng)險評估模型。該模型只需要針對具體評估對象，確定使用活性炭產(chǎn)品造成的最大傷害，以及各風(fēng)險因素失控的可能性。針對實例驗證的結(jié)果，模擬建立切實可行的風(fēng)險防控和應(yīng)對措施。

二、采用的風(fēng)險分析方法

1. 風(fēng)險因素分析

計算活性炭二次污染風(fēng)險分值Du=LuEuCu。針對識別出的風(fēng)險，考核被評估對象，計算活性炭產(chǎn)品使用過程中事故風(fēng)險分值，分析該風(fēng)險因素失控的可能性系數(shù)（Lu）、對使用者和相關(guān)方的傷害影響范圍（Eu）和發(fā)生事故產(chǎn)生的后果（Cu）（分別見表1、2、3）。

表1 風(fēng)險因素失控的可能性系數(shù)表

表2 傷害影響范圍

表3 發(fā)生事故產(chǎn)生的后果

2. 優(yōu)序?qū)Ρ确?/p>

通過各項因素兩兩比較，充分考慮各項因素之間的互相聯(lián)系，兩兩相比數(shù)字越大，表明重要性越大，從而確定其權(quán)重（見表4）。

表4 4因素優(yōu)序?qū)Ρ仁纠?/p>

由表4示例得出：最終4個因素的權(quán)重分別為0.23、0.15、0.30、0.32。

3. 整體風(fēng)險分析

由具體問題導(dǎo)致的質(zhì)量風(fēng)險Di' = Li' DuiE'。

通過優(yōu)序?qū)Ρ确ǚ治觯R別出風(fēng)險因素Wui和質(zhì)量風(fēng)險因素的各自權(quán)重Wi，則最終被評估系統(tǒng)的整體風(fēng)險D = Σ (WiDi')（見表5）。

表5 產(chǎn)品整體風(fēng)險等級劃分

三、活性炭二次污染風(fēng)險評估系統(tǒng)體系

根據(jù)活性炭二次污染風(fēng)險相關(guān)因子，采用LEC法分別對物、環(huán)境和人的因素進(jìn)行分析，形成了相關(guān)風(fēng)險評估體系指標(biāo)（如圖1所示）。其賦值評價結(jié)果和權(quán)重賦值如下。

1. 物的因素

將整個指標(biāo)體系的風(fēng)險和權(quán)重整合，得出活性炭二次污染風(fēng)險分析評價模型（如表6所示）。

① 吸附質(zhì)性質(zhì)的影響

活性炭的二次污染與吸附質(zhì)的分子動力學(xué)直徑、分子量、密度、沸點、飽和蒸汽壓、極性存在著密切關(guān)系，分子動力學(xué)直徑大、分子量大、沸點高、密度大、飽和蒸汽壓低和極性弱的有機(jī)吸附質(zhì)易于被吸附。

② 吸附劑性質(zhì)的影響

活性炭比表面積越大，其吸附性能越佳。吸附質(zhì)在活性炭內(nèi)部的傳質(zhì)速率與活性炭內(nèi)部的復(fù)雜程度有關(guān)，活性炭內(nèi)部結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，傳質(zhì)速率越慢。良好的孔結(jié)構(gòu)梯度分布有助于加強(qiáng)活性炭內(nèi)部吸附質(zhì)的擴(kuò)散。

2. 環(huán)境的因素

圖1 活性炭二次污染風(fēng)險評估體系指標(biāo)

表6 活性炭二次污染風(fēng)險分析評價模型

表7 質(zhì)量風(fēng)險發(fā)生可能性賦值

由于實際過程中，每種有害物質(zhì)的擴(kuò)散情況、理化性能均不相同，彼此間的影響也更為復(fù)雜，特別是溫度，其影響活性炭二次污染的原因較為復(fù)雜。非線性規(guī)律打分賦值結(jié)果具體見表6。

3. 人的因素

根據(jù)研究表明，活性炭在長期放置后反而會出現(xiàn)反吸附，將原來的吸附質(zhì)重新釋放到環(huán)境中去。對于不同的吸附質(zhì)、環(huán)境溫度放置時間和產(chǎn)生的拐點差異較大。打分賦值結(jié)果具體見表6。

4. 模型搭建

在建立模型過程中，將導(dǎo)致人身和(或)財產(chǎn)安全的風(fēng)險分為完全可能發(fā)生和完全不可能發(fā)生，確定系數(shù)分別為1和0。對于完全不確定的因素，本著預(yù)防為主的原則，本文直接將可能性定為1。階段式賦值見表7。

對于造成的危害，只需找出最嚴(yán)重的損害。將使用問題產(chǎn)品立刻導(dǎo)致死亡傷害或重大財產(chǎn)損失的危害系數(shù)定為1，完全沒有影響定為0。具體賦值如表8所示。

確定具體的風(fēng)險，分別考慮人身傷害、財產(chǎn)損失和產(chǎn)品分布范圍，取最高者確定后果。對于不能確定具體哪個級別后果的，應(yīng)本著嚴(yán)格和預(yù)防原則，定在評估者的理解的最高值。

根據(jù)歷年的相關(guān)報道，活性炭直接致人死亡的情況基本沒有，但導(dǎo)致使用者身體不適的情況則有發(fā)生，故本次研究將產(chǎn)品的危害賦值定為0.4。

5. 整體風(fēng)險評估

根據(jù)表6得出，最終被評估系統(tǒng)的整體風(fēng)險D = Σ(WuiDi’)≈228，該整體風(fēng)險值處于顯著危險。

表8 產(chǎn)品危害賦值（E）

四、降低風(fēng)險的策略

1. 企業(yè)

現(xiàn)在，市場上的活性炭也往往存在如吸附容量不高、吸附后活性炭的再生能力差、吸附性能受水氣等環(huán)境因素影響較大等缺陷。根據(jù)本次模型的建立和分析，活性炭物的因素也存在一些風(fēng)險，生產(chǎn)廠商可以通過活性炭孔結(jié)構(gòu)調(diào)控和表面改性方法，提升活性炭的孔隙容積、孔徑分布、比表面積、孔的形狀、大小、表面化學(xué)、表面官能團(tuán)和表面能量，開發(fā)具有更佳吸附性能或滿足特定需求的高效吸附材料，如：特種用途活性炭、高強(qiáng)度活性碳纖維和活性碳布。

2. 相關(guān)監(jiān)管部門

目前，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)如GB/T 26900-2011《空氣凈化用竹炭》中，只采用重量法對竹炭在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下24 h吸附做了規(guī)定，這與實際使用的狀態(tài)差距較大（實際過程中并不能達(dá)到每天都將活性炭取出，更換新的，重新放置），并且該標(biāo)準(zhǔn)中也沒有其持續(xù)凈化性能（即放置時間效果）和使用效果（即最佳吸附時間）的研究。根據(jù)本次風(fēng)險評估模型分析，得出的確存在持續(xù)性能不佳的風(fēng)險。相關(guān)的檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)著重研究檢測方法、環(huán)境因素、吸附時間和吸附質(zhì)對活性炭吸附能力的影響、研究吸附質(zhì)在活性炭上的吸附性能與微尺度結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，以填補(bǔ)活性炭持續(xù)凈化性能檢測方法的缺失。相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)管，并對相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、檢測內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和更新，指導(dǎo)消費者根據(jù)自身情況，更有效合理地在裝飾裝修后采用活性炭進(jìn)行室內(nèi)空氣環(huán)境污染治理，以避免在高溫環(huán)境下，活性炭因放置時間過久使得活性炭吸附飽和并重新釋放入室內(nèi)，反而對人體產(chǎn)生危害。

3. 消費者

目前，市場上活性炭的品牌較多，不過質(zhì)量參差不齊，有很多都是以普通炭冒充活性炭。消費者在選購活性炭時可以注意以下幾點：

① 選擇等體積大的活性碳成品?；钚蕴靠紫对蕉?，相對密度就越低，手感就會越輕，在等重量包裝情況下，體積也就越大。

② 選擇顆粒小的活性炭?；钚蕴砍善吩叫。佑|空氣面積就越大，比表面積也越大，吸附性能就越好，但是很多廠家為降低成本，使用大顆?；钚蕴俊Ｈ绻M者購買了大顆粒包裝的活性炭，建議將活性炭碾壓至顆粒直徑在0.42～0.85 mm之間。

③ 選椰殼炭材質(zhì)。活性炭是靠孔徑大小來吸附有害氣體的，其對分子量大、沸點高、極性弱的有害物質(zhì)吸附性能更高；不同的有害氣體的分子量不同，應(yīng)選擇對應(yīng)的不同空隙大小的活性炭才能達(dá)到最好的吸附效果。國際上椰殼炭是吸附異味和苯等污染物的首選活性炭。

④ 使用溫度和放置時間。根據(jù)模型分析，活性炭的二次污染、溫度和使用時間的影響十分巨大，根據(jù)研究，竹炭除去有害物質(zhì)的最佳持續(xù)吸附時間為4～5天。在20～25 ℃時，竹炭對甲醛、苯、TVOC試驗液吸附基本呈上升趨勢；在25～30 ℃時竹炭的吸附率呈下降趨勢；隨著溫度繼續(xù)升高至35 ℃時，竹炭的吸附率又逐步上升。這一現(xiàn)象說明溫度對竹炭的吸附性能影響比較明顯。由于消費者在實際過程中，每種吸附質(zhì)的擴(kuò)散情況、理化性能、使用時的環(huán)境溫度均不相同，彼此間的影響也更為復(fù)雜?；钚蕴康淖罴殉掷m(xù)吸附時間可能更短。建議每隔3～4天左右拿到太陽下暴曬3～5 h。

Activated carbon is currently widely used to improve indoor air quality. Based on the analysis of risk factors, this paper introduces the method of priority comparison, establishes the risk assessment model, analyzes the degree of secondary pollution risk of activated carbon, and puts forward the strategy of risk reduction for enterprises, relevant supervisors and consumers according to the degree of risk.

Activated carbon; Additional pollution; Risk factors; Risk model

（作者單位：上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術(shù)研究院）

注：[1] 基金項目：“國家質(zhì)量基礎(chǔ)的共性技術(shù)研究與應(yīng)用”重點專項《家具產(chǎn)品中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）NQI集成技術(shù)典型應(yīng)用示范》（2016YFF0204506）