不同室內(nèi)設(shè)施條件的教室在紫外線燈照射下的臭氧濃度對比研究

于運勇，王 巍

北京大興區(qū)中小學(xué)衛(wèi)生保健所，北京 102600

0 引言

紫外線消毒機理是通過對微生物（細菌、病毒、芽孢等病原體）的輻射損傷和破壞核酸的功能使微生物致死，從而達到消毒的目的。但這個過程中由于紫外線電離輻射，空氣中的氧分子會分解成氧原子，氧原子同氧分子形成臭氧。臭氧本身有殺菌作用，但也是空氣污染的一類，達到一定濃度會刺激人的呼吸道、眼睛，使人咳嗽流淚[1-2]。學(xué)生身體發(fā)育尚未成熟，對紫外線尤其敏感，因此對教室紫外線消毒后的臭氧進行定量分析尤為必要。

1 材料與方法

1.1 試驗對象

選擇2間標準教室，東西走向，通風(fēng)流暢，長度均為8 m、寬度為6 m、高度為3.5 m，共計168 m3，采用塑鋼門窗，窗地比為1∶5。一號教室為空置教室，使用水泥大理石作為地面；二號教室為學(xué)生教室，有24把可調(diào)塑料座椅，使用PVC地膠作為地面，其余條件完全一致。

1.2 試驗方法

用7只40 W紫外線燈管進行空氣照射，照射功率約為1.7 W/m3，略高于紫外線照射功率1.5 W/m3。紫外線燈照射開始后，每半小時進行一次臭氧濃度登記，臭氧濃度達到峰值后關(guān)閉紫外線燈。紫外線燈關(guān)閉后，每分鐘測定一次臭氧濃度并加以記錄，直至臭氧歸零。

2 結(jié)果與分析

2.1 一號教室的臭氧情況

一號教室的臭氧濃度情況如圖1所示。打開一號教室中的紫外線燈后，教室內(nèi)的臭氧濃度快速增長，前3個小時增長速度最快，平均每半個小時增加32.5%。臭氧濃度在第5個小時達到峰值1.28 ppm后基本保持不變，此時在教室內(nèi)外均可以聞到臭氧的味道，開窗通風(fēng)后教室內(nèi)的臭氧快速消散，僅用了6 min教室內(nèi)的臭氧就全部消散，但此時樓道內(nèi)的臭氧濃度仍有0.2 ppm。

圖1 一號教室臭氧濃度折線圖

2.2 二號教室的臭氧情況

二號教室的臭氧濃度情況如圖2所示。打開二號教室的紫外線燈后，教室內(nèi)臭氧濃度增長速度較快，在第5個小時達到濃度峰值1.6 ppm，平均每半個小時臭氧濃度增加11.7%。在臭氧濃度達到峰值后，關(guān)閉紫外線燈，約1.5 h后教室內(nèi)臭氧濃度歸零。

圖2 二號教室臭氧濃度折線圖

2.3 一號和二號教室臭氧情況對比

對比圖1、圖2可以明顯看出，打開教室紫外線燈之后，二號教室臭氧濃度的增加速度明顯快于一號教室，在第3個小時的時候二號教室的臭氧濃度就已經(jīng)超過一號教室臭氧濃度的最高值；二號教室的臭氧濃度在第5個小時達到最高值1.6 ppm，約是一號教室最高值的1.25倍；關(guān)閉紫外線燈后，二號教室臭氧濃度的下降速度慢于一號教室，一號教室僅用了6 min臭氧濃度就降為0，而二號教室用了約1.5 h。

3 討論

（1）國家標準中有關(guān)學(xué)生教室環(huán)境的內(nèi)容并沒有涉及臭氧的濃度，在學(xué)校教學(xué)過程中，也沒有產(chǎn)生臭氧的因素，但如果學(xué)校安裝了紫外線燈，紫外線燈就會成為一個臭氧污染的源頭。我國衛(wèi)計委1979年制定的《工業(yè)企業(yè)衛(wèi)生標準》中規(guī)定，臭氧的安全標準為0.15 ppm；美國標準規(guī)定，人員可在0.1 ppm濃度下工作8 h（一般森林地區(qū)臭氧濃度即可達到0.1 ppm）；國際臭氧協(xié)會規(guī)定，應(yīng)用臭氧的專業(yè)室內(nèi)，人員可在0.1 ppm濃度下工作10 h。引起人員一定反應(yīng)的臭氧濃度為0.5～1 ppm，允許接觸的時間是1.5 h，時間長了，人會感到口干等不適；臭氧濃度在1～4 ppm時，允許接觸時間為1 h，此濃度會引起人員咳嗽。在學(xué)校進行紫外線消毒時，容易產(chǎn)生臭氧污染，峰值可達到1.3 ppm，通風(fēng)良好的情況下，5 min后教室內(nèi)的臭氧會全部消散，非通風(fēng)樓道內(nèi)仍有0.1 ppm臭氧殘留，但在10 min后就可全部消散。在一號教室中，雖然臭氧濃度超過了1 ppm，但消散時間極快，不會對師生造成影響。臭氧本身也是一種強效消毒劑，可以凈化空氣，使空氣更清新。因此，僅從一號教室來講，臭氧對環(huán)境和人體健康沒有危害，可以使用紫外線燈，但需避免學(xué)生直接接觸紫外線燈輻射。

（2）在二號教室中，紫外線照射后臭氧濃度的增長速度明顯比一號教室快，臭氧峰值達到1.6 ppm，而且關(guān)閉紫外線燈后臭氧消散速度很慢，2 h后才降至零。這種情況下，如果在學(xué)生進入教室前后關(guān)閉紫外線燈，空氣中的臭氧無法及時消除，學(xué)生被迫在較高濃度的臭氧環(huán)境下學(xué)習(xí)，對師生的身體健康會產(chǎn)生較大的危害。

（3）一號、二號教室的區(qū)別在于二號教室鋪有PVC地膠，并且有24把可調(diào)塑料座椅。雖然地膠和座椅在環(huán)境評價中都沒有問題，但紫外線的照射會加速塑料、PVC地膠的老化，從而逸散出部分揮發(fā)性有機物，也就是VOCs。VOCs在太陽光的照射下與空氣中氮氧化物等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，主要生成臭氧、過氧硝基酞（PAN）、醛類等，形成光化學(xué)煙霧。VOCs的氧化過程會打破NO2-NO-O3三者之間的平衡，導(dǎo)致O3的生成和積累。VOCs作為光化學(xué)反應(yīng)原料，在紫外線照射下會持續(xù)不斷地合成臭氧，即使紫外線照射停止，臭氧的合成也不會立即停止。因此，即使關(guān)閉二號教室的紫外線燈，室內(nèi)的PVC地膠和可調(diào)塑料座椅所產(chǎn)生的VOCs仍然可以繼續(xù)通過光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生臭氧，使教室內(nèi)的臭氧難以及時清除。

（4）2012年1月1日，《中小學(xué)校設(shè)計規(guī)范》（GB 50099—2011）[3]對教室空氣進行了規(guī)范，其中標注了換氣量、照度、二氧化碳含量。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，學(xué)校教室裝修越來越舒適美觀，地膠、PVC板材、工程塑料被大量使用，但對室內(nèi)VOCs的檢測還是空白。室內(nèi)VOCs、紫外線、臭氧之間復(fù)雜的作用以及產(chǎn)生的光化學(xué)危害也沒有引起人們足夠的重視。

（5）通過試驗可以看到，學(xué)生教室環(huán)境復(fù)雜，大量有機材料在被紫外線照射后導(dǎo)致臭氧含量升高、消退速度減慢，對師生健康造成較大危害，因而建議各個學(xué)校盡量不要在有機材料設(shè)備、設(shè)施較多的教室中使用紫外線燈消毒，即使必須使用，也要在消毒結(jié)束后留出充足的時間進行室內(nèi)通風(fēng)，等臭氧消散后再讓學(xué)生和教師進入教室。

4 結(jié)論

在學(xué)校使用紫外線燈時，除了需要考慮學(xué)生誤開紫外線燈造成皮膚損傷的風(fēng)險，還要考慮紫外線燈所導(dǎo)致的二次污染。雖然在空曠的大理石地面教室，臭氧會在數(shù)分鐘后完全消退，不至于影響學(xué)生正常上課，但如果教室內(nèi)有機材料較多，紫外線燈的照射就會導(dǎo)致室內(nèi)有機材料產(chǎn)生揮發(fā)性物質(zhì)VOCs，VOCs在紫外線照射下合成臭氧，導(dǎo)致教室內(nèi)臭氧消散延遲。因此，在有機材料設(shè)施、設(shè)備較多的教室內(nèi)不建議使用紫外線消毒，空曠的教室則可以采用紫外線消毒。