室內(nèi)裝修影響下周邊環(huán)境空氣甲醛量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)研究

關(guān)鍵詞：甲醛污染；周邊環(huán)境空氣；傳感器節(jié)點(diǎn)分布；自適應(yīng)卡爾曼濾波器

中圖分類號(hào)：X830 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

甲醛是一種常見(jiàn)的有害氣體，廣泛存在于家具、裝修材料等室內(nèi)用品中，對(duì)空氣質(zhì)量和人體健康產(chǎn)生重要影響。釋放速度受多種環(huán)境因素如空氣流動(dòng)、溫濕度等的影響，隨時(shí)間減緩，形成峰值濃度，導(dǎo)致空氣污染。因此，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)室內(nèi)裝修材料中甲醛的釋放量至關(guān)重要，以保障人們的健康，減少對(duì)環(huán)境的污染。

甲醛釋放是長(zhǎng)期且復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，可能通過(guò)開(kāi)窗通風(fēng)、控制室內(nèi)溫濕度等方法擴(kuò)散至周邊環(huán)境，造成污染。國(guó)內(nèi)學(xué)者已對(duì)此展開(kāi)研究。為此，國(guó)內(nèi)專家學(xué)者展開(kāi)大量研究。趙長(zhǎng)民等人采用乙酰丙酮熒光法，設(shè)計(jì)甲醛在線監(jiān)測(cè)方法，并對(duì)其性能展開(kāi)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，滿足大氣中甲醛含量的監(jiān)測(cè)需求。劉芳等人通過(guò)不斷調(diào)整空氣凈化裝置的送風(fēng)量、初始質(zhì)量濃度和凈化技術(shù)，得到室內(nèi)裝修材料釋放甲醛的衰減特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)其動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

結(jié)合上述兩種算法，研究提出一種室內(nèi)裝修影響下周邊環(huán)境空氣甲醛量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法。首先分析甲醛濃度與吸光度關(guān)系，構(gòu)建傳感器節(jié)點(diǎn)分布模型采集甲醛含量。利用CKF進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與融合，揭示甲醛動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明，該方法與實(shí)際結(jié)果一致，證明其有效性和可行性。

1甲醛污染物危害分析

甲醛是無(wú)色氣體，具刺激性，可溶于水、醚、醇。35%～40%的水溶液形成福爾馬林。裝修材料中的甲醛因溫濕度而長(zhǎng)期釋放，且膠合劑也會(huì)釋放甲醛，影響空氣質(zhì)量。高濃度甲醛排放導(dǎo)致局部污染，特定條件下加劇臭氧層破壞。為評(píng)估裝修環(huán)境甲醛濃度變化，需了解釋放方式和對(duì)大氣的危害，為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供理論支持。

甲醛污染生態(tài)環(huán)境的方式多樣：導(dǎo)致室內(nèi)空氣污染，危害人體及寵物、植物健康；隨空氣流動(dòng)污染城市和工業(yè)區(qū)；與污染物反應(yīng)，生成二次污染物，加劇大氣和水體污染。為減少危害，需嚴(yán)格監(jiān)管甲醛排放，提高材料環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)，并提升公眾環(huán)保意識(shí)。

2試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)材料選取

為研究甲醛在空氣中的動(dòng)態(tài)變化，從3個(gè)廠家選3塊人造板材，切割成500 mm正方形試件，用無(wú)甲醛膠帶密封四邊。將2塊試件垂直放氣候箱中，定期抽取氣體檢測(cè)甲醛含量，揭示甲醛釋放動(dòng)態(tài)變化。

2.2試驗(yàn)儀器與試劑

氣候箱選擇體積大小為1m³的HAINATQWH-1000，溫度和濕度的調(diào)節(jié)范圍分別為15℃～30℃、30%～80% RH，內(nèi)壁采用鏡面不銹鋼板結(jié)構(gòu)，可以監(jiān)測(cè)甲醛釋放。采樣器選取的型號(hào)為HAINATLZB-4WB，可見(jiàn)分光光度計(jì)型號(hào)為TU-1901，波長(zhǎng)可達(dá)到412nm。

試驗(yàn)試劑參數(shù)為：1.0mol·L^-1的硫酸溶液、0.1 mol·L^-1的氫氧化鈉溶液、0.1mol·L^-1的硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液、1%的淀粉溶液、0.4%的乙烯丙酮溶液、20%的乙酸銨溶液。

2.3標(biāo)準(zhǔn)曲線表達(dá)

為確定樣品中甲醛的濃度值，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境空氣中的甲醛污染物量的定量檢測(cè)，即通過(guò)測(cè)量吸光度確定甲醛濃度。二者之間關(guān)系見(jiàn)表1。

通過(guò)表1可知，甲醛濃度計(jì)算公式為c= 12.1A-0.2，c與A之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線為R²=0.9998、斜率為f=12.1。

2.4動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

甲醛濃度與吸光度的關(guān)系適用于溶液，不適用于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)空氣中甲醛濃度變化。為此，結(jié)合傳感器與CKF濾波器，傳感器采集空氣樣品中的甲醛量，CKF濾波器處理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2.4.1甲醛釋放特征量預(yù)測(cè)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)甲醛污染物量的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，建立室內(nèi)裝修材料甲醛污染物量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)模型。利用傳感器動(dòng)態(tài)采集室內(nèi)周邊環(huán)境空氣中的甲醛量；借助CKF濾波器整理和研究采集的甲醛量。甲醛含量數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，基于分布式原則，建立傳感器節(jié)點(diǎn)分布模型圖見(jiàn)圖1。

3實(shí)驗(yàn)測(cè)試

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)空氣中甲醛量可提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，評(píng)估特定地區(qū)污染程度，分析甲醛來(lái)源、傳輸路徑及生態(tài)影響，制定環(huán)保策略。為驗(yàn)證所提方法的精準(zhǔn)性，對(duì)比基于乙酰丙酮熒光法和甲醛凈化模塊特性的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)采用SGAS701甲醛傳感器和KF-200 CKF濾波器，MATLAB/Simulink為仿真環(huán)境。

3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)定

在裝修中的商場(chǎng)選取10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，分別位于商場(chǎng)不同樓層和功能區(qū)，遠(yuǎn)離通風(fēng)口、門窗和墻壁，以實(shí)現(xiàn)周邊環(huán)境空氣甲醛污染物量的監(jiān)測(cè)。觀測(cè)點(diǎn)按01-10編號(hào)，劃分為5個(gè)功能區(qū)。

按照GB/T18204.26-2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)商場(chǎng)周邊環(huán)境空氣中的甲醛釋放量進(jìn)行測(cè)定，按照GB/T15516-1995標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，空氣采樣由TH-110B型號(hào)傳感器來(lái)完成。

通過(guò)查閱相關(guān)資料已知，空氣中的甲醛含量閾值為0.12 mg/m³。對(duì)10個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的樣本吸光度進(jìn)行計(jì)算，得到每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的甲醛含量，經(jīng)換算后得到的甲醛濃度值。

3.2三種算法監(jiān)測(cè)相對(duì)誤差對(duì)比

經(jīng)過(guò)實(shí)地走訪調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，該商場(chǎng)裝修材料中甲醛釋放量最高的三類板材分別是細(xì)木工板、膠合板和強(qiáng)化復(fù)合板，利用所提方法和方法1、方法2分別對(duì)三類板材甲醛釋放量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將相對(duì)誤差作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，相對(duì)誤差值評(píng)估監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。相對(duì)誤差值較小意味著監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際值較為接近，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性更高。對(duì)比三種算法監(jiān)測(cè)結(jié)果的相對(duì)誤差值，結(jié)果見(jiàn)圖2。

通過(guò)圖2看出，無(wú)論針對(duì)哪種板材，所提方法取得的監(jiān)測(cè)相對(duì)誤差值都是最低的，始終保持在6%以下，而另外兩算法相對(duì)誤差值要高一些。得出所提方法針對(duì)不同類型的裝修材料甲醛釋放量，均可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

3.3三種算法監(jiān)測(cè)性能對(duì)比

利用三種算法分別對(duì)商場(chǎng)裝修周邊環(huán)境空氣的甲醛釋放量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，與圖2中的甲醛濃度值進(jìn)行對(duì)比，用O為實(shí)驗(yàn)環(huán)境對(duì)甲醛的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，I=γ/O為實(shí)驗(yàn)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，B=γ/O-1為甲醛含量超標(biāo)倍數(shù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2看出，所提方法監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果完全相符，另外兩種算法均出現(xiàn)不同程度的偏差，驗(yàn)證所提方法在甲醛污染物量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的有效性和可行性。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)了解甲醛的分布特點(diǎn)和污染源的分布情況，有助于合理規(guī)劃和管理土地利用、城市建設(shè)、工業(yè)排放等方面。在大氣中，甲醛參與光化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而對(duì)周邊環(huán)境的空氣質(zhì)量造成負(fù)面影響，高濃度的甲醛可能對(duì)植物和動(dòng)物產(chǎn)生毒性作用，影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。為此，針對(duì)室內(nèi)裝修影響下的周邊環(huán)境空氣甲醛量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，開(kāi)展甲醛污染物量動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)；對(duì)傳感器進(jìn)行部署規(guī)劃，用于采集空氣中的甲醛含量，同時(shí)結(jié)合CKF濾波器，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境空氣甲醛污染物量的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。展開(kāi)對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果表明，所提方法監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)際結(jié)果一致，無(wú)論是監(jiān)測(cè)哪種類型的板材，可保證監(jiān)測(cè)結(jié)果具有最低的相對(duì)誤差。