室內空氣污染治理研究進展

長樂市環境保護監測站 林民政

?

室內空氣污染治理研究進展

長樂市環境保護監測站 林民政

室內環境是人類生存的主要環境之一，室內環境主要是甲醛(HCHO)、氡氣、總揮發性有機化合物(TVOC)、顆粒物、重金屬、生物、煙霧、物理性污染等對人體健康影響較大。該文介紹了室內空氣污染物的主要種類和危害，并系統總結了室內空氣污染物的檢測方法、凈化技術的現狀及進展。

室內空氣污染 治理 研究進展

隨著社會經濟的快速發展，人們待在室內的時間越來越長，超過全天的80%[1]，每天呼吸的絕大部分是室內空氣，室內空氣質量與生命安全和身體健康的關系非常緊密。與室外空氣相比，室內空氣流通不暢、污染源復雜，既有室外污染物的進入，也有室內建筑、裝飾材料、家具家電產生的污染物，還有室內人類活動如烹飪、飼養寵物、植物及人體自身代謝產生的污染物等。隨著人類對生活環境質量要求的提高，改善室內環境成為人們的重要追求之一，甚至作為避免室外有害環境暴露的避難所。經過近幾十年的研究，室內環境污染防治已經取得了很多成果。

1 室內空氣污染物的種類和危害

1.1 室內空氣污染物的種類

按照結構不同，室內污染物可分為：

1.1.1揮發性有機化合物（VOCs）

揮發性有機化合物是沸點低于260℃、室溫下飽和蒸氣壓超過13332Pa的易揮發性化合物[2]。揮發性有機化合物除醛類外，常見的還有苯、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蒸氣。

1.1.2可吸入固體顆粒物及有害無機小分子

室內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，人與動物毛發、皮屑等。有害無機小分子包括燃燒產生的CO、氮氧化物、SO2等。

1.1.3懸浮微生物

包括細菌、病毒、霉菌等。微生物等通過特應性機制、傳染過程和直接毒害途徑等引起疾病，對人們的生活、工作產生巨大的影響。

1.2 室內空氣污染物對人體的危害表現

室內空氣污染物對人體的危害[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)。

室內空氣污染與工作效率有一定的聯系，有學者[4]通過模擬辦公室工作研究通風速度、溫度、感受空氣質量和工作效率關系，指出：空氣速度加倍時，效率提高大約1.5%，病假人數減少10%；感覺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，工作效率自我評價提高1%。學校中，低通風率、較高溫度、暖氣空調通風系統顆粒物過濾膜老化，導致學生學習成績有所下降。

2 室內空氣污染物檢測方法

室內空氣污染物的發現及其濃度（或含量）的檢測是室內空氣污染研究的重要方面，周慶祥、江桂斌[5]綜述了室內空氣污染物的檢測方法，主要有吸附法、采樣觀測法、撞擊法、儀器檢測法、自然沉降法等。吸附法，是檢測室內空氣污染物的重要方法，主要用于對揮發性有機物（如丙酮、異丙醇、苯、甲苯和庚酮、二甲苯、甲醛等）、半揮發性及非揮發性有機物、農藥的檢測等的重要方法，不同的揮發性有機物對吸附劑要求與解析流程不同，因此，吸附法是一個種類繁多的檢測方法體系。采樣觀測法是檢測室內空氣中顆粒物的重要方法體系，首先對室內空氣進行采樣，然后用高倍顯微鏡等精密儀器進行觀測。撞擊法主要用于室內微生物的檢測。儀器檢測法就是用基于傳感器技術的儀器對室內空氣進行檢測，主要用于對無機氣體如O2、CO、SO2、NO、NO2、NH3及有機小分子化合物等的檢測，也用于對甲醛的檢測。

國家標準《室內空氣質量標準》(GB/T 18883—2002)中規定的室內空氣參數檢驗方法有：甲醛溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法、改進的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、玻璃液體溫度計法、數顯式溫度計法、通風干濕表法、氯化鋰濕度計法、電容式數字濕度計法、熱球式電風速計法、數字式風速表法、空氣中氡濃度的閃爍瓶測量方法、徑跡蝕刻法、雙濾膜法、活性炭盒法。國標對每一指標的檢測方法作了硬性規定，如用甲醛溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法檢測二氧化硫，用靛酚藍分光光度法、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氨等[6]。

3 室內空氣污染物的凈化技術

室內空氣污染凈化技術主要有[7]除塵技術、氣體凈化技術、殺菌消毒技術。除塵技術采用較多的是過濾式除塵和靜電式除塵,干法、濕法以及電子束法應用不多。殺菌消毒技術現在主要采用O3和紫外線進行殺菌消毒,也有用其它強氧化劑殺菌消毒的研究。現有室內空氣凈化技術研究種類較多，主要分以下幾種：

3.1 吸附技術

吸附技術由于脫除效率高，富集功能強，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，其中以顆粒活性炭、含高錳酸鉀的活性氧化鋁及復合炭纖維最為常用[7]。

3.2 納米材料光催化技術

納米材料是指晶粒尺寸為納米級（10-9m）的超細材料。而新型的高功能精細無機產品納米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。由于該技術在紫外光照射下，在室溫條件下就能將許多有機污染物氧化成無毒無害的CO2和H2O，并且這個過程不需要其他化學輔助劑，反應條件溫和，二次污染小、運行成本低和可利用太陽光為反應光源，再加上納米TiO2制備成本低、化學穩定性和抗磨損性能良好，是目前最具發展前景的室內空氣凈化技術。納米ZnO也是一種有潛力的空氣凈化光催化劑。井力強等人在ZnO光催化劑上對SO2氧化進行了研究，結果表明，320℃下焙燒的ZnO納米粒子對大氣中SO2的凈化效率高達99%[8]。

3.3 低溫等離子體-光催化技術

近年來，低溫等離子體應用于污染控制是一個新興的交叉學科，該技術可應用于脫硫脫硝、消除揮發性有機化合物、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。目前一些學者把低溫等離子體技術和光催化技術結合起來，使低溫等離子體技術得到了優化。

國內外學者對低溫等離子體—光催化技術降解VOC進行了初步探索。Misook Kang等人用等離子體TiO2光催化體系降解甲苯，試驗結果表明，在等離子體光催化體系下，相同條件下甲苯轉化率、脫除率都有提高，比單一低溫等離子體和光催化技術強[9]。

3.4 生物凈化技術

由于生物技術具有投資少、操作管理簡單、運行費用低、安全可靠等優點，近年來人們運用其除臭、處理氮氧化物廢氣與揮發性有機物廢氣，并取得了一定的成果，用生物技術來凈化和處理廢氣已經成為一個熱門研究課題。

生物法處理有機廢氣在德國、荷蘭、美國和日本等國應用廣泛，其中生物濾池和生物滴濾塔技術已經十分成熟。目前，國外已廣泛利用生物過濾技術來處理低濃度、高流量的揮發性有機污染物和臭味氣體，尤其是對苯、甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯等的處理。中國科學院生態環境研究中心運用生物過濾法處理VOC惡臭氣體的實驗，取得了90%以上的凈化率[10]。

3.5 膜分離技術

近些年來，膜技術作為氣體分離的新技術，以其簡單、快速、高效和經濟節能等優點成為人們研究的熱點。20世紀80年代后，膜分離技術在海水淡化、食品工業、生物化工及化學化工等領域的液相分離和VOC的回收中得到了廣泛的應用，還用于分離與回收石油化工生產中排放的乙烷蒸氣、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下透過膜的傳質速率不同進行分離的。

用于氣體分離的膜主要分為有機膜和無機膜。有機膜分離技術在其他方法難以回收的有機物的分離方面有了很大的進展，如采用該方法分離CFC-12和環氧乙烷以及制冷設備排出的CFC等，該方法對有機氣體中的丙酮、甲苯和甲醇等的回收率可達到97%。無機膜廣泛應用在制取富氧、濃氮、煉氣、石油化工及合成氨的回收和酸性氣體脫除方面。現已有關于無機陶瓷膜凈化空氣的報道，通過液相熱液合成的MFI型沸石膜已用于除去室內空氣中低濃度污染物正己烷、甲醛和苯等[12]。

無機膜分離技術雖然以其化學性質穩定、不被微生物降解、較大的機械強度、容易控制孔徑尺寸等優點在室內空氣凈化方面有著巨大的潛力，但是它的氣體分離系數很低，對室內空氣中低濃度的VOC去除效果不理想。而有機膜雖然分離系數較高，但是它存在氣體分離通透量低、耐熱和耐腐蝕性差等缺點。所以，如何將這兩種膜的優點結合起來將是一個研究熱點。

3.6 綠色植物自然吸收法

由于綠色植物對擴散進入室內的污染物具有吸附吸收和凈化作用，促進了室內污染物的外轉移、擴散，加快了室內環境中污染物濃度的降低[13]。近年來，國內外學者根據綠色植物對有機氣體有選擇性吸附的特征，對室內主要有機污染氣體的植物吸附開展了廣泛的研究。篩選出一部分對有機揮發性氣體吸收具有代表性的植物，且效果明顯。不過綠色植物吸收揮發性有機物的機理以及吸收后會轉化為何種物質，是否會帶來新的污染，有待進一步研究。

3.7 膜基凈化技術和生物過濾技術

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

用膜凈化技術、生物過濾技術處理有機廢氣中的VOC近年才發展起來，具有流程簡單、設備簡單、VOC回收率高、運行費用低、較少形成二次污染等優點。這兩種技術正逐漸引起人們的重視，將是去除VOC技術研究的熱門問題。

4 結論

根據目前我國室內空氣污染情況，我們應在借鑒國外研究工作的基礎上，結合我國實際情況，研發便攜式室內空氣污染物檢測儀器，并進一步研究開發新的、簡便易行的無害化處理技術，建立經濟、綠色的室內空氣凈化方法，改善人類居住環境的空氣質量，提高人類健康水平。

[1] 周曉瑜，施瑋.室內生物源性污染物對健康影響的研究進展[J].衛生研究.2005（5）：34.

[2] 吳忠標, 趙偉榮. 室內空氣污染及凈化技術[M]. 北京:化學工業出版社, 2005.

[3] 吳文繼,孫亞兵.室內空氣污染凈化研究進展[J].四川環境，2005，24（1）: 109-114.

[4] 鄧大躍，陳雙基.室內環境領域科學研究前沿[J].環境與可持續發展,2006（5）:33-35

[5] 周慶祥.江桂斌.室內空氣污染分析方法研究進展[J].環境污染治理技術與設備, 2004(9): 1-11.

[6] 國家質量監督檢驗檢疫總局,衛生部,國家環境保護總局發布. GB/T18883 -2002, 室內空氣質量標準[S].

[7] 趙毅, 李守信. 有害氣體控制工程[M]. 北京：化學工業出版社, 2001.

[8] 井力強, 孫曉君, 徐自立, 等. ZnO超微粒子光催化氧化SO2的研究[J]. 催化學報, 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氣體的試驗研究[J]. 環境科學學報, 2003, 23(1):39-42.

[11] 吳碧君, 劉曉勤. 揮發性有機物污染控制技術研究進展[J]. 電力環境保護, 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. 居室中主要揮發性有機污染狀況及其防治對策[J]. 中國熱帶醫學, 2005, 5(2):210-212.