不同室內設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

北京大興區中小學衛生保健所，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]。學生身體發育尚未成熟，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；二號教室為學生教室，有24把可調塑料座椅，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閉紫外線燈。紫外線燈關閉后，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，此時在教室內外均可以聞到臭氧的味道，開窗通風后教室內的臭氧快速消散，僅用了6 min教室內的臭氧就全部消散，但此時樓道內的臭氧濃度仍有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，關閉紫外線燈，約1.5 h后教室內臭氧濃度歸零。

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）國家標準中有關學生教室環境的內容并沒有涉及臭氧的濃度，在學校教學過程中，也沒有產生臭氧的因素，但如果學校安裝了紫外線燈，紫外線燈就會成為一個臭氧污染的源頭。我國衛計委1979年制定的《工業企業衛生標準》中規定，臭氧的安全標準為0.15 ppm；美國標準規定，人員可在0.1 ppm濃度下工作8 h（一般森林地區臭氧濃度即可達到0.1 ppm）；國際臭氧協會規定，應用臭氧的專業室內，人員可在0.1 ppm濃度下工作10 h。引起人員一定反應的臭氧濃度為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。在學校進行紫外線消毒時，容易產生臭氧污染，峰值可達到1.3 ppm，通風良好的情況下，5 min后教室內的臭氧會全部消散，非通風樓道內仍有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，臭氧對環境和人體健康沒有危害，可以使用紫外線燈，但需避免學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，如果在學生進入教室前后關閉紫外線燈，空氣中的臭氧無法及時消除，學生被迫在較高濃度的臭氧環境下學習，對師生的身體健康會產生較大的危害。

（3）一號、二號教室的區別在于二號教室鋪有PVC地膠，并且有24把可調塑料座椅。雖然地膠和座椅在環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物質發生一系列化學反應，主要生成臭氧、過氧硝基酞（PAN）、醛類等，形成光化學煙霧。VOCs的氧化過程會打破NO2-NO-O3三者之間的平衡，導致O3的生成和積累。VOCs作為光化學反應原料，在紫外線照射下會持續不斷地合成臭氧，即使紫外線照射停止，臭氧的合成也不會立即停止。因此，即使關閉二號教室的紫外線燈，室內的PVC地膠和可調塑料座椅所產生的VOCs仍然可以繼續通過光化學反應產生臭氧，使教室內的臭氧難以及時清除。

（4）2012年1月1日，《中小學校設計規范》（GB 50099—2011）[3]對教室空氣進行了規范，其中標注了換氣量、照度、二氧化碳含量。隨著經濟的發展，學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VOCs的檢測還是空白。室內VOCs、紫外線、臭氧之間復雜的作用以及產生的光化學危害也沒有引起人們足夠的重視。

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

4 結論

在學校使用紫外線燈時，除了需要考慮學生誤開紫外線燈造成皮膚損傷的風險，還要考慮紫外線燈所導致的二次污染。雖然在空曠的大理石地面教室，臭氧會在數分鐘后完全消退，不至于影響學生正常上課，但如果教室內有機材料較多，紫外線燈的照射就會導致室內有機材料產生揮發性物質VOCs，VOCs在紫外線照射下合成臭氧，導致教室內臭氧消散延遲。因此，在有機材料設施、設備較多的教室內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。