室內空氣污染及空氣凈化關鍵技術探究

李術標

（廈門聯創達科技有限公司，福建 廈門 361000）

人們居住、辦公等主要活動場所都屬于室內環境，其空氣質量的好壞對人們的身體健康具有重要的影響。根據相關統計資料顯示，當前室內空氣污染程度遠高于室外環境，而且污染物種類非常繁雜，甚至具有致癌性。人們長期處于這種環境中，會產生頭痛、喉嚨酸痛、身體困倦等各種不良癥狀，甚至患各類疾病。因此，室內空氣污染已成為各地政府部門和人們關心的重大環境問題，關于室內環境空氣凈化技術的深入研究已經成為當前一個重大而迫切的科學任務[1]。

1 室內空氣污染的定義及特征

簡單來講，室內空氣污染是指室內的空氣環境中出現了對人體健康有害的物質，且因室內通風不暢，室內有害物質的含量已超出國家所要求的室內空氣標準，并達到了可能影響人們身體健康的程度。室內空氣污染存在著累積性、多樣性、長期性、污染濃度低、毒性大、受天氣和社會條件影響大等鮮明特點[2]。

2 室內污染物的主要來源、類型和危害性

2.1 室內污染物的來源

室內污染物的來源主要包括以下四個方面。

首先是建材產生的污染物質。隨著化工產業的大力發展，越來越多含有VOCs釋放源的建筑材料被大量用于居室內部裝修，其中以家具板材，PVC管材和PVC電纜等建材最具代表性。此外，還有部分包含化學工業品的家居用品和裝修建材，此類建材大多產生有機化學污染物質，如聚乙醛，有機揮發物等。

其次是家庭日常使用的化學品產生的污染。這些化學品主要來源于兩個方面，一是家庭日常清潔用品，二是個人用化妝品。家庭日常清潔用品主要包括洗滌劑、消毒劑、殺蟲劑等，而化妝品則包括護膚品、精油、洗發劑等[3]。

第三是許多辦公用品產生的有害物質。電子科技產品的興起為人們的生活辦公帶來便利的同時也增加了室內環境的壓力。電子產品在使用過程中，會向空氣中釋放一定的有害物質，例如臭氧，還可能與空氣中的灰塵等相結合形成顆粒物。

最后是人們日?；顒釉斐傻沫h境污染。人們在室內時，會因為自身的身體代謝產生二氧化碳，此外人們在室內吸煙的行為，會產生大量有害物質。如果室內長期封閉不進行通風，室內空氣質量就會急速下降，給人體健康造成影響。

2.2 室內污染物的主要種類及危害

2.2.1 氡氣

氡氣是由鐳、釷等放射性元素蛻變后所形成的一類無色無味、具有較高輻射性的惰性氣體，是大自然中特有的自然放射氣體，其廣泛存在于自然界中各種礦物、巖石和泥沙之中，常因開采和施工得以釋放，該氣體可和周圍空氣中的塵埃緊密結合，而被人體所吸入。如果人們長期處于氡含量過多的環境中，氡氣會逐漸在其呼吸道中積累，對身體形成巨大的內輻射，從而增加人們患有肺癌等病癥的幾率。在室內空氣中，80%～90%的氡氣來源于地面泥土、石塊，尤其是在地質結構破損的區域，其次是建筑施工時所用的建筑及裝修材料排放出的氡，特別是摻雜工業廢渣的建筑材料和天然花崗巖。

2.2.2 甲醛

甲醛是一種無色、具有刺激性和易溶性的氣體，也是現代室內環境中最為普遍的有害氣體。其對人的視覺、嗅覺以及呼吸臟器均有明顯的刺激感，常會引起流淚、干咳、氣喘等病癥，重度時可導致病人的肺功能、肝臟、免疫系統等方面出現異常。室內甲醛通常是由下列因素所造成的：首先，在家居裝潢上會用到大量富含甲醛的建材，類似于膠合板、刨花板等；其次，在家居裝潢中還會使用主要成分為脲醛樹脂的水性膠粘劑，其也會造成室內甲醛堆積；為了維持裝修效果，通常會對室內裝修材料使用防水劑、防蟲劑等，這些材料中都含有甲醛成分；最后，常見的地毯、壁紙等室內用材也會向外散發甲醛。

2.2.3 甲苯

甲苯是一種無色并帶有特殊芬芳氣味的液態，具有易揮發性、可燃性等物理特點，對人的皮膚和黏膜均有較強的局部刺激性，人在長時間接觸具有一定甲苯含量的物質后會發生緩慢中毒反應，主要癥狀為頭暈、嚴重失眠、精力萎靡、記憶功能衰退、思考障礙和決策力衰退等。甲苯甚至還會對人機的造血體系、神經系統產生嚴重損害。目前，在室內外裝修中仍多使用甲苯及其同系物甲苯、二甲苯等，將其用于各類溶料型膠粘劑、噴漆、涂裝和保護建筑材料等的溶液、稀釋劑和加入物。

2.2.4 氨氣

氨是一類帶有揮發性、強烈刺激性氣味的無色氣體，它主要存在于建筑施工中所采用的無機阻燃劑、混凝土外加劑。氨氣受外部影響大。當環境濕度或者其他因素發生變化的時候，也會導致氨氣的大量釋放。氨氣對人的眼睛黏膜產生較大危害，有強烈刺激性和腐蝕性，造成眼睛紅腫的現象。其同時還會作用于人的呼吸系統，引發吞咽疼痛、眩暈、憋悶、惡心等情況，削弱了人體對病毒的抵抗能力，更嚴重時會造成呼吸系統和眼角膜等器官的嚴重損傷。

2.2.5 總揮發性有機物

總揮發性有機物（TVOC）在正常室溫環境下能夠以蒸發的形式存在于空氣當中，是多種揮發性化合物的統稱，具有品種繁多，成分復雜的特點，同時會不斷綜合形成新的污染物。總揮發性有機物除常見的醛類之外，還有苯、甲基乙烯、二甲基乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、萘、二異氰酸酯類等。人們如果長時間處于含有TVOC的室內環境中，自身機體免疫力下降，中樞神經系統功能受損，從而產生頭暈、頭疼、呼吸不暢、易犯困、飲食障礙以至嘔吐、低血糖等癥狀，最嚴重時可影響肝臟功能和供血系統的正常運行。

3 室內空氣污染凈化技術

近幾年，隨著科技的進步以及人們對室內空氣質量要求的增加，室內空氣凈化技術也獲得了迅速發展，并在不斷改進。目前，室內的空氣凈化技術按其作用機理主要可分成三大類：物理法凈化、化學法凈化和生物法凈化。

3.1 物理凈化技術

3.1.1 遮蔽法

遮蔽法是運用掩蔽手法來防止環境污染源從家居和裝修的建筑材料中釋放出來，主要有油漆、蠟和面板遮蓋物等。該方法是通過將遮蓋物涂刷在污染源表層上，來有效抑制甲醛、苯等廢氣的傳播。這種方法雖然在家居、辦公環境和公共場所中經常被使用，但仍然無法從根本上減少空氣中的有害污物。

3.1.2 吸附法

吸附法是使用一些吸附劑來吸附室內空氣中的污染物，以此達到凈化室內空氣、改善空氣質量的目的。吸附法較其他空氣凈化技術而言，具有設備簡單簡易且方便的優點，更易于獲得大家的青睞，且對聚乙醛、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等有害物都有較好的空氣凈化功效。目前使用的吸附劑主要有活性炭、沸石、多分子篩催化劑、有機硅等，其中使用比較廣泛的吸附材料為活性炭。由于活性炭的化學吸附力強、物理化學穩定性好、機械強度高，對有機氣體的吸附效果好。但活性炭對無機氣體吸附效果差，而且對溫濕度較為敏感，酮、醛和酯等污染物會堵塞活性炭氣孔，從而限制了活性炭吸附法的推廣。

3.1.3 過濾法

過濾法通過使用各種類型的過濾材料，濾去室內空氣中的可吸入粒子、煙霧、粉塵、病菌等，以實現凈化空氣的目的。用玻璃鋼材料制造的高效空氣過濾器（HEPA）是目前國際上公認的最有效的過濾器材質，其對直徑在0.3毫米以上微粒的去除效果能夠達到99.99%，是過濾煙氣、粉塵和細菌等污染物最高效媒介。

除此之外，膜分離技術也是一種常用的空氣處理技術，其主要特點是簡單、快捷，過濾效果非常好。在這類技術中，常使用的材料是無機薄膜，其化學穩定性好、機械強度高、不容易被細菌降解，未來將會成為室內空氣凈化的主要手段。雖然關于膜分離技術的研究在不斷加深，但是該技術處于萌芽階段，要想廣泛應用于室內空氣凈化中仍存在較大的困難。

3.1.4 靜電法

靜電技術是指對空氣實施高壓電離，在電子和正離子向電極運動時和氣體中的塵粒發生撞擊，使塵粒帶電并被電極吸附，從而減少空氣含塵濃度。靜電技術大致分為正電暈放電和負電暈放電兩類。當電壓升高到一定固定的數值之后，電極附近的離子就獲得了較高的能量和速度，這樣帶電的離子將會沖擊空氣中原本不帶電的中性原子，且其電壓較高，從而能提高電吸塵機的正常工作速度。然而負電暈同時會產生大量臭氧和氮氧化合物，對人體健康也產生不良影響。所以人們在凈化室內外環境時，多使用正電暈放電。靜電法盡管能實現持續動態的空氣凈化，除塵效率通常在90%以上，且兼具除菌功能，但對室內空氣污染中的甲醛等有害物質的去除效率比較低。

3.2 化學凈化技術

3.2.1 光催化凈化技術

光催化凈化技術是以光為能量，將有機物降解為CO2和H2O，去除室內空氣中有機物質和細胞、病毒的一項空氣凈化技術。當室內空氣與水分透過光觸媒材料時，通過氧化還原反應形成了大量帶有強烈抗氧化活性的氫氧根離子。這種氫氧根離子分散到室內空氣中能夠殺菌消毒，溶解空氣中的有機污染物，從而有效凈化了室內空氣。光催化劑材料是該技術的關鍵，其光敏特性和化學穩定性等對其應用效率產生了十分重要的影響。因為光催化劑納米TiO2的光禁帶長度適中，物理化學特性也比較穩定，化合物來源豐富，并且對人類基本安全，所以經常被作為光催化反應的催化劑。光催化凈化技術雖然具有殺滅微生物、氧化還原性比較強的優點，但是當室內空氣中污染物含量比較低時，或者因為光催化降解作用技術降解速度較慢時，對室內空氣的凈化效果有所減弱。

3.2.2 負離子凈化技術

負離子凈化技術的基本原理是通過使用負離子發生器形成帶負電荷的金屬離子，在環境中形成負離子流，從而吸收室內空氣中帶正電荷的懸浮粒子污染物，使之逐漸累積超重，最后通過沉淀改變氣溶狀態。負離子凈化技術具備空氣彌漫性，能夠對房間內所有角落實施全面的負電離清洗工作，對去除室內環境中顆粒有著相當顯著的療效。同時，由于負電離還擁有特定的消毒功能，因此負離子凈化技術對人類身心健康大有裨益，也將是未來室內空氣消毒凈化應用領域中最值得重視的、富有前景的室內空氣凈化技術。然而，負離子技術也有其弊端，它無法消除室內環境中的廢氣污染，同時還易形成臭氧，從而形成二次污染。負離子空氣凈化技術與其他氣體凈化技術結合應用才能取得更理想的空氣凈化效果。

3.2.3 臭氧法

臭氧化合物因其強氧化性能，被廣泛應用于水的殺菌、室內空氣的殺菌、物品表面的殺菌和周圍環境的除臭除氣味等方面。人制造臭氧化合物的主要方式包括光化學法、電化學法、電暈放電等。利用臭氧的強氧化性能，該方法能有效凈化室內空氣和殺除室內空氣中的有害成分，是目前室內治理中一個全球認可的最常見、安全有效的方式，尤其適合處理中等、輕度室內空氣污染。臭氧法的優點是沒有產生任何殘余物和二次污染，但人們在使用該方法凈化居室空氣時，需要臨時遠離臥室，以防臭氧中毒。

3.3 生物凈化技術

3.3.1 生物過濾法

生物過濾法利用空氣過濾器中的多孔填料表面包覆著的微生物膜，當廢氣流入填充物床中時，透過生物擴散作用，被傳送到微生物膜中，與膜內的微生物發生生物化學反應。與傳統處置廢物過程中使用的物理化學方法比較，生物過濾法有著工藝簡便、能耗小、處置費用少、便于管理養護、環境安全和無二次污染產生等優勢，是近些年來人類處置低含量、高流量揮發性有機物質、發臭氣體和氮氧化物的優選方式之一，特別是在對苯、甲基酚、乙苯、二甲苯和苯乙烯等的處置方面，取得了一定的成果。該法啟動較緩慢，微生物對有機物分解有選擇性，操作原理與保護過程均要求相應的微生物學理論知識。

3.3.2 植物法

利用植物來凈化室內空氣是居民家里常見的凈化方式，有些植物能夠通過自身的光合作用有效吸收室內空氣中的有害化學物質，并將其轉變為自身生長所需的養料。例如月季、玫瑰對減輕室內二氧化硫的含量具有明顯效果，而常春藤、龍舌蘭等植物則可以很好地吸收苯類有害物質，雛菊、吊蘭、蘆薈等對清除聚乙烯和甲醛等具有重要作用。

4 結語

由于室內空氣中的污染物種類較多，成分復雜，對于人體的危害具有長期性、低劑量、弱效用和聯合影響的特點，解決難度比較大。面對這種情況，采取單一的凈化技術無法解決全部的室內空氣污染問題，不僅如此，某些污染物和凈化劑之間會產生反應生成二次污染。因此，人們要深入探究聯合處理方式，針對所處的環境，區分不同污染種類的差異，把目前主流的室內外空氣凈化工藝技術（靜電、濾波、吸收、光催化、負電離、膜技術乃至生物工藝等）合理地進行聯系，并綜合應用不同方法的優點，彌補某一種方案的缺陷和不足。在此基礎上，相關研究者還要開發高效的濾網材料，以用于室內空氣的有效凈化當中。利用高效濾材融合物理吸收，電化學氧化還原，離子化等相關技術的特點，將其廣泛應用于室內空氣凈化當中，推動室內空氣凈化技術的發展。