室內裝修影響下周邊環境空氣甲醛量動態監測研究

關鍵詞：甲醛污染；周邊環境空氣；傳感器節點分布；自適應卡爾曼濾波器

中圖分類號：X830 文獻標志碼：B

前言

甲醛是一種常見的有害氣體，廣泛存在于家具、裝修材料等室內用品中，對空氣質量和人體健康產生重要影響。釋放速度受多種環境因素如空氣流動、溫濕度等的影響，隨時間減緩，形成峰值濃度，導致空氣污染。因此，動態監測室內裝修材料中甲醛的釋放量至關重要，以保障人們的健康，減少對環境的污染。

甲醛釋放是長期且復雜的動態過程，可能通過開窗通風、控制室內溫濕度等方法擴散至周邊環境，造成污染。國內學者已對此展開研究。為此，國內專家學者展開大量研究。趙長民等人采用乙酰丙酮熒光法，設計甲醛在線監測方法，并對其性能展開測試，實驗結果表明，滿足大氣中甲醛含量的監測需求。劉芳等人通過不斷調整空氣凈化裝置的送風量、初始質量濃度和凈化技術，得到室內裝修材料釋放甲醛的衰減特性，實現對其動態監測。

結合上述兩種算法，研究提出一種室內裝修影響下周邊環境空氣甲醛量的動態監測方法。首先分析甲醛濃度與吸光度關系，構建傳感器節點分布模型采集甲醛含量。利用CKF進行數據統計與融合，揭示甲醛動態變化規律，實現對甲醛量的動態監測。實驗驗證表明，該方法與實際結果一致，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期釋放，且膠合劑也會釋放甲醛，影響空氣質量。高濃度甲醛排放導致局部污染，特定條件下加劇臭氧層破壞。為評估裝修環境甲醛濃度變化，需了解釋放方式和對大氣的危害，為動態監測提供理論支持。

甲醛污染生態環境的方式多樣：導致室內空氣污染，危害人體及寵物、植物健康；隨空氣流動污染城市和工業區；與污染物反應，生成二次污染物，加劇大氣和水體污染。為減少危害，需嚴格監管甲醛排放，提高材料環保標準，加強室內通風，并提升公眾環保意識。

2試驗

2.1試驗材料選取

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

2.2試驗儀器與試劑

氣候箱選擇體積大小為1m³的HAINATQWH-1000，溫度和濕度的調節范圍分別為15℃～30℃、30%～80% RH，內壁采用鏡面不銹鋼板結構，可以監測甲醛釋放。采樣器選取的型號為HAINATLZB-4WB，可見分光光度計型號為TU-1901，波長可達到412nm。

試驗試劑參數為：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的硫代硫酸鈉標準溶液、1%的淀粉溶液、0.4%的乙烯丙酮溶液、20%的乙酸銨溶液。

2.3標準曲線表達

為確定樣品中甲醛的濃度值，實現對周邊環境空氣中的甲醛污染物量的定量檢測，即通過測量吸光度確定甲醛濃度。二者之間關系見表1。

通過表1可知，甲醛濃度計算公式為c= 12.1A-0.2，c與A之間的標準曲線為R²=0.9998、斜率為f=12.1。

2.4動態監測方法設計

甲醛濃度與吸光度的關系適用于溶液，不適用于動態監測空氣中甲醛濃度變化。為此，結合傳感器與CKF濾波器，傳感器采集空氣樣品中的甲醛量，CKF濾波器處理數據，實現動態監測。

2.4.1甲醛釋放特征量預測

為了實現對甲醛污染物量的精準監測，建立室內裝修材料甲醛污染物量動態監測模型。利用傳感器動態采集室內周邊環境空氣中的甲醛量；借助CKF濾波器整理和研究采集的甲醛量。甲醛含量數據采集是實現動態監測的基礎，基于分布式原則，建立傳感器節點分布模型圖見圖1。

3實驗測試

動態監測空氣中甲醛量可提供實時準確數據，評估特定地區污染程度，分析甲醛來源、傳輸路徑及生態影響，制定環保策略。為驗證所提方法的精準性，對比基于乙酰丙酮熒光法和甲醛凈化模塊特性的動態監測方法。實驗采用SGAS701甲醛傳感器和KF-200 CKF濾波器，MATLAB/Simulink為仿真環境。

3.1實驗設定

在裝修中的商場選取10個觀測點，分別位于商場不同樓層和功能區，遠離通風口、門窗和墻壁，以實現周邊環境空氣甲醛污染物量的監測。觀測點按01-10編號，劃分為5個功能區。

按照GB/T18204.26-2000標準對商場周邊環境空氣中的甲醛釋放量進行測定，按照GB/T15516-1995標準執行，空氣采樣由TH-110B型號傳感器來完成。

通過查閱相關資料已知，空氣中的甲醛含量閾值為0.12 mg/m³。對10個觀測點的樣本吸光度進行計算，得到每個觀測點的甲醛含量，經換算后得到的甲醛濃度值。

3.2三種算法監測相對誤差對比

經過實地走訪調查后發現，該商場裝修材料中甲醛釋放量最高的三類板材分別是細木工板、膠合板和強化復合板，利用所提方法和方法1、方法2分別對三類板材甲醛釋放量進行監測，將相對誤差作為實驗指標，相對誤差值評估監測的準確性。相對誤差值較小意味著監測結果與實際值較為接近，監測數據的準確性更高。對比三種算法監測結果的相對誤差值，結果見圖2。

通過圖2看出，無論針對哪種板材，所提方法取得的監測相對誤差值都是最低的，始終保持在6%以下，而另外兩算法相對誤差值要高一些。得出所提方法針對不同類型的裝修材料甲醛釋放量，均可實現精準監測。

3.3三種算法監測性能對比

利用三種算法分別對商場裝修周邊環境空氣的甲醛釋放量進行動態監測，與圖2中的甲醛濃度值進行對比，用O為實驗環境對甲醛的評價標準，I=γ/O為實驗環境質量指數，B=γ/O-1為甲醛含量超標倍數，監測結果見表2。

從表2看出，所提方法監測結果與實際結果完全相符，另外兩種算法均出現不同程度的偏差，驗證所提方法在甲醛污染物量動態監測中的有效性和可行性。

4結束語

通過監測數據了解甲醛的分布特點和污染源的分布情況，有助于合理規劃和管理土地利用、城市建設、工業排放等方面。在大氣中，甲醛參與光化學反應，進而對周邊環境的空氣質量造成負面影響，高濃度的甲醛可能對植物和動物產生毒性作用，影響生態系統的平衡。為此，針對室內裝修影響下的周邊環境空氣甲醛量動態監測，開展甲醛污染物量動態監測試驗；對傳感器進行部署規劃，用于采集空氣中的甲醛含量，同時結合CKF濾波器，對采集到的數據進行統計，實現對周邊環境空氣甲醛污染物量的動態監測。展開對比實驗測試，結果表明，所提方法監測結果與實際結果一致，無論是監測哪種類型的板材，可保證監測結果具有最低的相對誤差。