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室内空气污染现状及防治措施


内蒙古环境科学

第 20卷

第 2期

2008年 4月

室内空气污染现状及防治措施
李 丽 朱 琨
730070) (兰州交通大学环境与市政工程学院, 兰州

摘要:

介绍了室内主要空气污染物的来源、 危害及控制措施, 特别是甲 醛、 挥发性 有机污染 物对学 校造 氡、

成的危害。提出了许多防治措施, 如光催化氧化、 臭氧净化技术、 空气负离子技术、 生物净化技术 等, 以及 这些 技术的原理和在这些方面研 究取得的进展。重点介绍了新兴 的光催化 氧化复 合技术。最 后指出 了室内 空气 污染治理技术存在的问题并 对未来的方向, 如技术融合、 计算机模拟、 新型材料应用进行了 展望。

关键词:

空气; 污染物; 室内; 健康; 防治措施

中图分类号: X 501

文献标识码: A

文章编号: 1007- 0370 ( 2008) 02- 0072- 06

THE CURRENT SITUAT ION OF INDOOR AIR POLLUT ION AND M EA SURES OF PREVENT ION AND CONTROL
L I L i ZHU Kun (T he Environm ent and C ivil Engineering Colleg e of Lan Zhou C o mmunication University, Lan Zhou 730070)

Abstrac:t T he sources, ha rm s and m easures of preven tion and contro l of ma jor indoo r a ir po llutants are introduced, espec ia lly for
har s o f fo r aldehyde R n and vo la tile o rganic po llutant on schoo . M any m easures o f prevention and contro, such as photo- cata lytic oxm m , l l i dation, o zone pur ification techno logy air an ion ic techno logy and b io log ical pur ification technology and the ir app lication are put for ard The , w . ne ly advanced photo- ca talytic ox ida tion recomb ination techno logy is introduced centra lly w .

Key wo rds air; pollutant indoor hea lth measure of prev ention and contro l : ; ; ;

前言
随着工业的发展, 能够 挥发出有害物质的各种建 筑材料、 装饰材料、 人造板家具等化 工产品进入室内, 使室内污染物的来源和种类日趋增多, 室内空气质量 受到严重影响。另外, 建筑物密闭程度增加, 室内污染 物不易扩散, 以及外界污染的大气进入室内也是影响 室内空气质量的主要因素。一个人大约 80 以上的时 % 间都是在室内度过的。学校作为人口密度比较大的地 方, 空气质量更是不容忽视。 D i itris Ko tzias通过实验 m
收稿日期: 2008- 01- 02

证明在学校工作的老师, 在污染空气中的暴露量均高 于室外, 大多数情况下室内浓度比室外浓度的 2倍还 大
[ 1]

。有文献指出, 全球每年因 I Q 问题造成的病态 A
[ 2]

建筑综合症使生产效率下降了 2 8 ~ 11 , 共计损失 . % % 约 100~ 700亿美元 。研究报告指出: 提供室外空气 的速度加 倍时, 效率 提高大 约 1 5% , 病 假人 数减少 . 10 ; 感觉空气不满意程度减少 10% , 工作效率提高约 % 1 。不良建筑综合症 ( SBS)程度与自我工作效率评估 % 的关系中, SBS下降 7 4 时, 工作效率自我评价提高 . %

作者简介: 李丽 ( 1982- ) , 女, 环境工程专业在读硕士研究生, 从事水处理技术及污染治理技术方面的研究.

)

72 )

室内空气污染现状及防治措施 1 。学校的低通风 率、 % 较高温度、 暖通空调通风系统 颗粒物过滤膜老化, 会导致学生学习成绩下降
[ 3]









燥、 毛发脱落等病变, 严重时会引起皮肤癌。科学研究 发现, 氡对人体的辐射伤害占人体所受到的全部环境 辐射的 55 以上, 其发病潜伏期在 15年以上, 而且长 % 时间受到高水平氡的照射, 比在短时间受到高水平氡 的照射发生肺癌的可能要大。据 不完全统计: 全世界 不吸烟的人群中, 约有 20 的肺癌来自氡的照射; 患肺 % 癌死亡的总人数中有 8 ~ 25 是由于以前吸入空气 % % 中氡造成的; 英国患白血病的人中, 12% 是由于氡引发 的; 由氡而死亡的人数, 美国每年大约有 1 5~ 4万人、 . 英国约 1 万 人, 瑞 典 约 1 千人, 俄 国 和 中国 约 5 万 人
[ 6]



本文在阅读大量文献的基础上对室内主要空气污 染物进行分析, 特别是学校室内空气污染带来的危害, 并提出了一些防治措施。

1 室内空气主要污染物
室内空气污染物有来源广、 种类 多的特点。常见 的主要污染物有甲醛、 挥发性有机物等。 氡、 1 1 甲醛 . 甲醛已经被世界卫生组织确定为 致畸物质, 是公 认的变态反应源, 也是潜在的强致突 变物之一。甲醛 浓度在空气中达到 0 06~ 0. 07mg /m 时, 儿童就会发 . 生轻微气喘。当 室内空 气中 甲醛 含量 为 0 1 m g /m .
3 3 3 3

。室内氡的来源主要有: 在地层深处含有铀、

1 2 1 从房基土壤中析出的氡 . .

镭、 钍的土壤、 岩石中高浓度的氡通过地层断裂带进入 土壤和大气层, 建筑物建在上面, 氡就会沿着地层裂缝 扩散到室内。 1 2 2 从建筑材料中析出的氡 . . 1982年联合国原子 辐射效应科学委员会报告指出, 建筑材料是室内氡最 主要的来源, 如花岗岩、 砖沙、 水泥及石膏等。特别是 含有放射性元素的天然石材, 易释 放出氡。表 1 表 2 、 给出了常用建筑及装修材料中天然放射性核素含量的 部分文献值
[ 7~ 9]

时, 就有异味和不适感; 达到 0 5 m g /m 时, 可刺激眼 . 睛, 引起流泪; 达到 0 6 m g /m 时, 可引起咽喉不适或 . 疼痛; 浓度更高时, 可引起恶心呕吐, 咳嗽胸闷, 气喘甚 至肺水肿; 达到 30 m g /m 时, 会立即致人死亡
3 [ 4]



中国室内装饰协会室内检测工作委员会在北京抽 查了 14所学校, 26个教室的空气质量。结果显示: 甲 醛超标占 69 2% , 综合污染指数 76 9 . . % 学校受甲醛污染比较严重, 不容乐观。 甲醛主要来源于室内装修和装饰材料。在装修材 料、 保温材料、 绝缘材料、 地板胶、 粘和剂、 涂料、 塑料贴 面等材料中均含有甲醛。此外, 甲醛还可能来自于清 洁剂、 杀虫剂、 消毒剂、 防腐剂等化工产品。 防治甲醛污染首先要采用绿色装修。室内装修, 一是要选择合适的装修时间, 气候温暖的季节装修比 寒冷时节更易通风; 二是要注意室内环境因素, 合理搭 配装饰材料, 充分考虑室内空间的承载量和通风量; 三 是要注意装修材料应选择绿色建材; 四是选择对室内 环境比较重视的公司, 并与其签订绿 色装饰协议。其 次要加强通风, 延期住进, 最后适当采用净化措施。目 前市场上除去室内空气甲醛的技术有物理吸附技术、 催化技术、 化学中和技术、 空气负离子 技术、 材料封闭 技术等。 1 2 氡 . 放射性气体氡对人体的危害也不 容忽视, 氡会破 坏人体的分子结构和细胞, 损伤人体五官, 引起皮肤干
[ 5]

。由此可见

1 2 3 室外进入室内的氡 . .

虽然氡的辐射剂量很低,

可是一旦进入室内, 就会在室 内大量地积聚。室内氡 还具有明显的季节变化, 通过实验可知, 冬季最高, 夏 季最低。可见, 室内通风状况直接决定了室内氡对人 体危害性的大小。 从源头上减 少氡的 来源是防 治室 内氡危 害的关 键。特别是选择氡含量低的地域建造建筑和使用放射 性核素低的建筑材料。GB50325- 20015民用建筑工程 室内环境污染控制规范 6
[ 10]

规定: / 民用建筑工程中所

采用的无机非金属建筑材料和装修材料必须有放射性 指标检测报告 0。建议在购买建筑材料和装修材料时, 要向商家索取放射性检测报告, 所选用的建筑材料和 装修材料的放射性核素应符合 5建筑材料放射性核素 限量 6
[ 11 ]

所规定的标准。此外, 还可以使用有降低氡

作用的室内空气净化器或采用除氡措施。很多固体物 质如活性炭、 橡胶、 石蜡等对氡有 很强的吸附能力, 可 作为除氡滤料。堵塞墙壁和地面 的孔隙, 铺盖墙纸也 有助于降低氡的析出。 ) 73 )

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表 1 常用建筑材料中天然放射性核素含量 ( Bq /kg ) 装修 材料 水泥 天然沙 红砖 灰沙砖 珍岩砖 煤渣砖 碳化砖 粉煤砖 煤渣 石材 226R a 范围 32 0~ 113 7 . . 25. 4~ 46. 7 21 0~ 137 0 . . 21 9~ 103 4 . . 56 1 . 102 8~ 198 9 . . 483. 0~ 1803 134 4~ 178 8 . . 128 8~ 199 2 . . 91 153 3 . 923. 9 161 1 . 176 2 . 均值 58. 7 37 9 . 67. 1 36. 8 范围 9. 7~ 113. 2 232T h 均值 67. 8 范围 40K 均值 35. 7~ 227. 0 122. 3 49. 1~ 603. 9 546. 8 101. 4~ 987. 3 423. 6 89. 0~ 381. 1 298. 6 587. 6 205. 5~ 648. 9 491. 4 208. 0~ 587. 0 361. 5 150. 0~ 775. 3 421. 4 189. 1~ 981. 4 581. 9 1037 数据来源 文献 [ 7] 文献 [ 7] 文献 [ 7] 文献 [ 7] 文献 [ 8] 文献 [ 8] 文献 [ 8] 文献 [ 8] 文献 [ 8] 文献 [ 9]

16. 1~ 46 0 30. 7 . 42. 7~ 131. 9 77 6 . 17. 2~ 39 6 28. 8 . 53 5 . 30. 9~ 66 8 58. 6 . 2. 9~ 29 3 . 17. 2

30. 0~ 78 2 51. 3 . 38. 5~ 80 9 66. 8 . 95

表 2 常用装修材料中天然放射性核素含量 ( Bq /kg ) 装修 材料 建筑 陶瓷 石灰 石膏板 马赛克 石灰 釉面 瓷砖 花岗岩 226R a 范围 2. 7 5. 1~ 21. 4 15 7 . 33 4 . 8. 7~ 61. 4 81 8~ 192 4 . . 115 8~ 198 3 . . 36. 3 122. 5 156 3 . 14. 5 均值 范围 139. 2 1. 4~ 5 8 . 16 8 . 34 5 . 2. 7~ 27 4 . 22. 3~ 69 2 . 49. 2~ 117. 0 17. 9 41. 8 60 1 . 4 1 . 232T h 均值 范围 255. 8 9. 5~ 81. 9 126. 7 620. 8 4. 1~ 410. 3 289 3~ 702 2 . . 388 6~ 1886. 0 . 161 5 . 502 6 . 679. 7 53. 5 40K 均值 数据来源 文献 [ 8] 文献 [ 8] 文献 [ 8] 文献 [ 8] 文献 [ 7] 文献 [ 8] 文献 [ 8]

1 3 挥发性有机物 ( VOCS ) . VOC S 是强挥发、 有特殊气味、 刺激性、 有毒的有机 气体, 部分已被 列为致癌 物, 如 氯乙 烯、 多环 芳烃 苯、 等。据世界卫生组织报道, 室内空气中的 VOCS 会导致 人体产生头痛、 恶心、 疲劳、 眩晕、 皮肤红肿等症状。室 内 VOCS 排放源种类多, 情况复杂。主要包括: 天然气、 煤油等燃烧产物; 吸烟产生的烟雾; 建 筑材料; 办公机 器; 室外含汽车尾气空气的进入; 其它源, 如油漆、 清洁 剂、 黏结剂、 家具等。 Ekberg 等报道, 人类的很多活动 产生了暂时源。在通风条件良好的情 况下, 室内空气 质量很大程度上取决于室外空气的质量
[ 12 ]

排放

[ 13]


[ 14 ]

龚幸颐等对北京大学校园区内各类型建筑物的空 气质量做了一次综合性调查研究, 调查结果见表 3 ,

。为了研究

室外空气污染物对室内空气质量的影 响, D aisey 选择 1 35作为阀值, 即若某 VOC S 的 13组值中有 9组或更 . 多组值小于 1 35 则认为它主要来源于室外。经过处 . , 理和分析, 发现芳香烃 ( 如苯、 甲苯、 二甲苯 )及烷烃 ( 如 正戊烷、 正己烷等 )的室内浓度主要来自于汽车尾气的 ) 74 )
图 1 VOCS 和自由基反应途径示意图

由表 3 可知: 第 ? 类为空间较大、 通风条件较好、 装修程度相对较低的公共场所。 TVOC S 浓度在 280~

室内空气污染现状及防治措施 960Lg /m 范围 内; 第 ? 类 为 空间 较 小、 有 明显 的 具
3









污染物或增加了污染物的浓度。高度活性的物质对面 部三叉神经造成刺激, 从而产生眼、 喉刺激等症状, 鼻、 甚至导致炎症
[ 16]

VOCS 排放源的公共场所, TVOC S 值高, 变化幅度较大。 当室内存在 # OH 和 NO# 时, 自由基不稳定, 可以 继续和其它 VOCS 反应, 如图 1所示
[ 15 ]



。产生了新的
表 3 各样点 TVOC S 浓度值 ( L g /m 3 )





样点位置 地学楼会议室 图书馆书库 第? 类 第三食堂 二楼舞厅 民族楼地下室

3月 590 810 740 690 7200 880 3200 1200 340

4月 700 480 2100 1200 13000 560 280

5月 960 520 280 2200 1100 5700 440 270

公共场所

光照排室 计算机房 第?类 办公楼打字室 数学系复印室 老干部处

对于室内挥发性有机污染物的防治首先应选择优 质的装修材料, 这是控制室内空气污染的根本途径; 其 次要加强室内通风换气, 这是控制室内空气污染最有 效、 简便的方 法; 最 后, 可以 使用室 内空 气净化 技术。 如二氧化钛光催化技术, 它能在常温常压下降解多种 痕量有机污染物以及硫化物、 氮氧化物等, 并且反应迅 速、 能源消耗低、 降解完全, 很适合室内空气净化。 另外, 飘尘、 碳氧化物、 氮氧化物、 重金属、 微生物 等在空气中大量存在时也会对人体产生危害。研究表 明, 室内真菌孢子数浓度越高, 儿童发烧和呼吸困难以 及成人患高血压的比例越高 气污染导致了六十万死亡
[ 17 ] [ 13]

光, 在常温下对各种有机和无机污染物进行分解或氧 化, 使其分解成为 H 2O 和 CO2, 达到净化空气的目的。 经报道, 在波长 254 nm 的紫外光下, 以光催化剂 T i 2 O 活性炭纤维 作载体, 对甲醛进 行吸附和 光催化 氧化, 96 的甲醛被去除 %
[ 18~ 19]

。光催化氧化优点是能耗低、

操作简单、 无二次污染; 缺点是利 用太阳光效率低、 反 应速度慢。有文献指出, 将光催化氧化和其它技术复 合时可以通过不同技术间的协同作用来提高有害气体 的脱除效果。 2 1 1 光催化氧化和催化氧化技术的复合 . . 何运兵 等人在文献中指出, 对 T iO2 进行镀铂, 在温度为 333K 或更高时, 挥发性有 机物如甲苯、 乙烯等活 性不高的 VOCS 的氧化转化效果提高。在热催化和光催化的共 同作用下, 可以实现对所有 VOCS 的全部氧化
[ 20]

。据统计, 对于碳氧化

物, 发展中国家每年由于化石燃料燃烧造成的室内空 。



2 室内污染物防治措施
随着人们对室内空气质量的重 视和技术的发展, 室内污染防治措施日趋增多。主要有 吸附净化、 紫外 线消毒、 化学消毒、 光催化氧化、 空气负离子技术、 生物 净化、 植物净化等。近几年发展比较快的有光催化氧 化及其与其它技术相结合的技术。 2 1 光催化氧化 . 光催化氧化技术原理是采用二氧化钛 ( T i 2 )进行 O 光催化, 直接利用包括太阳能在内的各种来源的紫外

2 1 2 光催化氧化和吸附技术的复合 . .

通过吸附剂

将有害气体吸附在催化剂上, 再在其表面进行催化反 应, 可以使有害气体在较短的时间内扩散到催化剂表 面, 并使表面气体浓度增大, 加快 反应速率, 强化了脱 除效果。 Fum ih ide等研究了以高比表面积的活性炭为 吸附剂, 在 HZS - 5型分子筛上负载 T i 2 作催化剂, M O 在紫外光照射下, 甲醛浓度在 10m in内由 1 0m g /m 降 . 为 0. 1m g /m ; 90 in 后几乎检测不到甲醛 m
3 [ 21] 3

。 该技术 75 ) )

2 1 3 光催化氧化和等离子体技术的复合 . .

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采用大量高能电子轰击产生的 O ( 或 O 2 ) 和 OH 等 活性粒子, 使有机物分子分解为 CO2 和 H 2 O, 随着紫外 光的辐射还可以起到杀菌消毒的作用。许太明等采用 等离子体和光催化对三氯乙烯进行脱除实验, 发现单 独使用二者时, 三 氯乙烯降解率分别为 32 0 和 14 . % . 1 , 而将等离子体和光催化复合时, 其降解率达到 75 % . 4 %
[ 22]

生物滴滤器净化甲苯废气, 结果表明: 在甲苯负荷每小 时小于 280g /m s 停留时间 15. 73s的条件下, 表观气速 , 230m / h时, 可保持 90 以上的净化率 %
[ 27]



。由此可见, 等离子体和光催化之间有明显的协

同作用, 可以显著提高催化剂的反应活性。 2 2 臭氧净化技术 . 由于臭氧为轻微离子结合体, 结合状态极不稳定, 在常温下会缓慢分解成氧气, 将单氧分离出来, 臭氧参 与物质分解后还原成氧气。对甲醛、 一氧化碳的分解 机理如下: 甲醛: 3H CHO+ 2O3 y 3H 2 O+ 3CO2 一氧化碳: CO+ O 3 y CO 2 + O 2 研究表明, 低浓度臭氧 ( 0 050~ 0 075m g /m ) 可 . . 净化室内空气甲醛污染, 净化率为 42 % 室内空气。 2 3 空气负离子技术 . 空气负离子技术一方面可以与室内空气中的微小 颗粒物相吸附, 成为带电的大离子沉降, 另一方面使细 菌蛋白质表层电性两极发生颠倒, 促使细菌死亡, 对人 体的健康十分有益。空气负离子的 发射技术主要有: 电晕放电、 水发生和放射发生。金应龙等利用 HE 系列 空气负离子发生器对氡及其子体的净化进行了研究, 实验结果表明, HE 系列空气负离子发生器使氡子体浓 度明显降低 50 左右 % 氧, 造成二次污染。 2 4 生物净化技术 . 生物法处理大气污染物是一项新 兴技术, 主要是 过滤器中的多孔填料表面覆盖有生物膜, 污染物与膜 内的微生物相接触发生生物化学反应, 使其完全降解 为 CO2 和 H 2O。净化原理如图 2
[ 25] [ 24] [ 23] 3

图 2 微生物对污染物的降解与转化示意图

2 5 植物净化技术 . 植物净化原理为室内污染物通过植物叶片背面的 微孔道被吸入植物体内, 植物根部共生的微生物能自 动分解污染 物, 分 解产物 被根部 吸收。研 究表 明, 在 24h照明的条件下, 芦荟可以消灭 1m 空气中 90 的 % 甲醛
[ 23] 3

。缺点是臭

氧是一种具有刺激性和强氧化性的有害气体, 会污染

。常情藤、 沼兰可以利用自身的酶分解苯和三
[ 28]

氯乙烯等。卫凤莲实验表明, 君子兰、 虎尾兰对室内甲 醛、 二甲苯、 TVOC有一定的吸收 。 其它技术有吸附、 紫外线消毒技术和化学消毒技 术等。近来开发的活性碳纤维具 有吸附容量大、 速度 快、 对低浓度物质的吸附性能强的优点。 C. H. AO 和 S. C. Lee对活性碳纤维与光催化结合净化室内空气中 的 VOCS 进行研究, 实验表明, 即使在 ppb水平, 仍可取 得满意效果 放出来。
[ 29]

。优点是主机便宜, 噪声小,

。当然, 通风换气是最经济的方法, 有利

体积小; 缺点是粒子 并未收集或过 滤效果差, 产生臭

于室内污染物的排放, 并使室内有毒有害气体尽快释

3 问题与展望
据目前调查的数据和相关报 道分析, 室内污染致 病和死亡的人数呈上升趋势。因 此, 可以通过控制污 染源、 局部排放、 风稀释、 通 暴露控制、 空气净化、 教育 等对室内空气质量进行控制。目 前, 虽然各种净化技 术取得了比 较好的效果, 但由于室 内污染源广, 种类 多, 各种净化技术仍存在局限性, 如吸附主要受吸附剂 再生与失活以及吸附容量的限制。过滤则存在滤材易



生物净化技术基本方法有生物过 滤法、 生物洗涤 法、 生物吸收法等。Okuno等人让 NO 通过生物土壤填 装的滤塔, 结果当 NO 进口浓度为 211m g /m , 停留时间 为 2m in 时, NO 去除率为 60 左右 % ) 76 )
[ 26] 3

。羌宁等研究了

室内空气污染现状及防治措施 老化, 易受温度、 气压及气体性质的影响等问题。 随着纳米、 生物、 等离子体、 计算机、 材料等技术的 飞跃发展, 室内空气净化有很好的前 景。在以后的研 究工作中应侧重于: ( 1) 尽可能使多种净化技术相融 合; ( 2)计算机在线模拟和实时监测将成为研究的重要 课题; ( 3) 纳米复合材料、 生物技术、 低温等离子体技术 及光催化技术将成为室内空气污染净化的主导技术。
[ 15]









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