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

(兰州交通大学环境与市政工程学院,兰州　730070)

摘要:

介绍了室内主要空气污染物的来源、,、氡成的危害。、生物净化技术等,以及这些。。最后指出了室内空气,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:X501文献标识码:A文章编号:1007-0370(2008)02-0072-06

THECURRENTSITUATIONOFINDOORAIRPOLLUTIONAND

MEASURESOFPREVENTIONANDCONTROL

LILi　ZHUKun

(TheEnvironmentandCivilEngineeringCollegeofLanZhouCommunicationUniversity,LanZhou　730070)

　　Abstract:Thesources,harmsandmeasuresofpreventionandcontrolofmajorindoorairpollutantsareintroduced,especiallyfor

harmsofformaldehyde,Rnandvolatileorganicpollutantonschool.Manymeasuresofpreventionandcontrol,suchasphoto-catalyticoxi2dation,ozonepurificationtechnology,airanionictechnologyandbiologicalpurificationtechnologyandtheirapplicationareputforward.Thenewlyadvancedphoto-catalyticoxidationrecombinationtechnologyisintroducedcentrally.

Keywords:air;pollutant;indoor;health;measureofpreventionandcontrol

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。DimitrisKotzias通过实验

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IAQ问题造成的病态

[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—

1%。学校的低通风率、较高温度、暖通空调通风系统

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%～是由于以前吸入空气,12%是由于氡引发1.5～4万人、1千人,俄国和中国约5万人

[6]

颗粒物过滤膜老化,会导致学生学习成绩下降

[3]

。

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、氡、挥发性有机物等。1.1　甲醛

,认的变态反应源,。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0.1mg/m

3

3

3

3

。室内氡的来源主要有:

1.2.1　从房基土壤中析出的氡　在地层深处含有铀、

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

时,就有异味和不适感;达到0.5mg/m时,可刺激眼睛,引起流泪;达到0.6mg/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30mg/m时,会立即致人死亡

3

[4]

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]

。

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

[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。GB50325-2001《民用建筑工程室内环境污染控制规范》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”。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限量》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—

[11]

[10]

前市场上除去室内空气甲醛的技术有物理吸附技术、装修材料的放射性核素应符合《建筑材料放射性核素

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

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

226Ra

232Th

40K

范围均值范围均值范围均值

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]

32.0～113.7　58.725.4～46.7　37.921.0～137.0　67.121.9～103.4　36.8

9.7～113.2　67.816.1～46.0　30.742.7～131.9　77.617.2～39.6　28.8

53.5

30.9～66.8　2..2.0.　..580.9　66.8

95

35.7～227.0　122.349.1～603.9　546.8101.4～987.3　423.689.0～381.1　298.6

587.6

.5..4.0～.0775.3　421.4189.1～981.4　581.9

1037

　56.1

102.8～198.9　153.3483.0～1803　923.9.128.2　.　91

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

226Ra

232Th

40K

范围

2.7

均值范围

139.2

均值范围

255.8

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]

5.1～21.4　14.5

15.733.4

8.7～61.4　36.381.8～192.4　122.5115.8～198.3　156.3

1.4～5.8　4.1

16.834.5

2.7～27.4　17.922.3～69.2　41.849.2～117.0　60.1

9.5～81.9　53.5

126.7620.8

4.1～410.3　161.5289.3～702.2　502.6388.6～1886.0　679.7

1.3　挥发性有机物(VOCS)

VOCS是强挥发、有特殊气味、刺激性、有毒的有机

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

,

气体,部分已被列为致癌物,如氯乙烯、苯、多环芳烃等。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]

。为了研究

室外空气污染物对室内空气质量的影响,Daisey选择1.35作为阀值,即若某VOCS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Ⅰ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。TVOCS浓度在280～

μg/m范围内;第Ⅱ类为空间较小、960具有明显的VOCS排放源的公共场所,TVOCS值高,变化幅度较大。

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、鼻、喉刺激等症状,甚至导致炎症

[16]

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

地　　点

[15]

。

。产生了新的

表3　各样点TVOCS浓度值(μg/m3)

样点位置地学楼会议室图书馆书库

3月590810-[***********]

4月-480-[***********]0

5月--[***********]700440270

第Ⅰ类公共场所

光照排室计算机房

第Ⅱ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H2O和CO2,达到净化空气的目的。经报道,在波长254nm的紫外光下,以光催化剂TiO296%的甲醛被去除

[18～19]

效、简便的方法;最后,可以使用室内空气净化技术。活性炭纤维作载体,对甲醛进行吸附和光催化氧化,

。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

。据统计,对于碳氧化

等人在文献中指出,对TiO2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

物,发展中国家每年由于化石燃料燃烧造成的室内空

。

同作用下,可以实现对所有VOCS的全部氧化

[20]

。

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

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。Fumihide等研究了以高比表面积的活性炭为吸附剂,在HZSM-5型分子筛上负载TiO2作催化剂,在紫外光照射下,甲醛浓度在10min内由1.0mg/m降为0.1mg/m;90min后几乎检测不到甲醛

3

[21]

3

光催化氧化技术原理是采用二氧化钛(TiO2)进行光催化,直接利用包括太阳能在内的各种来源的紫外

。—75—

2.1.3　光催化氧化和等离子体技术的复合　该技术

---采用大量高能电子轰击产生的O(或O2)和OH等

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/ms,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]

活性粒子,使有机物分子分解为CO2和H2O,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]

。

。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,,,,、一氧化碳的分解机理如下:

甲醛:3HCHO+2O3→3H2O+3CO2一氧化碳:CO+O3→CO2+O2

3

研究表明,低浓度臭氧(0.050～0.075mg/m)可

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

3

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

[23]

。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

甲醛

[23]

。常情藤、沼兰可以利用自身的酶分解苯和三

[28]

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

[24]

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

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H2O。净化原理如图2

[25]

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、通风稀释、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211mg/m,停留时间为2min时,NO去除率为60%左右—76—

[26]

3

。羌宁等研究了

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]

OrlandoJJ,TyndallGS,WallingtonTJ.Theatmos2

phericchemistryofalkoxyradicals〔J〕.ChemRev,2003,103;4657-4689.

[16]

ShustermanD,AvilaPC..Real-timemonitoringof

nasalmucosalpHduringcarbondioxidestimulation:implicationsforstimulusdynamics〔J〕.ChemSenses,2003,28;595-601.

[17]

HeidiElizabethStaffMestl,KristinAunan,HansMar2

tinSeip.benefitsfromindoorairpollutionfromsfuelabatementscenarios〔J〕.

参考文献

[1]

DimitrisKotzias.Iment-needsandappr〕.Tthology,2005,7;5-7.

[2]

BasG,SrececD,WeibachW,etal.Socio-economic

I);-840.

]

mihideS,ShunsukeY,YusukeO.Arapidtreatment

offormaldehydeinahighlytightroomusingaphotocatalyticreactorcombinedwithacontinuousadsorptionanddesorptionapparatus

〔J〕.Chem.Eng.Sci.,2003,58;929-934.

[19]

YuanRS,ZhengJT,GuanRB,etalS,urfacecharac2

relevanceofsickbuildingsyndrome;aliteraturestudy〔C〕.Proceed2ingsofthe10thInternationalConferenceonIndoorAirQualityandClimateBeijing;402-406.

[3]

teristicsandphotocatalyticactivityofTiO2loadedonactivatedcar2bonfiber〔J〕.ColloidsandSurf.A,2005,254(1-3);131-136.

[20]

邓大跃,陈双基.室内环境领域科学研究前沿〔J〕.

何运兵,纪红兵,王乐夫,室内甲醛催化氧化脱除

环境与可持续发展,2006,5;33-35.

[4]

的研究进展〔J〕.化工进展,2007,26(8);1104-1109

[21]

FumihideS,ShunsukeY,YusukeO,Arapidtreatment

张成芬.室内甲醛污染的危害及测定方法的研究

〔J〕.化学教学,2007,1;8-10.

[5]

offormaldehydeinahighlytightroomusingaphotocatalyticreactorcombinedwithacontinuousadsorptionanddesorptionapparatus

孙卫民.关注教室空气质量改善学生学习环境

〔J〕.基层医学论坛,2005,12;171-172.

[6]

〔J〕.Chem.Eng.Sci.,2003,58(3-6);929-934.

[22]

商迎庆.室内氡的危害研究进展〔J〕.建筑与健康杂

许太明,陈刚,牛炳晔,新型等离子体与光催化复

志,2002,19(4);351.

[7]

合空气净化技术研究〔J〕.环境与健康杂志,2006,23(6);535-536.

[23]

路克平,王军,赵桂玲,等.常用建筑材料放射性水

平测定及室内γ辐射剂量估算〔J〕.中国辐射卫生,2001,10

(1);32.

[8]

白志鹏,韩　,袭著革,室内空气污染与防治〔M〕.

北京;化学工业出版社,2006,25

胡恭任,于瑞莲.居室中的杀手-氡〔J〕.环境导报,

[24]

金应龙,等,HE系列空气负离子发生器对氧及其

2001,(6);43.

[9]

子体的净化作用〔J〕.辐射防护,1997,17(3);221-224

[25]

张忠彬,夏昭林.室内装修对人体健康的潜在影响中国室内装饰协会室内环境监测工作委员会,室内

〔J〕.中国职业医学,2003,30(4);52.

[10]

环境污染治理技术与应用〔M〕.北京;机械工业出版社,2005,70.

[26]

Okunok,MHirai,MSugiyarna,KHaruta,MShoda,

中华人民共和国国家标准.民用建筑工程室内环

境污染控制规范.GB50325-2001.

[11]

Microbialremovelofnitrogenmonoxide(NO)underaerobiccondi2tions〔J〕.BiotechnologyLetters,2000,22;77-79.

[27]

中华人民共和国国家标准.建筑材料放射性核素

限量.GB6566-2001.

[12]

LarsE,Ekberg,Volatileorganiccompoundsinoffice

羌宁,季学李,等,苯系混合气体生物滴滤器非稳

态工况性能〔J〕.环境科学,2005,1;16-19.

[28]

buildings〔J〕.AtmosphericEnvironment,1994,28(22);3571-3575.

[13]

卫凤莲,室内空气的植物净化效果实验〔M〕.中国

地理教学参考,2007:44

吴忠标,赵伟荣,室内空气污染及净化技术〔M〕.

[29]

CHAO,SCLee,Combinationeffectofactivatedcarbon

北京;化学工业出版社,2004,240-246.

[14]

withTiO2forthephotodegraditionofbinarypollutantsattypicalin2doorairlevel〔J〕.JournalofPhotochemistryandPhotobiokogyA:Chemistry,2004,161;131-140.

龚幸颐,白郁华,虞江平,等.北大校区室内挥发性

有机物的研究〔J〕.环境科学研究,1998,11(6);52-54.

—77—