室内空气污染治理研究进展

长乐市环境保护监测站 林民政



室内空气污染治理研究进展

长乐市环境保护监测站 林民政

室内环境是人类生存的主要环境之一，室内环境主要是甲醛(HCHO)、氡气、总挥发性有机化合物(TVOC)、颗粒物、重金属、生物、烟雾、物理性污染等对人体健康影响较大。该文介绍了室内空气污染物的主要种类和危害，并系统总结了室内空气污染物的检测方法、净化技术的现状及进展。

室内空气污染 治理 研究进展

随着社会经济的快速发展，人们待在室内的时间越来越长，超过全天的80%[1]，每天呼吸的绝大部分是室内空气，室内空气质量与生命安全和身体健康的关系非常紧密。与室外空气相比，室内空气流通不畅、污染源复杂，既有室外污染物的进入，也有室内建筑、装饰材料、家具家电产生的污染物，还有室内人类活动如烹饪、饲养宠物、植物及人体自身代谢产生的污染物等。随着人类对生活环境质量要求的提高，改善室内环境成为人们的重要追求之一，甚至作为避免室外有害环境暴露的避难所。经过近几十年的研究，室内环境污染防治已经取得了很多成果。

1 室内空气污染物的种类和危害

1.1 室内空气污染物的种类

按照结构不同，室内污染物可分为：

1.1.1挥发性有机化合物（VOCs）

挥发性有机化合物是沸点低于260℃、室温下饱和蒸气压超过13332Pa的易挥发性化合物[2]。挥发性有机化合物除醛类外，常见的还有苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、三氯甲烷等，还包括源于建筑材料及室内装饰材料等的甲醛、苯、甲苯、氯仿，厨房中的油烟和香烟中的雾气等有机蒸气。

1.1.2可吸入固体颗粒物及有害无机小分子

室内空气中可吸入固体颗粒物主要是悬浮的粉尘微粒，包括灰尘、烟尘，人与动物毛发、皮屑等。有害无机小分子包括燃烧产生的CO、氮氧化物、SO2等。

1.1.3悬浮微生物

包括细菌、病毒、霉菌等。微生物等通过特应性机制、传染过程和直接毒害途径等引起疾病，对人们的生活、工作产生巨大的影响。

1.2 室内空气污染物对人体的危害表现

室内空气污染物对人体的危害[3]主要有：造成呼吸道疾病增加及肺功能下降，如SO2、NOx、刺激性烟尘和气体；造成急慢性中毒，如CO、高浓度氟化物、颗粒砷(飘尘)、吸烟烟雾等；致癌作用，主要有多环烃及其衍生物(如苯并芘等)、某些金属(As,Ni,Be,Cr和石棉尘)、放射性污染物(如氡等)。

室内空气污染与工作效率有一定的联系，有学者[4]通过模拟办公室工作研究通风速度、温度、感受空气质量和工作效率关系，指出：空气速度加倍时，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)程度下降7.4%时，工作效率自我评价提高1%。学校中，低通风率、较高温度、暖气空调通风系统颗粒物过滤膜老化，导致学生学习成绩有所下降。

2 室内空气污染物检测方法

室内空气污染物的发现及其浓度（或含量）的检测是室内空气污染研究的重要方面，周庆祥、江桂斌[5]综述了室内空气污染物的检测方法，主要有吸附法、采样观测法、撞击法、仪器检测法、自然沉降法等。吸附法，是检测室内空气污染物的重要方法，主要用于对挥发性有机物（如丙酮、异丙醇、苯、甲苯和庚酮、二甲苯、甲醛等）、半挥发性及非挥发性有机物、农药的检测等的重要方法，不同的挥发性有机物对吸附剂要求与解析流程不同，因此，吸附法是一个种类繁多的检测方法体系。采样观测法是检测室内空气中颗粒物的重要方法体系，首先对室内空气进行采样，然后用高倍显微镜等精密仪器进行观测。撞击法主要用于室内微生物的检测。仪器检测法就是用基于传感器技术的仪器对室内空气进行检测，主要用于对无机气体如O2、CO、SO2、NO、NO2、NH3及有机小分子化合物等的检测，也用于对甲醛的检测。

国家标准《室内空气质量标准》(GB/T 18883—2002)中规定的室内空气参数检验方法有：甲醛溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法、改进的Saltazman法、非分散红外法、不分光红外线气体分析法、气相色谱法、汞置换法、容量滴定法、靛酚蓝分光光度法、纳氏试剂分光光度法、离子选择电极法、次氯酸钠—水杨酸分光光度法、紫外光度法、靛蓝二磺酸钠分光光度法、AHMT分光光度法、酚试剂分光光度法、气相色谱法、乙酰丙酮分光光度法、高效液相色谱法、撞击式—称重法、撞击法、玻璃液体温度计法、数显式温度计法、通风干湿表法、氯化锂湿度计法、电容式数字湿度计法、热球式电风速计法、数字式风速表法、空气中氡浓度的闪烁瓶测量方法、径迹蚀刻法、双滤膜法、活性炭盒法。国标对每一指标的检测方法作了硬性规定，如用甲醛溶液吸收—盐酸副玫瑰苯胺分光光度法检测二氧化硫，用靛酚蓝分光光度法、纳氏试剂分光光度法、离子选择电极法、次氯酸钠—水杨酸分光光度法检测氨等[6]。

3 室内空气污染物的净化技术

室内空气污染净化技术主要有[7]除尘技术、气体净化技术、杀菌消毒技术。除尘技术采用较多的是过滤式除尘和静电式除尘,干法、湿法以及电子束法应用不多。杀菌消毒技术现在主要采用O3和紫外线进行杀菌消毒,也有用其它强氧化剂杀菌消毒的研究。现有室内空气净化技术研究种类较多，主要分以下几种：

3.1 吸附技术

吸附技术由于脱除效率高，富集功能强，适用于几乎所有的恶臭有害气体的处理，因而是脱除有害气体比较常用的方法。常用的吸附剂有：颗粒活性炭、活性炭纤维、沸石、分子筛、多孔黏土矿石、活性氧化铝及硅胶等，其中以颗粒活性炭、含高锰酸钾的活性氧化铝及复合炭纤维最为常用[7]。

3.2 纳米材料光催化技术

纳米材料是指晶粒尺寸为纳米级（10-9m）的超细材料。而新型的高功能精细无机产品纳米TiO2，其粒径介于1～100nm，比表面积大，尺寸小，具有很高的催化活性。由于该技术在紫外光照射下，在室温条件下就能将许多有机污染物氧化成无毒无害的CO2和H2O，并且这个过程不需要其他化学辅助剂，反应条件温和，二次污染小、运行成本低和可利用太阳光为反应光源，再加上纳米TiO2制备成本低、化学稳定性和抗磨损性能良好，是目前最具发展前景的室内空气净化技术。纳米ZnO也是一种有潜力的空气净化光催化剂。井力强等人在ZnO光催化剂上对SO2氧化进行了研究，结果表明，320℃下焙烧的ZnO纳米粒子对大气中SO2的净化效率高达99%[8]。

3.3 低温等离子体-光催化技术

近年来，低温等离子体应用于污染控制是一个新兴的交叉学科，该技术可应用于脱硫脱硝、消除挥发性有机化合物、净化汽车尾气、治理有毒有害化合物等方面，但是它不能彻底降解污染物，引起二次污染。目前一些学者把低温等离子体技术和光催化技术结合起来，使低温等离子体技术得到了优化。

国内外学者对低温等离子体—光催化技术降解VOC进行了初步探索。Misook Kang等人用等离子体TiO2光催化体系降解甲苯，试验结果表明，在等离子体光催化体系下，相同条件下甲苯转化率、脱除率都有提高，比单一低温等离子体和光催化技术强[9]。

3.4 生物净化技术

由于生物技术具有投资少、操作管理简单、运行费用低、安全可靠等优点，近年来人们运用其除臭、处理氮氧化物废气与挥发性有机物废气，并取得了一定的成果，用生物技术来净化和处理废气已经成为一个热门研究课题。

生物法处理有机废气在德国、荷兰、美国和日本等国应用广泛，其中生物滤池和生物滴滤塔技术已经十分成熟。目前，国外已广泛利用生物过滤技术来处理低浓度、高流量的挥发性有机污染物和臭味气体，尤其是对苯、甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯等的处理。中国科学院生态环境研究中心运用生物过滤法处理VOC恶臭气体的实验，取得了90%以上的净化率[10]。

3.5 膜分离技术

近些年来，膜技术作为气体分离的新技术，以其简单、快速、高效和经济节能等优点成为人们研究的热点。20世纪80年代后，膜分离技术在海水淡化、食品工业、生物化工及化学化工等领域的液相分离和VOC的回收中得到了广泛的应用，还用于分离与回收石油化工生产中排放的乙烷蒸气、甲苯、二氯甲烷、氯乙烯等[11]。膜分离法是利用各组分在压力推动下透过膜的传质速率不同进行分离的。

用于气体分离的膜主要分为有机膜和无机膜。有机膜分离技术在其他方法难以回收的有机物的分离方面有了很大的进展，如采用该方法分离CFC-12和环氧乙烷以及制冷设备排出的CFC等，该方法对有机气体中的丙酮、甲苯和甲醇等的回收率可达到97%。无机膜广泛应用在制取富氧、浓氮、炼气、石油化工及合成氨的回收和酸性气体脱除方面。现已有关于无机陶瓷膜净化空气的报道，通过液相热液合成的MFI型沸石膜已用于除去室内空气中低浓度污染物正己烷、甲醛和苯等[12]。

无机膜分离技术虽然以其化学性质稳定、不被微生物降解、较大的机械强度、容易控制孔径尺寸等优点在室内空气净化方面有着巨大的潜力，但是它的气体分离系数很低，对室内空气中低浓度的VOC去除效果不理想。而有机膜虽然分离系数较高，但是它存在气体分离通透量低、耐热和耐腐蚀性差等缺点。所以，如何将这两种膜的优点结合起来将是一个研究热点。

3.6 绿色植物自然吸收法

由于绿色植物对扩散进入室内的污染物具有吸附吸收和净化作用，促进了室内污染物的外转移、扩散，加快了室内环境中污染物浓度的降低[13]。近年来，国内外学者根据绿色植物对有机气体有选择性吸附的特征，对室内主要有机污染气体的植物吸附开展了广泛的研究。筛选出一部分对有机挥发性气体吸收具有代表性的植物，且效果明显。不过绿色植物吸收挥发性有机物的机理以及吸收后会转化为何种物质，是否会带来新的污染，有待进一步研究。

3.7 膜基净化技术和生物过滤技术

膜基吸收净化技术是使需要接触的两相分别在中空纤维微孔膜的两侧流动，由于两相在膜孔内或膜表面接触，这样就可以避免乳化现象的发生。生物过滤技术是让废气中的有机物作为碳源和能源，使其在滤料介质中微生物适宜的环境条件下，维持其生命活动，并将有机物氧化分解为CO2、H2O和细胞基质。

用膜净化技术、生物过滤技术处理有机废气中的VOC近年才发展起来，具有流程简单、设备简单、VOC回收率高、运行费用低、较少形成二次污染等优点。这两种技术正逐渐引起人们的重视，将是去除VOC技术研究的热门问题。

4 结论

根据目前我国室内空气污染情况，我们应在借鉴国外研究工作的基础上，结合我国实际情况，研发便携式室内空气污染物检测仪器，并进一步研究开发新的、简便易行的无害化处理技术，建立经济、绿色的室内空气净化方法，改善人类居住环境的空气质量，提高人类健康水平。

[1] 周晓瑜，施玮.室内生物源性污染物对健康影响的研究进展[J].卫生研究.2005（5）：34.

[2] 吴忠标, 赵伟荣. 室内空气污染及净化技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2005.

[3] 吴文继,孙亚兵.室内空气污染净化研究进展[J].四川环境，2005，24（1）: 109-114.

[4] 邓大跃，陈双基.室内环境领域科学研究前沿[J].环境与可持续发展,2006（5）:33-35

[5] 周庆祥.江桂斌.室内空气污染分析方法研究进展[J].环境污染治理技术与设备, 2004(9): 1-11.

[6] 国家质量监督检验检疫总局,卫生部,国家环境保护总局发布. GB/T18883 -2002, 室内空气质量标准[S].

[7] 赵毅, 李守信. 有害气体控制工程[M]. 北京：化学工业出版社, 2001.

[8] 井力强, 孙晓君, 徐自立, 等. ZnO超微粒子光催化氧化SO2的研究[J]. 催化学报, 2002, 23(1):37-40.

[9] Kang M, Kim B J, Cho S M, et al. Decompositopn of toluene using an atmospheric pressure plasma/TiO2catalytic system[J]. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2002(180):125-132.

[10] 殷峻, 方士, 陈英旭. 泥炭生物滤塔处理低浓度H2S气体的试验研究[J]. 环境科学学报, 2003, 23(1):39-42.

[11] 吴碧君, 刘晓勤. 挥发性有机物污染控制技术研究进展[J]. 电力环境保护, 2005, 21(4):39-42.

[12] Aguado S, Polo A C, Bernal M P, et al. Removal of pollutants from indoor air using zeolite membranes[J]. Journal of Membrane Science, 2004 (240):159-166.

[13] 江思力, 冯文如, 钟嶷, 等. 居室中主要挥发性有机污染状况及其防治对策[J]. 中国热带医学, 2005, 5(2):210-212.