不同室内设施条件的教室在紫外线灯照射下的臭氧浓度对比研究

于运勇，王 巍

北京大兴区中小学卫生保健所，北京 102600

0 引言

紫外线消毒机理是通过对微生物（细菌、病毒、芽孢等病原体）的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。但这个过程中由于紫外线电离辐射，空气中的氧分子会分解成氧原子，氧原子同氧分子形成臭氧。臭氧本身有杀菌作用，但也是空气污染的一类，达到一定浓度会刺激人的呼吸道、眼睛，使人咳嗽流泪[1-2]。学生身体发育尚未成熟，对紫外线尤其敏感，因此对教室紫外线消毒后的臭氧进行定量分析尤为必要。

1 材料与方法

1.1 试验对象

选择2间标准教室，东西走向，通风流畅，长度均为8 m、宽度为6 m、高度为3.5 m，共计168 m3，采用塑钢门窗，窗地比为1∶5。一号教室为空置教室，使用水泥大理石作为地面；二号教室为学生教室，有24把可调塑料座椅，使用PVC地胶作为地面，其余条件完全一致。

1.2 试验方法

用7只40 W紫外线灯管进行空气照射，照射功率约为1.7 W/m³，略高于紫外线照射功率1.5 W/m³。紫外线灯照射开始后，每半小时进行一次臭氧浓度登记，臭氧浓度达到峰值后关闭紫外线灯。紫外线灯关闭后，每分钟测定一次臭氧浓度并加以记录，直至臭氧归零。

2 结果与分析

2.1 一号教室的臭氧情况

一号教室的臭氧浓度情况如图1所示。打开一号教室中的紫外线灯后，教室内的臭氧浓度快速增长，前3个小时增长速度最快，平均每半个小时增加32.5%。臭氧浓度在第5个小时达到峰值1.28 ppm后基本保持不变，此时在教室内外均可以闻到臭氧的味道，开窗通风后教室内的臭氧快速消散，仅用了6 min教室内的臭氧就全部消散，但此时楼道内的臭氧浓度仍有0.2 ppm。

图1 一号教室臭氧浓度折线图

2.2 二号教室的臭氧情况

二号教室的臭氧浓度情况如图2所示。打开二号教室的紫外线灯后，教室内臭氧浓度增长速度较快，在第5个小时达到浓度峰值1.6 ppm，平均每半个小时臭氧浓度增加11.7%。在臭氧浓度达到峰值后，关闭紫外线灯，约1.5 h后教室内臭氧浓度归零。

图2 二号教室臭氧浓度折线图

2.3 一号和二号教室臭氧情况对比

对比图1、图2可以明显看出，打开教室紫外线灯之后，二号教室臭氧浓度的增加速度明显快于一号教室，在第3个小时的时候二号教室的臭氧浓度就已经超过一号教室臭氧浓度的最高值；二号教室的臭氧浓度在第5个小时达到最高值1.6 ppm，约是一号教室最高值的1.25倍；关闭紫外线灯后，二号教室臭氧浓度的下降速度慢于一号教室，一号教室仅用了6 min臭氧浓度就降为0，而二号教室用了约1.5 h。

3 讨论

（1）国家标准中有关学生教室环境的内容并没有涉及臭氧的浓度，在学校教学过程中，也没有产生臭氧的因素，但如果学校安装了紫外线灯，紫外线灯就会成为一个臭氧污染的源头。我国卫计委1979年制定的《工业企业卫生标准》中规定，臭氧的安全标准为0.15 ppm；美国标准规定，人员可在0.1 ppm浓度下工作8 h（一般森林地区臭氧浓度即可达到0.1 ppm）；国际臭氧协会规定，应用臭氧的专业室内，人员可在0.1 ppm浓度下工作10 h。引起人员一定反应的臭氧浓度为0.5～1 ppm，允许接触的时间是1.5 h，时间长了，人会感到口干等不适；臭氧浓度在1～4 ppm时，允许接触时间为1 h，此浓度会引起人员咳嗽。在学校进行紫外线消毒时，容易产生臭氧污染，峰值可达到1.3 ppm，通风良好的情况下，5 min后教室内的臭氧会全部消散，非通风楼道内仍有0.1 ppm臭氧残留，但在10 min后就可全部消散。在一号教室中，虽然臭氧浓度超过了1 ppm，但消散时间极快，不会对师生造成影响。臭氧本身也是一种强效消毒剂，可以净化空气，使空气更清新。因此，仅从一号教室来讲，臭氧对环境和人体健康没有危害，可以使用紫外线灯，但需避免学生直接接触紫外线灯辐射。

（2）在二号教室中，紫外线照射后臭氧浓度的增长速度明显比一号教室快，臭氧峰值达到1.6 ppm，而且关闭紫外线灯后臭氧消散速度很慢，2 h后才降至零。这种情况下，如果在学生进入教室前后关闭紫外线灯，空气中的臭氧无法及时消除，学生被迫在较高浓度的臭氧环境下学习，对师生的身体健康会产生较大的危害。

（3）一号、二号教室的区别在于二号教室铺有PVC地胶，并且有24把可调塑料座椅。虽然地胶和座椅在环境评价中都没有问题，但紫外线的照射会加速塑料、PVC地胶的老化，从而逸散出部分挥发性有机物，也就是VOCs。VOCs在太阳光的照射下与空气中氮氧化物等化学物质发生一系列化学反应，主要生成臭氧、过氧硝基酞（PAN）、醛类等，形成光化学烟雾。VOCs的氧化过程会打破NO2-NO-O3三者之间的平衡，导致O3的生成和积累。VOCs作为光化学反应原料，在紫外线照射下会持续不断地合成臭氧，即使紫外线照射停止，臭氧的合成也不会立即停止。因此，即使关闭二号教室的紫外线灯，室内的PVC地胶和可调塑料座椅所产生的VOCs仍然可以继续通过光化学反应产生臭氧，使教室内的臭氧难以及时清除。

（4）2012年1月1日，《中小学校设计规范》（GB 50099—2011）[3]对教室空气进行了规范，其中标注了换气量、照度、二氧化碳含量。随着经济的发展，学校教室装修越来越舒适美观，地胶、PVC板材、工程塑料被大量使用，但对室内VOCs的检测还是空白。室内VOCs、紫外线、臭氧之间复杂的作用以及产生的光化学危害也没有引起人们足够的重视。

（5）通过试验可以看到，学生教室环境复杂，大量有机材料在被紫外线照射后导致臭氧含量升高、消退速度减慢，对师生健康造成较大危害，因而建议各个学校尽量不要在有机材料设备、设施较多的教室中使用紫外线灯消毒，即使必须使用，也要在消毒结束后留出充足的时间进行室内通风，等臭氧消散后再让学生和教师进入教室。

4 结论

在学校使用紫外线灯时，除了需要考虑学生误开紫外线灯造成皮肤损伤的风险，还要考虑紫外线灯所导致的二次污染。虽然在空旷的大理石地面教室，臭氧会在数分钟后完全消退，不至于影响学生正常上课，但如果教室内有机材料较多，紫外线灯的照射就会导致室内有机材料产生挥发性物质VOCs，VOCs在紫外线照射下合成臭氧，导致教室内臭氧消散延迟。因此，在有机材料设施、设备较多的教室内不建议使用紫外线消毒，空旷的教室则可以采用紫外线消毒。