室内空气污染及空气净化关键技术探究

李术标

（厦门联创达科技有限公司，福建 厦门 361000）

人们居住、办公等主要活动场所都属于室内环境，其空气质量的好坏对人们的身体健康具有重要的影响。根据相关统计资料显示，当前室内空气污染程度远高于室外环境，而且污染物种类非常繁杂，甚至具有致癌性。人们长期处于这种环境中，会产生头痛、喉咙酸痛、身体困倦等各种不良症状，甚至患各类疾病。因此，室内空气污染已成为各地政府部门和人们关心的重大环境问题，关于室内环境空气净化技术的深入研究已经成为当前一个重大而迫切的科学任务[1]。

1 室内空气污染的定义及特征

简单来讲，室内空气污染是指室内的空气环境中出现了对人体健康有害的物质，且因室内通风不畅，室内有害物质的含量已超出国家所要求的室内空气标准，并达到了可能影响人们身体健康的程度。室内空气污染存在着累积性、多样性、长期性、污染浓度低、毒性大、受天气和社会条件影响大等鲜明特点[2]。

2 室内污染物的主要来源、类型和危害性

2.1 室内污染物的来源

室内污染物的来源主要包括以下四个方面。

首先是建材产生的污染物质。随着化工产业的大力发展，越来越多含有VOCs释放源的建筑材料被大量用于居室内部装修，其中以家具板材，PVC管材和PVC电缆等建材最具代表性。此外，还有部分包含化学工业品的家居用品和装修建材，此类建材大多产生有机化学污染物质，如聚乙醛，有机挥发物等。

其次是家庭日常使用的化学品产生的污染。这些化学品主要来源于两个方面，一是家庭日常清洁用品，二是个人用化妆品。家庭日常清洁用品主要包括洗涤剂、消毒剂、杀虫剂等，而化妆品则包括护肤品、精油、洗发剂等[3]。

第三是许多办公用品产生的有害物质。电子科技产品的兴起为人们的生活办公带来便利的同时也增加了室内环境的压力。电子产品在使用过程中，会向空气中释放一定的有害物质，例如臭氧，还可能与空气中的灰尘等相结合形成颗粒物。

最后是人们日常活动造成的环境污染。人们在室内时，会因为自身的身体代谢产生二氧化碳，此外人们在室内吸烟的行为，会产生大量有害物质。如果室内长期封闭不进行通风，室内空气质量就会急速下降，给人体健康造成影响。

2.2 室内污染物的主要种类及危害

2.2.1 氡气

氡气是由镭、钍等放射性元素蜕变后所形成的一类无色无味、具有较高辐射性的惰性气体，是大自然中特有的自然放射气体，其广泛存在于自然界中各种矿物、岩石和泥沙之中，常因开采和施工得以释放，该气体可和周围空气中的尘埃紧密结合，而被人体所吸入。如果人们长期处于氡含量过多的环境中，氡气会逐渐在其呼吸道中积累，对身体形成巨大的内辐射，从而增加人们患有肺癌等病症的几率。在室内空气中，80%～90%的氡气来源于地面泥土、石块，尤其是在地质结构破损的区域，其次是建筑施工时所用的建筑及装修材料排放出的氡，特别是掺杂工业废渣的建筑材料和天然花岗岩。

2.2.2 甲醛

甲醛是一种无色、具有刺激性和易溶性的气体，也是现代室内环境中最为普遍的有害气体。其对人的视觉、嗅觉以及呼吸脏器均有明显的刺激感，常会引起流泪、干咳、气喘等病症，重度时可导致病人的肺功能、肝脏、免疫系统等方面出现异常。室内甲醛通常是由下列因素所造成的：首先，在家居装潢上会用到大量富含甲醛的建材，类似于胶合板、刨花板等；其次，在家居装潢中还会使用主要成分为脲醛树脂的水性胶粘剂，其也会造成室内甲醛堆积；为了维持装修效果，通常会对室内装修材料使用防水剂、防虫剂等，这些材料中都含有甲醛成分；最后，常见的地毯、壁纸等室内用材也会向外散发甲醛。

2.2.3 甲苯

甲苯是一种无色并带有特殊芬芳气味的液态，具有易挥发性、可燃性等物理特点，对人的皮肤和黏膜均有较强的局部刺激性，人在长时间接触具有一定甲苯含量的物质后会发生缓慢中毒反应，主要症状为头晕、严重失眠、精力萎靡、记忆功能衰退、思考障碍和决策力衰退等。甲苯甚至还会对人机的造血体系、神经系统产生严重损害。目前，在室内外装修中仍多使用甲苯及其同系物甲苯、二甲苯等，将其用于各类溶料型胶粘剂、喷漆、涂装和保护建筑材料等的溶液、稀释剂和加入物。

2.2.4 氨气

氨是一类带有挥发性、强烈刺激性气味的无色气体，它主要存在于建筑施工中所采用的无机阻燃剂、混凝土外加剂。氨气受外部影响大。当环境湿度或者其他因素发生变化的时候，也会导致氨气的大量释放。氨气对人的眼睛黏膜产生较大危害，有强烈刺激性和腐蚀性，造成眼睛红肿的现象。其同时还会作用于人的呼吸系统，引发吞咽疼痛、眩晕、憋闷、恶心等情况，削弱了人体对病毒的抵抗能力，更严重时会造成呼吸系统和眼角膜等器官的严重损伤。

2.2.5 总挥发性有机物

总挥发性有机物（TVOC）在正常室温环境下能够以蒸发的形式存在于空气当中，是多种挥发性化合物的统称，具有品种繁多，成分复杂的特点，同时会不断综合形成新的污染物。总挥发性有机物除常见的醛类之外，还有苯、甲基乙烯、二甲基乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、萘、二异氰酸酯类等。人们如果长时间处于含有TVOC的室内环境中，自身机体免疫力下降，中枢神经系统功能受损，从而产生头晕、头疼、呼吸不畅、易犯困、饮食障碍以至呕吐、低血糖等症状，最严重时可影响肝脏功能和供血系统的正常运行。

3 室内空气污染净化技术

近几年，随着科技的进步以及人们对室内空气质量要求的增加，室内空气净化技术也获得了迅速发展，并在不断改进。目前，室内的空气净化技术按其作用机理主要可分成三大类：物理法净化、化学法净化和生物法净化。

3.1 物理净化技术

3.1.1 遮蔽法

遮蔽法是运用掩蔽手法来防止环境污染源从家居和装修的建筑材料中释放出来，主要有油漆、蜡和面板遮盖物等。该方法是通过将遮盖物涂刷在污染源表层上，来有效抑制甲醛、苯等废气的传播。这种方法虽然在家居、办公环境和公共场所中经常被使用，但仍然无法从根本上减少空气中的有害污物。

3.1.2 吸附法

吸附法是使用一些吸附剂来吸附室内空气中的污染物，以此达到净化室内空气、改善空气质量的目的。吸附法较其他空气净化技术而言，具有设备简单简易且方便的优点，更易于获得大家的青睐，且对聚乙醛、氨气、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等有害物都有较好的空气净化功效。目前使用的吸附剂主要有活性炭、沸石、多分子筛催化剂、有机硅等，其中使用比较广泛的吸附材料为活性炭。由于活性炭的化学吸附力强、物理化学稳定性好、机械强度高，对有机气体的吸附效果好。但活性炭对无机气体吸附效果差，而且对温湿度较为敏感，酮、醛和酯等污染物会堵塞活性炭气孔，从而限制了活性炭吸附法的推广。

3.1.3 过滤法

过滤法通过使用各种类型的过滤材料，滤去室内空气中的可吸入粒子、烟雾、粉尘、病菌等，以实现净化空气的目的。用玻璃钢材料制造的高效空气过滤器（HEPA）是目前国际上公认的最有效的过滤器材质，其对直径在0.3毫米以上微粒的去除效果能够达到99.99%，是过滤烟气、粉尘和细菌等污染物最高效媒介。

除此之外，膜分离技术也是一种常用的空气处理技术，其主要特点是简单、快捷，过滤效果非常好。在这类技术中，常使用的材料是无机薄膜，其化学稳定性好、机械强度高、不容易被细菌降解，未来将会成为室内空气净化的主要手段。虽然关于膜分离技术的研究在不断加深，但是该技术处于萌芽阶段，要想广泛应用于室内空气净化中仍存在较大的困难。

3.1.4 静电法

静电技术是指对空气实施高压电离，在电子和正离子向电极运动时和气体中的尘粒发生撞击，使尘粒带电并被电极吸附，从而减少空气含尘浓度。静电技术大致分为正电晕放电和负电晕放电两类。当电压升高到一定固定的数值之后，电极附近的离子就获得了较高的能量和速度，这样带电的离子将会冲击空气中原本不带电的中性原子，且其电压较高，从而能提高电吸尘机的正常工作速度。然而负电晕同时会产生大量臭氧和氮氧化合物，对人体健康也产生不良影响。所以人们在净化室内外环境时，多使用正电晕放电。静电法尽管能实现持续动态的空气净化，除尘效率通常在90%以上，且兼具除菌功能，但对室内空气污染中的甲醛等有害物质的去除效率比较低。

3.2 化学净化技术

3.2.1 光催化净化技术

光催化净化技术是以光为能量，将有机物降解为CO2和H2O，去除室内空气中有机物质和细胞、病毒的一项空气净化技术。当室内空气与水分透过光触媒材料时，通过氧化还原反应形成了大量带有强烈抗氧化活性的氢氧根离子。这种氢氧根离子分散到室内空气中能够杀菌消毒，溶解空气中的有机污染物，从而有效净化了室内空气。光催化剂材料是该技术的关键，其光敏特性和化学稳定性等对其应用效率产生了十分重要的影响。因为光催化剂纳米TiO2的光禁带长度适中，物理化学特性也比较稳定，化合物来源丰富，并且对人类基本安全，所以经常被作为光催化反应的催化剂。光催化净化技术虽然具有杀灭微生物、氧化还原性比较强的优点，但是当室内空气中污染物含量比较低时，或者因为光催化降解作用技术降解速度较慢时，对室内空气的净化效果有所减弱。

3.2.2 负离子净化技术

负离子净化技术的基本原理是通过使用负离子发生器形成带负电荷的金属离子，在环境中形成负离子流，从而吸收室内空气中带正电荷的悬浮粒子污染物，使之逐渐累积超重，最后通过沉淀改变气溶状态。负离子净化技术具备空气弥漫性，能够对房间内所有角落实施全面的负电离清洗工作，对去除室内环境中颗粒有着相当显著的疗效。同时，由于负电离还拥有特定的消毒功能，因此负离子净化技术对人类身心健康大有裨益，也将是未来室内空气消毒净化应用领域中最值得重视的、富有前景的室内空气净化技术。然而，负离子技术也有其弊端，它无法消除室内环境中的废气污染，同时还易形成臭氧，从而形成二次污染。负离子空气净化技术与其他气体净化技术结合应用才能取得更理想的空气净化效果。

3.2.3 臭氧法

臭氧化合物因其强氧化性能，被广泛应用于水的杀菌、室内空气的杀菌、物品表面的杀菌和周围环境的除臭除气味等方面。人制造臭氧化合物的主要方式包括光化学法、电化学法、电晕放电等。利用臭氧的强氧化性能，该方法能有效净化室内空气和杀除室内空气中的有害成分，是目前室内治理中一个全球认可的最常见、安全有效的方式，尤其适合处理中等、轻度室内空气污染。臭氧法的优点是没有产生任何残余物和二次污染，但人们在使用该方法净化居室空气时，需要临时远离卧室，以防臭氧中毒。

3.3 生物净化技术

3.3.1 生物过滤法

生物过滤法利用空气过滤器中的多孔填料表面包覆着的微生物膜，当废气流入填充物床中时，透过生物扩散作用，被传送到微生物膜中，与膜内的微生物发生生物化学反应。与传统处置废物过程中使用的物理化学方法比较，生物过滤法有着工艺简便、能耗小、处置费用少、便于管理养护、环境安全和无二次污染产生等优势，是近些年来人类处置低含量、高流量挥发性有机物质、发臭气体和氮氧化物的优选方式之一，特别是在对苯、甲基酚、乙苯、二甲苯和苯乙烯等的处置方面，取得了一定的成果。该法启动较缓慢，微生物对有机物分解有选择性，操作原理与保护过程均要求相应的微生物学理论知识。

3.3.2 植物法

利用植物来净化室内空气是居民家里常见的净化方式，有些植物能够通过自身的光合作用有效吸收室内空气中的有害化学物质，并将其转变为自身生长所需的养料。例如月季、玫瑰对减轻室内二氧化硫的含量具有明显效果，而常春藤、龙舌兰等植物则可以很好地吸收苯类有害物质，雏菊、吊兰、芦荟等对清除聚乙烯和甲醛等具有重要作用。

4 结语

由于室内空气中的污染物种类较多，成分复杂，对于人体的危害具有长期性、低剂量、弱效用和联合影响的特点，解决难度比较大。面对这种情况，采取单一的净化技术无法解决全部的室内空气污染问题，不仅如此，某些污染物和净化剂之间会产生反应生成二次污染。因此，人们要深入探究联合处理方式，针对所处的环境，区分不同污染种类的差异，把目前主流的室内外空气净化工艺技术（静电、滤波、吸收、光催化、负电离、膜技术乃至生物工艺等）合理地进行联系，并综合应用不同方法的优点，弥补某一种方案的缺陷和不足。在此基础上，相关研究者还要开发高效的滤网材料，以用于室内空气的有效净化当中。利用高效滤材融合物理吸收，电化学氧化还原，离子化等相关技术的特点，将其广泛应用于室内空气净化当中，推动室内空气净化技术的发展。