室內(nèi)空氣污染及空氣凈化關(guān)鍵技術(shù)探究

李術(shù)標(biāo)

（廈門聯(lián)創(chuàng)達(dá)科技有限公司，福建 廈門 361000）

人們居住、辦公等主要活動場所都屬于室內(nèi)環(huán)境，其空氣質(zhì)量的好壞對人們的身體健康具有重要的影響。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料顯示，當(dāng)前室內(nèi)空氣污染程度遠(yuǎn)高于室外環(huán)境，而且污染物種類非常繁雜，甚至具有致癌性。人們長期處于這種環(huán)境中，會產(chǎn)生頭痛、喉嚨酸痛、身體困倦等各種不良癥狀，甚至患各類疾病。因此，室內(nèi)空氣污染已成為各地政府部門和人們關(guān)心的重大環(huán)境問題，關(guān)于室內(nèi)環(huán)境空氣凈化技術(shù)的深入研究已經(jīng)成為當(dāng)前一個重大而迫切的科學(xué)任務(wù)[1]。

1 室內(nèi)空氣污染的定義及特征

簡單來講，室內(nèi)空氣污染是指室內(nèi)的空氣環(huán)境中出現(xiàn)了對人體健康有害的物質(zhì)，且因室內(nèi)通風(fēng)不暢，室內(nèi)有害物質(zhì)的含量已超出國家所要求的室內(nèi)空氣標(biāo)準(zhǔn)，并達(dá)到了可能影響人們身體健康的程度。室內(nèi)空氣污染存在著累積性、多樣性、長期性、污染濃度低、毒性大、受天氣和社會條件影響大等鮮明特點[2]。

2 室內(nèi)污染物的主要來源、類型和危害性

2.1 室內(nèi)污染物的來源

室內(nèi)污染物的來源主要包括以下四個方面。

首先是建材產(chǎn)生的污染物質(zhì)。隨著化工產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，越來越多含有VOCs釋放源的建筑材料被大量用于居室內(nèi)部裝修，其中以家具板材，PVC管材和PVC電纜等建材最具代表性。此外，還有部分包含化學(xué)工業(yè)品的家居用品和裝修建材，此類建材大多產(chǎn)生有機(jī)化學(xué)污染物質(zhì)，如聚乙醛，有機(jī)揮發(fā)物等。

其次是家庭日常使用的化學(xué)品產(chǎn)生的污染。這些化學(xué)品主要來源于兩個方面，一是家庭日常清潔用品，二是個人用化妝品。家庭日常清潔用品主要包括洗滌劑、消毒劑、殺蟲劑等，而化妝品則包括護(hù)膚品、精油、洗發(fā)劑等[3]。

第三是許多辦公用品產(chǎn)生的有害物質(zhì)。電子科技產(chǎn)品的興起為人們的生活辦公帶來便利的同時也增加了室內(nèi)環(huán)境的壓力。電子產(chǎn)品在使用過程中，會向空氣中釋放一定的有害物質(zhì)，例如臭氧，還可能與空氣中的灰塵等相結(jié)合形成顆粒物。

最后是人們?nèi)粘；顒釉斐傻沫h(huán)境污染。人們在室內(nèi)時，會因為自身的身體代謝產(chǎn)生二氧化碳，此外人們在室內(nèi)吸煙的行為，會產(chǎn)生大量有害物質(zhì)。如果室內(nèi)長期封閉不進(jìn)行通風(fēng)，室內(nèi)空氣質(zhì)量就會急速下降，給人體健康造成影響。

2.2 室內(nèi)污染物的主要種類及危害

2.2.1 氡氣

氡氣是由鐳、釷等放射性元素蛻變后所形成的一類無色無味、具有較高輻射性的惰性氣體，是大自然中特有的自然放射氣體，其廣泛存在于自然界中各種礦物、巖石和泥沙之中，常因開采和施工得以釋放，該氣體可和周圍空氣中的塵埃緊密結(jié)合，而被人體所吸入。如果人們長期處于氡含量過多的環(huán)境中，氡氣會逐漸在其呼吸道中積累，對身體形成巨大的內(nèi)輻射，從而增加人們患有肺癌等病癥的幾率。在室內(nèi)空氣中，80%～90%的氡氣來源于地面泥土、石塊，尤其是在地質(zhì)結(jié)構(gòu)破損的區(qū)域，其次是建筑施工時所用的建筑及裝修材料排放出的氡，特別是摻雜工業(yè)廢渣的建筑材料和天然花崗巖。

2.2.2 甲醛

甲醛是一種無色、具有刺激性和易溶性的氣體，也是現(xiàn)代室內(nèi)環(huán)境中最為普遍的有害氣體。其對人的視覺、嗅覺以及呼吸臟器均有明顯的刺激感，常會引起流淚、干咳、氣喘等病癥，重度時可導(dǎo)致病人的肺功能、肝臟、免疫系統(tǒng)等方面出現(xiàn)異常。室內(nèi)甲醛通常是由下列因素所造成的：首先，在家居裝潢上會用到大量富含甲醛的建材，類似于膠合板、刨花板等；其次，在家居裝潢中還會使用主要成分為脲醛樹脂的水性膠粘劑，其也會造成室內(nèi)甲醛堆積；為了維持裝修效果，通常會對室內(nèi)裝修材料使用防水劑、防蟲劑等，這些材料中都含有甲醛成分；最后，常見的地毯、壁紙等室內(nèi)用材也會向外散發(fā)甲醛。

2.2.3 甲苯

甲苯是一種無色并帶有特殊芬芳?xì)馕兜囊簯B(tài)，具有易揮發(fā)性、可燃性等物理特點，對人的皮膚和黏膜均有較強(qiáng)的局部刺激性，人在長時間接觸具有一定甲苯含量的物質(zhì)后會發(fā)生緩慢中毒反應(yīng)，主要癥狀為頭暈、嚴(yán)重失眠、精力萎靡、記憶功能衰退、思考障礙和決策力衰退等。甲苯甚至還會對人機(jī)的造血體系、神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害。目前，在室內(nèi)外裝修中仍多使用甲苯及其同系物甲苯、二甲苯等，將其用于各類溶料型膠粘劑、噴漆、涂裝和保護(hù)建筑材料等的溶液、稀釋劑和加入物。

2.2.4 氨氣

氨是一類帶有揮發(fā)性、強(qiáng)烈刺激性氣味的無色氣體，它主要存在于建筑施工中所采用的無機(jī)阻燃劑、混凝土外加劑。氨氣受外部影響大。當(dāng)環(huán)境濕度或者其他因素發(fā)生變化的時候，也會導(dǎo)致氨氣的大量釋放。氨氣對人的眼睛黏膜產(chǎn)生較大危害，有強(qiáng)烈刺激性和腐蝕性，造成眼睛紅腫的現(xiàn)象。其同時還會作用于人的呼吸系統(tǒng)，引發(fā)吞咽疼痛、眩暈、憋悶、惡心等情況，削弱了人體對病毒的抵抗能力，更嚴(yán)重時會造成呼吸系統(tǒng)和眼角膜等器官的嚴(yán)重?fù)p傷。

2.2.5 總揮發(fā)性有機(jī)物

總揮發(fā)性有機(jī)物（TVOC）在正常室溫環(huán)境下能夠以蒸發(fā)的形式存在于空氣當(dāng)中，是多種揮發(fā)性化合物的統(tǒng)稱，具有品種繁多，成分復(fù)雜的特點，同時會不斷綜合形成新的污染物?？倱]發(fā)性有機(jī)物除常見的醛類之外，還有苯、甲基乙烯、二甲基乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷、萘、二異氰酸酯類等。人們?nèi)绻L時間處于含有TVOC的室內(nèi)環(huán)境中，自身機(jī)體免疫力下降，中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能受損，從而產(chǎn)生頭暈、頭疼、呼吸不暢、易犯困、飲食障礙以至嘔吐、低血糖等癥狀，最嚴(yán)重時可影響肝臟功能和供血系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3 室內(nèi)空氣污染凈化技術(shù)

近幾年，隨著科技的進(jìn)步以及人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量要求的增加，室內(nèi)空氣凈化技術(shù)也獲得了迅速發(fā)展，并在不斷改進(jìn)。目前，室內(nèi)的空氣凈化技術(shù)按其作用機(jī)理主要可分成三大類：物理法凈化、化學(xué)法凈化和生物法凈化。

3.1 物理凈化技術(shù)

3.1.1 遮蔽法

遮蔽法是運(yùn)用掩蔽手法來防止環(huán)境污染源從家居和裝修的建筑材料中釋放出來，主要有油漆、蠟和面板遮蓋物等。該方法是通過將遮蓋物涂刷在污染源表層上，來有效抑制甲醛、苯等廢氣的傳播。這種方法雖然在家居、辦公環(huán)境和公共場所中經(jīng)常被使用，但仍然無法從根本上減少空氣中的有害污物。

3.1.2 吸附法

吸附法是使用一些吸附劑來吸附室內(nèi)空氣中的污染物，以此達(dá)到凈化室內(nèi)空氣、改善空氣質(zhì)量的目的。吸附法較其他空氣凈化技術(shù)而言，具有設(shè)備簡單簡易且方便的優(yōu)點，更易于獲得大家的青睞，且對聚乙醛、氨氣、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等有害物都有較好的空氣凈化功效。目前使用的吸附劑主要有活性炭、沸石、多分子篩催化劑、有機(jī)硅等，其中使用比較廣泛的吸附材料為活性炭。由于活性炭的化學(xué)吸附力強(qiáng)、物理化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高，對有機(jī)氣體的吸附效果好。但活性炭對無機(jī)氣體吸附效果差，而且對溫濕度較為敏感，酮、醛和酯等污染物會堵塞活性炭氣孔，從而限制了活性炭吸附法的推廣。

3.1.3 過濾法

過濾法通過使用各種類型的過濾材料，濾去室內(nèi)空氣中的可吸入粒子、煙霧、粉塵、病菌等，以實現(xiàn)凈化空氣的目的。用玻璃鋼材料制造的高效空氣過濾器（HEPA）是目前國際上公認(rèn)的最有效的過濾器材質(zhì)，其對直徑在0.3毫米以上微粒的去除效果能夠達(dá)到99.99%，是過濾煙氣、粉塵和細(xì)菌等污染物最高效媒介。

除此之外，膜分離技術(shù)也是一種常用的空氣處理技術(shù)，其主要特點是簡單、快捷，過濾效果非常好。在這類技術(shù)中，常使用的材料是無機(jī)薄膜，其化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高、不容易被細(xì)菌降解，未來將會成為室內(nèi)空氣凈化的主要手段。雖然關(guān)于膜分離技術(shù)的研究在不斷加深，但是該技術(shù)處于萌芽階段，要想廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化中仍存在較大的困難。

3.1.4 靜電法

靜電技術(shù)是指對空氣實施高壓電離，在電子和正離子向電極運(yùn)動時和氣體中的塵粒發(fā)生撞擊，使塵粒帶電并被電極吸附，從而減少空氣含塵濃度。靜電技術(shù)大致分為正電暈放電和負(fù)電暈放電兩類。當(dāng)電壓升高到一定固定的數(shù)值之后，電極附近的離子就獲得了較高的能量和速度，這樣帶電的離子將會沖擊空氣中原本不帶電的中性原子，且其電壓較高，從而能提高電吸塵機(jī)的正常工作速度。然而負(fù)電暈同時會產(chǎn)生大量臭氧和氮氧化合物，對人體健康也產(chǎn)生不良影響。所以人們在凈化室內(nèi)外環(huán)境時，多使用正電暈放電。靜電法盡管能實現(xiàn)持續(xù)動態(tài)的空氣凈化，除塵效率通常在90%以上，且兼具除菌功能，但對室內(nèi)空氣污染中的甲醛等有害物質(zhì)的去除效率比較低。

3.2 化學(xué)凈化技術(shù)

3.2.1 光催化凈化技術(shù)

光催化凈化技術(shù)是以光為能量，將有機(jī)物降解為CO2和H2O，去除室內(nèi)空氣中有機(jī)物質(zhì)和細(xì)胞、病毒的一項空氣凈化技術(shù)。當(dāng)室內(nèi)空氣與水分透過光觸媒材料時，通過氧化還原反應(yīng)形成了大量帶有強(qiáng)烈抗氧化活性的氫氧根離子。這種氫氧根離子分散到室內(nèi)空氣中能夠殺菌消毒，溶解空氣中的有機(jī)污染物，從而有效凈化了室內(nèi)空氣。光催化劑材料是該技術(shù)的關(guān)鍵，其光敏特性和化學(xué)穩(wěn)定性等對其應(yīng)用效率產(chǎn)生了十分重要的影響。因為光催化劑納米TiO2的光禁帶長度適中，物理化學(xué)特性也比較穩(wěn)定，化合物來源豐富，并且對人類基本安全，所以經(jīng)常被作為光催化反應(yīng)的催化劑。光催化凈化技術(shù)雖然具有殺滅微生物、氧化還原性比較強(qiáng)的優(yōu)點，但是當(dāng)室內(nèi)空氣中污染物含量比較低時，或者因為光催化降解作用技術(shù)降解速度較慢時，對室內(nèi)空氣的凈化效果有所減弱。

3.2.2 負(fù)離子凈化技術(shù)

負(fù)離子凈化技術(shù)的基本原理是通過使用負(fù)離子發(fā)生器形成帶負(fù)電荷的金屬離子，在環(huán)境中形成負(fù)離子流，從而吸收室內(nèi)空氣中帶正電荷的懸浮粒子污染物，使之逐漸累積超重，最后通過沉淀改變氣溶狀態(tài)。負(fù)離子凈化技術(shù)具備空氣彌漫性，能夠?qū)Ψ块g內(nèi)所有角落實施全面的負(fù)電離清洗工作，對去除室內(nèi)環(huán)境中顆粒有著相當(dāng)顯著的療效。同時，由于負(fù)電離還擁有特定的消毒功能，因此負(fù)離子凈化技術(shù)對人類身心健康大有裨益，也將是未來室內(nèi)空氣消毒凈化應(yīng)用領(lǐng)域中最值得重視的、富有前景的室內(nèi)空氣凈化技術(shù)。然而，負(fù)離子技術(shù)也有其弊端，它無法消除室內(nèi)環(huán)境中的廢氣污染，同時還易形成臭氧，從而形成二次污染。負(fù)離子空氣凈化技術(shù)與其他氣體凈化技術(shù)結(jié)合應(yīng)用才能取得更理想的空氣凈化效果。

3.2.3 臭氧法

臭氧化合物因其強(qiáng)氧化性能，被廣泛應(yīng)用于水的殺菌、室內(nèi)空氣的殺菌、物品表面的殺菌和周圍環(huán)境的除臭除氣味等方面。人制造臭氧化合物的主要方式包括光化學(xué)法、電化學(xué)法、電暈放電等。利用臭氧的強(qiáng)氧化性能，該方法能有效凈化室內(nèi)空氣和殺除室內(nèi)空氣中的有害成分，是目前室內(nèi)治理中一個全球認(rèn)可的最常見、安全有效的方式，尤其適合處理中等、輕度室內(nèi)空氣污染。臭氧法的優(yōu)點是沒有產(chǎn)生任何殘余物和二次污染，但人們在使用該方法凈化居室空氣時，需要臨時遠(yuǎn)離臥室，以防臭氧中毒。

3.3 生物凈化技術(shù)

3.3.1 生物過濾法

生物過濾法利用空氣過濾器中的多孔填料表面包覆著的微生物膜，當(dāng)廢氣流入填充物床中時，透過生物擴(kuò)散作用，被傳送到微生物膜中，與膜內(nèi)的微生物發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)。與傳統(tǒng)處置廢物過程中使用的物理化學(xué)方法比較，生物過濾法有著工藝簡便、能耗小、處置費用少、便于管理養(yǎng)護(hù)、環(huán)境安全和無二次污染產(chǎn)生等優(yōu)勢，是近些年來人類處置低含量、高流量揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)、發(fā)臭氣體和氮氧化物的優(yōu)選方式之一，特別是在對苯、甲基酚、乙苯、二甲苯和苯乙烯等的處置方面，取得了一定的成果。該法啟動較緩慢，微生物對有機(jī)物分解有選擇性，操作原理與保護(hù)過程均要求相應(yīng)的微生物學(xué)理論知識。

3.3.2 植物法

利用植物來凈化室內(nèi)空氣是居民家里常見的凈化方式，有些植物能夠通過自身的光合作用有效吸收室內(nèi)空氣中的有害化學(xué)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨砩L所需的養(yǎng)料。例如月季、玫瑰對減輕室內(nèi)二氧化硫的含量具有明顯效果，而常春藤、龍舌蘭等植物則可以很好地吸收苯類有害物質(zhì)，雛菊、吊蘭、蘆薈等對清除聚乙烯和甲醛等具有重要作用。

4 結(jié)語

由于室內(nèi)空氣中的污染物種類較多，成分復(fù)雜，對于人體的危害具有長期性、低劑量、弱效用和聯(lián)合影響的特點，解決難度比較大。面對這種情況，采取單一的凈化技術(shù)無法解決全部的室內(nèi)空氣污染問題，不僅如此，某些污染物和凈化劑之間會產(chǎn)生反應(yīng)生成二次污染。因此，人們要深入探究聯(lián)合處理方式，針對所處的環(huán)境，區(qū)分不同污染種類的差異，把目前主流的室內(nèi)外空氣凈化工藝技術(shù)（靜電、濾波、吸收、光催化、負(fù)電離、膜技術(shù)乃至生物工藝等）合理地進(jìn)行聯(lián)系，并綜合應(yīng)用不同方法的優(yōu)點，彌補(bǔ)某一種方案的缺陷和不足。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)研究者還要開發(fā)高效的濾網(wǎng)材料，以用于室內(nèi)空氣的有效凈化當(dāng)中。利用高效濾材融合物理吸收，電化學(xué)氧化還原，離子化等相關(guān)技術(shù)的特點，將其廣泛應(yīng)用于室內(nèi)空氣凈化當(dāng)中，推動室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的發(fā)展。