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1、室内空气污染治理技术研究现状第26卷第6期2010年12月黄石理工学院JOURNALOFHUANGSHIIN,rUTEOFIECHNO【DGYVo1.26No.6Dec.201Odoi:10.3969/j.issn.10088245.2010.06.006室内空气污染治理技术研究现状李于晓(黄石理工学院环境科学与工程学院,湖北黄石435003)摘要:简述了室内空气的主要污染物及其危害,详细的论述了现阶段室内空气污染主要净化技术的原理,特点及存在的问题,并对各项技术的研究方向进行了分析.关键词:室内空气污染;净化技术;净化器中图分类号:)(5l1文献标识码:A文章编号:10088245(2010
2、)06002105ResearchSituationofIndoorAirPollutionControlTechnologyLIYuxiao(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,HuangshiInstituteofTechnology,HuangsHubei435003)Abstract:Themainindoorairpollutionanditsharmhavebeenpresentedinthispaper.Theprinciple,featuresandexistingproblemsofthemajorpurificationte
3、chnologyhavebeenexpoundedandtheresechtrendoftechnologieshasbeenanalyzed.Keywords:indoorairpollution;purificationtehnology;purificationequipment当今,人类继面临煤烟污染,光化学烟雾污染之后,以室内空气污染为主的第3次环境污染已被列为影响公众健康的最大危害之一.现代人80%以上的时间在室内度过,因此人们呼吸的空气绝大部分来自室内,室内空气质量直接影响人们的健康.研究表明,室内空气的污染程度要比室外空气严重25倍,在特殊情况下可达到100倍.美国专家检测发现
4、,在室内空气中存在500多种挥发性有机物,其中致癌物质就有20多种,致病病毒200多种.世界卫生组织公布的(2002年世界卫生报告中明确将室内空气污染与高血压,胆固醇过高症以及肥胖症等共同列为人类健康的十大威胁.据加拿大卫生组织调查显示,当前人类68%的疾病都与室内空气污染有关.美国国家环境保护局(EPA)在做了大量调查研究之后提出了一种名为病态建筑物综合症(SBS)的病症,SBS症状与室内空气污染有直接收稿日期:20101008作者简介:李于晓(1982一),男,湖北阳新人,助教,硕士.关系.从通俗意义上讲,由于室内引人能释放有害物质的污染源或室内环境通风不佳,使室内空气中有害物质在数量和种
5、类上不断增加,并导致人体一系列不适症状,则可称为室内空气污染.我国在2006年对民用建筑工程室内环境污染控制规范进行了修订,规范根据现阶段国内室内污染的特点,将室内环境污染定义为:室内空气中混入有害人体健康的甲醛,苯,氨,氡,挥发性有机物等气体的现象.1室内空气污染的来源及危害1.1甲醛甲醛化学分子式为HCHO,是一种无色,具有强烈刺激性的气体,为挥发性有机物.甲醛的毒性较高,在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛黄石理工学院2010拄高居第2位.甲醛对人体的刺激作用主要表现为对眼睛,皮肤,粘膜的刺激,引起眼痛,流泪,皮炎等症状.长期接触低剂量甲醛可引起慢性呼吸道疾病,引起鼻咽癌,结肠癌,脑瘤,月
6、经紊乱,细胞核的基因突变,引起新生儿染色体异常,白血病,青少年智力下降.由于现代室内装饰以及家具使用的人造板材大部分使用的胶粘剂是以甲醛为主要成分的脲醛树脂,板材中残留的甲醛会逐渐向周围环境释放,是形成室内空气中甲醛的主体.1.2苯系物苯系物也是为人们所关注的室内空气污染物,主要来自室内装修用的涂料,木器漆,胶黏剂,防水材料,油漆以及各种油漆涂料的添加剂和稀释剂.它包括毒性相当大的纯苯和甲苯,还包括毒性稍弱的二甲苯.苯是一种无色具有芳香气味的液体,所以专家们把它称为芳香杀手.国际卫生组织已经把苯定为强烈致癌物质,人在短时间内吸人高浓度的甲苯或二甲苯,会出现中枢神经麻醉的症状,轻者头晕,恶心,胸
7、闷,乏力,长期吸入会破坏人体的循环系统和造血机能,导致白血病.此外,妇女对苯的吸人反应格外敏感,妊娠期妇女长期吸人会导致胎儿发育畸形和流产.1.3氨气氨的化学式为NH,是一种无色且具有强烈刺激性臭味的气体.氨是一种碱性物质,它对接触的皮肤组织有腐蚀和刺激作用,可以吸收皮肤组织中的水分,使组织蛋白变性,并使组织脂肪皂化,破坏细胞膜结构.氨被吸入肺后容易通过肺泡进入血液,与血红蛋白结合,破坏运氧功能.短期内吸人大量氨气后可出现流泪,咽痛,声音嘶哑,咳嗽,痰带血丝,胸闷,呼吸困难,可伴有头晕,头痛,恶心,呕吐,乏力等,严重者可发生肺水肿,成人呼吸窘迫综合征,同时可能发生呼吸道刺激症状.室内氨气的主要
8、来源是建筑施工中使用的混凝土外加剂,许多建筑都使用了高碱混凝土膨胀剂或者含尿素的混凝土防冻剂,这些含有大量氨类物质的外加剂随着环境因素的变化而还原成氨气从墙体中缓慢释放出来,造成室内空气中氨的浓度不断增高.2001年北京的氨气事件就是因为混凝土外加剂中添加了尿素造成的.室内氨气也可来自室内装饰材料,比如家具涂饰时所用的添加剂和增白剂大部分都用氨水,它的挥发造成室内空气污染.1.4氡氡是从镭直接衰变而来的,是一种放射性气体.人体吸入氡后,会堆积在肺部,沉淀到一定程度后,损坏肺泡,进而导致肺癌.最新研究证明,氡污染在肺癌诱因中仅次于吸烟,排在第2位,如果生活在室内氡浓度为每立方米二百贝克的环境中,
9、相当于每人每天吸烟15根.建筑材料是室内氡的最主要来源.如花岗岩,砖,砂,水泥及石膏之类,特别是含有放射性元素的天然石材,易释放出氡.另外,土壤中也会析出的一定的氡而被户外空气带入室内;用于取暖和厨房设备的天然气中也会释放出氡.1.5总挥发性有机物(TVOC)TVOC是由一种或多种碳原子组成,容易在室温和正常大气压下蒸发的化合物的总称,是存在于室内环境中的无色气体.目前人类对TVOC对人体的毒害及感官影响以及他们的成分的了解有限,认为其主要的影响是:影响中枢神经系统,引起机体免疫水平失调,出现嗜睡,无力,胸闷等自觉症状;影响呼吸系统,出现呼吸短促,哮喘,头痛,贫血,头昏,疲乏,易怒等;还可能影
10、响消化系统,出现食欲不振,恶心;严重的时候对肝脏,肾脏及血液有毒害影响.作为隐藏杀手,TVOC室外主要来源于燃料燃烧和交通运输;室内则主要来自燃煤和天然气等的燃烧产物以及吸烟,采暖和烹调等的烟雾.在家庭建筑和装饰材料中,TVOC也无所不在,家具,家用电器,清洁剂以及家装过程中的油漆,涂料和胶粘剂都是其主要来源.另外,人类自身的呼吸也是TVOC产生的重要原因.因此一些人员密集的公共场所及车间,防治TVOC污染显得尤其重要.室内空气污染净化技术按净化原理可分为物理治理,化学治理和生物治理;按处理技术的不同,大致分为吸附型,过滤型,分解型,静电型;按其是否需要风机动力可分为主动式和被动式2种;按净化
11、环境是否有人类活动又分为动态净化与静态净化2种.本文着重选择性的介绍通风,过滤,光催化,化学吸收,负离子,等离子,紫外线消毒,臭氧消毒,生物净化和绿色植物净化技术.第6期李于晓:室内空气污染治理技术研究现状2.1通风净化技术通过开窗通风或安装通风换气机,加速室内外空气交流,把有害物质散发到室外空气中,避免因痕量气体组分富集而产生环境污染,是最简单经济有效的治理室内空气污染的方法.良好的通风特别适用于解决家庭及人员密集的公共场所(如:图书馆,候车厅,教室,大型车问等)的空气污染问题.然而,随着社会的不断发展,由于各种原因现代化建筑的外窗几乎不能打开,或者只有很小的可开启面积,且出于其他原因的考虑
12、,对密闭性能的要求也越来越高,自然通风也就不复存在.而利用机械通风方式貌似可以替代自然通风的功能,但其结果就是高能耗,同时还伴随噪音,吹风感等系列问题.另外,在一些对室内空气质量要求较高的场合以及主要室内空气污染源为室外污染的地方,利用通风实现空气污染治理明显达不到很好的效果.2.2过滤净化技术空气过滤净化技术是指应用空气过滤设备控制粉尘微粒的污染,或通过空气循环过滤将空气中的悬浮颗粒物捕集下来,以便回收利用和保护环境及人类的身体健康.空气过滤技术主要应用在洁净室,超净工作台空气净化系统,在空调通风除尘及其他领域也得到了广泛应用.空气过滤系统通过设置不同性能的过滤器,除去空气中的悬浮尘埃粒子和
13、微生物,以保证送人风量的洁净度要求.整个系统的关键在于滤料的选择.一般来说,滤料的种类主要有纤维滤料,复合滤料,功能性滤料等.从滤料的研究来看,空气过滤技术有以下几个发展趋势:合成纤维滤料向砚膜滤料发展;在高效空气过滤和除尘应用中,覆膜滤料将逐渐取代普通合成纤维滤料;常规滤料向多功能的复合滤料,功能性滤料发展J.其中复合滤料与功能性滤料是近年来兴起的研究热点.高效率的空气过滤器拦截了空气中的灰尘,细菌,病毒和微生物,但沉积在过滤器上的污染物如果不及时处理,将产生严重的二次污染,这也是一个不容忽视的问题.因此可降解过滤材料的开发也是现阶段科学研究的方向之一.同时,过滤材料仅能除去空气中的尘粒,不
14、能同时消除空气中的有害气体,已经表现出了一定的不足,在这方面纳米光催化材料已显现出诱人的前景.2.3光催化净化技术催化法是在催化剂的作用下,将有害气体氧化分解成无害物质.目前主要有这2种技术,一是等离子体催化技术,其原理是将离子体技术和催化分解相结合,利用高频,高压电流产生离子碎片,可在常温,常压下分解有害气体;二是纳米光催化技术,其原理是采用纳米级材料进行催化,直接利用包括太阳光在内的各种来源的紫外光,在常温下对各种有机和无机污染物进行分解和氧化.光催化氧化技术,以其室温深度反应及可直接利用太阳光作为光源来活化催化剂等独特性能而成为一种具有广阔应用前景的环境污染治理技术.国内外在这一方面的研
15、究非常多,总体来看,该领域研究的重点方向有以下几点:1)气体富集研究.对低浓度气体,高比表面积催化剂有重要作用,它能更多地富集低浓度气体,提高光降解率.2)载体选择及负载型催化剂研究.针对TiO粉末悬浮体系,存在难于分离回收的缺点,选择合适的载体,制备出高效,不易流失,不易失活且可重复回收使用的负载型纳米TiO光催化剂也是当前的研究重点之一.3)纳米级催化剂的制备及工业化生产.2O10年,临江市美诗顿粉体材料有限公司,中国矿业大学(北京),临江市宝健木业有限责任公司3家联合开发了纳米TiO/硅藻土复合光催化剂中试生产实验项目.该项目成功建成了国家首条纳米TiO/硅藻土复合光催化剂中试工艺技术生
16、产线,填补了国家纳米TiO/硅藻土复合光催化剂产品的空白.4)催化剂的掺杂和改性.TiO:只有在紫外线下才能激发其催化活性,在可见光范围没有响应,而利用可见光作为激发光源对TiO的实用化有重要意义;另外TiO光催化剂光生电子与空穴的复合率高,光量子效率很低.因此,需要对TiO光催化剂进行改性,以提高TiO的光吸收和光催化效能J.Choi研究了21种金属离子掺杂的TiO纳米晶粒,发现Fe,Mo,Re,Os及Rh等掺杂量为0.5wt%时均会增加光催化活性,其中以掺Fe的TiO纳米晶粒增加最为明显.除了掺杂上述过渡金属离子外,Beata创新性地通过煅烧锐钛矿TiO与碱金属(Li,Na,K,Ba为其氢
17、氧化物,于550煅烧;Sr为其碳酸盐,于1200煅烧)的混合物制备了碱金属改性的TiO21o.另外,对非金属元素掺杂的研究近几年也进展很黄石理工学院2010证快,其中氮掺杂纳米02光催化剂以其优良的可见光催化性能,受到研究者的广泛关注和深入研究.2.4化学吸收技术用溶液,溶剂或清水吸收工业废气中的有害气体,使其与废气分离的方法叫吸收法.化学吸收法是通过化学反应将污染物转化成无害的物质.这种方法在工业生产上的应用很广泛,但是应用于室内微量或痕量气体的净化很少.近年,我国也有少数学者在此领域进行了研究.朱玉玲研究硫酸铜对室内空气中低浓度甲醛的去除,当pH=13.42,硫酸铜浓度为5g/L,且用酒石
18、酸钾钠作为络合剂时,硫酸铜对空气的甲醛有很好的去除效果.杜前明等人,采用液相吸收法研究了数种无机物在室温条件下对不同浓度甲醛的去除作用发现,酸性和碱性条件下的高锰酸钾可以作为去除室内空气中低浓度甲醛的有效吸收剂.2.5负离子净化技术负离子俗称空气中的维生素,负离子空气净化器工作时,负离子发生器中的高压产生直流负高压,将空气不断电离,产生大量负离子,被微风扇送出,形成负离子气流,为人们提供一个类似大自然中新鲜空气的微气候环境.负离子可以吸附空气中带正电的悬浮微粒和空气中过多的正离子,如灰尘,烟雾,废气,使其落地成为尘埃,解决家居空气污染;另一方面可以使细菌蛋白质表层电性两极发生颠倒,促使细菌死亡
19、,对人体的健康十分有益.蒋耀庭等人通过在舰艇上输入人工负离子后,舰艇内悬浮微粒,细菌总数,二氧化碳和甲醛的平均值,分别降低了89.5%,83.3%,32%和76%,舰艇内的空气质量得到明显改善.目前在许多空气净化器中均配有负离子发生器,但其弊端是在产生负氧离子的同时也会产生部分负氮离子,而负氮离子对人体是有伤害的.2.6等离子体技术其基本原理是利用极不均匀电场,形成电晕放电,产生等离子体,其中包含大量电子和正负离子以及一0和一OH等活性粒子,它们与空气中的污染物发生非弹性碰撞,附着在上面,使其分解成单质原子或CO和水,从而净化空气.该技术的缺点一是需要几万伏的高压,而在我国这一点是根本实现不了
20、的;二是在净化的过程中容易产生大量的臭氧,会对人体造成很大的伤害,目前该技术在国外已经被淘汰.使用该技术的产品有韩国清风,日本夏普等.2.7紫外线消毒净化技术紫外线消毒净化技术主要是用于消毒真菌,细菌.紫外线消毒装置平均去除空气中菌数效率能达到84%以上.由于紫外线对人刺激性大,故该法不适用于有人的场所消毒.2.8臭氧净化技术臭氧净化技术原理是以普通空气通过高压电场,使空气中的氧电离,并迅速合成臭氧,它可克服紫外线及一些常用化学消毒剂的不足之处.研究发现低质量体积分数臭氧有明显降低室内空气中NH,CH0质量体积分数的作用;但臭氧净化对室内甲醛的去除效率并不是很高,同时研究还发现臭氧会增加室内N
21、O:和C0:.臭氧对室内空气的消毒作用是非常有效的.但是室内臭氧浓度较低时起不到净化作用,臭氧浓度越高净化效果越好,同时对人体的伤害也越加严重,这就使臭氧净化的应用受到了很多限制,一般用于一些特殊场合,比如医疗机构,血液净化室,食品车间,特殊公共场合等.如何解决臭氧浓度的控制问题,尤其是在有人状态下的低浓度控制,实现人机同场作业下的动态消毒是应用臭氧净化技术的研究方向.国内有许多机构已经推出的动态消毒机正是利用了臭氧净化技术.2.9生物净化技术废气生物净化技术是近年来发展起来的大气污染控制新技术,目前生物技术在室内空气净化应用方面的研究也越来越多.生物净化法主要是利用固定化微生物(如多孔填料表
22、面覆盖的生物膜)与有机废气接触而发生生物化学反应,从而将其完全分解成为二氧化碳和水.国外已经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.清华大学在这一领域已取得突破性进展,其研发的生物过滤塔可广泛的用于有机原料厂,合成材料厂,鞋厂,养殖厂等行业的室内生产车间的废气与恶臭气体的处理,还可适用于建材市场,家具城,批发城等大型公共场所的室内苯系物,VOCs的处理.2.10植物净化技术室内污染物质可通过植物叶片背面的微孔道被吸人植物体内,植物根部共生的微生物能自动分解污染物并将其转化为自身的养分.利用环保型植物吸收室内装修带来的污染气体,是当今研究的热点之一.第6期李于晓:室
23、内空气污染治理技术研究现状常见的室内盆栽植物一般都具有净化空气的能力,但能力并不相同.另外由于室内环境的制约,栽培管理的不便等原因,许多开花的植物虽然具有净化空气的作用,但并不宜长期在室内摆放,而且一些花卉对人体有不利影响,更不应该长期摆放室内.因此,长期摆放室内的观赏植物,一是要栽培管理方便;二是要安全无害;三是要具有一定的净化空气能力.3结束语随着人们对生活质量要求的提高,室内空气质量已成为人们关注的话题,国内外也越来越重视这方面的研究工作.实际生产和生活中具体选择哪种措施要看污染或污染物的性质,扩散源的强度,还需综合考虑技术,经济等多方面的因素.参考文献王作元,王陇德.肺癌危险度与室内氡
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