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        室內(nèi)空氣污染治理研究進(jìn)展

        2014-03-11 12:53:33長樂市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站林民政
        海峽科學(xué) 2014年7期
        關(guān)鍵詞:室內(nèi)空氣光度法分光

        長樂市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站 林民政

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        室內(nèi)空氣污染治理研究進(jìn)展

        長樂市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站 林民政

        室內(nèi)環(huán)境是人類生存的主要環(huán)境之一,室內(nèi)環(huán)境主要是甲醛(HCHO)、氡氣、總揮發(fā)性有機(jī)化合物(TVOC)、顆粒物、重金屬、生物、煙霧、物理性污染等對(duì)人體健康影響較大。該文介紹了室內(nèi)空氣污染物的主要種類和危害,并系統(tǒng)總結(jié)了室內(nèi)空氣污染物的檢測方法、凈化技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展。

        室內(nèi)空氣污染 治理 研究進(jìn)展

        隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們待在室內(nèi)的時(shí)間越來越長,超過全天的80%[1],每天呼吸的絕大部分是室內(nèi)空氣,室內(nèi)空氣質(zhì)量與生命安全和身體健康的關(guān)系非常緊密。與室外空氣相比,室內(nèi)空氣流通不暢、污染源復(fù)雜,既有室外污染物的進(jìn)入,也有室內(nèi)建筑、裝飾材料、家具家電產(chǎn)生的污染物,還有室內(nèi)人類活動(dòng)如烹飪、飼養(yǎng)寵物、植物及人體自身代謝產(chǎn)生的污染物等。隨著人類對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量要求的提高,改善室內(nèi)環(huán)境成為人們的重要追求之一,甚至作為避免室外有害環(huán)境暴露的避難所。經(jīng)過近幾十年的研究,室內(nèi)環(huán)境污染防治已經(jīng)取得了很多成果。

        1 室內(nèi)空氣污染物的種類和危害

        1.1 室內(nèi)空氣污染物的種類

        按照結(jié)構(gòu)不同,室內(nèi)污染物可分為:

        1.1.1揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)

        揮發(fā)性有機(jī)化合物是沸點(diǎn)低于260℃、室溫下飽和蒸氣壓超過13332Pa的易揮發(fā)性化合物[2]。揮發(fā)性有機(jī)化合物除醛類外,常見的還有苯、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、三氯甲烷等,還包括源于建筑材料及室內(nèi)裝飾材料等的甲醛、苯、甲苯、氯仿,廚房中的油煙和香煙中的霧氣等有機(jī)蒸氣。

        1.1.2可吸入固體顆粒物及有害無機(jī)小分子

        室內(nèi)空氣中可吸入固體顆粒物主要是懸浮的粉塵微粒,包括灰塵、煙塵,人與動(dòng)物毛發(fā)、皮屑等。有害無機(jī)小分子包括燃燒產(chǎn)生的CO、氮氧化物、SO2等。

        1.1.3懸浮微生物

        包括細(xì)菌、病毒、霉菌等。微生物等通過特應(yīng)性機(jī)制、傳染過程和直接毒害途徑等引起疾病,對(duì)人們的生活、工作產(chǎn)生巨大的影響。

        1.2 室內(nèi)空氣污染物對(duì)人體的危害表現(xiàn)

        室內(nèi)空氣污染物對(duì)人體的危害[3]主要有:造成呼吸道疾病增加及肺功能下降,如SO2、NOx、刺激性煙塵和氣體;造成急慢性中毒,如CO、高濃度氟化物、顆粒砷(飄塵)、吸煙煙霧等;致癌作用,主要有多環(huán)烴及其衍生物(如苯并芘等)、某些金屬(As,Ni,Be,Cr和石棉塵)、放射性污染物(如氡等)。

        室內(nèi)空氣污染與工作效率有一定的聯(lián)系,有學(xué)者[4]通過模擬辦公室工作研究通風(fēng)速度、溫度、感受空氣質(zhì)量和工作效率關(guān)系,指出:空氣速度加倍時(shí),效率提高大約1.5%,病假人數(shù)減少10%;感覺空氣不滿意程度減少10%,工作效率提高約1%。不良建筑綜合癥(SBS)程度下降7.4%時(shí),工作效率自我評(píng)價(jià)提高1%。學(xué)校中,低通風(fēng)率、較高溫度、暖氣空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)顆粒物過濾膜老化,導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)成績有所下降。

        2 室內(nèi)空氣污染物檢測方法

        室內(nèi)空氣污染物的發(fā)現(xiàn)及其濃度(或含量)的檢測是室內(nèi)空氣污染研究的重要方面,周慶祥、江桂斌[5]綜述了室內(nèi)空氣污染物的檢測方法,主要有吸附法、采樣觀測法、撞擊法、儀器檢測法、自然沉降法等。吸附法,是檢測室內(nèi)空氣污染物的重要方法,主要用于對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物(如丙酮、異丙醇、苯、甲苯和庚酮、二甲苯、甲醛等)、半揮發(fā)性及非揮發(fā)性有機(jī)物、農(nóng)藥的檢測等的重要方法,不同的揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)吸附劑要求與解析流程不同,因此,吸附法是一個(gè)種類繁多的檢測方法體系。采樣觀測法是檢測室內(nèi)空氣中顆粒物的重要方法體系,首先對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行采樣,然后用高倍顯微鏡等精密儀器進(jìn)行觀測。撞擊法主要用于室內(nèi)微生物的檢測。儀器檢測法就是用基于傳感器技術(shù)的儀器對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行檢測,主要用于對(duì)無機(jī)氣體如O2、CO、SO2、NO、NO2、NH3及有機(jī)小分子化合物等的檢測,也用于對(duì)甲醛的檢測。

        國家標(biāo)準(zhǔn)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 18883—2002)中規(guī)定的室內(nèi)空氣參數(shù)檢驗(yàn)方法有:甲醛溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法、改進(jìn)的Saltazman法、非分散紅外法、不分光紅外線氣體分析法、氣相色譜法、汞置換法、容量滴定法、靛酚藍(lán)分光光度法、納氏試劑分光光度法、離子選擇電極法、次氯酸鈉—水楊酸分光光度法、紫外光度法、靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法、AHMT分光光度法、酚試劑分光光度法、氣相色譜法、乙酰丙酮分光光度法、高效液相色譜法、撞擊式—稱重法、撞擊法、玻璃液體溫度計(jì)法、數(shù)顯式溫度計(jì)法、通風(fēng)干濕表法、氯化鋰濕度計(jì)法、電容式數(shù)字濕度計(jì)法、熱球式電風(fēng)速計(jì)法、數(shù)字式風(fēng)速表法、空氣中氡濃度的閃爍瓶測量方法、徑跡蝕刻法、雙濾膜法、活性炭盒法。國標(biāo)對(duì)每一指標(biāo)的檢測方法作了硬性規(guī)定,如用甲醛溶液吸收—鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法檢測二氧化硫,用靛酚藍(lán)分光光度法、納氏試劑分光光度法、離子選擇電極法、次氯酸鈉—水楊酸分光光度法檢測氨等[6]。

        3 室內(nèi)空氣污染物的凈化技術(shù)

        室內(nèi)空氣污染凈化技術(shù)主要有[7]除塵技術(shù)、氣體凈化技術(shù)、殺菌消毒技術(shù)。除塵技術(shù)采用較多的是過濾式除塵和靜電式除塵,干法、濕法以及電子束法應(yīng)用不多。殺菌消毒技術(shù)現(xiàn)在主要采用O3和紫外線進(jìn)行殺菌消毒,也有用其它強(qiáng)氧化劑殺菌消毒的研究?,F(xiàn)有室內(nèi)空氣凈化技術(shù)研究種類較多,主要分以下幾種:

        3.1 吸附技術(shù)

        吸附技術(shù)由于脫除效率高,富集功能強(qiáng),適用于幾乎所有的惡臭有害氣體的處理,因而是脫除有害氣體比較常用的方法。常用的吸附劑有:顆?;钚蕴俊⒒钚蕴坷w維、沸石、分子篩、多孔黏土礦石、活性氧化鋁及硅膠等,其中以顆粒活性炭、含高錳酸鉀的活性氧化鋁及復(fù)合炭纖維最為常用[7]。

        3.2 納米材料光催化技術(shù)

        納米材料是指晶粒尺寸為納米級(jí)(10-9m)的超細(xì)材料。而新型的高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品納米TiO2,其粒徑介于1~100nm,比表面積大,尺寸小,具有很高的催化活性。由于該技術(shù)在紫外光照射下,在室溫條件下就能將許多有機(jī)污染物氧化成無毒無害的CO2和H2O,并且這個(gè)過程不需要其他化學(xué)輔助劑,反應(yīng)條件溫和,二次污染小、運(yùn)行成本低和可利用太陽光為反應(yīng)光源,再加上納米TiO2制備成本低、化學(xué)穩(wěn)定性和抗磨損性能良好,是目前最具發(fā)展前景的室內(nèi)空氣凈化技術(shù)。納米ZnO也是一種有潛力的空氣凈化光催化劑。井力強(qiáng)等人在ZnO光催化劑上對(duì)SO2氧化進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,320℃下焙燒的ZnO納米粒子對(duì)大氣中SO2的凈化效率高達(dá)99%[8]。

        3.3 低溫等離子體-光催化技術(shù)

        近年來,低溫等離子體應(yīng)用于污染控制是一個(gè)新興的交叉學(xué)科,該技術(shù)可應(yīng)用于脫硫脫硝、消除揮發(fā)性有機(jī)化合物、凈化汽車尾氣、治理有毒有害化合物等方面,但是它不能徹底降解污染物,引起二次污染。目前一些學(xué)者把低溫等離子體技術(shù)和光催化技術(shù)結(jié)合起來,使低溫等離子體技術(shù)得到了優(yōu)化。

        國內(nèi)外學(xué)者對(duì)低溫等離子體—光催化技術(shù)降解VOC進(jìn)行了初步探索。Misook Kang等人用等離子體TiO2光催化體系降解甲苯,試驗(yàn)結(jié)果表明,在等離子體光催化體系下,相同條件下甲苯轉(zhuǎn)化率、脫除率都有提高,比單一低溫等離子體和光催化技術(shù)強(qiáng)[9]。

        3.4 生物凈化技術(shù)

        由于生物技術(shù)具有投資少、操作管理簡單、運(yùn)行費(fèi)用低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),近年來人們運(yùn)用其除臭、處理氮氧化物廢氣與揮發(fā)性有機(jī)物廢氣,并取得了一定的成果,用生物技術(shù)來凈化和處理廢氣已經(jīng)成為一個(gè)熱門研究課題。

        生物法處理有機(jī)廢氣在德國、荷蘭、美國和日本等國應(yīng)用廣泛,其中生物濾池和生物滴濾塔技術(shù)已經(jīng)十分成熟。目前,國外已廣泛利用生物過濾技術(shù)來處理低濃度、高流量的揮發(fā)性有機(jī)污染物和臭味氣體,尤其是對(duì)苯、甲苯、乙苯、二甲苯及苯乙烯等的處理。中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心運(yùn)用生物過濾法處理VOC惡臭氣體的實(shí)驗(yàn),取得了90%以上的凈化率[10]。

        3.5 膜分離技術(shù)

        近些年來,膜技術(shù)作為氣體分離的新技術(shù),以其簡單、快速、高效和經(jīng)濟(jì)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)成為人們研究的熱點(diǎn)。20世紀(jì)80年代后,膜分離技術(shù)在海水淡化、食品工業(yè)、生物化工及化學(xué)化工等領(lǐng)域的液相分離和VOC的回收中得到了廣泛的應(yīng)用,還用于分離與回收石油化工生產(chǎn)中排放的乙烷蒸氣、甲苯、二氯甲烷、氯乙烯等[11]。膜分離法是利用各組分在壓力推動(dòng)下透過膜的傳質(zhì)速率不同進(jìn)行分離的。

        用于氣體分離的膜主要分為有機(jī)膜和無機(jī)膜。有機(jī)膜分離技術(shù)在其他方法難以回收的有機(jī)物的分離方面有了很大的進(jìn)展,如采用該方法分離CFC-12和環(huán)氧乙烷以及制冷設(shè)備排出的CFC等,該方法對(duì)有機(jī)氣體中的丙酮、甲苯和甲醇等的回收率可達(dá)到97%。無機(jī)膜廣泛應(yīng)用在制取富氧、濃氮、煉氣、石油化工及合成氨的回收和酸性氣體脫除方面。現(xiàn)已有關(guān)于無機(jī)陶瓷膜凈化空氣的報(bào)道,通過液相熱液合成的MFI型沸石膜已用于除去室內(nèi)空氣中低濃度污染物正己烷、甲醛和苯等[12]。

        無機(jī)膜分離技術(shù)雖然以其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不被微生物降解、較大的機(jī)械強(qiáng)度、容易控制孔徑尺寸等優(yōu)點(diǎn)在室內(nèi)空氣凈化方面有著巨大的潛力,但是它的氣體分離系數(shù)很低,對(duì)室內(nèi)空氣中低濃度的VOC去除效果不理想。而有機(jī)膜雖然分離系數(shù)較高,但是它存在氣體分離通透量低、耐熱和耐腐蝕性差等缺點(diǎn)。所以,如何將這兩種膜的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來將是一個(gè)研究熱點(diǎn)。

        3.6 綠色植物自然吸收法

        由于綠色植物對(duì)擴(kuò)散進(jìn)入室內(nèi)的污染物具有吸附吸收和凈化作用,促進(jìn)了室內(nèi)污染物的外轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散,加快了室內(nèi)環(huán)境中污染物濃度的降低[13]。近年來,國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)綠色植物對(duì)有機(jī)氣體有選擇性吸附的特征,對(duì)室內(nèi)主要有機(jī)污染氣體的植物吸附開展了廣泛的研究。篩選出一部分對(duì)有機(jī)揮發(fā)性氣體吸收具有代表性的植物,且效果明顯。不過綠色植物吸收揮發(fā)性有機(jī)物的機(jī)理以及吸收后會(huì)轉(zhuǎn)化為何種物質(zhì),是否會(huì)帶來新的污染,有待進(jìn)一步研究。

        3.7 膜基凈化技術(shù)和生物過濾技術(shù)

        膜基吸收凈化技術(shù)是使需要接觸的兩相分別在中空纖維微孔膜的兩側(cè)流動(dòng),由于兩相在膜孔內(nèi)或膜表面接觸,這樣就可以避免乳化現(xiàn)象的發(fā)生。生物過濾技術(shù)是讓廢氣中的有機(jī)物作為碳源和能源,使其在濾料介質(zhì)中微生物適宜的環(huán)境條件下,維持其生命活動(dòng),并將有機(jī)物氧化分解為CO2、H2O和細(xì)胞基質(zhì)。

        用膜凈化技術(shù)、生物過濾技術(shù)處理有機(jī)廢氣中的VOC近年才發(fā)展起來,具有流程簡單、設(shè)備簡單、VOC回收率高、運(yùn)行費(fèi)用低、較少形成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。這兩種技術(shù)正逐漸引起人們的重視,將是去除VOC技術(shù)研究的熱門問題。

        4 結(jié)論

        根據(jù)目前我國室內(nèi)空氣污染情況,我們應(yīng)在借鑒國外研究工作的基礎(chǔ)上,結(jié)合我國實(shí)際情況,研發(fā)便攜式室內(nèi)空氣污染物檢測儀器,并進(jìn)一步研究開發(fā)新的、簡便易行的無害化處理技術(shù),建立經(jīng)濟(jì)、綠色的室內(nèi)空氣凈化方法,改善人類居住環(huán)境的空氣質(zhì)量,提高人類健康水平。

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