關鍵詞：甲醛污染；周邊環(huán)境空氣；傳感器節(jié)點分布；自適應卡爾曼濾波器

中圖分類號：X830 文獻標志碼：B

前言

甲醛是一種常見的有害氣體，廣泛存在于家具、裝修材料等室內用品中，對空氣質量和人體健康產(chǎn)生重要影響。釋放速度受多種環(huán)境因素如空氣流動、溫濕度等的影響，隨時間減緩，形成峰值濃度，導致空氣污染。因此，動態(tài)監(jiān)測室內裝修材料中甲醛的釋放量至關重要，以保障人們的健康，減少對環(huán)境的污染。

甲醛釋放是長期且復雜的動態(tài)過程，可能通過開窗通風、控制室內溫濕度等方法擴散至周邊環(huán)境，造成污染。國內學者已對此展開研究。為此，國內專家學者展開大量研究。趙長民等人采用乙酰丙酮熒光法，設計甲醛在線監(jiān)測方法，并對其性能展開測試，實驗結果表明，滿足大氣中甲醛含量的監(jiān)測需求。劉芳等人通過不斷調整空氣凈化裝置的送風量、初始質量濃度和凈化技術，得到室內裝修材料釋放甲醛的衰減特性，實現(xiàn)對其動態(tài)監(jiān)測。

結合上述兩種算法，研究提出一種室內裝修影響下周邊環(huán)境空氣甲醛量的動態(tài)監(jiān)測方法。首先分析甲醛濃度與吸光度關系，構建傳感器節(jié)點分布模型采集甲醛含量。利用CKF進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與融合，揭示甲醛動態(tài)變化規(guī)律，實現(xiàn)對甲醛量的動態(tài)監(jiān)測。實驗驗證表明，該方法與實際結果一致，證明其有效性和可行性。

1甲醛污染物危害分析

甲醛是無色氣體，具刺激性，可溶于水、醚、醇。35%～40%的水溶液形成福爾馬林。裝修材料中的甲醛因溫濕度而長期釋放，且膠合劑也會釋放甲醛，影響空氣質量。高濃度甲醛排放導致局部污染，特定條件下加劇臭氧層破壞。為評估裝修環(huán)境甲醛濃度變化，需了解釋放方式和對大氣的危害，為動態(tài)監(jiān)測提供理論支持。

甲醛污染生態(tài)環(huán)境的方式多樣：導致室內空氣污染，危害人體及寵物、植物健康；隨空氣流動污染城市和工業(yè)區(qū)；與污染物反應，生成二次污染物，加劇大氣和水體污染。為減少危害，需嚴格監(jiān)管甲醛排放，提高材料環(huán)保標準，加強室內通風，并提升公眾環(huán)保意識。

2試驗

2.1試驗材料選取

為研究甲醛在空氣中的動態(tài)變化，從3個廠家選3塊人造板材，切割成500 mm正方形試件，用無甲醛膠帶密封四邊。將2塊試件垂直放氣候箱中，定期抽取氣體檢測甲醛含量，揭示甲醛釋放動態(tài)變化。

2.2試驗儀器與試劑

氣候箱選擇體積大小為1m³的HAINATQWH-1000，溫度和濕度的調節(jié)范圍分別為15℃～30℃、30%～80% RH，內壁采用鏡面不銹鋼板結構，可以監(jiān)測甲醛釋放。采樣器選取的型號為HAINATLZB-4WB，可見分光光度計型號為TU-1901，波長可達到412nm。

試驗試劑參數(shù)為：1.0mol·L^-1的硫酸溶液、0.1 mol·L^-1的氫氧化鈉溶液、0.1mol·L^-1的硫代硫酸鈉標準溶液、1%的淀粉溶液、0.4%的乙烯丙酮溶液、20%的乙酸銨溶液。

2.3標準曲線表達

為確定樣品中甲醛的濃度值，實現(xiàn)對周邊環(huán)境空氣中的甲醛污染物量的定量檢測，即通過測量吸光度確定甲醛濃度。二者之間關系見表1。

通過表1可知，甲醛濃度計算公式為c= 12.1A-0.2，c與A之間的標準曲線為R²=0.9998、斜率為f=12.1。

2.4動態(tài)監(jiān)測方法設計

甲醛濃度與吸光度的關系適用于溶液，不適用于動態(tài)監(jiān)測空氣中甲醛濃度變化。為此，結合傳感器與CKF濾波器，傳感器采集空氣樣品中的甲醛量，CKF濾波器處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測。

2.4.1甲醛釋放特征量預測

為了實現(xiàn)對甲醛污染物量的精準監(jiān)測，建立室內裝修材料甲醛污染物量動態(tài)監(jiān)測模型。利用傳感器動態(tài)采集室內周邊環(huán)境空氣中的甲醛量；借助CKF濾波器整理和研究采集的甲醛量。甲醛含量數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測的基礎，基于分布式原則，建立傳感器節(jié)點分布模型圖見圖1。

3實驗測試

動態(tài)監(jiān)測空氣中甲醛量可提供實時準確數(shù)據(jù)，評估特定地區(qū)污染程度，分析甲醛來源、傳輸路徑及生態(tài)影響，制定環(huán)保策略。為驗證所提方法的精準性，對比基于乙酰丙酮熒光法和甲醛凈化模塊特性的動態(tài)監(jiān)測方法。實驗采用SGAS701甲醛傳感器和KF-200 CKF濾波器，MATLAB/Simulink為仿真環(huán)境。

3.1實驗設定

在裝修中的商場選取10個觀測點，分別位于商場不同樓層和功能區(qū)，遠離通風口、門窗和墻壁，以實現(xiàn)周邊環(huán)境空氣甲醛污染物量的監(jiān)測。觀測點按01-10編號，劃分為5個功能區(qū)。

按照GB/T18204.26-2000標準對商場周邊環(huán)境空氣中的甲醛釋放量進行測定，按照GB/T15516-1995標準執(zhí)行，空氣采樣由TH-110B型號傳感器來完成。

通過查閱相關資料已知，空氣中的甲醛含量閾值為0.12 mg/m³。對10個觀測點的樣本吸光度進行計算，得到每個觀測點的甲醛含量，經(jīng)換算后得到的甲醛濃度值。

3.2三種算法監(jiān)測相對誤差對比

經(jīng)過實地走訪調查后發(fā)現(xiàn)，該商場裝修材料中甲醛釋放量最高的三類板材分別是細木工板、膠合板和強化復合板，利用所提方法和方法1、方法2分別對三類板材甲醛釋放量進行監(jiān)測，將相對誤差作為實驗指標，相對誤差值評估監(jiān)測的準確性。相對誤差值較小意味著監(jiān)測結果與實際值較為接近，監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性更高。對比三種算法監(jiān)測結果的相對誤差值，結果見圖2。

通過圖2看出，無論針對哪種板材，所提方法取得的監(jiān)測相對誤差值都是最低的，始終保持在6%以下，而另外兩算法相對誤差值要高一些。得出所提方法針對不同類型的裝修材料甲醛釋放量，均可實現(xiàn)精準監(jiān)測。

3.3三種算法監(jiān)測性能對比

利用三種算法分別對商場裝修周邊環(huán)境空氣的甲醛釋放量進行動態(tài)監(jiān)測，與圖2中的甲醛濃度值進行對比，用O為實驗環(huán)境對甲醛的評價標準，I=γ/O為實驗環(huán)境質量指數(shù)，B=γ/O-1為甲醛含量超標倍數(shù)，監(jiān)測結果見表2。

從表2看出，所提方法監(jiān)測結果與實際結果完全相符，另外兩種算法均出現(xiàn)不同程度的偏差，驗證所提方法在甲醛污染物量動態(tài)監(jiān)測中的有效性和可行性。

4結束語

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)了解甲醛的分布特點和污染源的分布情況，有助于合理規(guī)劃和管理土地利用、城市建設、工業(yè)排放等方面。在大氣中，甲醛參與光化學反應，進而對周邊環(huán)境的空氣質量造成負面影響，高濃度的甲醛可能對植物和動物產(chǎn)生毒性作用，影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。為此，針對室內裝修影響下的周邊環(huán)境空氣甲醛量動態(tài)監(jiān)測，開展甲醛污染物量動態(tài)監(jiān)測試驗；對傳感器進行部署規(guī)劃，用于采集空氣中的甲醛含量，同時結合CKF濾波器，對采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，實現(xiàn)對周邊環(huán)境空氣甲醛污染物量的動態(tài)監(jiān)測。展開對比實驗測試，結果表明，所提方法監(jiān)測結果與實際結果一致，無論是監(jiān)測哪種類型的板材，可保證監(jiān)測結果具有最低的相對誤差。