室内空气质量改善技术研究与应用*

刘智杰, 王燕煌，陈前火

（1. 福建省沙县环境监测站，福建 沙县 365050；2.福建师范大学环境科学与工程学院，福建省污染控制与资源循环利用重点实验室，福建 福州 350007）

室内空气质量改善技术研究与应用*

刘智杰1, 王燕煌2，陈前火2

（1. 福建省沙县环境监测站，福建 沙县 365050；2.福建师范大学环境科学与工程学院，福建省污染控制与资源循环利用重点实验室，福建 福州 350007）

近年来，人们对室内空气质量越来越重视。装修和装饰材料，电器和家用化学品，人为活动，生物性污染，室外污染源等是室内空气污染的来源。甲醛、苯及苯系物、氨、氡及其子体、总挥发性有机物是室内空气的主要污染物。文章详述了新风系统、活性炭吸附、静电除尘、紫外线消毒、臭氧消毒、低温等离子体、植物净化等室内空气污染的控制技术，并根据室内空气污染的特征提出相应的防控措施，为后续的深入研究提供理论参考。

空气污染；室内空气质量；控制技术

室内空气污染是指室内空气中存在的，危害人体的健康，且浓度超过国家标准的物质。室内空气污染容易导致皮肤疾病、咳嗽、出现头晕、无力等症状，从而影响人们的日常生活[1]。所以，更深入地认识室内空气污染及其控制技术至关重要。

1 室内空气污染的来源

1.1 装修和装饰材料

在装修中使用的壁纸、化纤地毯、油漆、涂料、添加剂、胶黏剂等含有甲醛、苯、甲苯、二甲苯等；而建筑材料，如花岗石、砖、水泥、石膏等材料中，易释放出氡气[2]。

1.2 电器和家用化学品污染

电器，例如电视、电脑、照明设备、微波炉等能够产生电磁辐射。家用化学品产生的化学污染物。

1.3 人为活动

人在室内的活动，如：燃气燃烧、烹饪、吸烟、来回走动、打扫卫生、健身等活动产生的污染物。且不同的人为活动所产生的污染物的浓度不同[3]。

1.4 生物性污染源

地毯、沙发被褥、生活垃圾等所产生的细菌、真菌；人体新陈代谢所排出污染物。

1.5 室外来源

一方面来源于人为的将室外的污染带至室内；另一方面是室外的污染物通过门等缝隙进入室内。

2 室内主要污染物质和危害

2.1 甲醛

甲醛在室温下，是无色气体，溶于水、乙醇、乙醚、丙酮，易燃。来源于木质材料、地板材料、绝缘材料、涂料等材料和生活用品。甲醛引起眼睛不适，刺激鼻子和喉咙，还会出现流泪、打喷嚏、咳嗽、恶心等症状[4]。当浓度达到30 mg/m3会立即致人死亡。

2.2 苯及苯系物

苯及苯系物，即苯、甲苯、二甲苯，属于无色或浅黄色透明状的液体，易挥发，并有强烈芳香气味。主要来源于油漆，稀释剂，涂料，胶粘剂，油墨，胶溶剂等。甲苯可引起人类皮肤病等疾病，呼吸系统疾病，心脏病，肾和肝损害[5]。

2.3 氨

氨为无色气体，并且刺激性臭味强烈。主要来源于建筑施工中的混凝土防冻剂、高碱混凝土膨胀剂和早强剂。氨会腐蚀和刺激皮肤组织，使人体免疫功能下降，可引起咽痛、头痛、厌食、呕吐等症状。

2.4 氡及其子体

氡是由镭衰变产生的一种无色、无味的天然放射性惰性气体。其来源主要是地基土壤中析出的氡；其次是建筑材料，如花岗石、黏土、砖瓦、水泥、石膏等含镭建筑材料；再有就是室外空气进入室内的氡。氡及其子体可使血液和其他器官受到辐射损伤[6]。

2.5 总挥发性有机物

挥发性有机物是指室温下，饱和蒸汽压超过133.32 KPa或者是沸点在50-260℃的各种有机化合物。主要来源于室内建筑装饰的材料、家用燃料不完全燃烧、人体本身排放等。挥发性有机物可影响中枢神经系统、消化系统和引发局部组织炎症反应[2]。

3 室内空气污染物浓度的影响因素

室内环境与许多因素如温度、相对湿度、空气交换率、实际入住率水平,通风、颗粒污染物,生物污染物和气态污染物有关[8,9]，还与装修的时间、房间面积有关。李惠敏等人[10]在对洛阳市城区居民住宅的室内空气中的甲醛含量进行检测后，结果发现在装修了2个月之后，甲醛超标率达到93.75%。随着装修后时间的延长，装修后1年，甲醛浓度超标率降到36.05%。郭金姝[11]分别对石家庄市的4个不同地区的40户住宅的室内环境进行监测。结果表明，甲醛、总挥发性有机物的浓度随着时间的推移而不断降低。Giulio等人[1]使用定板的方法（settle plate method）对意大利基耶蒂大学研究实验室的3个不同建筑（微生物、病理、生理学研究实验室，有机化学研究实验室和医药技术研究实验室）进行持续6个月微生物浓度的测量，结果表明微生物、病理、生理学研究实验室与其他2个建筑相比，微生物浓度随季节性波动较明显。崔凯杰等[12]对5类公共场所的120个监测点位进行了室内空气甲醛浓度的测定，发现有63个数据甲醛浓度值超标。随着装修后时间的累积,房屋面积的适量增大，甲醛的质量浓度逐渐降低；且室内温度和相对湿度对甲醛的质量浓度影响很大。

4 室内空气质量的改善技术与应用

4.1 新风系统

新风系统作为一种新型的室内通风换气设备，按照通风动力的不同，可分为自然通风和机械通风两类。

4.1.1 自然通风

自然通风是指依靠室外风力所造成的风压和室内外空气温度差所造成的热压，促使空气流动，使得建筑室内外空气交换。影响自然通风的因素有很多，如室外气象条件、建筑朝向、结构、布局、开口大小和开口形式等[13-18]。Liu等人[19]提出了“三步走”的设计过程，以重庆的某个住宅小区为例，从建设水平，楼层说明设计过程。并通过室外的速度场和压力场的模拟与计算流体力学方法进行建筑优化。结果表明，随着建筑物之间的间距的增加和建筑与风向之间的角度的减小，自然通风潜力增加。随着朝南和建筑轴之间的夹角增大，采光效果变好（更少的阴影），而通风潜力下降。Cheung等人[20]利用计算流体动力学(CFD)模拟方法，研究了规则排列和交错排列的高层住宅建筑对自然通风的影响。结果表明，交错排列的建筑与规则排列的建筑群相比，平均通风率从5%增加到10%。

自然通风能使室内的污染物浓度降低，可以保持健康、舒适的居住建筑环境的室内条件，同时减少消耗的建筑物能源[21,22]。在距离通风口近和空气流动性好的区域，甲醛的浓度均有所降低。张淑娟等人[23]对室内空气的质量进行调查，选取了广东省427个具有代表性的单位，进行分析。结果表明，室内的甲醛浓度偏高，且经过长时间的通风，甲醛浓度降低。

4.1.2 机械通风

以CO2浓度为控制指标的机械通风方式，可以保持室内空气品质良好，减少采暖系统能耗[24]。Rosbach等人[25]研究荷兰东北部的17所学校的18间教室，将其分为12个实验教室和6个控制教室。在12个干预教室CO2的浓度保持在预先设定的水平的800 ppm和1200 ppm。探讨机械通风系统对室内CO2的浓度的影响。实验表明，教室里的二氧化碳浓度可以通过安装CO2控制的机械通风系统使其降低。Sidheswaran等人[26]研究了在HVAC（heating,ventilation, and air conditioningsystems）的玻璃纤维过滤器和聚酯过滤器中释放出来的甲醛。结果表明甲醛释放量随着湿度的增加而显著增加。另外玻璃纤维过滤器释放出来的甲醛量在比聚酯纤维过滤器要大48%-64%。

4.2 活性炭吸附

活性炭是一种很细小的炭粒，具有大的比表面积，且吸附能力强。影响活性炭的因素有活性炭吸附剂的性质、吸附质的性质、pH值、温度等[27]。Luo等人[28]通过容积法在298 K和压力高达3.5 MPa下，测定了甲烷在活性炭上的吸附特性。结果表明，相对较大的孔体积和比表面积，甲烷吸附能力更好。当两个样品的微孔参数相似，甲烷吸附量取决于微孔孔径分布，较窄的孔径分布促进了甲烷的吸附。活性炭能有效吸附苯类化学物质，为了提高活性炭的吸附性能，可以通过采用活化技术对活性炭表面的孔隙结构和官能团进行改良[29]。Jiang等人[30]采用浸渍方法制备改性活性炭吸附剂，结果表明，改性后的活性炭吸附去除能力显着增强。

4.3 静电除尘技术

静电除尘技术是指含尘气体在进行电离的过程中，通过高压电场使尘粒荷电，并在电场力的作用下，将尘粒从含尘气体中分离出来。

静电除尘的初期除尘效率能达到99%，除尘效率高，应用于中央空调系统和洁净空调系统，能有效降低室内颗粒物的浓度[31]。Kim等人[32]对PVC管安装为除尘器，以促进水的流动作为备用电极的改性湿式除尘器进行研究。结果表明除尘器具有小的收集区域0.83 m2(m3/min)，可以获得微粒99.7%的高捕集效率。

4.4 紫外线消毒

紫外线消毒是指利用适当波长的紫外线，使微生物机体细胞中的DNA核糖核酸的分子结构遭到破坏，并使细胞死亡，从而达到杀菌消毒的效果。

运用紫外线消毒原理制成的产品有紫外线消毒灯和紫外线消毒器。主要运用在医院病房，能快速杀灭细菌[33]。林军明等人[34]在面积约57 m2的教室，采用平板沉降法和仪器采样法对沉降菌和浮游菌进行采样和检测，并对高强度紫外线空气消毒器进行现场消毒试验观察。结果表明，在教室里，安装2台高强度紫外线空气消毒器比安装1台高强度紫外线空气消毒器，可使空气中自然菌消亡率高。紫外线消毒灯适用在无人的状态下进行，而紫外线消毒器可在有人的情况下使用，但灭菌效果下降。在室内无人的情况下将紫外线消毒器开启60 min后，白色葡萄球菌杀灭率能达到98%以上；开启90 min后，杀灭率100%。在室内有人情况下，开机60 min，空气自然菌下降率为31%－59%[35]。

4.5 臭氧消毒

臭氧消毒是一种使细胞、细胞活动必需的酶失去活性，并且破坏细胞内的遗传物质的杀菌净化技术。

臭氧消毒的扩散性能好，能弥漫整个空间；其杀菌效率高，杀菌速度快；不存在任何残留物，无二次污染；其消毒时间长，消毒效果比紫外线消毒好[36]。

主要应用于房间空气净化消毒和医疗卫生领域。许莲芳[37]将2个空间相同的手术室分别用臭氧和紫外线照射消毒，比较臭氧与紫外线在手术室空气消毒效果。结果表明，消毒后30 min，采用臭氧消毒的手术室的样本菌落数明显低于用紫外线照射消毒；采用臭氧消毒后180 min, 空气中菌落数仍低于国家标准，但紫外线消毒后180 min, 空气中菌落数超过了国家标准，说明采用臭氧消毒效果维持时间更长。Zhong等人[38]研究创新的臭氧管产生臭氧灯系统对8种类型单一化合物（甲苯，对二甲苯，乙醇，1-丁醇，甲基乙基酮，丙酮，己烷，和辛烷）对各种动力学参数影响的系统参数评估。实验结果表明，臭氧化过程可导致测试的挥发性有机物在室内空气环境的减少。

4.6 低温等离子体技术

等离子体是物质的第四态[39]。它经常形成一个光电离状态,包括正离子，自由基，分子颗粒，中性气体原子和带负电荷的电子[40]。它能够有效地去除氮氧化合物、甲醛和挥发性有机物。竹涛等人[41]利用低温等离子体-催化耦合技术，并采用了自制的复合型催化剂，对含甲苯的空气进行处理。研究表明：当复合催化剂存在时, 在等离子体反应器中甲苯的最佳降解率达到了98.7%。Alina等人[42]利用等离子体在二氧化钛催化剂存在下，通过外部紫外照射观察挥发性有机化合物氧化的协同效应。结果表明，在协同作用下的挥发性有机化合物去除显著增强。

低温等离子体技术具有能耗低、效率高、操作简单的优点。可以处理有机气态污染物净化空气，同时还可以使微生物死亡，具有消毒杀菌功能[43,44]。其技术主要用于低温等离子体空气净化器和低温等离子体中央空调空气净化装置。

4.7 光触媒空气净化技术

光触媒空气净化技术是一种净化挥发性有机化合物的方法。是指光触媒在光照射下，价带电子被激发到导带，形成了电子和空穴，并且于氧和水发生氧化反应，生成自由基[40]。有机物中的C-C键、C-H键、N-H键、C-N键、O-H键、C-O键，能被自由基破坏，并分解有机物为CO2与H2O，从而达到净化空气的目的。用作光触媒半导体材料有TiO2、ZnO、Cds、WO3、Fe2O3，PbS、SnO3、ZnS、SrTiO3和SiO2等十几种，其中TiO2 是常用的半导体材料，TiO2 无毒无害，具有良好的化学稳定性。

运用金属离子掺杂[45]、非金属离子掺杂、半导体的复合，半导体光敏化[46,47]等改良方法，从而提高纳米TiO2光催化效率。用紫外线光照射时，金/二氧化钛的光催化活性比纯TiO2的更高，因为金纳米粒子可以捕集光生电子，然后抑制光生电子 - 空穴对的复合[48]。Zhang等人[49]将钠添加到钯/氧化钛，导致了良好分散的钯物种，促进表面的OH基团的活化和化学吸附的氧气，从而显著的提高了Pd/二氧化钛催化剂对环境中甲醛的降解。这项工作进一步证实了碱金属离子对贵金属催化剂的催化活性有促进作用。熊平[50]通过改变光催化剂纳米TiO2载体、紫外光波长以及纳米TiO2浓度等影响甲醛降解效果的因素，结果表明，以10 mm 厚度海绵状活性炭过滤网为载体,在波长为365 nm 的紫外光照射下，TiO2浓度为4%时，甲醛去除率可达93.88%。

在陶瓷和瓷砖的表面和建筑玻璃涂上一层纳米TiO2薄层，具有防污、防雾功能。同时，抗菌钛可杀死周围的菌类，具有抗菌功能[51,52]。因此纳米TiO2可作为抗菌防霉材料和防污自洁材料[53,54]。纳米TiO2光催化因其具有良好的降解作用，被用于净化器的制备[55]。

4.8 植物净化技术

植物净化空气的有效途径是通过光合作用释放氧气，吸收二氧化碳；通过蒸腾作用降低温度和调节湿度；使粉尘沿着叶粘液分泌；在根系和土壤中微生物能吸收有毒气体的分解，它由一系列物理和生化反应。分解有毒的空气能提供营养给自己[56]。能净化空气中污染物的植物主要有芦荟、吊兰、绿萝、虎尾兰、常青藤、万年青、美人蕉、石竹等

[57]。周亶等人[58]用金边吊兰和常青藤这2种植物对不同浓度的甲苯进行降解，结果表明，2种植物的降解能力随甲苯浓度增加而降低。耿孝恒等人[59]对吊兰、虎尾兰等5种绿色植物吸收甲醛能力进行了测定，研究发现，所选植物对甲醛都有较高的吸收率，吊兰吸收甲醛的能力最好，绿萝吸收甲醛的能力最差。绿色植物可以过滤和吸附颗粒物，而且植物自身具有杀菌能力。对于阳性植物应放在窗户附近有足够的阳光；阴生观叶植物和部分遮荫的植物应放在黑暗的地方。对于在湿度高的卫生间和厨房，阴生植物大叶是最好的。这是因为冬季室内干燥，所以阔叶植物需要浇水应该发展以增加湿度。但在中国的南方，由于湿度高，减少喷水，这需要一点点水的阳性植物保持。对于在客厅，选择观叶植物可以吸收较多有毒气体，如吊兰，虎尾兰等。所以应该根据房间功能、植物生态习性、照明、湿度和污染物种类选择所需要的植物[56]。

5 室内空气污染的防控措施

5.1 完善监测标准，加强监督管理

国家应完善相关室内空气质量的相关标准的制定与修订工作。政府有关职能部门应该履行装修行业的监督管理。

5.2 控制污染源

应从装修材料、电器和家用化妆品、人为活动等方面减少室内污染物的排放。尽量使用绿色、无污染的装修材料。

5.3 合理使用净化技术

根据室内空气污染的主要污染物的特征，合理地使用净化技术。

5.4 加强公民防范意识

政府有组织地扩大宣传室内空气污染的知识，加强公民防范意识。呼吁公民对室内的环境进行定期监测。对于室内污染较严重的地方给予有关建议和指导。

6 结语

我们的大部分时间在室内，如办公室，学校，家庭等，所以室内空气质量对人体健康非常重要。虽然改善室内空气质量的技术有很多种，但是，并不是每个室内环境都适合每种技术，人们应根据实质情况，选择合适的控制技术。而且，目前的室内空气控制技术有一定的局限性，所以随着社会科学技术的进步，新的室内空气质量的技术有待发展。

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X502

A

1007-550X（2016）-0035-08

10.3969/j.issn.1007-550X.2016.05.002

福建省自然科学基金项目（2012J01197）。

2016-04-20

刘智杰（1977- ），男，福建沙县人，工程师，主要从事环境监测方面的工作。