室内装修影响下周边环境空气甲醛量动态监测研究

关键词：甲醛污染；周边环境空气；传感器节点分布；自适应卡尔曼滤波器

中图分类号：X830 文献标志码：B

前言

甲醛是一种常见的有害气体，广泛存在于家具、装修材料等室内用品中，对空气质量和人体健康产生重要影响。释放速度受多种环境因素如空气流动、温湿度等的影响，随时间减缓，形成峰值浓度，导致空气污染。因此，动态监测室内装修材料中甲醛的释放量至关重要，以保障人们的健康，减少对环境的污染。

甲醛释放是长期且复杂的动态过程，可能通过开窗通风、控制室内温湿度等方法扩散至周边环境，造成污染。国内学者已对此展开研究。为此，国内专家学者展开大量研究。赵长民等人采用乙酰丙酮荧光法，设计甲醛在线监测方法，并对其性能展开测试，实验结果表明，满足大气中甲醛含量的监测需求。刘芳等人通过不断调整空气净化装置的送风量、初始质量浓度和净化技术，得到室内装修材料释放甲醛的衰减特性，实现对其动态监测。

结合上述两种算法，研究提出一种室内装修影响下周边环境空气甲醛量的动态监测方法。首先分析甲醛浓度与吸光度关系，构建传感器节点分布模型采集甲醛含量。利用CKF进行数据统计与融合，揭示甲醛动态变化规律，实现对甲醛量的动态监测。实验验证表明，该方法与实际结果一致，证明其有效性和可行性。

1甲醛污染物危害分析

甲醛是无色气体，具刺激性，可溶于水、醚、醇。35%～40%的水溶液形成福尔马林。装修材料中的甲醛因温湿度而长期释放，且胶合剂也会释放甲醛，影响空气质量。高浓度甲醛排放导致局部污染，特定条件下加剧臭氧层破坏。为评估装修环境甲醛浓度变化，需了解释放方式和对大气的危害，为动态监测提供理论支持。

甲醛污染生态环境的方式多样：导致室内空气污染，危害人体及宠物、植物健康；随空气流动污染城市和工业区；与污染物反应，生成二次污染物，加剧大气和水体污染。为减少危害，需严格监管甲醛排放，提高材料环保标准，加强室内通风，并提升公众环保意识。

2试验

2.1试验材料选取

为研究甲醛在空气中的动态变化，从3个厂家选3块人造板材，切割成500 mm正方形试件，用无甲醛胶带密封四边。将2块试件垂直放气候箱中，定期抽取气体检测甲醛含量，揭示甲醛释放动态变化。

2.2试验仪器与试剂

气候箱选择体积大小为1m³的HAINATQWH-1000，温度和湿度的调节范围分别为15℃～30℃、30%～80% RH，内壁采用镜面不锈钢板结构，可以监测甲醛释放。采样器选取的型号为HAINATLZB-4WB，可见分光光度计型号为TU-1901，波长可达到412nm。

试验试剂参数为：1.0mol·L^-1的硫酸溶液、0.1 mol·L^-1的氢氧化钠溶液、0.1mol·L^-1的硫代硫酸钠标准溶液、1%的淀粉溶液、0.4%的乙烯丙酮溶液、20%的乙酸铵溶液。

2.3标准曲线表达

为确定样品中甲醛的浓度值，实现对周边环境空气中的甲醛污染物量的定量检测，即通过测量吸光度确定甲醛浓度。二者之间关系见表1。

通过表1可知，甲醛浓度计算公式为c= 12.1A-0.2，c与A之间的标准曲线为R²=0.9998、斜率为f=12.1。

2.4动态监测方法设计

甲醛浓度与吸光度的关系适用于溶液，不适用于动态监测空气中甲醛浓度变化。为此，结合传感器与CKF滤波器，传感器采集空气样品中的甲醛量，CKF滤波器处理数据，实现动态监测。

2.4.1甲醛释放特征量预测

为了实现对甲醛污染物量的精准监测，建立室内装修材料甲醛污染物量动态监测模型。利用传感器动态采集室内周边环境空气中的甲醛量；借助CKF滤波器整理和研究采集的甲醛量。甲醛含量数据采集是实现动态监测的基础，基于分布式原则，建立传感器节点分布模型图见图1。

3实验测试

动态监测空气中甲醛量可提供实时准确数据，评估特定地区污染程度，分析甲醛来源、传输路径及生态影响，制定环保策略。为验证所提方法的精准性，对比基于乙酰丙酮荧光法和甲醛净化模块特性的动态监测方法。实验采用SGAS701甲醛传感器和KF-200 CKF滤波器，MATLAB/Simulink为仿真环境。

3.1实验设定

在装修中的商场选取10个观测点，分别位于商场不同楼层和功能区，远离通风口、门窗和墙壁，以实现周边环境空气甲醛污染物量的监测。观测点按01-10编号，划分为5个功能区。

按照GB/T18204.26-2000标准对商场周边环境空气中的甲醛释放量进行测定，按照GB/T15516-1995标准执行，空气采样由TH-110B型号传感器来完成。

通过查阅相关资料已知，空气中的甲醛含量阈值为0.12 mg/m³。对10个观测点的样本吸光度进行计算，得到每个观测点的甲醛含量，经换算后得到的甲醛浓度值。

3.2三种算法监测相对误差对比

经过实地走访调查后发现，该商场装修材料中甲醛释放量最高的三类板材分别是细木工板、胶合板和强化复合板，利用所提方法和方法1、方法2分别对三类板材甲醛释放量进行监测，将相对误差作为实验指标，相对误差值评估监测的准确性。相对误差值较小意味着监测结果与实际值较为接近，监测数据的准确性更高。对比三种算法监测结果的相对误差值，结果见图2。

通过图2看出，无论针对哪种板材，所提方法取得的监测相对误差值都是最低的，始终保持在6%以下，而另外两算法相对误差值要高一些。得出所提方法针对不同类型的装修材料甲醛释放量，均可实现精准监测。

3.3三种算法监测性能对比

利用三种算法分别对商场装修周边环境空气的甲醛释放量进行动态监测，与图2中的甲醛浓度值进行对比，用O为实验环境对甲醛的评价标准，I=γ/O为实验环境质量指数，B=γ/O-1为甲醛含量超标倍数，监测结果见表2。

从表2看出，所提方法监测结果与实际结果完全相符，另外两种算法均出现不同程度的偏差，验证所提方法在甲醛污染物量动态监测中的有效性和可行性。

4结束语

通过监测数据了解甲醛的分布特点和污染源的分布情况，有助于合理规划和管理土地利用、城市建设、工业排放等方面。在大气中，甲醛参与光化学反应，进而对周边环境的空气质量造成负面影响，高浓度的甲醛可能对植物和动物产生毒性作用，影响生态系统的平衡。为此，针对室内装修影响下的周边环境空气甲醛量动态监测，开展甲醛污染物量动态监测试验；对传感器进行部署规划，用于采集空气中的甲醛含量，同时结合CKF滤波器，对采集到的数据进行统计，实现对周边环境空气甲醛污染物量的动态监测。展开对比实验测试，结果表明，所提方法监测结果与实际结果一致，无论是监测哪种类型的板材，可保证监测结果具有最低的相对误差。