（环境科学专业论文）室内空气中甲醛污染控制研究.pdf

ab s t r a c t c o n d i t i o n . a p o s i t i v e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e c h a n g e o f f o r m a l d e h y d e c o n c e n t r a t i o n a n d a c r e a g e o f d u p e i n t h e n a t u r e l i g h t e x p r e s s e d a s y = 0 . 1 7 6 9 e 0 9 0 4 s ( r = 0 .9 5 5 1 ) ; a s in t h e u v l i g h t th e p o s it i v e c o r r e l a t io n e x p r e s s e d a s y = 3 .6 2 7 x 0 x4 0 4 ( r = 0 .9 9 3 3 ) . 6 a c t u a l i n d o o r f o r m a l d e h y d e c o n c e n t r a t i o n i s m o r e c o n c e n t r a t e d a m o n g 0 .3 - 0 .5 m g / m 3 , t h i s a rt i c le h a v e d o n e t h e s im u la t i o n t e s t s w it h in t h e c o n c e n t r a t i o n o f f o r m a l d e h y d e . s i m u l a t i o n t e s t r e s u lt s w i t h t h e e x p e r im e n t a l r e s u l t s i n l i n e . 7 a c c o r d i n g t o t h e c o n s e r v a t i o n o f m as s , t h i s a r t i c l e h a v e e s t a b l i s h e d t h e m a t h e m a t i c m o d e l w h i c h c a n p r e d i c t s f o r m a l d e h y d e c o n c e n t r a t i o n a f t e r u s i n g nhoto c he m ic al c ataly s is in theuvli咖 ， t he mo ae l is : c = cl e 一 ， ， -1v/p h o to c h e m ic a l c a ta ly s is in th e u v lig h t , t h e m o d e l is : c = c ,e - 1 7775。 k e y w o r d : i n d o o r a i r q u a l i t y , i n d o o r a i r p o l l u t i o n , f o r m a l d e h y d e , a c t i v a t e d c h a r c o a l , o z o n e ， l i g h t c a t a l y s t c o a t i n g i v 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的 学位论 文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了 文中 特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已 经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为 获得 南昌大学 或其他教育 机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的 任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 (手 写 ): 浪 薇签 字 、:67 年 月 w日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了 解南昌大学有关保留、 使用学 位论文的 规定， 有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘， 允许论文被查阅 和借阅。 本人授权南昌大学可以 将学位论 文的 全部或部分内 容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名 ( 手写) : 签 字日 期 : o t年 6月 导师签名 ( 手写) : 签 字 日 期 卿 i y 年 月 iv v日 .足 菠着 演日 加 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址 : 电话: 邮编: 14 p 7 0v /# ) 第一章绪论 第一章绪论 1 . 1甲醛的来源 随着化学工业的发展和生活设施的现代化，我国甲醛及甲 醛树脂的产量逐 年增加，应用范围 越来越广。由建筑材料及家具排入空气中的甲 醛逐年增加， 尤其在室内装修程度提高的当今，室内空气中的甲醛污染已引起人们的极大关 注。 环境中的甲醛主要由有机物质的燃烧以及多种自 然和人类的活动产生，也 可由空气中挥发性有机物通过光化学反应产生。自 然界中存在的天然甲醛是多 种自 然过程的产物。例如在森林火灾时有甲醛产生，腐殖质被阳光照射也能产 生甲 醛。由于甲醛是一种代谢中间产物，多数生物体内也存在低浓度的甲醛， 多 种细菌、藻 类、 浮 游生 物 和植物也能 释放甲 醛 1 1 1 . 工业废气、汽车尾气等在一定程度上均有一定量的甲醛排放到环境中，但 是这一部分含量很少。 据有关报道2 1 显示城市空气中甲 醛的年平均浓度大约是 0 .0 0 5 - 0 .0 1 m g / m 3 ， 一 般 不 超 过 0 .0 3 m g /m ; ， 这 部 分 气 体 在 一 些 时 候 可 进 入室 内 ， 是构成室内甲醛污染的一个来源。 室内空气中的甲醛主要来自以下三个方面: ( 1 )来自 建筑装饰、装修材料 甲 醛是一种良 好的溶剂，具有较强的粘合性，同时还可加强板材的硬度和 防虫、防腐能力，被广泛用作生产服醛树脂、含醛油漆等的原料。这些树脂用 作粘合剂，在各种装饰材料及家具中大量使用。以服醛树脂为粘合剂的各种人 造板 ( 胶合板、纤维板、刨花板等)、服醛树脂隔热材料 ( u f f i )、含醛类消 毒防 腐剂的水溶性涂料是室内甲 醛的主要来源2 4 1 。室内 空气中的甲 醛来源于室 内的人造板材等装饰装修材料，甲醛位于人造板材的深层而不是在表面，甲醛 的释放是一个缓慢的、连续的、不间断的过程，释放出来的甲醛在室内不断累 集而升高，导致室内甲醛浓度超标。聚脉醛树脂是一种由尿素和甲醛缩聚而成 的氨基树脂胶粘剂，它会慢慢释放甲醛，高温及高湿下，服醛树脂会加快水解， 释放甲醛量增多，夏季甲醛释放量高出平时的2 0 %3 0 %。室内 装修时，家具及 能大量释放甲 醛的建筑材料纷纷进入室内，地板胶、塑贴面、 胶合板、乳胶漆、 第一章绪论 合成纤维、粘合剂等都会释放出甲醛，新装修的宾馆、客房、家庭居室，由于 使用了上 述装修材料，易 造成室内空气甲 醛污染5 ,6 1 。 室内 装修所致室内空气中 甲 醛污染具 有普遍性、 潜在性和长期性。日 本横滨国 立大学的 研究表明 1 7 1 ， 室内 甲醛的释放期一般为3 - 1 5 年。 ( 2 ) 来自 燃料和烟叶的 不完全燃烧 使用不同的燃料，如木、煤、煤油及液体石油，都能导致一定的甲 醛和其 它污 染 物 产生 u 。 有 报 道 表明 9 ,10 1 ， 北京 远 郊 农 村 住 宅的 厨 房内 ， 若同 时 使 用 煤 炉 和 液 化 石 油 气 ， 甲 醛 浓 度 可 达 0 .4 m g / m 3 以 上 ， 同 时 发 现 厨 房内 甲 醛 浓 度 变 化曲 线中峰值的出现时间与炊事时间相吻合。人们吸烟产生的烟雾中也会产生甲醛。 我国又是一个烟草消费大国， 经常吸烟人口 总数超过3 .2 亿人，吸烟人口 总量占 全世界的1 / 3 1 1 1 1 。 吸烟时从主流烟和侧流烟中 排放出大量有毒有害的 化学物质。 其中主 流 烟 ( m a in s tre a m s m o k i n g ) 是 指 吸 烟 者自 己 吸 入的 烟 雾， 侧 流烟( s id e s t r e a m s m o k i n g )是指排入空气中的烟雾。香烟主流烟雾中甲 醛平均浓度为 2 1 2 m g /m 3 ， 侧 流 烟 雾为1 8 - 5 8 m g /m 3 ， 每天 吸 一包 烟主 流 烟雾甲 醛累 计 暴露 为 1 . 1 8 8 - 2 .3 8 2 m g , 平 均 l m g 。 在 3 0 m 3 的 室 内 吸 两 支 烟 可 使 室内 空 气 中 甲 醛 浓 度 高 达 。 . l m g /m 3 以 上 ， 每 吸 一口 烟 容 积 约 4 0 m l ， 甲 醛 浓 度 可 达 8 1 u g ( 即 2 .0 2 5 m g /m 3 ) 1 1 2 1 ( 3 )来自 化妆品、清洁剂、杀虫剂、消毒剂和防腐剂等日用品 日 常使用的化妆品、清洁剂、杀虫剂、化纤纺织品、书籍、印刷油墨等日 用品中有些也含有甲 醛。尤其是广泛应用于医院、科学实验室，病理及解剖时 作为消毒剂和防腐剂直接使用的 福尔马林对空气污染尤为严重 1 3 1 1 . 2甲醛的特性及对人体的影响 1 . 2 . 1甲醛的理化特征 甲 醛( f o r m a ld e h y d e m e th a n a l m e th g le n e o x i d e ) 14 1 ， 分 子 式( h c h o ) 又 名 蚁醛，是一种无色气体，可燃，有强烈刺激性气味，有毒。分子量为3 0 .0 3 ，沸 点一 1 9 . 5 0c ， 熔点一 9 2 0c ， 相对密度1 .0 4 ， 略重于空 气， 与空气形成爆炸性混合物， 爆炸极限7 % - 7 3 %。甲醛溶于水、丙 酮、乙醇、乙 醚和苯，其3 0 % - 4 0 % 的水溶液 就是人们所知的 福尔马林， 在医学上用作防腐剂和消毒剂。甲醛溶液易发生自 发聚合，即在低温久置时，溶液内部易出现浑浊，底部可能会生成多聚甲醛白 第一章绪论 色沉淀物，此现象在冬季尤甚。甲 醛含轻基官能团，碳和氧以 双键相连。 经基 碳 原 子以 三 个 s p 2 杂 化 轨 道 与 一 个 氧 原 子 和 两 个 氢 原 子 形 成 三 个 s 键 ， 这 三 个 键 分 布在同一平面上。 碳原子上还有一个p 轨道，则与氧原子上的 一个p 轨道侧面交 叠形成兀 键，同时由于氧原子与两个氢原子的不同，甲 醛分子形成不等性杂化。 1 . 2 . 2甲醛对人体健康的危害 甲醛是一种原生毒质，可经由吸入及皮肤接触而影响人体健康。它对人体 的 毒 害 作 用 涉 及多 系 统、多 器官 1 5 1 。甲 醛对 人 体 健 康的 危 害 主 要 有以 下 几 个 方 面: ( 1 )刺激作用 甲醛作为一种常见的环境污染物，首先被人们研究的是甲醛的刺激毒性。 h o lm s t r o m 等 人 16 1 的 研 究结 果 表明 ， 甲 醛的 刺 激 毒 性主 要 表 现为 神 经 及呼 吸 系 统 症状，如头痛、头昏、咽干、咳嗽等。急性刺激反应最常见的是眼部、呼吸道 的刺激症状以 及头痛，如不适、 流泪、打喷嚏、咳嗽、恶心、呼吸困难 1 7 1 。长 期慢性吸入甲醛可导致慢性呼吸道等疾病的增加。表1 . 1 给出了不同甲醛浓度对 人体的刺激作用。 表1 . 1短时间甲 醛暴露的人体健 康效应11 8 1 人 体 健 康 效 应甲 醛 浓 度( m g / m 3 )人 体 健 康 效 应甲 醛 浓 度( - 9 /m 3 ) 嗅 闽 眼刺激闽 咽刺激闽 眼刺激感 0 . 0 6 -1 . 2 0 . 0 1 一1 . 9 0 . 1 -3 . 1 2 . 5 -3 . 7 流泪 ( 3 0 分钟暴露) 剧烈流泪 ( 1 小时暴露) 危及生命:水肿、炎症 死 亡 5 . 0 -6 . 2 1 2 -2 5 3 7 -6 0 6 0 - 1 2 5 甲醛对皮肤也有很强的刺激作用，主要引起接触性皮炎和粘膜刺激症状。 甲 醛 蒸 汽 可以 在空 气中 直 接接 触 皮 肤， 当 空 气中 甲 醛的 浓度 为 0 .7 - 1 3 m g /m 3 时 ， 会 引起皮肤的 肿胀、发红。低浓度的甲 醛能抑制汗服分泌、 使皮肤干燥、开裂。 反复刺激可以引 起指甲 软化、黑褐色变。 ( 2 ) 对神经系统、免疫系统及内 分泌系统的影响 甲 醛属 于神 经毒物 1 9 。 试验表明 2 0 1 ， 它可以 引 起神 经系 统的 变性坏 死， d n a . r n a 合成减少。通过对长期接触甲醛人员的研究发现，其记忆力、灵敏度、平 衡功能、协调功能等都发生了不同程度的降低。 第一章绪论 在 低浓度下， 甲 醛 可引 起过敏 性哮 喘， 大 量接触时 还可引 起过敏性皮炎 2 1 1 对我国甲 醛作业工人免疫功能的 研究结果发现， t 淋巴 细胞低于正 常值。 低剂量 的甲 醛可使体液免疫增强，甚至产生各种过敏反应。具有遗传性过敏体质者或 对 化学药品 敏感者 在接触甲 醛后， 其 过敏表 现明 显加重 2 2 1 。甲 醛对人体内 分泌 系统也有影响。甲醛接触者可出现手颤、眼颤、手掌多汗、肢体麻木和指端触 觉降低。长期接触低剂量的甲 醛还可以引起妇女月经紊乱、妊娠综合症。 ( 3 ) 胚胎毒性与致畸作用 甲醛是公认的能产生胚胎毒性、导致胚胎畸形的重要环境污染物。甲醛能 够通过胎盘屏障，在子体组织中达到高于母体的浓度。甲 醛能够进入单碳循环， 通过一系列的反应引起加成反应以及d n a - 蛋白质的交联。 n 一 甲基氨基酸是甲醛 在体内的一种极其重要产物， 它能够参与线粒体d n a 、核 d n a 的 烷化反应，以 及线粒体的过氧化反应。孕鼠暴露于甲醛环境下。可以诱导胚胎的死亡，增加 胎儿畸形的发生， 减少抗坏血酸的浓度，引起线粒体、融酶体、内质网酶的异 常。酶的活性改变一直持续到出生后四个月。进一步的研究表明，母体在孕期 曾暴露于甲醛环境中其新生儿在出生后所进行的行为测试中表现出异常反应 2 3 1 ( 4 )致癌作用 1 9 8 1 年国 家 职业安 全与 卫生 研究所 ( n a t i o n a l i n s t i t u t e o f o c c u p a t i o n a l s a f e t y a n d h e a l t h n i o s h )将甲醛确定为致癌物，世界卫生组织 ( wh o )及美国环 境保护局( e p a ) 也均将甲 醛列为潜在的危险致癌物与重要的 环境污染物加以 研 究和对待。甲醛是经动物实验确认的致癌物质，其对人是否有致癌性则尚无确 切 证据 12 4 1 .美国 进行的甲 醛接触人群与非 接触人 群的流 行病学研究， 没有发 现 有超额死亡病例。但动物实验证实，甲醛能引起大鼠鼻腔扁平细胞癌，当吸入 甲 醛 1 9 .2 6 m g /m 3 连 续两 年 ， f - 3 4 4 大鼠 有 5 0 % 诱 发 出 鼻 腔 癌 2 5 1 。 在甲 醛 对 人 的 致 癌性方面则结论不一，但更多的报道显示暴露甲醛中的人群肿瘤死亡率显著高 于 非 暴 露的 人 群。 国内 刘金 玲 等人 19 1 研 究了 甲 醛与胃 癌 发 生 率的 关 系， 发 现甲 醛暴露者胃 癌发病的危险性是非暴露者的2 1 9 倍，且其发病与暴露浓度、暴露年 限呈显著正相关。 1 . 2 .3甲醛在室内的浓度限值 指导限 值2 6 1 ( g u i d e l i n e ) 或阐限 值 ( t h r e s h o l d l im i t v a l u e ) 是 指 在给定的 暴 第一章绪论 露时间内，特定人群在暴露于限值或限值以下水平的污染物时，不会出现直接 或间接的产生不良 健康效应。我国公共场所卫生标准规定室内空气中甲 醛最高 容 许 浓 度 为 0 . 1 0 m g / m 3 ( g b /t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 ) 。 人类在居室中接触的一般为低浓度甲醛。长期接触低浓度 ( 0 .0 1 7 - 0 .0 6 8 m g /m 3 ) 甲 醛 虽 然引 起的 症 状强 度 较 弱， 但也 会 对 人的 健 康有 较 严重的 影 响 。 表 1 - 2 给出了 用服醛树脂胶合剂引 起的各种疾病。翟敏等2 7 1 选择1 1 户未装修 住宅与 装修时间均在三个月左右的7 4 户住宅，进行了调查研究，结果见表1 .2 0 表1 . 2两组调查对象的不良 反应 眼痒、眼干闻到异味打喷嚏咽喉干 ( 痒) 组别总人数 人数 阳性率 人数 阳性 率 ( %) 人数 阳性率 ( %) 1 8 . 9 3 人数 阳性率 ( %) 8 9 5 2 . 7 3 22 0 . 7 1 3 . 0 3 4 1 2 . 1 2 1 3 . 0 3 2 6 . 0 6 301 l6933 装修组 未装修 对室内水平而言， 当甲醛的室内环境测定值超过1 0 %时就应引起重视。 相关 流行病学研究也发现长期接触高浓度甲醛的人群，可引起鼻腔、口、咽喉部癌、 消化系统癌、 肺癌、皮肤癌和白 血病。1 9 9 5 年，国际癌症研究机构 ( i a r c ) 将 甲 醛确定为可 疑致癌物2 8 -3 2 1 。 所以 寻 求有效的治理 方法以 清除室内 空气中甲 醛 及其他挥发性有机污染物已 成为关系到人们身体健康而lip 待解决的问题，同时 也成为环境污染物治理研究中的热点之一。 1 .3国内外室内空气污染研究概况 针对室内空气污染问题，国内外都进行了一定的研究.国外早在2 0 世纪6 0 年代末期就出现了关于室内空气质量问题的报道.8 0 年代开始，美国、日 本、 加拿大和欧洲各国的报纸杂志上频繁出 现病态建筑物综合征 ( s b s ) ， 建筑相关 疾病 ( b r i ) 和化学物质过敏症 ( m c s ) ， 室内 空气质量问 题越来越为公众所关 注3 3 ,3 4 1 ; 在 2 0 世纪8 0 年 代， 我国 的 预防 医 学工作 者开 展了 有 关室内 空 气质量问 题 的研究，但是主要集中于然料燃烧、烟草烟雾和烹调油烟的研究。近年来，随 着住房私有化进程不断加快，房屋装修日 益普遍，使得室内空气污染物的来源 和影响室内空气质量的因素越来越复杂，室内空气有恶化趋势。正是在这样的 背景下，人们对室内空气质量的重要性有了更加深刻地认识，并且从国家层次 第一章绪论 开始着手室内空气污染的控制工作。 1 . 3 . 1国内研究概况 近年来，人们越来越崇尚办公和居室环境的舒适化、高档化和智能化，由 此带动了 装饰装修热潮和室内设施现代化的兴起。良 芳不齐的建筑材料、装饰 材料的不断涌现，以及越来越多的现代化办公设备和家用电器进驻室内，使得 室内 成分更加复杂，室内甲 醛、苯系物、氨气、臭氧和氛气等污染物浓度水平 远远高于室外， 由此引起“ 病态建筑综合症” 的患者越来越多。 北京某儿童医院在 接诊白血病患儿时，对其家庭居住环境进行了调查，发现多数小患者家中近半 年之内曾经进行过居室装修，而且大多是豪华装修。天津市卫生防疫中心最近 调查监测了 新建及新装修的 幼儿园、写字楼、家庭居室等1 8 0 余户 近3 万 时的建 筑， 发现室内空气质量合格率仅为3 4 .7 % 13 6 1 。 其中， 在不合格的室内 空气中，甲 醛的超标率为2 7 . 8 %，苯系物 ( 苯、甲苯、二甲苯等) 超标率为1 4 .6 %. 2 0 0 2 年5 月，国家质检总局针对消费者反映较大的木制家具污染室内环境问题，抽查了 北京、上海、广东、浙江、江苏、福建、 河北七省市8 7 家生产企业的8 7 种木制 家具产品，产品合格率仅为6 4 .4 %。据了解，我国每年因建筑涂料引起的急性中 毒 约 4 0 0 起， 1 . 5 万余人中 毒， 死 亡约3 5 0 人， 造成 慢性中 毒 达1 0 万 余 人次 3 6 -3 9 1 。由 于室内空气污染的危害性及普遍性，有专家认为继“ 煤烟型污染” 和“ 光化学烟雾 型污染 ” 之后， 人们己 经进入以 “ 室内空气污染” 为标志的 第三污染时期13 9 1 2 0 0 1 年初到2 0 0 2 年底，建设部、国家质检总局、卫生部、国家环保总局几 个部委同时启动制订有关室内空气相关标准的工作并相继出台了 住宅装修工 程施工规范、 民用建筑、室内环境污染控制规范和 建筑装修工程质量 验收标准 ( 修改稿)， 2 0 0 2 年7 月1 日正式实施 室内建筑装饰装修材料有害 物质限量( g b 1 8 5 8 0 - 1 8 5 8 8 - 2 0 0 1 和g b 6 5 6 6 - 2 0 0 1 ) 法规， 该 法规规定t 包括人 造板、内墙涂料、木器涂料、胶粘剂、地毯、壁纸、家具、地板革、混凝土外 加剂、建筑材料放射性物质等1 0 项材料，属强制性国家标准。 2 0 0 3 年3 月1 日 我 国第一部与室内空气质量相关的标准 室内环境质量评价标准 ( g b / t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 )也正式实施。标准的内容包括住宅居室和办公场所室内 环 境质量标准两个部分，控制项目 有可吸入颗粒物、甲醛、二氧化碳、二氧化硫、 氦氧化物、苯、氨、 氛、 t v o c s 、 温度、 相对湿度、空气流速、 细菌总数、噪 声、二甲苯、新风量等。 这些法规和标准将共同构成我国较完整的室内环境污 第一章绪论 染控制和评价体系，为依法管理室内装修业提供了法律依据。 我国各项研究工作刚刚起步，相继开展了一些工作，如不同地方、环境场 所中室内污染物的检测及其污染物对人体的刺激影响4 0 ,4 1 1 ， 少数单位利用环境舱 室对材料的释放量和材料的毒害、毒性进行模拟研究，污染控制技术的开发研 究4 2 -0 5 1 。 如何降 低或消除室内 空气污 染物成为 政 府和广大 科研人员 关 注的 重点. 室内空气污染控制的途径有三大类，即源控制、通风和空气净化。对于源控制， 我国现阶段主要是通过实施 限量法规和改进生产工艺来进行。通风是改善 室内空气质量，减少病态建筑综合症的重要途径，但是增加通风所带来的能耗 增加也不可忽视4 6 ,4 7 1 。 因 此， 我国 研究人员一直致力于如何合理进行室内 通风的 研究. 如:马 仁民 145 1 的 通风的 有效性与 室内 空 气品 质的 研究， 李 先庭14 9 1 等人通 风 房间 的 空 气龄的 研 究， 吴 果 5 0 ,5 11等 人 进行的 室内 通 风 量 计 算的 研 究。 国 内 也 采 取了如催化转化、活性碳吸附、光催化氧化及其组合技术等治理室内污染物的 研究，以 期降低室内空气污染物的 浓度， 给人们创造健康的生活空间。 1 . 3 . 2国外研究进展 1 9 8 3 年，世界卫生组织 ( wh o )开展大规模调查，初步掌握室内空气质量 问题的成因、现状和危害。此后，西方发达国家纷纷开展室内环境污染问题的 研究，室内环境质量问题于2 0 世纪8 0 年代逐步成为国外环境领域的研究热点， 室内 环境与健康也成为公众瞩目 的焦点。 2 0 世纪6 0 年代北欧、美国和其他国家先后开始大量使用甲醛制品，如用酸 醛树脂和酚醛树脂作原料制成胶薪剂、墙缝填充剂和多种人造板材等。其中， 服甲 醛泡沫树脂隔热材料在那个时期曾被大量用于构建房屋，特别是移动房屋， 致使大量甲醛释放到室内，很多居住者出现了急性刺激和急性中毒症状，甚至 引起中毒性肝炎。这些问题在当时的社会上引起了很大的震动。于是，工业卫 生、 坏境保护、化 学化工和建筑装演等专业的 工作人员围 绕着甲 醛污染问 题， 相继开展了环境监测、流行病学调查、临床观察、工艺改革及相应的实际工作 和 科学 研究 1 . 2 0 世 纪 8 0 年 代美国 环 境保 护 总 署 e p a ( e n v ir o m e n t a l p r o t e c t io n a g e n c y ) 得到 一 个令 人吃 惊的 结 论: 对 于 挥 发 性 有 机 化合 物来 说， 室内 污 染 源 对人体总暴露的贡献远远高于室外工业污染源。与此同时，室内环境管理机构 也开始在发达国家或地区形成，如美国环保局于1 9 8 8 年在其空气与辐射司下设 了室内 空气质量( i a q ) 程序办公室， 1 9 9 5 年又与较早设立的ig分部合并成立了 第一章绪论 室内 环境处，并附设了 两个与 室内 环境相关的国家实验室， 在相关部门设立了 室内环境的 监管、执法机构。 目 前 ，国际尚未建立统一的室内空气质量评价方法与 标准，研究者提出了 主 观评价、 客 观评价以 及综合评价方法5 3 ,5 4 。 室内 空气质量 模拟与预测的研究能 揭示室内空气污染规律，为室内 污染防治、人们健康生活提供切实指导。目前 的研究主要有三种方法: 利用射流原理进行分析和预测: 利用相似性原 理进行的 模拟实验方法: 利用计算机求解室内 气流控制方程组的数值预报方 法。 1 . 4课题的 研究目 的及内 容 1 . 4 . 1研究目的 确定室内空气中甲醛的来源。 进行空气中甲醛污染控制模拟研究，开发安 全可行的室内空气污染控制技术和措施。 1 . 4 .2研究内 容 ( 1 )采样调查南昌 市居民室内空气质量，检测室内空气中甲 醛浓度分布及 含量;确定室内空气中甲醛的来源。 ( 2 )研究探讨改善室内空气污染状况的技术和措施，以缩短污染源释放周 期，降低居住者暴露水平;为研究开发经济有效的室内空气净化技术提供数据 支持。 ( 3 )建立应用方便、使用范围广、参数少且容易确定、预测结果准确的使 用空气净化措施后室内空气甲醛浓度的预测模型，为改善居室空气质量提供有 效建议。 第二章 室内 空气检测 第二章室内空气检测 我国室内空气质量问题的研究起始于2 0 世纪末，政府于2 0 0 2 年1 月1 日和 2 0 0 3 年3 月1 日颁布实施了 民用建筑工程室内环境污染控制规范 ( g b 5 0 3 2 5 - 2 0 0 1 )和 ( 室内空气质量标准 ( g b / t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 )。 2 . 1南昌市自 然环境概况 南昌市地处江西省中偏北部，长江中下游，赣江、抚河下游，都阳湖西南 岸， 位于东经1 1 5 0 2 7 至1 1 6 0 3 5 、北纬2 8 0 0 9 至 2 9 0 1 1 之间， 东部与上饶市 毗邻，南和抚州市相连，西同宜春市交界，北与九江市接壤。南昌是唯一一个 与长江三角洲、珠江三角洲和闽东南经济区相毗邻的省会城市，承东启西，纵 贯南北。 全市水网密布，赣江、抚河、锦江、 潦河纵横境内，湖泊众多，有军山湖、 金溪湖、青岚湖、瑶湖等数百个大小湖泊，市区湖泊主要有城外四湖:青山湖、 艾溪湖、象湖、黄家湖 ( 含礼步湖、蝶子湖) ，城内四 湖:东湖、西湖、南湖、 北湖。城在湖中，湖在城中。 南昌市属亚热带湿润气候，温暖湿润，四季分明，温差较大，夏季酷热， 冬季寒冷，春季雨量较多，秋季气候景色十分宜人，平均气温 1 7 . 5 1c ，最低一 月平均气温4 . 9 c， 最低气温- 9 .9 c， 最热七月 平均气温2 9 .7 0， 最高气温4 3 .2 1c . 年平均日 照率为4 3 % ，达1 8 8 8 .5 小时。 南昌市雨量充沛，多年平均降雨量1 6 4 5 m m，且分布不均，4 至6 月份为雨 季， 约占 全年总降雨量5 2 %， 春夏两季的降雨量为全年的7 2 . 1 %， 秋冬季分别为 1 4 . 3 % 和1 3 .6 % 。 全年相对湿度变化范围为7 2 8 4 % ，年平均相对湿度7 8 % 0 全年平均无霜期 2 7 7天，降雪较少。且光照长而强，其辐射量为4 1 8 . 6 4 7 7 .2 k j / c m o 南昌 市全年主 导 风为n ( 北) 风， 出 现频 率为1 7 .7 % ; 其次为n e ( 东 北 ) 风， 出 现频率为1 2 .7 % : 最小频率的风向出 现在s s e ( 东南偏南) ， 出现频率为0 . 5 % ; 全 年静风出 现频率为2 4 .7 %. 春、秋、冬季均以n ( 北) 风为主导风向，出 现频率分 别为1 6 .4 % . 2 3 .2 % . 2 1 .5 % ; 夏季以s w ( 西南 ) 风为主导 风向 ， 出 现频 率为1 2 .8 % a 第二章 室内 空气检测 四季静风出现频率分别为2 5 .9 %, 2 4 .8 %. 2 1 .4 %. 2 6 .6 %。由于南昌市位于季风 气候区， 拥有3 个风频高的盛行风向，全年n . n e风频相近，方向 基本一致; 夏季的 主导风向 为s w， 与 次主导风向 相反， 也与全年主导、 次主导风向大致相 反。 2 .2室内空气污染物检测 室内空气污染物的种类和浓度与建筑物使用功能和密闭性、室内 装饰装修 状况、室内外气候和卫生环境因素以及检测采样方法、时段及仪器设备等有关。 为保证检测结果的代表性、准确性和可比性，应充分研究这些影响因素，严格 按照国家制定的规范和标准进行检测和数据分析。 2 . 2 . 1污染因子选择 不同功能建筑物，如学校、商场、办公室、餐饮娱乐、洗衣房和居民住宅 等污染物种类和浓度水平存在差别。检测之前应对室内环境和使用状况进行初 步了解，判断主要污染物种类。 目前，我国城镇所用大部分装饰材料如人造板、水溶性涂料、胶粘剂和壁 纸等材料在其生产过程中不同程度的使用醛类化合物。水溶性涂料中由于含有 未反应完全的游离甲醛，在涂料施工及养护过程中会逐渐释放出来，对人体造 成危害。人造板生产常用的胶粘剂有酸醛树脂、服醛树脂和三聚氰胺甲醛树脂 等，其中脉醛树脂以其价格低廉、使用方便和胶合性能优良而成为人造板生产 上 最为 常 用的 胶粘剂 s s 脉醛 胶的 主 要原 料是尿素 和甲 醛。 居室 装饰中 所用的 大多数装饰材料在一定条件下，都会向周围环境中释放甲醛，成为室内甲 醛污 染的主要来源。 故本研究确定污染因子为甲醛。 2 . 2 . 2采样点数最和位it 采样点的数量和位置是保证检测结果准确性的重要环节。国家标准g b 5 0 3 2 5 - 2 0 0 1 1 6 1和 g b / t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 e5 1 1 中 已 有 相 应 的 规 定 ， 采 样 点 的 数 量 根 据 室 内 面 积大小 和现场 情况而 确定， 以 期 正确反 应室内 污染物的 水平。 原则 上小 于 5 0 扩 的 房间 应设1 - 3 个点， 5 0 - 1 0 0 甘设 3 - 5 个点; 1 0 0 扩以 上至少 设 5 个点。 在 对角 线或 梅花式均匀布置。采样点应避开通风口，距墙大于0 . 5 m。采样高度原则上与人 第二章室内空气检测 的呼吸带高 度一致， 相对高度0 . 8 - 1 .5 m 之间。 本研究确定采样地点定在南昌市青山湖区、高新区、红谷滩区三个区的居 民住宅内的2 0 个居室，检测室内空气样品数5 3 个，其中未装修居室室内空气样 本2 0 个，装修后居室样本3 3 个。 2 . 2 . 3检测时段 检测时段应保证采样的样本能代表室内空气污染的状况，满足室内空气污 染评价要求。 室内空气污染物浓度随着各种环境因 素的 变化也有增减， 司 。 因此， 民用建筑工程室内空气甲醛、苯、氨、总挥发性有机化合物浓度检测时，应在 关闭门 窗1 2 h 后进行采样. 采样时 段应涵盖通风最差的时间段。 有关专家指出 5 9 一般可选择有代表性的时段进行污染物检测，按均等时间检测3 一次，结果以均 值形式报出。目前，一方面居民住宅检测服务过程中，居民难以接受全天在居 民家中长时间连续采样或多次采样检测的规定;另一方面检测服务机构也没有 足够的人力和财力采用这种费时费力的方式进行监测，采样时间段一般由 居民 确定，因此在采样时段方面很难严格按国家标准实施检测。 由于实际情况， 本次调查研究时间为2 0 0 6 年9 - 1 0 月， 确定在每个居室检测四 次空气样本，检测频率为1 5 m i n / 次，检测结果为四次检测数据的平均值. 2 .2 . 4甲醛检测方法 用 h t v 型甲 醛 检 测 仪( 产 地 : w a l e s . u k ， 测 量 范 围 0 .0 1 - 1 0 m g / m 3 ， 精 度为 o .o l m g /m 3 ) 检 测 室内 甲 醛的 浓 度。 检 测 前 ， 先 根 据 室内 温 度 ， 用 校 准 器 对 甲 醛 检测仪进行温度补偿校正，然后进行检测，记录测定时的温度、 湿度，将所测 值换算成标准状况浓度值。同时记录室内表面积和装修面积。 2 . 3装修程度定义 为便于对所研究居室的定量描述，本文定义: 装修程度 装修面积 室总面积 x 1 0 0 0 / 0( 2 . 1 ) 装修程度 3 0 % 居室本文定义为初级装修，装修程度在3 0 - 6 0 %的居室为中级 装修，6 0 %以上的居室为高级装修。 第二章 室内空气检测 2 .4标准依据 参照 室内空气质量标准( g b / t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 ) 参数单位标准值 甲醛 ( h c h o) m 对 0 . 1 0 2 .5结果与讨论 2 .5 . 1新建成未装修的居室内甲醛浓度与 室外甲醛浓度的比 较 表2 . 1 为本文测定的南昌 市某新建成尚未装饰居室内甲醛浓度与室外甲醛浓 度的测定量。 表2 . 1未装修居室内 与相对应室外的甲醛浓度的平均水平 居室号未 装 修 居 室( m g / m 3 ) 相 对 应 的 室 外( m g /m ; ) 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 4 0 . 0 3 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 8 0 . 0 6 0 . 0 5 0 . 0 8 0 . 0 4 0 . 0 4 0 . 0 3 0 . 0 5 0 . 0 7 0 . 0 9 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 2 0 . 0 6 0 . 0 4 9 0 . 0 3 0 . 0 5 0 . 0 5 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 3 0 . 0 8 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 7 0 . 0 5 0 . 0 4 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 5 0 . 0 4 6 6，1 891011121314151617181920一x 1 2 第二章室内空气检测 本研究采集未装修居室室内空气样本2 0 个，室外空气样本2 0 个，甲醛检出 率 为 1 0 0 % . 室内 甲 醛 浓 度 范 围 。 .0 2 - 0 .0 9 - 9 1 m 3 ， 浓 度 平 均 值 为 0 .0 4 9 m g / m 3 : 室 外 甲 醛 浓 度 范 围 0 .0 1 - 0 .0 7 m g / m 3 ， 浓 度 平 均 值 为 0 .0 4 6 m g / m 3 。 以 上 表 明 : 新 建 成 未装修的居室内甲醛浓度与室外甲醛浓度比较无显著性差异，室内外甲醛浓度 均未超过室内污染物的国家标准。 由 此可以 看出， 造成室内污染的来源不是室外，而主要是室内的 装饰材料 所造成的。这是由于我国的民用建筑结构工程所用的建筑材料基本上是钢筋、 砂、砖石、水泥、商品混凝土和预制构件等，这些天然及合成材料中的甲 醛含 量一般很低， 所以 新建成未装修的居室空气中 这些物质一般不会超标16 0 1 2 .5 . 2装修程度不同的 居室内甲醛浓度的比 较 不同装修程度居室内甲 醛浓度的测定值见表2 .2 0 表2 .2初级装修与中档装修居室内甲醛浓度的平均水平 居室号初 级 装 修( m g i m b中 级 装 修( m g / m 3 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 9 1 9 x 0 . 4 1 0 . 51 0 . 2 8 0 . 7 3 0 . 3 0 0 . 1 6 0 . 0 7 0 . 1 3 0 . 0 9 0 . 2 5 0 . 2 2 0 . 1 4 0 . 7 0 0 . 1 3 0 . 4 4 0 . 3 2 0 . 7 4 0 . 2 5 0 . 1 0 0 . 31 4 0 . 8 7 0 . 7 5 0 . 2 4 1 . 0 3 0 . 1 5 0 . 3 5 0 . 2 7 0 . 5 6 0 . 3 3 0 . 7 0 0 . 6 8 0 . 0 6 0 . 1 1 0 . 4 2 0 . 4 6 6 第二章 室内空气检测 装修后居室空气样本3 3 个，甲醛检出率为1 0 0 %。其中甲醛浓度超标3 0 个， 超 标 样 本 占 9 0 .9 % ， 甲 醛 浓 度 范 围 0 .0 6 - 1 .0 3 m g / - , ， 浓 度平 均 值 为 0 .3 7 8 m g / m 3 . 甲醛污染程度与室内 装修程度密切相关，装修程度越高甲 醛污染越严重。这是 因为 我国大部分装饰材料如人造板、 水溶性涂料、胶粘剂和壁纸等材料在其生 产过程中不同程度的使用醛类化合物，居室装饰中所用的大多数装饰材料在一 定条件下，都 会向 周围 环境中 释放甲 醛6 p。 2 . 5 .3甲醛污染程度分析 按国 标 g b / t 1 8 8 8 3 - 2 0 0 2 浓 度 限 制 0 . 1 0 m g /m s 进 行 样 品 检 测 数 据 超 标 统 计 ， 居 室甲醛污染超标情况统计见表2 .3 . 表2 .3甲醛污染超标统计( n =3 3 ) 浓 度 范 围 / m g / m 3超 标 倍 数样本数2 个 超标率n o 0 . 0 6 一 1 0 未超标 2ji 1812从 .胜nu : u丙j .200 153.东 7 6 4 3 2 1 5 1 1 超标率 21 . 2 0-11-22-33-4仍5-66-77-99-1330 0 . 1 0 -0. 2 0 0 . 2 0 一 3 0 0 . 3 0 一 4 0 0 . 4 0 -0. 5 0 0 . 5 0 一石0 0 . 6 0 -0. 7 0 0 . 7 0 - 0 . 8 0 0 . 8 0 - 1 . 0 1 . 0 - 1 . 4 超标样本总数 统计结果表明:装修居室室内空气甲醛超标较严重。甲醛检测超标的3 0 个 样品中超标程度小于1 倍的样品占 2 1 .2 %，超标1 一 倍的样本量占 6 0 .6 0/ a ，即小于 超标4 倍的 样本量占超标样本数的8 1 . 8 %;超标4 - 7 倍的占 超标样本数2 4 .3 % ; 超 标 7 - 9 倍 的 占 超 标 样 本 数 3 .0 % ; 仅 有 1 个 样 品 浓 度 1 .0 3 m g / m 3 ， 超 标 9 .3 倍 ， 在 样 本 第二章室内空气检测 中所占比重极小，见图2 . 1 . 令裸怜耸 浓度 范围 m e / m 3 图2 . 1样本甲醛浓度范围分布表 通过室内空气甲醛检测结果和调查纪录显示:甲醛污染程度与室内装修材 料，家具的原材料、用量及装修后室内 通风状况等密切相关。在同一所居室中， 有新购置家具房间的甲醛浓度明显高于放置旧家具房间的浓度。这是因为家具 中 采用大量的 人造板作为原 料， 其 粘 合剂中 含大量甲 醛 6 0 1 。 据 2 0 0 1 年第1 季度国 家木家具监督抽查结果表明 6 1 1 ，被抽查的 6 1 种使用中密度纤维板生产的木制家 具中，甲 醛释放量符合g b /t 1 1 7 1 8 - 1 9 9 9 中密度纤维板规定 ( i f 飞、加厚创长彭套资压 0 - 1 1 - 2 2 - 3 3 - 4 4 - 5 5 -6 时间( h ) 图3 . 2甲醛各时段释放量 由图 3 . 1 , 3 .2可看出，甲醛的扩散过程基本上可分为三个阶段:一是初始 阶段， 此阶段甲 醛的 释放速率极快， 1 小时可释放出总释放量的5 0 % 左右; 二是 平缓期， 此阶段模拟舱空气中甲醛浓度逐渐升高，到 4小时左右释放出总释放 量的8 0 %以上;三是稳定阶段，此阶段甲醛释放量减缓，逐步趋于稳定。 3 . 4活性碳吸附法 3 . 4 . 1吸附法原理 国内外采取了多 种方法来治理甲醛等v o c s 污染物， 各种方法在特定的环境 下都各有其特点。但是到目前为止，还没有一种特别有效的方法来消除室内空 气中的甲醛。由于室内甲醛分散、处理量小、浓度低，因此吸附方法更适合于 室内甲醛的脱除。一些空气净化器，过滤器就是利用吸附原理设计的。 吸附法具有脱除效率高、富集功能强、能耗低、工艺成熟、易于推广及良 好的环境效益等优点，适用于对低浓度气态污染物的深度处理，几乎适用于所 有的挥发性有机化合物，成为治理甲醛等v o c s 污染物的比较常用的有效方法。 3 .4 . 1 . 1吸附的基础理论 第三章室内空气中甲醛污染物的治理 当气体或液体与某些固体接触时，在固体的表面上，气体或液体分子会或 多或少变浓变稠，这种现象称为吸附。吸附现象，根据其作用力可分为物理吸 附和化学吸附两种。物理吸附是由范德华力及吸附质分子与吸附剂表面原子间 的电作用力引起的， 它是一种可逆过程。 化学吸附的作用力则是