活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的建立與分析[1]

文/李 倩 王曉旭 夏美霞

活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的建立與分析[1]

文/李 倩 王曉旭 夏美霞

活性炭目前普遍被用于室內(nèi)空氣質(zhì)量的提升。本文通過風(fēng)險(xiǎn)因素分析，引入優(yōu)序?qū)Ρ确ǎ⒘孙L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，分析了活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)程度，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度分別針對(duì)企業(yè)、相關(guān)監(jiān)管部門和消費(fèi)者提出降低風(fēng)險(xiǎn)策略。

活性炭 二次污染 風(fēng)險(xiǎn)因子 風(fēng)險(xiǎn)模型

室內(nèi)空氣污染物有來源廣、種類多的特點(diǎn)。常見的主要污染物有甲醛、氡和揮發(fā)性有機(jī)物等。隨著人們對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的重視和技術(shù)的發(fā)展，室內(nèi)空氣污染防治措施日趨增多，主要有吸附凈化、紫外線消毒、化學(xué)消毒、光催化氧化、空氣負(fù)離子技術(shù)、生物凈化和植物凈化等。物理吸附是吸附質(zhì)和吸附劑以分子間作用力為主的吸附。作為物理吸附分離操作的常用吸附劑，活性炭具有如下特點(diǎn)：選擇性強(qiáng)、比表面積較大、孔徑范圍廣、表面富含多種官能團(tuán)、性能穩(wěn)定以及可以再生等等。因此，它的市場(chǎng)應(yīng)用越來越廣，同時(shí)對(duì)其吸附性能提出了更高的要求。

一、活性炭二次污染

由于活性炭會(huì)產(chǎn)生飽和吸附和反釋放，且每種活性炭的表面結(jié)構(gòu)不同，吸附作用也相差甚遠(yuǎn)。所以，很多家庭對(duì)于放置活性炭的數(shù)量和時(shí)間不清楚，很容易產(chǎn)生活性炭量不夠，達(dá)不到較好的吸附效果，或放置時(shí)間過久，使得活性炭吸附飽和并重新釋放入室內(nèi)，造成二次污染，存在不小的風(fēng)險(xiǎn)。因此，有必要對(duì)活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)做一個(gè)對(duì)應(yīng)的評(píng)估模型。

本研究首先探討了建立一個(gè)可以方便操作的活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，然后通過實(shí)例研究該模型的可行性和具體使用方法。在研究過程中，采用作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法(格雷厄姆?金尼法或LEC法)，通過對(duì)各因素的分析，引入優(yōu)序?qū)Ρ确ǖ葘?duì)其分配權(quán)重，建立一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。該模型只需要針對(duì)具體評(píng)估對(duì)象，確定使用活性炭產(chǎn)品造成的最大傷害，以及各風(fēng)險(xiǎn)因素失控的可能性。針對(duì)實(shí)例驗(yàn)證的結(jié)果，模擬建立切實(shí)可行的風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)對(duì)措施。

二、采用的風(fēng)險(xiǎn)分析方法

1. 風(fēng)險(xiǎn)因素分析

計(jì)算活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)分值Du=LuEuCu。針對(duì)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)，考核被評(píng)估對(duì)象，計(jì)算活性炭產(chǎn)品使用過程中事故風(fēng)險(xiǎn)分值，分析該風(fēng)險(xiǎn)因素失控的可能性系數(shù)（Lu）、對(duì)使用者和相關(guān)方的傷害影響范圍（Eu）和發(fā)生事故產(chǎn)生的后果（Cu）（分別見表1、2、3）。

表1 風(fēng)險(xiǎn)因素失控的可能性系數(shù)表

表2 傷害影響范圍

表3 發(fā)生事故產(chǎn)生的后果

2. 優(yōu)序?qū)Ρ确?/p>

通過各項(xiàng)因素兩兩比較，充分考慮各項(xiàng)因素之間的互相聯(lián)系，兩兩相比數(shù)字越大，表明重要性越大，從而確定其權(quán)重（見表4）。

表4 4因素優(yōu)序?qū)Ρ仁纠?/p>

由表4示例得出：最終4個(gè)因素的權(quán)重分別為0.23、0.15、0.30、0.32。

3. 整體風(fēng)險(xiǎn)分析

由具體問題導(dǎo)致的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)Di' = Li' DuiE'。

通過優(yōu)序?qū)Ρ确ǚ治觯R(shí)別出風(fēng)險(xiǎn)因素Wui和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素的各自權(quán)重Wi，則最終被評(píng)估系統(tǒng)的整體風(fēng)險(xiǎn)D = Σ (WiDi')（見表5）。

表5 產(chǎn)品整體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

三、活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)體系

根據(jù)活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)因子，采用LEC法分別對(duì)物、環(huán)境和人的因素進(jìn)行分析，形成了相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系指標(biāo)（如圖1所示）。其賦值評(píng)價(jià)結(jié)果和權(quán)重賦值如下。

1. 物的因素

將整個(gè)指標(biāo)體系的風(fēng)險(xiǎn)和權(quán)重整合，得出活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)模型（如表6所示）。

① 吸附質(zhì)性質(zhì)的影響

活性炭的二次污染與吸附質(zhì)的分子動(dòng)力學(xué)直徑、分子量、密度、沸點(diǎn)、飽和蒸汽壓、極性存在著密切關(guān)系，分子動(dòng)力學(xué)直徑大、分子量大、沸點(diǎn)高、密度大、飽和蒸汽壓低和極性弱的有機(jī)吸附質(zhì)易于被吸附。

② 吸附劑性質(zhì)的影響

活性炭比表面積越大，其吸附性能越佳。吸附質(zhì)在活性炭?jī)?nèi)部的傳質(zhì)速率與活性炭?jī)?nèi)部的復(fù)雜程度有關(guān)，活性炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，傳質(zhì)速率越慢。良好的孔結(jié)構(gòu)梯度分布有助于加強(qiáng)活性炭?jī)?nèi)部吸附質(zhì)的擴(kuò)散。

2. 環(huán)境的因素

圖1 活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系指標(biāo)

表6 活性炭二次污染風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)模型

表7 質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性賦值

由于實(shí)際過程中，每種有害物質(zhì)的擴(kuò)散情況、理化性能均不相同，彼此間的影響也更為復(fù)雜，特別是溫度，其影響活性炭二次污染的原因較為復(fù)雜。非線性規(guī)律打分賦值結(jié)果具體見表6。

3. 人的因素

根據(jù)研究表明，活性炭在長(zhǎng)期放置后反而會(huì)出現(xiàn)反吸附，將原來的吸附質(zhì)重新釋放到環(huán)境中去。對(duì)于不同的吸附質(zhì)、環(huán)境溫度放置時(shí)間和產(chǎn)生的拐點(diǎn)差異較大。打分賦值結(jié)果具體見表6。

4. 模型搭建

在建立模型過程中，將導(dǎo)致人身和(或)財(cái)產(chǎn)安全的風(fēng)險(xiǎn)分為完全可能發(fā)生和完全不可能發(fā)生，確定系數(shù)分別為1和0。對(duì)于完全不確定的因素，本著預(yù)防為主的原則，本文直接將可能性定為1。階段式賦值見表7。

對(duì)于造成的危害，只需找出最嚴(yán)重的損害。將使用問題產(chǎn)品立刻導(dǎo)致死亡傷害或重大財(cái)產(chǎn)損失的危害系數(shù)定為1，完全沒有影響定為0。具體賦值如表8所示。

確定具體的風(fēng)險(xiǎn)，分別考慮人身傷害、財(cái)產(chǎn)損失和產(chǎn)品分布范圍，取最高者確定后果。對(duì)于不能確定具體哪個(gè)級(jí)別后果的，應(yīng)本著嚴(yán)格和預(yù)防原則，定在評(píng)估者的理解的最高值。

根據(jù)歷年的相關(guān)報(bào)道，活性炭直接致人死亡的情況基本沒有，但導(dǎo)致使用者身體不適的情況則有發(fā)生，故本次研究將產(chǎn)品的危害賦值定為0.4。

5. 整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)表6得出，最終被評(píng)估系統(tǒng)的整體風(fēng)險(xiǎn)D = Σ(WuiDi’)≈228，該整體風(fēng)險(xiǎn)值處于顯著危險(xiǎn)。

表8 產(chǎn)品危害賦值（E）

四、降低風(fēng)險(xiǎn)的策略

1. 企業(yè)

現(xiàn)在，市場(chǎng)上的活性炭也往往存在如吸附容量不高、吸附后活性炭的再生能力差、吸附性能受水氣等環(huán)境因素影響較大等缺陷。根據(jù)本次模型的建立和分析，活性炭物的因素也存在一些風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)廠商可以通過活性炭孔結(jié)構(gòu)調(diào)控和表面改性方法，提升活性炭的孔隙容積、孔徑分布、比表面積、孔的形狀、大小、表面化學(xué)、表面官能團(tuán)和表面能量，開發(fā)具有更佳吸附性能或滿足特定需求的高效吸附材料，如：特種用途活性炭、高強(qiáng)度活性碳纖維和活性碳布。

2. 相關(guān)監(jiān)管部門

目前，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)如GB/T 26900-2011《空氣凈化用竹炭》中，只采用重量法對(duì)竹炭在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下24 h吸附做了規(guī)定，這與實(shí)際使用的狀態(tài)差距較大（實(shí)際過程中并不能達(dá)到每天都將活性炭取出，更換新的，重新放置），并且該標(biāo)準(zhǔn)中也沒有其持續(xù)凈化性能（即放置時(shí)間效果）和使用效果（即最佳吸附時(shí)間）的研究。根據(jù)本次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型分析，得出的確存在持續(xù)性能不佳的風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)著重研究檢測(cè)方法、環(huán)境因素、吸附時(shí)間和吸附質(zhì)對(duì)活性炭吸附能力的影響、研究吸附質(zhì)在活性炭上的吸附性能與微尺度結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，以填補(bǔ)活性炭持續(xù)凈化性能檢測(cè)方法的缺失。相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)管，并對(duì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和更新，指導(dǎo)消費(fèi)者根據(jù)自身情況，更有效合理地在裝飾裝修后采用活性炭進(jìn)行室內(nèi)空氣環(huán)境污染治理，以避免在高溫環(huán)境下，活性炭因放置時(shí)間過久使得活性炭吸附飽和并重新釋放入室內(nèi)，反而對(duì)人體產(chǎn)生危害。

3. 消費(fèi)者

目前，市場(chǎng)上活性炭的品牌較多，不過質(zhì)量參差不齊，有很多都是以普通炭冒充活性炭。消費(fèi)者在選購活性炭時(shí)可以注意以下幾點(diǎn)：

① 選擇等體積大的活性碳成品。活性炭孔隙越多，相對(duì)密度就越低，手感就會(huì)越輕，在等重量包裝情況下，體積也就越大。

② 選擇顆粒小的活性炭。活性炭成品越小，接觸空氣面積就越大，比表面積也越大，吸附性能就越好，但是很多廠家為降低成本，使用大顆粒活性炭。如果消費(fèi)者購買了大顆粒包裝的活性炭，建議將活性炭碾壓至顆粒直徑在0.42～0.85 mm之間。

③ 選椰殼炭材質(zhì)。活性炭是靠孔徑大小來吸附有害氣體的，其對(duì)分子量大、沸點(diǎn)高、極性弱的有害物質(zhì)吸附性能更高；不同的有害氣體的分子量不同，應(yīng)選擇對(duì)應(yīng)的不同空隙大小的活性炭才能達(dá)到最好的吸附效果。國(guó)際上椰殼炭是吸附異味和苯等污染物的首選活性炭。

④ 使用溫度和放置時(shí)間。根據(jù)模型分析，活性炭的二次污染、溫度和使用時(shí)間的影響十分巨大，根據(jù)研究，竹炭除去有害物質(zhì)的最佳持續(xù)吸附時(shí)間為4～5天。在20～25 ℃時(shí)，竹炭對(duì)甲醛、苯、TVOC試驗(yàn)液吸附基本呈上升趨勢(shì)；在25～30 ℃時(shí)竹炭的吸附率呈下降趨勢(shì)；隨著溫度繼續(xù)升高至35 ℃時(shí)，竹炭的吸附率又逐步上升。這一現(xiàn)象說明溫度對(duì)竹炭的吸附性能影響比較明顯。由于消費(fèi)者在實(shí)際過程中，每種吸附質(zhì)的擴(kuò)散情況、理化性能、使用時(shí)的環(huán)境溫度均不相同，彼此間的影響也更為復(fù)雜。活性炭的最佳持續(xù)吸附時(shí)間可能更短。建議每隔3～4天左右拿到太陽下暴曬3～5 h。

Activated carbon is currently widely used to improve indoor air quality. Based on the analysis of risk factors, this paper introduces the method of priority comparison, establishes the risk assessment model, analyzes the degree of secondary pollution risk of activated carbon, and puts forward the strategy of risk reduction for enterprises, relevant supervisors and consumers according to the degree of risk.

Activated carbon; Additional pollution; Risk factors; Risk model

（作者單位：上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

注：[1] 基金項(xiàng)目：“國(guó)家質(zhì)量基礎(chǔ)的共性技術(shù)研究與應(yīng)用”重點(diǎn)專項(xiàng)《家具產(chǎn)品中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）NQI集成技術(shù)典型應(yīng)用示范》（2016YFF0204506）