持續(xù)霧霾背景下的室內(nèi)空氣凈化技術(shù)現(xiàn)狀研究

慶啟來(lái) 喬春珍 李紹雄 王維勝 首永翔

摘? 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，空氣也受到了一些污染，針對(duì)目前持續(xù)的霧霾污染，室內(nèi)空氣的凈化需求日益增加，凈化技術(shù)也呈現(xiàn)多種方式。為此，該文對(duì)不同霧霾污染條件下室內(nèi)空氣的變化及其影響因素、目前現(xiàn)有的室內(nèi)空氣凈化方法及所基于的原理，以及不同原理下室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的可行性以及局限性進(jìn)行了比較全面的論述，并提出了改進(jìn)的措施。

關(guān)鍵詞：霧霾? 室內(nèi)空氣污染? 空氣凈化

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，室內(nèi)也成為人們生存依賴的場(chǎng)所，人們一天中有大部分都是呆在室內(nèi)，不僅休息娛樂(lè)的場(chǎng)所，也成為了工作學(xué)習(xí)的必要環(huán)境。如今室內(nèi)空氣污染問(wèn)題已成為人們極為關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題之一，該文重點(diǎn)對(duì)霧霾污染下室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究。

1? 霧霾背景下的室內(nèi)空氣污染及其影響因素

研究空氣質(zhì)量的影響因素首先考慮污染源，霧霾的主要成分由二氧化硫、氮氧化物以及微小顆粒物等組成。在這些組成成分中，微小顆粒物是造成霧霾的主要污染物，當(dāng)顆粒物遇上霧氣時(shí)形成懸浮的渾濁現(xiàn)象，使得空氣能見(jiàn)度降低。而霧霾天氣頻數(shù)增加的主要成因是空氣中PM2.5顆粒物濃度增大。

1.1 室內(nèi)空氣污染

室內(nèi)空氣污染物種類高達(dá)數(shù)百種，其中揮發(fā)性有機(jī)物占有極大比例，有對(duì)人體產(chǎn)生健康威脅的甲醛、苯，也有微量的有毒氣體一氧化碳和氮氧化物等，而當(dāng)下的新型裝修材料中的VOCs也會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生威脅。室內(nèi)燃燒的產(chǎn)物也是來(lái)源之一，在烹煮食物或明火燃燒時(shí)使用煤氣和天然氣會(huì)提高室內(nèi)的二氧化氮含量，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量油煙煙塵，造成污染。生物性污染物也是室內(nèi)污染來(lái)源，室內(nèi)空氣中往往有病毒、細(xì)菌、螨及其排泄物等真菌與微生物，其中包含過(guò)敏反應(yīng)物 。

1.2 影響因素

對(duì)室內(nèi)外霧霾成因PM2.5濃度有主要影響的有天氣因素和物理因素兩類。

當(dāng)室外風(fēng)級(jí)增大時(shí)， 室內(nèi)外由于風(fēng)的吹拂，導(dǎo)致污染物和可吸入顆粒不斷運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散，使得空氣質(zhì)量有好轉(zhuǎn)傾向，污染也有所減弱該因素可作為改善人們居住工作生活空氣質(zhì)量的一個(gè)積極措施。

在相對(duì)濕度對(duì)兩種污染物的影響的一定范圍內(nèi)，可吸入顆粒物會(huì)隨著空氣的相對(duì)濕度的升高而降低，能夠?qū)崟r(shí)反映空氣相對(duì)濕度與PM2.5濃度的關(guān)系，室內(nèi)外PM2.5濃度與室外空氣相對(duì)濕度呈正相關(guān)性。

在中西方建筑方面的比較中，能夠看出在墻體密閉性上，中方較差，而且在通風(fēng)形式中我國(guó)建筑主要依靠被動(dòng)式通風(fēng)，大多是自然通風(fēng)以及空氣滲透。憑借風(fēng)差和溫差產(chǎn)生壓力差推動(dòng)室內(nèi)外空氣流動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)流。然而這種通風(fēng)方式卻會(huì)使室內(nèi)外顆粒物的運(yùn)動(dòng)形式變得復(fù)雜，傳輸規(guī)律難以把握。近年來(lái)，有研究表明，室內(nèi)對(duì)流次數(shù)及效率、可吸入顆粒物對(duì)房屋結(jié)構(gòu)的滲入、室內(nèi)污染物的物理特性是室內(nèi)PM2.5濃度的主要影響因素[1]。

2? 當(dāng)前的室內(nèi)空氣凈化方法及所基于的原理

目前市場(chǎng)上主要的室內(nèi)空氣凈化方法有濾芯過(guò)濾法、吸附劑吸附法、臭氧分解法、負(fù)離子凈化法、等離子放電凈化法、靜電除塵法、光條件下催化凈化法、植物吸收凈化法等。

2.1 濾芯過(guò)濾法

待過(guò)濾的液體或氣體由濾器進(jìn)口壓入，經(jīng)濾芯自外向里透過(guò)濾層而被過(guò)濾成澄凈物質(zhì)，然后經(jīng)出口排出，雜質(zhì)被留在濾芯的深層和表面，從而達(dá)到過(guò)濾的目的。而當(dāng)前國(guó)內(nèi)外濾芯的采用大多為PP熔噴濾芯和HEPA濾芯等。PP熔噴濾芯：由聚丙烯超細(xì)纖維熱熔纏結(jié)制成，由于纖維的隨機(jī)空間形成，產(chǎn)生了三維微孔結(jié)構(gòu)，微孔孔徑沿流向呈梯度分布，采用表面、深層、精濾為一體。HEPA（高效空氣過(guò)濾器）采用的過(guò)濾網(wǎng)，對(duì)于0.1μm和0.3μm的有效率達(dá)到99.7%，而且，HEPA網(wǎng)有通過(guò)空氣，細(xì)小微粒不可通過(guò)的特點(diǎn)，是煙霧、灰塵、細(xì)菌等污染物的最有效的過(guò)濾媒介。

2.2 吸附劑吸附法

采用如活性炭、硅膠、分子篩、活性氧化鋁等具有吸附作用的吸附劑對(duì)污染物進(jìn)行物理或化學(xué)的吸附，從而來(lái)達(dá)到空氣凈化的目的。吸附法對(duì)于室內(nèi)VOCs是較為有效也是使用最為廣泛的方法，而吸附效果則因物而異，不同的吸附劑有不同的吸附效果，例如，在吸附劑本身物理性質(zhì)上就存在差異。不僅如此，除了吸附劑的效果外，吸附系統(tǒng)的操作和安置、不同被吸附物的種類也是吸附效率的關(guān)鍵因素。

2.3 水洗空氣技術(shù)

水洗空氣凈化有其特效水作為液體，在接觸顆粒塵埃時(shí)，水的粘性回吸附塵埃，達(dá)到過(guò)濾效果，同時(shí)水氣化對(duì)空氣增濕。室內(nèi)污染物中一些有毒有害氣體具有水溶性，極易溶解于水，更有利于空氣凈化，并且無(wú)二次污染的威脅。相比于傳統(tǒng)的過(guò)濾方法，水洗方法有其獨(dú)特之處，在過(guò)濾的過(guò)程中，濾網(wǎng)的間隙和顆粒物過(guò)濾效果之間存在聯(lián)系，間隙越大，效果越差，有空隙必然有微小懸浮物通過(guò)。然而水洗空氣一層水幕僅存在的是水分子的距離，對(duì)于空氣中存在的大量細(xì)微顆粒粘性濾除效果會(huì)更好。

2.4 臭氧分解法

利用臭氧其本身具有的強(qiáng)氧化性來(lái)分解污染的方法。臭氧滅菌是生物化學(xué)氧化反應(yīng)，可以采用3種形式對(duì)細(xì)菌進(jìn)行分解，使其失活。因此，臭氧廣泛應(yīng)用于水處理、空氣凈化、食品加工等方面[3]。

2.5 負(fù)離子法

這是一種主要去除室內(nèi)顆粒污染物的方法，采用物理學(xué)中異種電荷相吸的原理，用負(fù)離子去吸附空氣中懸浮的帶有正電荷的顆粒物，與其產(chǎn)生中和，讓顆粒聚集成為中性的顆粒，通過(guò)沉降到地面上，降低空氣污染濃度。

2.6 等離子放電凈化法

在外加電場(chǎng)的作用下，氣體放電產(chǎn)生大量攜帶能量的電子對(duì)污染物進(jìn)行轟擊，是其電離、解離、激發(fā)并與各種有機(jī)無(wú)機(jī)分子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)等，對(duì)污染物進(jìn)行分解。在放電過(guò)程中，一方面由于產(chǎn)生的瞬間的高能量直接作用在污染物的化學(xué)鍵上，對(duì)其產(chǎn)生破壞;另一方面，產(chǎn)生的高能電子轟擊到污染物上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而分解。這兩步都能達(dá)到空氣凈化的目的。

2.7 靜電除塵

因?yàn)槠浒踩⒖煽俊⒖删S護(hù)性好、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于顆粒物除塵。靜電除塵的原理是夾帶塵埃的氣體通過(guò)高壓電場(chǎng)被電場(chǎng)分離，塵粒與負(fù)離子結(jié)合帶上負(fù)電荷，向陽(yáng)極趨近并放電沉淀，達(dá)到除塵效果。在冶金、化學(xué)等方面有廣泛應(yīng)用[5]。

2.8 光條件下催化凈化法

在光作為催化劑的條件下，通過(guò)紫外線的照射進(jìn)行氧化還原反應(yīng)來(lái)對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行凈化，主要是通過(guò)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)分解大顆粒物。光催化消除污染技術(shù)用于室內(nèi)空氣凈化， 特別是空調(diào)房間、空調(diào)列車及其他封閉恒溫空間[6]。

3? 不同原理下室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的可行性及局限性

綜上，現(xiàn)在市場(chǎng)上的不同原理的室內(nèi)空氣凈化方法各有差異。對(duì)于濾芯過(guò)濾法來(lái)說(shuō)，采用高效潔凈的濾芯價(jià)格較為高昂，不適合大眾家庭在室內(nèi)使用，可以投放于健身場(chǎng)所、療養(yǎng)院以及對(duì)空氣潔凈度要求較高的場(chǎng)所。而吸附劑吸附法具有普適性，可應(yīng)用于大多數(shù)氣體種類的凈化，這種方法可被廣泛使用。采用水洗法時(shí)由于水與空氣接觸，使得空氣凈化和加濕為一體，而水的存在，更有助于濾網(wǎng)層間細(xì)菌的增長(zhǎng)蔓延。而臭氧對(duì)細(xì)菌的滅活反應(yīng)很迅速、殺菌很徹底，是國(guó)際公認(rèn)的最環(huán)保、最徹底有效的凈化方式，但是超標(biāo)的臭氧對(duì)人體健康有嚴(yán)重危害。負(fù)離子凈化法的主要缺陷在于負(fù)離子本身在空氣中不能長(zhǎng)時(shí)間存在，所以需要相關(guān)的負(fù)離子凈化器持續(xù)工作來(lái)產(chǎn)生負(fù)離子，除此之外，對(duì)于像甲醛等有害氣體的凈化效果不是很理想。等離子法在凈化空氣的優(yōu)勢(shì)方面很明顯，但由于其分解過(guò)程極為復(fù)雜，不可控因素多，容易出現(xiàn)分解不完全的情況，同時(shí)分解產(chǎn)物也沒(méi)有像水洗等干凈，可能出現(xiàn)二次污染的狀況。活性炭作為吸附劑來(lái)說(shuō)，由于它的多孔的特點(diǎn)，吸附效果很好，能夠吸附空氣里的大部分有害物質(zhì)，但其缺點(diǎn)也很明顯，活性炭的吸附時(shí)長(zhǎng)不高，容易在外界的條件下使污染物逃逸，而且活性炭的吸附能力有所受限，需要定時(shí)進(jìn)行更換。光條件下催化凈化法受限于它的條件，需要在紫外線照射光觸媒才能使用。

4? 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下持續(xù)的霧霾問(wèn)題帶來(lái)了室內(nèi)空氣品質(zhì)的不斷下降，尋求凈化室內(nèi)空氣的方法尤為迫切。該文對(duì)目前室內(nèi)空氣凈化的方法進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，探究了存在的問(wèn)題。基于對(duì)現(xiàn)狀的歸納總結(jié)，未來(lái)的發(fā)展應(yīng)關(guān)注以下問(wèn)題。

（1）室內(nèi)空氣污染應(yīng)從源頭解決問(wèn)題，加大天然氣等清潔能源的使用比例，減少室外的環(huán)境污染。

（2）針對(duì)現(xiàn)有的室內(nèi)空氣凈化技術(shù)存在的問(wèn)題進(jìn)行研發(fā)改進(jìn)，同時(shí)探索新的室內(nèi)空氣凈化方法。

參考文獻(xiàn)

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