持续雾霾背景下的室内空气净化技术现状研究
来源:用户上传
作者:庆启来 乔春珍 李绍雄 王维胜 首永翔
摘 要：随着社会经济的不断发展，空气也受到了一些污染，针对目前持续的雾霾污染，室内空气的净化需求日益增加，净化技术也呈现多种方式。为此，该文对不同雾霾污染条件下室内空气的变化及其影响因素、目前现有的室内空气净化方法及所基于的原理，以及不同原理下室内空气净化技术的可行性以及局限性进行了比较全面的论述，并提出了改进的措施。
关键词：雾霾 室内空气污染 空气净化
随着社会经济的不断发展，室内也成为人们生存依赖的场所，人们一天中有大部分都是呆在室内，不仅休息娱乐的场所，也成为了工作学习的必要环境。如今室内空气污染问题已成为人们极为关注的环境问题之一，该文重点对雾霾污染下室内空气净化技术的现状进行研究。
1 雾霾背景下的室内空气污染及其影响因素
研究空气质量的影响因素首先考虑污染源，雾霾的主要成分由二氧化硫、氮氧化物以及微小颗粒物等组成。在这些组成成分中，微小颗粒物是造成雾霾的主要污染物，当颗粒物遇上雾气时形成悬浮的浑浊现象，使得空气能见度降低。而雾霾天气频数增加的主要成因是空气中PM2.5颗粒物浓度增大。
1.1 室内空气污染
室内空气污染物种类高达数百种，其中挥发性有机物占有极大比例，有对人体产生健康威胁的甲醛、苯，也有微量的有毒气体一氧化碳和氮氧化物等，而当下的新型装修材料中的VOCs也会对人体产生威胁。室内燃烧的产物也是来源之一，在烹煮食物或明火燃烧时使用煤气和天然气会提高室内的二氧化氮含量，同时会产生大量油烟烟尘，造成污染。生物性污染物也是室内污染来源，室内空气中往往有病毒、细菌、螨及其排泄物等真菌与微生物，其中包含过敏反应物 。
1.2 影响因素
对室内外雾霾成因PM2.5浓度有主要影响的有天气因素和物理因素两类。
当室外风级增大时， 室内外由于风的吹拂，导致污染物和可吸入颗粒不断运动扩散，使得空气质量有好转倾向，污染也有所减弱该因素可作为改善人们居住工作生活空气质量的一个积极措施。
在相对湿度对两种污染物的影响的一定范围内，可吸入颗粒物会随着空气的相对湿度的升高而降低，能够实时反映空气相对湿度与PM2.5浓度的关系，室内外PM2.5浓度与室外空气相对湿度呈正相关性。
在中西方建筑方面的比较中，能够看出在墙体密闭性上，中方较差，而且在通风形式中我国建筑主要依靠被动式通风，大多是自然通风以及空气渗透。凭借风差和温差产生压力差推动室内外空气流动，产生对流。然而这种通风方式却会使室内外颗粒物的运动形式变得复杂，传输规律难以把握。近年来，有研究表明，室内对流次数及效率、可吸入颗粒物对房屋结构的渗入、室内污染物的物理特性是室内PM2.5浓度的主要影响因素[1]。
2 当前的室内空气净化方法及所基于的原理
目前市场上主要的室内空气净化方法有滤芯过滤法、吸附剂吸附法、臭氧分解法、负离子净化法、等离子放电净化法、静电除尘法、光条件下催化净化法、植物吸收净化法等。
2.1 滤芯过滤法
待過滤的液体或气体由滤器进口压入，经滤芯自外向里透过滤层而被过滤成澄净物质，然后经出口排出，杂质被留在滤芯的深层和表面，从而达到过滤的目的。而当前国内外滤芯的采用大多为PP熔喷滤芯和HEPA滤芯等。PP熔喷滤芯：由聚丙烯超细纤维热熔缠结制成，由于纤维的随机空间形成，产生了三维微孔结构，微孔孔径沿流向呈梯度分布，采用表面、深层、精滤为一体。HEPA（高效空气过滤器）采用的过滤网，对于0.1μm和0.3μm的有效率达到99.7%，而且，HEPA网有通过空气，细小微粒不可通过的特点，是烟雾、灰尘、细菌等污染物的最有效的过滤媒介。
2.2 吸附剂吸附法
采用如活性炭、硅胶、分子筛、活性氧化铝等具有吸附作用的吸附剂对污染物进行物理或化学的吸附，从而来达到空气净化的目的。吸附法对于室内VOCs是较为有效也是使用最为广泛的方法，而吸附效果则因物而异，不同的吸附剂有不同的吸附效果，例如，在吸附剂本身物理性质上就存在差异。不仅如此，除了吸附剂的效果外，吸附系统的操作和安置、不同被吸附物的种类也是吸附效率的关键因素。
2.3 水洗空气技术
水洗空气净化有其特效水作为液体，在接触颗粒尘埃时，水的粘性回吸附尘埃，达到过滤效果，同时水气化对空气增湿。室内污染物中一些有毒有害气体具有水溶性，极易溶解于水，更有利于空气净化，并且无二次污染的威胁。相比于传统的过滤方法，水洗方法有其独特之处，在过滤的过程中，滤网的间隙和颗粒物过滤效果之间存在联系，间隙越大，效果越差，有空隙必然有微小悬浮物通过。然而水洗空气一层水幕仅存在的是水分子的距离，对于空气中存在的大量细微颗粒粘性滤除效果会更好。
2.4 臭氧分解法
利用臭氧其本身具有的强氧化性来分解污染的方法。臭氧灭菌是生物化学氧化反应，可以采用3种形式对细菌进行分解，使其失活。因此，臭氧广泛应用于水处理、空气净化、食品加工等方面[3]。
2.5 负离子法
这是一种主要去除室内颗粒污染物的方法，采用物理学中异种电荷相吸的原理，用负离子去吸附空气中悬浮的带有正电荷的颗粒物，与其产生中和，让颗粒聚集成为中性的颗粒，通过沉降到地面上，降低空气污染浓度。
2.6 等离子放电净化法
在外加电场的作用下，气体放电产生大量携带能量的电子对污染物进行轰击，是其电离、解离、激发并与各种有机无机分子进行化学反应等，对污染物进行分解。在放电过程中，一方面由于产生的瞬间的高能量直接作用在污染物的化学键上，对其产生破坏;另一方面，产生的高能电子轰击到污染物上发生化学反应，从而分解。这两步都能达到空气净化的目的。 2.7 静电除尘
因为其安全、可靠、可维护性好、运行费用低等特点广泛应用于颗粒物除尘。静电除尘的原理是夹带尘埃的气体通过高压电场被电场分离，尘粒与负离子结合带上负电荷，向阳极趋近并放电沉淀，达到除尘效果。在冶金、化学等方面有广泛应用[5]。
2.8 光条件下催化净化法
在光作为催化剂的条件下，通过紫外线的照射进行氧化还原反应来对室内空气进行净化，主要是通过发生化学反应来分解大颗粒物。光催化消除污染技术用于室内空气净化， 特别是空调房间、空调列车及其他封闭恒温空间[6]。
3 不同原理下室内空气净化技术的可行性及局限性
综上，现在市场上的不同原理的室内空气净化方法各有差异。对于滤芯过滤法来说，采用高效洁净的滤芯价格较为高昂，不适合大众家庭在室内使用，可以投放于健身场所、疗养院以及对空气洁净度要求较高的场所。而吸附剂吸附法具有普适性，可应用于大多数气体种类的净化，这种方法可被广泛使用。采用水洗法时由于水与空气接触，使得空气净化和加湿为一体，而水的存在，更有助于滤网层间细菌的增长蔓延。而臭氧对细菌的灭活反应很迅速、杀菌很彻底，是国际公认的最环保、最彻底有效的净化方式，但是超标的臭氧对人体健康有严重危害。负离子净化法的主要缺陷在于负离子本身在空气中不能长时间存在，所以需要相关的负离子净化器持续工作来产生负离子，除此之外，对于像甲醛等有害气体的净化效果不是很理想。等离子法在净化空气的优势方面很明显，但由于其分解过程极为复杂，不可控因素多，容易出现分解不完全的情况，同时分解产物也没有像水洗等干净，可能出现二次污染的状况。活性炭作为吸附剂来说，由于它的多孔的特点，吸附效果很好，能够吸附空气里的大部分有害物质，但其缺点也很明显，活性炭的吸附时长不高，容易在外界的条件下使污染物逃逸，而且活性炭的吸附能力有所受限，需要定时进行更换。光条件下催化净化法受限于它的条件，需要在紫外线照射光触媒才能使用。
4 结语
当下持续的雾霾问题带来了室内空气品质的不断下降，寻求净化室内空气的方法尤为迫切。该文对目前室内空气净化的方法进行了系统的分析，探究了存在的问题。基于对现状的归纳总结，未来的发展应关注以下问题。
（1）室内空气污染应从源头解决问题，加大天然气等清洁能源的使用比例，减少室外的环境污染。
（2）针对现有的室内空气净化技术存在的问题进行研发改进，同时探索新的室内空气净化方法。
参考文献
[1] 贺梓健，白莉.大气雾霾对室内空气PM2.5浓度水平的影响[J].吉林建筑大学学报，2018（3）：53-57.
[2] 申亮杰，程荣，陈怡晖，等.室内挥发性有机物的净化技术研究进展[J].化工进展，2017，36（10）：3887-3896.
[3] 周扬，李彩亭，喻明娥，等.臭氧应用于烟气进化的研究发展[J].环境化学，2015，34（6）：1116-1126.
[4] 王啸东，刘洋，肖天明，等.甲醛监测及负离子法甲醛去除装置的研制[J].科技资讯，2018，16（16）：69，71.
[5] 徐海云，楊庆平.室内空气净化技术[J].舰船防化，2008（1）：12-19.
[6] 李庆霖，席婵娟，金振声.多相光催化的一个新分支——气固相光催化及其在环境治理方面的应用[J].太阳能学报，1994（3）：279-283.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15189430.htm
