持續霧霾背景下的室內空氣凈化技術現狀研究

慶啟來 喬春珍 李紹雄 王維勝 首永翔

摘? 要：隨著社會經濟的不斷發展，空氣也受到了一些污染，針對目前持續的霧霾污染，室內空氣的凈化需求日益增加，凈化技術也呈現多種方式。為此，該文對不同霧霾污染條件下室內空氣的變化及其影響因素、目前現有的室內空氣凈化方法及所基于的原理，以及不同原理下室內空氣凈化技術的可行性以及局限性進行了比較全面的論述，并提出了改進的措施。

關鍵詞：霧霾? 室內空氣污染? 空氣凈化

隨著社會經濟的不斷發展，室內也成為人們生存依賴的場所，人們一天中有大部分都是呆在室內，不僅休息娛樂的場所，也成為了工作學習的必要環境。如今室內空氣污染問題已成為人們極為關注的環境問題之一，該文重點對霧霾污染下室內空氣凈化技術的現狀進行研究。

1? 霧霾背景下的室內空氣污染及其影響因素

研究空氣質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，當顆粒物遇上霧氣時形成懸浮的渾濁現象，使得空氣能見度降低。而霧霾天氣頻數增加的主要成因是空氣中PM2.5顆粒物濃度增大。

1.1 室內空氣污染

室內空氣污染物種類高達數百種，其中揮發性有機物占有極大比例，有對人體產生健康威脅的甲醛、苯，也有微量的有毒氣體一氧化碳和氮氧化物等，而當下的新型裝修材料中的VOCs也會對人體產生威脅。室內燃燒的產物也是來源之一，在烹煮食物或明火燃燒時使用煤氣和天然氣會提高室內的二氧化氮含量，同時會產生大量油煙煙塵，造成污染。生物性污染物也是室內污染來源，室內空氣中往往有病毒、細菌、螨及其排泄物等真菌與微生物，其中包含過敏反應物 。

1.2 影響因素

對室內外霧霾成因PM2.5濃度有主要影響的有天氣因素和物理因素兩類。

當室外風級增大時， 室內外由于風的吹拂，導致污染物和可吸入顆粒不斷運動擴散，使得空氣質量有好轉傾向，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量的一個積極措施。

在相對濕度對兩種污染物的影響的一定范圍內，可吸入顆粒物會隨著空氣的相對濕度的升高而降低，能夠實時反映空氣相對濕度與PM2.5濃度的關系，室內外PM2.5濃度與室外空氣相對濕度呈正相關性。

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，而且在通風形式中我國建筑主要依靠被動式通風，大多是自然通風以及空氣滲透。憑借風差和溫差產生壓力差推動室內外空氣流動，產生對流。然而這種通風方式卻會使室內外顆粒物的運動形式變得復雜，傳輸規律難以把握。近年來，有研究表明，室內對流次數及效率、可吸入顆粒物對房屋結構的滲入、室內污染物的物理特性是室內PM2.5濃度的主要影響因素[1]。

2? 當前的室內空氣凈化方法及所基于的原理

目前市場上主要的室內空氣凈化方法有濾芯過濾法、吸附劑吸附法、臭氧分解法、負離子凈化法、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 濾芯過濾法

待過濾的液體或氣體由濾器進口壓入，經濾芯自外向里透過濾層而被過濾成澄凈物質，然后經出口排出，雜質被留在濾芯的深層和表面，從而達到過濾的目的。而當前國內外濾芯的采用大多為PP熔噴濾芯和HEPA濾芯等。PP熔噴濾芯：由聚丙烯超細纖維熱熔纏結制成，由于纖維的隨機空間形成，產生了三維微孔結構，微孔孔徑沿流向呈梯度分布，采用表面、深層、精濾為一體。HEPA（高效空氣過濾器）采用的過濾網，對于0.1μm和0.3μm的有效率達到99.7%，而且，HEPA網有通過空氣，細小微粒不可通過的特點，是煙霧、灰塵、細菌等污染物的最有效的過濾媒介。

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污染物進行物理或化學的吸附，從而來達到空氣凈化的目的。吸附法對于室內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上就存在差異。不僅如此，除了吸附劑的效果外，吸附系統的操作和安置、不同被吸附物的種類也是吸附效率的關鍵因素。

2.3 水洗空氣技術

水洗空氣凈化有其特效水作為液體，在接觸顆粒塵埃時，水的粘性回吸附塵埃，達到過濾效果，同時水氣化對空氣增濕。室內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，并且無二次污染的威脅。相比于傳統的過濾方法，水洗方法有其獨特之處，在過濾的過程中，濾網的間隙和顆粒物過濾效果之間存在聯系，間隙越大，效果越差，有空隙必然有微小懸浮物通過。然而水洗空氣一層水幕僅存在的是水分子的距離，對于空氣中存在的大量細微顆粒粘性濾除效果會更好。

2.4 臭氧分解法

利用臭氧其本身具有的強氧化性來分解污染的方法。臭氧滅菌是生物化學氧化反應，可以采用3種形式對細菌進行分解，使其失活。因此，臭氧廣泛應用于水處理、空氣凈化、食品加工等方面[3]。

2.5 負離子法

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

2.6 等離子放電凈化法

在外加電場的作用下，氣體放電產生大量攜帶能量的電子對污染物進行轟擊，是其電離、解離、激發并與各種有機無機分子進行化學反應等，對污染物進行分解。在放電過程中，一方面由于產生的瞬間的高能量直接作用在污染物的化學鍵上，對其產生破壞;另一方面，產生的高能電子轟擊到污染物上發生化學反應，從而分解。這兩步都能達到空氣凈化的目的。

2.7 靜電除塵

因為其安全、可靠、可維護性好、運行費用低等特點廣泛應用于顆粒物除塵。靜電除塵的原理是夾帶塵埃的氣體通過高壓電場被電場分離，塵粒與負離子結合帶上負電荷，向陽極趨近并放電沉淀，達到除塵效果。在冶金、化學等方面有廣泛應用[5]。

2.8 光條件下催化凈化法

在光作為催化劑的條件下，通過紫外線的照射進行氧化還原反應來對室內空氣進行凈化，主要是通過發生化學反應來分解大顆粒物。光催化消除污染技術用于室內空氣凈化， 特別是空調房間、空調列車及其他封閉恒溫空間[6]。

3? 不同原理下室內空氣凈化技術的可行性及局限性

綜上，現在市場上的不同原理的室內空氣凈化方法各有差異。對于濾芯過濾法來說，采用高效潔凈的濾芯價格較為高昂，不適合大眾家庭在室內使用，可以投放于健身場所、療養院以及對空氣潔凈度要求較高的場所。而吸附劑吸附法具有普適性，可應用于大多數氣體種類的凈化，這種方法可被廣泛使用。采用水洗法時由于水與空氣接觸，使得空氣凈化和加濕為一體，而水的存在，更有助于濾網層間細菌的增長蔓延。而臭氧對細菌的滅活反應很迅速、殺菌很徹底，是國際公認的最環保、最徹底有效的凈化方式，但是超標的臭氧對人體健康有嚴重危害。負離子凈化法的主要缺陷在于負離子本身在空氣中不能長時間存在，所以需要相關的負離子凈化器持續工作來產生負離子，除此之外，對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勢方面很明顯，但由于其分解過程極為復雜，不可控因素多，容易出現分解不完全的情況，同時分解產物也沒有像水洗等干凈，可能出現二次污染的狀況?；钚蕴孔鳛槲絼﹣碚f，由于它的多孔的特點，吸附效果很好，能夠吸附空氣里的大部分有害物質，但其缺點也很明顯，活性炭的吸附時長不高，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，需要定時進行更換。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? 結語

當下持續的霧霾問題帶來了室內空氣品質的不斷下降，尋求凈化室內空氣的方法尤為迫切。該文對目前室內空氣凈化的方法進行了系統的分析，探究了存在的問題?；趯ΜF狀的歸納總結，未來的發展應關注以下問題。

（1）室內空氣污染應從源頭解決問題，加大天然氣等清潔能源的使用比例，減少室外的環境污染。

（2）針對現有的室內空氣凈化技術存在的問題進行研發改進，同時探索新的室內空氣凈化方法。

參考文獻

[1] 賀梓健，白莉.大氣霧霾對室內空氣PM2.5濃度水平的影響[J].吉林建筑大學學報，2018（3）：53-57.

[2] 申亮杰，程榮，陳怡暉，等.室內揮發性有機物的凈化技術研究進展[J].化工進展，2017，36（10）：3887-3896.

[3] 周揚，李彩亭，喻明娥，等.臭氧應用于煙氣進化的研究發展[J].環境化學，2015，34（6）：1116-1126.

[4] 王嘯東，劉洋，肖天明，等.甲醛監測及負離子法甲醛去除裝置的研制[J].科技資訊，2018，16（16）：69，71.

[5] 徐海云，楊慶平.室內空氣凈化技術[J].艦船防化，2008（1）：12-19.

[6] 李慶霖，席嬋娟，金振聲.多相光催化的一個新分支——氣固相光催化及其在環境治理方面的應用[J].太陽能學報，1994（3）：279-283.