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室內VOCs的來源種類及影響
隨著人民物質生活水平的提高,各種有機聚合物在日常生活中廣泛使用,比如室內裝飾裝修材料、電器產品、日用化學品等,致使室內空氣污染不斷加劇。由此引發空氣污染投訴也不斷增加。室內空氣污染與健康已成為公眾關注的重要環境問題。由于室內環境相對封閉,由各種材料緩慢釋放的揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds, VOCs)在室內累積并緩慢的釋放,導致室內空氣VOCs濃度增高,使人們遭受VOCs的污染。
據統計目前在室內環境空氣中已檢出大約300多種VOCs,其中多數化合物對人體有害,有的還具有三致作用。為了研究室內空氣污染對人體健康的影響,對室內空氣質量進行科學評價與控制,就必須建立簡便、快速、準確的VOCs測定方法。
一、室內空氣中VOCs的定義、來源與揮發模式
(一)VOCs的定義
按照世界衛生組織(WHO)的定義,VOCs是指熔點低于室溫,室溫下飽和蒸氣壓大于133.3Pa,沸點在50~250℃范圍,一般在常溫下能以氣體形式存在于室內的一類有機化合物。TVOCs則是指各個VOCs的總和。
我國國家標準(GB/T18883-2002)定義,TVOCS是指在氣相色譜分析中從正己烷(bp.69℃)峰到正十六烷(bp.287℃)峰之間的所有化合物。
(二)室內空氣中VOCs的主要來源
⒈隔熱材料 | 隔熱材料一般是有機聚合樹脂加入一定量的發泡劑、穩定劑等組成,具有輕質保溫特性。主要品種有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等?;w紡織物、壁紙和地毯主要材料是聚丙烯酸酯、聚酯纖維、聚丙烯纖維、聚丙烯腈等。這些樹脂含有的未聚合單體及老化分解釋放的VOCs主要有苯、甲苯、氯乙烯、二甲苯、乙苯和二異氰酸甲苯酯等。 |
⒉板材及家具 | 合成板材及家具在生產過程中需要加入黏合劑,表面噴涂各種油漆,有的材料還要加入防腐防蟲劑。合成黏合劑包括環氧樹脂、聚乙烯醇縮甲醛、聚酷酸乙烯、酚醛樹脂、合成橡膠等。這些材料可向室內釋放甲醛、芳烴、酚、甲酚、乙醛、苯乙烯、苯、甲苯、乙苯、丙酮、乙酸乙酯、環氧氯丙烷、二異氰酸甲苯酯等。 |
⒊涂料 | 建筑涂料包括成膜物質、顏料、助劑和溶劑。成膜材料主要是酚醛樹脂、脲醛脂、過氧乙烯樹脂、丁苯橡膠和乙酸纖維等。在剛刷完涂料的房間可檢出苯、甲苯、二甲苯、乙苯t丙酮、乙酸丁酯、乙醛、丁醇和甲酸等50余種。 |
⒋日用化學品污染 | 日用化學品包括洗滌品如洗滌劑、漂自粉、柔順劑,清潔劑如地毯清潔劑,服裝干洗劑,玻璃瓷器清潔劑,家具地毯拋光劑、化妝品如各種護膚霜,洗發水,染發燙發劑,發膠,涂改液等。家用防蟲劑如樟腦、衛生球等。家庭養花用農藥、化肥和殺蟲劑等。在各種材料中加入的香精香料如茉莉香油、香草素等。釋放的VOCs包括烴類、醇醛酮酯類、芳烴類、含硫揮發物、氯代烴和氯代芳烴類 |
⒌廚房污染 | 我國家庭使用燃料主要是煤、石油液化氣、天然氣等,這些燃料在不完全燃燒時,會產生脂肪烴、芳烴、醇醛酮類。家庭廚房烹調過程中,食用油在200℃左右加熱,食用油經裂解、水解、氧化等反應,隨油煙揮發出來,其中含有多種有害有機物。 |
⒍室內人的活動污染 | 吸煙時煙草在不完全燃燒時產生近干種污染物,其中屬于VOCs的污染物包括低分子的醇醛酮酯類、芳烴類、酚類、有機酸類和有機堿如尼古丁等,這些化合物很多具有三致作用。人體及動物新陳代謝會釋放大量VOCs,包括丙酮、乙醛、丁酮、苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、三氯乙烯、三氯乙烷、四氯乙烷、硫化氫、甲醇等。 |
(三)VOCs揮發模式
因為從各種材料揮發出的VOCs在氣相中能迅速交換,所以VOC釋放速度主要由材料內部擴散控制,一般遵循菲克第二定律:
R(t)=M0(k/Z)exp[-(k/Z)×t] ?。?)
式中,R(t)—— 時間t時的釋放量,mg/(m2·h);
M0—— 釋放源中VOCs的原始質量,mg/m2;
Z—— 釋放源厚度,m;
k—— z等于lμm時的擴散系數,m2h;
t—— 時間,h。
按式(1)揮發模式計算的涂料揮發速率R=45667mg/(m2·h),與實測濃度的相關系數均大于0.99。
二、種類及含量
(一)種類
室內揮發性有機物,從化學結構上看,可分為芳烴、脂肪烴、鹵代脂肪烴、醇類、醛類、酮類、酯類、酚類、有機酸類和有機堿類。
(二)含量范圍
世界各國都對室內空氣中的VOCs進行了調查。德國測定了500戶家庭室內VOCs度,共監測了57種化合物,除甲醛外,各種化合物的平均濃度為25ug/m3,高于室外濃度5~8倍。各種化合物的濃度變化范圍較大,英國測定了100戶住宅,室內TVOCs 平均濃度為121.8ug/m3,為室外濃度的2.4倍;加拿大隨機監測757個室內VOCs濃度,共測定了57種化合物,平均值在20ug/m3 左右;日本的研究表明,竣工2個月后的室內TVOCs高出室外5.9~13.5倍,竣工8個月的建筑物室內各種有機化合物濃度已顯著降低,其中脂肪烴和芳烴類化合物濃度已與室外接近??⒐?0年后的TVOCs的測定結果與8個月結果相差無己。
我國北京市化學毒物檢測研究所在對北京市73個不同類型的旅館飯店和17個樓房住宅,4個辦公場所94個室內環境進行了監測。結果表明,TVOCs的平均水平為47.95ug/m3。綜上所述,由于測定方法、測定條件以及氣象等多種因素影響,各個VOCs測定結果存在一定差異。常見的室內VOCs含量列入表11-1 中。對廣州市室內環境VOCs的檢測結果列入表11-2中。對天津市室內環境VOCs的檢測結果列入表11-3。北京市室內環境中TVOCs的含量在0.2~2mg/m3,通風良好的室內TVOCs在0.2~0.9mg/m3,新裝修的居室TVOCs可達9mg/m3,監測結果還表明室內TVOCs明顯高于室外,說明室內確有污染源。
窒內常見的V0Cs含量范圍
VOCs | 濃度(μg/m3 ) | VOCs | 濃度(μg/m3 ) | VOCs | 濃度(μg/m3 ) |
環己烷 | 5~230 | 乙苯 | 5~380 | 乙醛 | 10~500 |
甲基環戊烷 | 0.1~139 | 氯苯 | 1~500 | 二氯甲烷 | 20~5 000 |
己烷 | 100~269 | 間/對二甲苯 | 25~300 | 己醛 | 1~10 |
庚烷 | 50~500 | 1,4-二氯苯 | 1~250 | 三氯甲烷 | 10~50 |
辛烷 | 50~550 | 正丙苯 | 1~6 | 丙酮 | 5~50 |
壬烷 | 10~400 | 甲醇 | 0~280 | 四氯化碳 | 200~1 100 |
癸烷 | 10~1100 | 三甲苯 | 10~400 | 2-丁酮 | 10~600 |
十一烷 | 9~950 | 乙醇 | 0~15 | 三氯乙烷 | 10~8 300 |
十二烷 | 10~220 | 聯苯 | 0.1~5 | 乙酸乙酯 | 1~240 |
2-甲基戊烷 | 10~200 | 2-丙醇 | 0~10 | 三氯乙烯 | 1~50 |
2-甲基己烷 | 5~278 | α-蒎烯 | 1~605 | 乙酸丁酯 | 2~12 |
苯 | 10~500 | 甲醛 | 0.02~1.5 | 四氯乙烷 | 1~617 |
甲苯 | 50~2 300 | 三氯氟甲烷 | 1~230 |
三、室內空氣中VOCs對健康的影響
可分為三種類型:
?、贇馕逗透泄傩?。包括感官刺激,感覺干燥。
?、陴つへ菁ず投拘詫е碌钠渌到y病態。刺激眼黏膜、鼻黏膜、呼吸道和皮膚等;VOCs很容易通過血液一大腦的障礙,從而導致中樞神經系統受到抑制,使人產生頭痛、乏力、昏昏欲睡和不舒服的感覺。
③基因毒性和致癌性。很多VOCs被證明是致癌物或可疑致癌物如苯、氯乙烯、四氯乙烯、三氯乙烷、三氯乙烯等。
現代流行病的調查表明:TVOCs濃度小于0.2mg/m3時不會產生刺激反應,人體感到舒適;而大于3mg/m3時就會出現某些癥狀;3~25mg/m3時可導致頭痛和其他神經毒性作用人體感到不舒適;大于25mg/m3時,呈毒性反應。VOCs的致病癥狀見表
VOCs的致病癥狀
對人體影響 | 癥狀 | VOCs舉例 |
自律神經障礙 | 出汗異常,手足發冷,易疲勞 | 丁醇、甲乙酮、烴類 |
精神障礙 | 失眠、煩躁、癡呆、沒精神 | 苯、甲苯、環己酮 |
末梢精神障礙 | 運動障礙、四肢末端感覺異常 | 甲乙酮 |
呼吸道障礙 | 喉痛、口干、咳嗽 | 乙酸丁酯、200#溶劑 |
消化器官障礙 | 腹瀉、便秘、惡心 | 甲醛、200#溶劑、甲苯、二甲苯 |
視覺障礙 | 結膜發炎 | 乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲醛 |
免疫系統障礙 | 皮炎、哮喘、自身免疫疾患 | 氯苯、200#溶劑 |