地鐵空氣凈化技術(shù)的研究與進(jìn)展

李國(guó)德++王欣鈺++李娜++武士威++辛士剛++王美艷++孫亞飛

摘 要：在當(dāng)今的現(xiàn)代化城市中地鐵早已成為了重要交通工具，在國(guó)內(nèi)外的大城市中地鐵的應(yīng)用是非常廣泛的，但是，由于地鐵人流量大，空氣調(diào)節(jié)又主要靠機(jī)械通風(fēng)和中央空調(diào)，這樣的通風(fēng)系統(tǒng)成為了可吸入顆粒物、細(xì)菌等微生物的主要污染源。地鐵通常建在人群密集的主干道，這些地方的地面受到了汽車尾氣的污染，地面大氣中的污染物會(huì)通過地鐵的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)入地鐵，這些污染物對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響，比較敏感的人群會(huì)咳嗽、咳痰，最終會(huì)沉到肺泡。該文重點(diǎn)介紹了地鐵空氣污染物的種類以及對(duì)人體的危害，論述了目前針對(duì)地鐵空氣治理的一些凈化技術(shù)研究及其進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：地鐵 空氣污染物 凈化技術(shù)

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）03（b）-0085-02

地鐵是一座城市融入國(guó)際大都市現(xiàn)代化交通的顯著標(biāo)志[1]。目前，在我國(guó)乃至全世界都在積極建設(shè)發(fā)展地下交通，地鐵已經(jīng)是人類交通的重要工具，其好處人所共知。但是，地鐵作為相對(duì)封閉的特殊環(huán)境，由于復(fù)雜的多種因素所致，地鐵空氣污染也是非常嚴(yán)重，甚至威脅人類的健康。為此，許多專家學(xué)者開始致力于地鐵空氣凈化問題研究，取得了很好的進(jìn)展和應(yīng)用。

1 地鐵空氣污染物的種類及危害

1.1 金屬元素

地鐵列車快速運(yùn)行和制動(dòng)過程中存在車輪與鋼軌之間的嚴(yán)重摩擦，導(dǎo)致鋼鐵中的鐵元素和錳、鉻及鎳等其他微量合金元素在摩擦和高溫發(fā)熱的情況下形成微小的顆粒散發(fā)到空氣中。有關(guān)研究也顯示，地鐵系統(tǒng)環(huán)境中金屬元素鐵、鉻、錳、鎳等的水平比其他環(huán)境要高得多。這些散發(fā)到空氣中的元素顆粒能夠通過呼吸道和皮膚的吸附進(jìn)入人體內(nèi)，進(jìn)而對(duì)人體造成極大危害，它是造成肺癌或皮膚癌的重要原因[2]。

1.2 可吸入固體顆粒物及有害無機(jī)小分子

可吸入固體顆粒物主要是懸浮的粉塵微粒，包括灰塵、煙塵，人與動(dòng)物毛發(fā)、皮屑等。有害無機(jī)小分子包括燃燒產(chǎn)生的CO、氮氧化物、SO2等[3]。這些物質(zhì)是多種污染的運(yùn)載工具和催化劑，很容易富集于肺泡上，并直接進(jìn)入血液循環(huán)，輸送至全身，引起肺部組織慢性纖維化，導(dǎo)致肺心病、心血管病等多種疾病。

1.3 揮發(fā)性有機(jī)化合物

揮發(fā)性有機(jī)化合物除醛類外，常見的還有三氯甲烷、三氯乙烯、氯仿、苯、甲苯、二甲苯等。這些物質(zhì)隱藏在建筑材料及室內(nèi)裝修裝飾材料中，在廚房中的油煙和香煙中的煙霧等有機(jī)蒸汽也普遍存在[3]。揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs中的許多物質(zhì)有致癌、致畸、致突變性，這些物質(zhì)易被皮膚、粘膜等吸收，干擾人體內(nèi)的分泌系統(tǒng)，具有遺傳毒性，嚴(yán)重威脅著人們的身體健康。

1.4 懸浮微生物

主要包括細(xì)菌、霉菌、病毒等。這類微生物能通過特應(yīng)性機(jī)制、傳染過程和直接毒害途徑等導(dǎo)致人類疾病，對(duì)人們的生產(chǎn)、生活產(chǎn)生危害和影響[4]。

1.5 放射性物質(zhì)

土壤中含有一定量的氡，而地鐵系統(tǒng)的建筑物主要置于地表之下，四周土壤均可釋放氡氣，加之地鐵通風(fēng)條件有限，因此地鐵內(nèi)也存在著氡污染[2]。氡是一種放射性氣體，通過呼吸進(jìn)入人體，長(zhǎng)期的體內(nèi)照射可能引起局部組織損傷，甚至導(dǎo)致肺癌等嚴(yán)重疾病的產(chǎn)生。

2 地鐵空氣凈化技術(shù)及進(jìn)展

2.1 吸附凈化技術(shù)

2.1.1 靜電吸附凈化技術(shù)

利用靜電吸附的原理來凈化空氣是一個(gè)相對(duì)成熟的做法。目前，靜電吸附式空氣凈化器已經(jīng)很多見了。其核心裝置是設(shè)備安裝有放電絲和負(fù)極板，在高壓發(fā)生器的作用下產(chǎn)生直流高壓電壓后形成強(qiáng)靜電場(chǎng)。這樣，當(dāng)空氣通過裝置時(shí)就會(huì)吸附空氣中的顆粒物（包括許多微生物）。

2.1.2 吸附劑吸附凈化技術(shù)

吸附劑吸附技術(shù)主要是采用吸附性能較好的介質(zhì)作為吸附劑，進(jìn)而達(dá)到吸附危害物的效果。例如：活性炭、活性炭纖維、沸石、分子篩、活性氧化鋁和硅膠等，其中顆?；钚蕴?、含高錳酸鉀的活性氧化鋁及復(fù)合活性炭纖維最常用[5]。吸附技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是脫除效率高、富集功能強(qiáng)和操作工藝簡(jiǎn)單。但這種方法也有一定的不足之處，那就是所有吸附材料只能起到暫時(shí)吸附作用，隨溫度、風(fēng)速升高，所吸附的污染物就有可能游離出來，所以要經(jīng)常更換過濾材料，避免吸附飽和。目前，有關(guān)吸附劑吸附技術(shù)的研究比較熱。其中，活性炭纖維（ACF）相關(guān)研究比較集中，最先是日本學(xué)者將活性炭纖維（ACF）用于有機(jī)廢氣處理技術(shù)研究，此后一些國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞ACF在VOC、甲苯和甲醛吸附方面進(jìn)行了系列研究和應(yīng)用，取得較好效果。

2.2 臭氧凈化技術(shù)

臭氧是由3個(gè)氧原子組成，化學(xué)性極不穩(wěn)定，具有較高的氧化作用。由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生臭氧，并釋放到空氣中，利用它的氧化作用對(duì)飄浮于空氣中的各種細(xì)菌和病毒進(jìn)行氧化，從而達(dá)到破壞細(xì)菌、病菌等微生物的細(xì)胞組織和RNA，使得它們終止代謝生長(zhǎng)和繁殖，徹底被殺死。

2.3 光觸媒凈化技術(shù)

利用光觸媒催化氧化技術(shù)降解空氣中的有機(jī)污染物是近年來日益受到重視的一項(xiàng)污染治理新技術(shù)[6]。光觸媒凈化技術(shù)就是利用光催化劑來凈化空氣。當(dāng)空氣通過涂有催化劑涂層表面時(shí)，在光的作用下，空氣中的有機(jī)溶劑發(fā)生降解，生成無害物質(zhì)。目前在許多光催化劑中，二氧化鈦具有廉價(jià)、穩(wěn)定性高、催化效率高、無污染等特點(diǎn)[7]。因此，以二氧化鈦為基質(zhì)進(jìn)行摻雜或合成新功能光催化劑研究比較集中。

2.4 負(fù)離子凈化技術(shù)

所謂負(fù)離子是指帶負(fù)電的微粒子，帶負(fù)電荷的空氣中的氧分子和微小的水分子結(jié)合即可生成負(fù)離子。負(fù)離子極易與空氣中懸浮的微小顆粒物相吸附形成比空氣比重的重分子，因此，這些重分子會(huì)不斷進(jìn)行沉降，進(jìn)而達(dá)到凈化空氣的效果。同時(shí)，由于負(fù)離子還具有中和、還原有害物質(zhì)和強(qiáng)化、激活人體的生理活動(dòng)的功效，可以有效降解有害物質(zhì)，促進(jìn)人體血液中含氧量增加，提高人體免疫能力，增強(qiáng)人體肌能等[8]。

2.5 紫外線凈化技術(shù)

利用紫外線的特殊功效，用紫外燈對(duì)空氣中的細(xì)菌和病毒進(jìn)行照射，殺死或滅活細(xì)菌和病毒的細(xì)胞組織，使生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)徹底無法生成，導(dǎo)致細(xì)菌和病毒立即死亡或喪失繁殖能力。目前，最常用的是253.7 nm波長(zhǎng)的UV-C殺菌燈，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：殺菌消毒徹底、不殘留任何有毒物質(zhì)、操作簡(jiǎn)便、使用費(fèi)用低等[8]。

2.6 等離子凈化技術(shù)

利用等離子來進(jìn)行空氣凈化是當(dāng)前凈化技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。等離子的產(chǎn)生是由于低電壓升壓到正高壓及負(fù)高壓時(shí)會(huì)電離空氣產(chǎn)生大量的正離子及負(fù)離子，而大量的正、負(fù)離子在空氣中進(jìn)行正負(fù)電荷中和的瞬間就會(huì)產(chǎn)生巨大的能量釋放，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致其附近的細(xì)菌發(fā)生結(jié)構(gòu)改變或能量轉(zhuǎn)換，進(jìn)而使細(xì)菌死亡。此外，由于等離子產(chǎn)生過程中負(fù)離子的數(shù)量大于正離子的數(shù)量，導(dǎo)致多余的負(fù)離子飄浮在空氣中，從而也起到負(fù)離子凈化作用，達(dá)到吸附煙塵、消除異味和促進(jìn)健康作用。利用非平衡等離子體凈化空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物和殺滅細(xì)菌是近年來的研究熱點(diǎn)[9]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著地下交通的不斷發(fā)展，為確保公眾出行健康，營(yíng)造良好的乘車環(huán)境，地鐵內(nèi)公共環(huán)境衛(wèi)生狀況越來越受到重視，由于多種因素導(dǎo)致地鐵空氣污染的嚴(yán)重，甚至危及到人體健康，因此急需進(jìn)行治理。建議在地鐵站中增加空氣凈化消毒系統(tǒng)，增強(qiáng)空氣凈化、過濾及消毒效果。但是由于傳統(tǒng)和新興的各種凈化技術(shù)都存在各自的局限性，還不能徹底解決地鐵空氣中的污染物問題，建議相關(guān)學(xué)者加快將各種凈化技術(shù)結(jié)合起來，揚(yáng)長(zhǎng)避短，提高凈化效率。

參考文獻(xiàn)

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