摘要：本文綜述影響地下工程內(nèi)空氣品質(zhì)的揮發(fā)性有機(jī)物特性及其對人體危害；提出用空氣耗氧量（COD）作為揮發(fā)性有機(jī)物的評估指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明COD與室內(nèi)空氣品質(zhì)其它指標(biāo)如 、co、空氣負(fù)離子、甲醛濃度、微生物等有顯著的相關(guān)性；提示COD是綜合性較強(qiáng)的室內(nèi)空氣污染指示指標(biāo)，并提出改善室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物污染的技術(shù)措施。
 
    1、揮發(fā)性有機(jī)化合物對工程內(nèi)空氣品質(zhì)的影響及危害
 
　　長期以來，評定地下工程內(nèi)空氣質(zhì)量，除熱舒適參數(shù)外，主要以、、可吸入顆粒物、細(xì)菌總數(shù)等為指標(biāo)。地下通風(fēng)空調(diào)設(shè)計新風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)通常也以稀釋室內(nèi)濃度為目標(biāo)。但根據(jù)大量地下工程環(huán)境質(zhì)量調(diào)查表明，一部分工程新風(fēng)量確實(shí)不足，使工程內(nèi)二氧化碳濃度略高，以致工程內(nèi)空氣品質(zhì)較差；而大部分工程通風(fēng)系統(tǒng)新風(fēng)量和工程內(nèi)濃度都符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但長期在地下工程內(nèi)工作人員常常主訴頭痛、頭昏、胸悶、疲倦、記憶力和工作效率下降；工作五年以上的人呼吸道疾病的發(fā)病率較高，關(guān)節(jié)痛、視力減退和神經(jīng)衰弱的也較多。
 
　　與地下建筑相仿的封閉型的有空調(diào)設(shè)施的地面公共建筑室內(nèi)空氣環(huán)境，據(jù)大量的調(diào)查表明，多數(shù)工作人員也反映室內(nèi)空氣污濁，氣悶、易疲勞、呼吸道不適，甚至感到窒息。這種癥狀被世界衛(wèi)生組織定義為‘建筑病綜合癥’。據(jù)報導(dǎo)，在國外還出現(xiàn)所謂‘多種化學(xué)物過敏癥’，引起與之相關(guān)的過敏性肺炎、氣喘病、溶劑性腦病等病例。嚴(yán)重影響人的身體健康和工作效率；而這些空間的新風(fēng)量和濃度卻又符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
 
　　近幾年來，國內(nèi)外對室內(nèi)空氣品質(zhì)研究表明，出現(xiàn)這種情況的原因，主要是由于人們過去往往比較重視明顯的室內(nèi)污染物，卻忽視了許多低濃度的揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC（Volatile Organic Compounds）污染。實(shí)驗(yàn)顯示，VOC對人體有害，但把單一的VOC區(qū)分開來，它們的濃度均低于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，根本不足以危害到人類。唯一的解釋是，一兩種VOC根本不足為患，但人長期暴露在這些污染物下，同時當(dāng)各種不同的VOC混在一起后，并與臭氧產(chǎn)生化學(xué)作用，室內(nèi)空氣中就會出現(xiàn)許多隱形殺手。更由于人的鼻子十分靈敏，能感覺出空氣的清新度和眾多的用現(xiàn)代化的精密儀器也難于測量的污染物。人們長時間處于令人討厭的低濃度污染與腐霉氣味中，不斷地對人體的健康產(chǎn)生影響和作用。因此各種癥狀可說是各種VOC對人體綜合作用的結(jié)果；這也使人們逐漸認(rèn)識到考慮室內(nèi)空氣品質(zhì)應(yīng)從微粒污染擴(kuò)展到化學(xué)污染控制。由于地面建筑的‘病態(tài)建筑綜合癥’在國外呈現(xiàn)的普遍性，美國環(huán)保機(jī)構(gòu)估計，由于室內(nèi)空氣品質(zhì)下降而造成工作效率下降和員工缺勤增加，造成產(chǎn)品損耗，員工病假和直接醫(yī)療費(fèi)用等每年損失幾百億美元。據(jù)香港特區(qū)政府環(huán)保署公布的首份室內(nèi)空氣質(zhì)量調(diào)查表明，香港辦公樓宇普遍存在‘病態(tài)樓宇綜合癥’，工作人員因室內(nèi)空氣污染引致不適而需請病假，所導(dǎo)致生產(chǎn)力損失每年達(dá)到145億港元。處理此類病癥所需的醫(yī)療費(fèi)用，每年也達(dá)1。6億港元。加上為調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣所耗費(fèi)的電力，一年的總損失高達(dá)176億港元。因此室內(nèi)空氣品質(zhì)問題已引起世界各國學(xué)術(shù)界和政府的普遍關(guān)切。而對于地下建筑，由于國內(nèi)地下空間還處于小規(guī)模開發(fā)利用階段，對地下空間空氣品質(zhì)的感受還局限于少部分人群；隨著二十一世紀(jì)地下空間的大規(guī)模開發(fā)利用，地下建筑內(nèi)部空氣品質(zhì)也必然會引起全社會的普遍關(guān)注。
 
　　在室內(nèi)發(fā)現(xiàn)VOC的污染已有20年的歷史。1986年由各國學(xué)者收集和匯編出版的資料介紹，室內(nèi)空氣中有307種VOC。由于有機(jī)物的揮發(fā)性與沸點(diǎn)密切相關(guān)，因此室內(nèi)有機(jī)物按其沸點(diǎn)可分為三類：⑴、易揮發(fā)性有機(jī)物VVOC（沸點(diǎn)小于0至50/100℃），如乙醇；⑵、揮發(fā)性有機(jī)物VOC（沸點(diǎn)50/100℃至240/260℃）；⑶、半揮發(fā)性有機(jī)物SVOC（沸點(diǎn)240/260℃至380/400℃）如衛(wèi)生球散發(fā)的萘。據(jù)一些國家現(xiàn)場調(diào)查，其中50多種揮發(fā)性有機(jī)物在室內(nèi)普遍存在。
 
　　室內(nèi)有機(jī)物污染對人體健康的影響可分為：⑴、氣味和其它感覺效應(yīng)；⑵、粘膜刺激如乙醛、丙烯醛和萘；⑶、基因毒性和致癌性如甲醛等三種主要類型。對有空調(diào)的公共建筑室內(nèi)而言，揮發(fā)性有機(jī)化合物的主要來源有：A、與室外污染有關(guān)如經(jīng)通風(fēng)換氣裝置或其它原因?qū)⑹彝獾腣OC帶入室內(nèi)；B、人體本身自然或吸煙散發(fā)的VOC，如丙酮、異戊二烯、乙醛、丙烯醛等；C、建筑或裝璜材料如地毯、油漆、膠水、墻板、地磚、新家俱等釋放混雜的有機(jī)化合物；D、建筑物大量采用的絕緣材料，也釋放揮發(fā)性有機(jī)化合物。因此地下或地面建筑物內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)物污染對人體健康的影響，既有氣味和其它感覺效應(yīng)，也有粘膜刺激作用，甚至有致癌性。
 
　　2、定量評估工程內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法
 
　　室內(nèi)空氣中眾多的VOC都處于很低的濃度下，組成復(fù)雜。到目前為止，還不能準(zhǔn)確地測量室內(nèi)各種VOC濃度。這是因?yàn)榭諝庵械幕瘜W(xué)混合物隨時會出現(xiàn)變化，因此無法用這些污染物濃度來衡量空氣品質(zhì)。因此室內(nèi)各種VOC含量分別用類似、CO濃度描述是相當(dāng)困難的。但是室內(nèi)VOC定量化問題不解決，作為稀釋VOC的新風(fēng)量也難以確定。
 
　　丹麥學(xué)者Fanger 對室內(nèi)綜合污染源提出新物理量olf作為污染源強(qiáng)度的單位。定義1olf為一個‘標(biāo)準(zhǔn)人’的污染散發(fā)量。若室內(nèi)其它污染源引起的不滿意程度與一個‘標(biāo)準(zhǔn)人’散發(fā)的污染源所引起的不滿意程度相同，則該實(shí)際污染強(qiáng)度即為1olf，依此推算出各種污染源的污染強(qiáng)度。并用decipol 來定量空氣品質(zhì)。1decipol 表示一個標(biāo)準(zhǔn)人產(chǎn)生的污染（1olf）經(jīng)10升/s未污染空氣通風(fēng)稀釋后的空氣品質(zhì)。即1decipol=1olf/10升/s=0.1olf/(升/s)。在不同狀態(tài)下空氣品質(zhì)的decipol值為：
     
　　
    如果室內(nèi)15人，其中人、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料、吸煙、空調(diào)系統(tǒng)等總污染強(qiáng)度為150olf,空調(diào)系統(tǒng)向室內(nèi)提供室外新風(fēng)為36m/p.h，則室內(nèi)空氣品質(zhì)屬于病態(tài)建筑：
 
　　 因此要使室內(nèi)空氣品質(zhì)處于健康建筑狀態(tài)，必需增加至10倍室外新風(fēng)量，這在空調(diào)設(shè)計中是難于接受的。而且Fanger是按歐洲標(biāo)準(zhǔn)人作為確定各種污染源的強(qiáng)度的，能否適合我國國情還有一系列問題。
 
　　 本文不考慮室內(nèi)綜合污染作用，主重考察室內(nèi)VOC對室內(nèi)空氣品質(zhì)的作用。利用有機(jī)物的被氧化特性；通過一定的方法測定室內(nèi)VOC被氧化的空氣耗氧量，即空氣耗氧量COD（Chemical Oxygen Demand）表征室內(nèi)VOC的總濃度。
 
　　空氣耗氧量由前蘇聯(lián)學(xué)者于80年代提出。其原理是基于空氣污染物中的有機(jī)物可被重鉻酸鉀—硫酸液完全氧化；根據(jù)污染物被氧化時消耗的氧量即可推算出空氣耗氧量的含量()。國內(nèi)在1989年人防工程平時使用環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)制定中，起用了空氣耗氧量作為地下旅館、影劇院、舞廳、餐廳和醫(yī)院的環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。于1998年被國家技術(shù)監(jiān)督局和衛(wèi)生部批準(zhǔn)為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 17216—1998）。在制定標(biāo)準(zhǔn)的過程中，課題組對一些特定地下空間環(huán)境進(jìn)行空氣耗氧量的測定，并通過模糊綜合評價，得到地下工程室內(nèi)空氣耗氧量的標(biāo)準(zhǔn)值為6～8()。這與前蘇聯(lián)學(xué)者提出的清潔COD小于4()；可接受的COD為6()；輕污染的COD為10()；重污染的COD為20()的指標(biāo)是吻合的。

    3、工程內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物耗氧量的測定及其影響因素
 
　　 COD的測定基本參照п.п.круяликовои的重鉻酸鉀法進(jìn)行。在小波氏管內(nèi)加0.25％重鉻酸鉀-硫酸吸收液2mL，置于距地面1.5m處，以0.15L/min 采樣0.5小時后，用乳膠管串聯(lián)封閉吸收管兩端，置95～100℃沸水浴1小時，冷卻后，用40mL蒸餾水將吸收液洗入碘量瓶中，加5％碘化鉀1mL，避光靜置1min，以淀粉為指示劑，0.01N硫代硫酸鈉滴定至終點(diǎn)。根據(jù)樣品與空白滴定量的差異計算出COD的濃度。
 
　　 空氣耗氧量隨室外空氣污染與室內(nèi)污染來源如人群活動、吸咽、臭源的程度不同而變化?！朔拦こ唐綍r使用環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)’課題組在地下教室中對30名學(xué)生及8名實(shí)驗(yàn)工作人員（其中男性21名，女性17名）進(jìn)行20天冬、夏兩季不同通風(fēng)工況下空氣環(huán)境及人體反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。對地下教室內(nèi)的空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速、壁面溫度、、CO濃度、空氣耗氧量等進(jìn)行測定，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表（1）、（2）所示。
 
　                  　        夏季室內(nèi)小氣候及空氣耗氧量部分測試記錄表（1）
     
                                       冬季室內(nèi)小氣候及空氣耗氧量部分測試記錄 表（2）

從上列COD測量數(shù)據(jù)表明：
 
　　 ⑴、室內(nèi)空氣中濃度不能真實(shí)反映室內(nèi)空氣的污染程度。室內(nèi)空氣中濃度低時，并不能說明空氣是清潔的，因?yàn)樵谑覂?nèi)有機(jī)物污染相當(dāng)嚴(yán)重的空氣中濃度可能是低的。如表⑴中室內(nèi)濃度均在0.1％左右，符合清潔空氣的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；但揮發(fā)性有機(jī)物的污染的指標(biāo)耗氧量卻超標(biāo)43％，以致部分受試人員主訴異味、頭昏、疲倦、煩躁等癥狀。
 
　?、?、夏季和冬季人體散發(fā)的VOC有顯著的差異。如表⑴、⑵顯示，濃度同為0.1％左右時，夏季測得的耗氧量為，而冬季為；在同樣的濃度水平下，夏季空氣耗氧量比冬季高，其主要原因是夏季人體新陳代謝旺盛，體液分泌多，從體表蒸發(fā)出來的和人體呼出的廢氣中有機(jī)物成分比冬季顯著增多之故。在國內(nèi)地下人防工程進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，一共測得空氣耗氧量標(biāo)準(zhǔn)樣本1000個。結(jié)果表明，冬季達(dá)標(biāo)率為62.2％；夏季達(dá)標(biāo)率為47.4％。表⑶是全國現(xiàn)場調(diào)查工程中空氣耗氧量的分布?？傮w上說明人防地下工程中有機(jī)物耗氧量偏高，應(yīng)采取措施，降低有機(jī)物污染總量，提高工程內(nèi)空氣清潔度。

    表 ⑶
 
    ⑶、吸煙對室內(nèi)VOC污染有顯著的影響。從冬季測試數(shù)據(jù)表⑵可見，隨著室內(nèi)吸煙人數(shù)比例的增加，室內(nèi)COD濃度明顯增高。如室內(nèi)初始COD濃度為1.13±0.81()，當(dāng)室內(nèi)吸煙人數(shù)增加10％時，COD增為2.86±0.23()。
 
　  ⑷、在室內(nèi)吸煙的條件下，CO和COD有顯著的相關(guān)性。從表⑵可見，COD，CO均隨污染加重而呈現(xiàn)增高趨勢；因此對吸煙所致的室內(nèi)空氣污染，COD與CO有相同的代表性。
 
　　根據(jù)有關(guān)研究和測試報導(dǎo)，空氣耗氧量與室內(nèi)濃度、空氣負(fù)離子濃度、甲醛濃度、微生物污染均有明顯的相關(guān)性。
 
　?、伞⑹覂?nèi)濃度和COD濃度均隨室內(nèi)人數(shù)的增多，活動時間的增長而升高，如表⑷所示。說明對于人活動引起的污染，COD與具有同樣良好的指示性。
 
　          表 ⑷
            
    ⑹、空氣耗氧量與空氣負(fù)離子濃度呈負(fù)相關(guān)；即空氣耗氧量越大，空氣負(fù)離子濃度則越低，空氣污染越嚴(yán)重。根據(jù)廣西醫(yī)科大學(xué)等單位對幾個飯店與舞廳測試如表⑸顯示空氣耗氧量與空氣負(fù)離子濃度的關(guān)系。
 
　　   表 ⑸
         
    ⑺、空氣耗氧量與室內(nèi)甲醛濃度具有相關(guān)性。甲醛是VOC中探討最多的一種揮發(fā)性有機(jī)化合物。由于含有甲醛的樹脂廣泛應(yīng)用于住宅建材、絕熱材料、家具和服裝等方面，使得室內(nèi)甲醛濃度明顯升高。沈陽醫(yī)學(xué)院在1993年5～10月對某新裝修的賓館室內(nèi)空氣耗氧量及甲醛濃度進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，得到如表⑹的結(jié)果。根據(jù)統(tǒng)計分析，兩項(xiàng)指標(biāo)呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)；其回歸方程為：Y=4.028+168.19X（Y為耗氧量，X為甲醛濃度）。
 
　　    表 ⑹
         

    因此空氣耗氧量是綜合性很強(qiáng)的空氣污染指示指標(biāo)，它和其指標(biāo)既有聯(lián)系甚至有顯著的相關(guān)性；又具有本身的獨(dú)立性（反映室內(nèi)有機(jī)物濃度），為VOC定量評估提供有利條件。
 
　　 4、稀釋室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物污染的技術(shù)措施
 
　　 綜上所述，說明室內(nèi)VOC對室內(nèi)空氣品質(zhì)惡化的影響及其對人健康產(chǎn)生的后果；為了使室內(nèi)VOC達(dá)到允許濃度，提出用空氣耗氧量評估室內(nèi)總揮發(fā)性有機(jī)化合物（TVOC）的濃度，為通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)稀釋室內(nèi)VOC奠定基礎(chǔ)。
 
　　應(yīng)當(dāng)說，新風(fēng)稀釋技術(shù)乃是降低室內(nèi)VOC的基本手段。有資料表明，不同的自然通風(fēng)條件對VOC的污染有顯著的差異；如表⑺所示數(shù)據(jù)，反映出良好的通風(fēng)對VOC有明顯的稀釋擴(kuò)散作用。但是用室外新風(fēng)稀釋室內(nèi)VOC必須解決幾個關(guān)鍵的問題：
 
　　不同自然通風(fēng)情況下VOC污染的COD濃度表⑺
             
4.1、為了在設(shè)計中進(jìn)行可操作的通風(fēng)稀釋方法，必須確定室內(nèi)總揮發(fā)性有機(jī)化合物的發(fā)生量TCOD()以及進(jìn)入室內(nèi)的室外VOC的初始濃度；若按穩(wěn)態(tài)模式，在已知室內(nèi)VOC允許濃度條件下，即可用傳統(tǒng)的計算方法確定新風(fēng)量：

     因此確定稀釋VOC的新風(fēng)量，必需確定室內(nèi)VOC發(fā)生量TCOD。這需要通過試驗(yàn)或通過空氣耗氧量COD與室內(nèi)、CO、甲醛等濃度有高度的相關(guān)性，分別確定或推算人群活動、吸煙、各種建筑材料的VOC的發(fā)生量。如采用封閉的污染空間，人在其中逗留1小時與采用人工吸煙機(jī)注入一支煙的煙氣后測得人在室內(nèi)逗留1小時，約產(chǎn)生動活28.9～31.2mg的空氣耗氧量污染；吸一支煙產(chǎn)生10.6～11.4mg的空氣耗氧量污染。

　　 4.2、必須考慮室外VOC污染對室內(nèi)VOC的影響。以濃度為主要目標(biāo)的通風(fēng)稀釋，主要考察室內(nèi)外濃度及室內(nèi)發(fā)生量來確定新風(fēng)量。但隨著城市建設(shè)步伐的加快，人口密度不斷增加，汽車擁有量也不斷上升；人們在生產(chǎn)和生活過程中不斷向外排放廢氣，致使室外空氣質(zhì)量逐漸惡化，其中不乏VOC的污染。因此以通風(fēng)稀釋室內(nèi)VOC為主要目標(biāo)，必須考慮新風(fēng)的VOC污染對室內(nèi)的影響；這就提出了新風(fēng)VOC的過濾處理問題，使新風(fēng)VOC濃度降低到最低水平。

　　 VOC的濃度一般很低、成分復(fù)雜，因此難于用一般的吸附材料吸附。一般吸附材料不僅吸附效率低，且操作性能差，裝置體積大，成本高。新型高性能吸附材料活性碳纖維具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和優(yōu)良的吸附性能。對各種無機(jī)物和有機(jī)化合物都能有效吸收，特別適及于低濃度物質(zhì)的吸附，可有效地吸附油漆、涂料和日用化工產(chǎn)品所散的有機(jī)污染物。還可以根據(jù)有機(jī)物的性質(zhì)對活性碳纖維作表面處理，使之增強(qiáng)對某類化合物的吸附，如在活性碳纖維表面引入氨基，醛類化合物能與氨基縮合而被有效地吸收。而且活性碳纖維還能很好地吸附臭氧，且其表面官能團(tuán)能催化臭氧分解，防止有機(jī)物與臭氧產(chǎn)生化學(xué)作用對人的健康產(chǎn)生危害。

　　4.3、發(fā)現(xiàn)50多種室內(nèi)植物能‘吞食’有害的揮發(fā)性有機(jī)化合物。這些化學(xué)物質(zhì)是植物根部四周的微生物的主要糧食。如在24小時照明的條件下，蘆薈可以消滅1立方米空氣中所含的90％的醛，90％的苯在常青藤中消失，垂釣蘭能吞食96％的一氧化碳、86％的甲醛，其它還有杜鵑花、郁金花、百合花等都能吸收揮發(fā)性有機(jī)化合物。因此室內(nèi)有規(guī)劃的綠化，可利用各種綠色植物能有效地降低空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物。