Характерные химические загрязнители

Химические загрязнители воздуха в помещении могут встречаться в виде газов и паров (неорганических и органических) и твердых частиц. Их присутствие во внутренней среде является результатом проникновения в здание из внешней среды или их образования внутри здания. Относительная важность этих внутренних и внешних источников различается для разных загрязнителей и может меняться с течением времени.

Основными химическими загрязнителями, обычно присутствующими в воздухе помещений, являются следующие:

1. диоксид углерода (СО₂), который является продуктом метаболизма и часто используется в качестве индикатора общего уровня загрязнения воздуха, связанного с присутствием людей в помещении.
2. окись углерода (CO), оксиды азота (NO_x) и диоксид серы ( SO₂), которые представляют собой неорганические продукты сгорания, образующиеся преимущественно при сгорании топлива и озона ( O₃), который является продуктом фотохимических реакций в загрязненной атмосфере, но также может выделяться из некоторых внутренних источников.
3. органические соединения, происходящие из различных внутренних и наружных источников. Сотни органических химических веществ встречаются в воздухе помещений, хотя большинство из них присутствует в очень низких концентрациях. Их можно сгруппировать в соответствии с температурами кипения, и одна из широко используемых классификаций, представленная в таблице 1, выделяет четыре группы органических соединений: (1) очень летучие органические соединения (VVOC); (2) летучие (ЛОС); (3) полулетучие (SVOC); и (4) органические соединения, связанные с твердыми частицами (POM). Органические вещества в виде частиц растворяются или адсорбируются на твердых частицах. Они могут находиться как в паровой фазе, так и в фазе частиц в зависимости от их летучести. Например, полиароматические углеводороды (ПАУ), состоящие из двух конденсированных бензольных колец (например, нафталин), находятся преимущественно в паровой фазе, а состоящие из пяти колец (например, бенз[a]пирен) находятся преимущественно в фазе частиц.

Таблица 1. Классификация органических загрязнителей помещений

Важной характеристикой загрязнителей воздуха внутри помещений является то, что их концентрации варьируются как в пространстве, так и во времени в большей степени, чем обычно на открытом воздухе. Это связано с большим разнообразием источников, прерывистой работой некоторых источников и наличием различных поглотителей.

Концентрации загрязняющих веществ, образующихся главным образом в результате сжигания, подвержены очень большим временным колебаниям и носят непостоянный характер. Эпизодические выбросы летучих органических соединений в результате деятельности человека, такой как рисование, также приводят к большим колебаниям выбросов во времени. Другие выбросы, такие как выделение формальдегида из изделий из древесины, могут варьироваться в зависимости от колебаний температуры и влажности в здании, но выбросы являются непрерывными. Выбросы органических химических веществ из других материалов могут в меньшей степени зависеть от условий температуры и влажности, но на их концентрацию в воздухе помещений большое влияние будут оказывать условия вентиляции.

Пространственные изменения в комнате, как правило, менее выражены, чем временные. Внутри здания могут быть большие различия в случае локализованных источников, например, копировальные аппараты в центральном офисе, газовые плиты на кухне ресторана и курение табака ограничено в специально отведенном месте.

Источники в здании

Повышенные уровни загрязняющих веществ, образующихся при сгорании, особенно двуокиси азота и угарного газа во внутренних помещениях, обычно являются результатом невентилируемых, неправильно вентилируемых или плохо обслуживаемых приборов для сжигания и курения табачных изделий. Невентилируемые керосиновые и газовые обогреватели выделяют значительное количество CO, CO₂НЕТ_x, SO₂, твердые частицы и формальдегид. Газовые плиты и духовки также выделяют эти продукты прямо в воздух в помещении. При нормальных условиях эксплуатации воздухонагреватели и водонагреватели, работающие на вентилируемом газе, не должны выделять продукты сгорания в воздух помещения. Однако утечка дымовых газов и обратная тяга могут произойти с неисправными приборами, когда в помещении разгерметизировано конкурирующими вытяжными системами и при определенных метеорологических условиях.

Экологический табачный дым

Загрязнение воздуха внутри помещений табачным дымом происходит из-за побочного и выдыхаемого основного потока дыма, обычно называемого табачным дымом в окружающей среде (ETS). В табачном дыме идентифицировано несколько тысяч различных компонентов, и общее количество отдельных компонентов варьируется в зависимости от типа сигареты и условий образования дыма. Основными химическими веществами, связанными с ETS, являются никотин, нитрозамины, ПАУ, CO, CO.₂НЕТ_x, акролеин, формальдегид и цианистый водород.

Строительные материалы и мебель

Материалами, которые привлекли наибольшее внимание в качестве источников загрязнения воздуха внутри помещений, были древесные плиты, содержащие карбамидоформальдегидную (UF) смолу, и UF-изоляция полых стен (UFFI). Выбросы формальдегида из этих продуктов приводят к повышенному уровню формальдегида в зданиях, и это было связано со многими жалобами на плохое качество воздуха в помещениях в развитых странах, особенно в конце 1970-х и начале 1980-х годов. В таблице 2 приведены примеры материалов, выделяющих формальдегид в зданиях. Они показывают, что самые высокие уровни выбросов могут быть связаны с продуктами на основе древесины и UFFI, которые часто широко используются в зданиях. ДСП изготавливают из мелких (около 1 мм) древесных частиц, которые смешивают с УФ-смолами (от 6 до 8 мас.%) и прессуют в древесные плиты. Он широко используется для полов, стеновых панелей, стеллажей и компонентов шкафов и мебели. Слои твердой древесины связаны UF-смолой и обычно используются для декоративных стеновых панелей и компонентов мебели. Древесноволокнистая плита средней плотности (МДФ) содержит более мелкие частицы древесины, чем те, которые используются в древесно-стружечных плитах, и они также связаны UF-смолой. МДФ чаще всего используется для изготовления мебели. Основным источником формальдегида во всех этих продуктах является остаточный формальдегид, захваченный смолой в результате его присутствия в избытке, необходимом для реакции с мочевиной при производстве смолы. Таким образом, выброс является самым высоким, когда продукт является новым, и снижается со скоростью, зависящей от толщины продукта, исходной интенсивности выброса, наличия других источников формальдегида, местного климата и поведения пассажиров. Первоначальная скорость снижения выбросов может составлять 50 % в течение первых восьми-девяти месяцев, после чего наступает гораздо более медленная скорость снижения. Вторичная эмиссия может происходить из-за гидролиза UF-смолы, и, следовательно, скорость эмиссии увеличивается в периоды повышенной температуры и влажности. Значительные усилия производителей привели к разработке материалов с более низким уровнем выбросов за счет использования более низких соотношений (т.е. ближе к 1:1) мочевины и формальдегида для производства смолы и использования поглотителей формальдегида. Регулирование и потребительский спрос привели к широкому использованию этих продуктов в некоторых странах.

Таблица 2. Показатели эмиссии формальдегида из различных строительных материалов, мебели и потребительских товаров

Строительные материалы и мебель выделяют широкий спектр других летучих органических соединений, которые вызывали все большую озабоченность в 1980-х и 1990-х годах. Выбросы могут представлять собой сложную смесь отдельных соединений, хотя некоторые из них могут доминировать. Исследование 42 строительных материалов выявило 62 различных химических соединения. Эти ЛОС были в основном алифатическими и ароматическими углеводородами, их кислородсодержащими производными и терпенами. Соединениями с самыми высокими стационарными концентрациями выбросов в порядке убывания были толуол, m-ксилол, терпен, n-бутил ацетат, n-бутанол, n-гексан, p-ксилол, этоксиэтилацетат, n-гептан и o-ксилол. Сложность выбросов привела к тому, что выбросы и концентрации в воздухе часто указываются как общая концентрация или выброс летучих органических соединений (TVOC). В Таблице 3 приведены примеры уровней выбросов TVOC для ряда строительных материалов. Они показывают, что между продуктами существуют значительные различия в выбросах, а это означает, что при наличии соответствующих данных материалы можно было бы выбирать на этапе планирования, чтобы свести к минимуму выбросы ЛОС в недавно построенных зданиях.

Таблица 3. Общие концентрации летучих органических соединений (TVOC) и уровни выбросов, связанные с различными напольными и настенными покрытиями и покрытиями

^a ПВХ, поливинилхлорид.

Было показано, что консерванты для древесины являются источником пентахлорфенола и линдана в воздухе и пыли внутри зданий. Они используются в основном для защиты древесины от воздействия окружающей среды, а также используются в биоцидах, применяемых для лечения сухой гнили и борьбы с насекомыми.

Потребительские товары и другие внутренние источники

Разнообразие и количество потребительских и бытовых товаров постоянно меняется, а их химические выбросы зависят от моделей использования. Продукты, которые могут способствовать повышению уровня летучих органических соединений внутри помещений, включают аэрозольные продукты, средства личной гигиены, растворители, клеи и краски. В таблице 4 показаны основные химические компоненты ряда потребительских товаров.

Таблица 4. Компоненты и выбросы от потребительских товаров и других источников летучих органических соединений (ЛОС)

Другие ЛОС были связаны с другими источниками. Хлороформ попадает в воздух помещений главным образом в результате розлива или нагрева водопроводной воды. Жидкостные копировальные аппараты выделяют изодеканы в воздух. Инсектициды, используемые для борьбы с тараканами, термитами, блохами, мухами, муравьями и клещами, широко используются в виде спреев, устройств для запотевания, порошков, пропитанных полосок, приманок и ошейников для домашних животных. Соединения включают диазинон, парадихлорбензол, пентахлорфенол, хлордан, малатион, нафталин и альдрин.

Другие источники включают жильцов (двуокись углерода и запахи), офисное оборудование (летучие органические соединения и озон), рост плесени (летучие органические соединения, аммиак, двуокись углерода), загрязненную землю (метан, летучие органические соединения), электронные воздухоочистители и генераторы отрицательных ионов (озон).

Вклад из внешней среды

В таблице 5 показаны типичные соотношения внутри помещений и снаружи для основных типов загрязнителей, присутствующих в воздухе внутри помещений, и средние концентрации, измеренные в наружном воздухе городских районов Соединенного Королевства. Двуокись серы в воздухе помещений обычно имеет наружное происхождение и образуется как из естественных, так и из антропогенных источников. Сжигание ископаемого топлива, содержащего серу, и плавка сульфидных руд являются основными источниками диоксида серы в тропосфере. Фоновые уровни очень низкие (1 часть на миллиард), но в городских районах максимальные часовые концентрации могут составлять от 0.1 до 0.5 частей на миллион. Диоксид серы может попасть в здание с воздухом, используемым для вентиляции, и может просочиться через небольшие щели в конструкции здания. Это зависит от герметичности здания, метеорологических условий и внутренней температуры. Оказавшись внутри, поступающий воздух будет смешиваться и разбавляться комнатным воздухом. Диоксид серы, который вступает в контакт со строительными и отделочными материалами, адсорбируется, и это может значительно снизить концентрацию в помещении по сравнению с наружной средой, особенно при высоких уровнях диоксида серы на открытом воздухе.

Таблица 5. Основные типы химических загрязнителей воздуха внутри помещений и их концентрации в городах Соединенного Королевства

^a ETS, табачный дым в окружающей среде.

Оксиды азота являются продуктом сгорания, и их основными источниками являются автомобильные выхлопы, электростанции, работающие на ископаемом топливе, и домашние обогреватели. Оксид азота (NO) относительно нетоксичен, но может окисляться до диоксида азота (NO₂), особенно во время эпизодов фотохимического загрязнения. Фоновые концентрации диоксида азота составляют около 1 мкг/л, но могут достигать 0.5 мкг/л в городских районах. Наружная среда является основным источником диоксида азота в зданиях без невентилируемых топливных приборов. Как и в случае с двуокисью серы, адсорбция внутренними поверхностями снижает концентрацию в помещении по сравнению с наружной средой.

Озон образуется в тропосфере в результате фотохимических реакций в загрязненной атмосфере, и его образование зависит от интенсивности солнечного света и концентрации оксидов азота, реакционноспособных углеводородов и окиси углерода. В отдаленных районах фоновые концентрации озона составляют от 10 до 20 частей на миллиард и могут превышать 120 частей на миллиард в городских районах в летние месяцы. Концентрации внутри помещений значительно ниже из-за реакции с поверхностями внутри помещений и отсутствия сильных источников.

Выброс оксида углерода в результате антропогенной деятельности оценивается в 30% от того, что присутствует в атмосфере северного полушария. Фоновые уровни составляют примерно 0.19 частей на миллион, а в городских районах суточная динамика концентраций связана с использованием автотранспортных средств с пиковыми часовыми уровнями от 3 до 50–60 частей на миллион. Это относительно нереактивное вещество, поэтому оно не истощается в результате реакции или адсорбции на поверхностях внутри помещений. Таким образом, внутренние источники, такие как невентилируемые топливные приборы, увеличивают фоновый уровень, в противном случае из-за наружного воздуха.

Отношения органических соединений внутри помещения и снаружи зависят от конкретного соединения и могут меняться с течением времени. Для соединений с сильными внутренними источниками, таких как формальдегид, концентрации внутри помещений обычно преобладают. Концентрации формальдегида на открытом воздухе обычно ниже 0.005 мг/м.³ а концентрации внутри помещений в десять раз выше, чем на открытом воздухе. Другие соединения, такие как бензол, имеют сильные источники вне помещений, причем особое значение имеют автомобили с бензиновым двигателем. Внутренние источники бензола включают ETS, в результате чего средние концентрации в зданиях в Соединенном Королевстве в 1.3 раза выше, чем на открытом воздухе. Окружающая среда в помещении, по-видимому, не является значительным стоком для этого соединения, и поэтому оно не защищает от бензола, поступающего извне.

Типичные концентрации в зданиях

Концентрация угарного газа в помещении обычно колеблется от 1 до 5 частей на миллион. В таблице 6 приведены результаты 25 исследований. Концентрации выше в присутствии табачного дыма в окружающей среде, хотя концентрации превышают 15 частей на миллион в исключительных случаях.

Таблица 6. Сводка полевых измерений оксидов азота (NO^x) и угарный газ (CO)

^a НО = не обнаружено.

Концентрация диоксида азота в помещении обычно составляет от 29 до 46 частей на миллиард. При наличии определенных источников, таких как газовые плиты, концентрации могут быть значительно выше, и курение может иметь измеримый эффект (см. таблицу 6).

Многие летучие органические соединения присутствуют в помещении в концентрациях от 2 до 20 мг/м.³. База данных США, содержащая 52,000 71 записей о 3 химическом веществе в домах, общественных зданиях и офисах, представлена ​​на Рисунке 50. Среды, где интенсивное курение и/или плохая вентиляция создают высокие концентрации ETS, могут создавать концентрации ЛОС от 200 до XNUMX мг/м.³. Строительные материалы вносят значительный вклад в концентрацию внутри помещений, и новые дома, вероятно, будут содержать большее количество соединений, превышающее 100 мг/м.³. Ремонт и покраска способствуют значительному повышению уровня летучих органических соединений. Концентрации таких соединений, как этилацетат, 1,1,1-трихлорэтан и лимонен, могут превышать 20 мг/мXNUMX.³ во время деятельности жильцов и во время их отсутствия концентрация ряда летучих органических соединений может снизиться примерно на 50%. Были описаны конкретные случаи повышенных концентраций загрязняющих веществ из-за материалов и мебели, которые вызывали жалобы жильцов. К ним относятся уайт-спирит из впрыскиваемых влагозащитных покрытий, нафталин из продуктов, содержащих каменноугольную смолу, этилгексанол из виниловых напольных покрытий и формальдегид из продуктов на основе древесины.

Рисунок 1. Ежедневные концентрации выбранных соединений внутри помещений.

Большое количество отдельных летучих органических соединений, встречающихся в зданиях, затрудняет детализацию концентраций не только отдельных соединений. Концепция TVOC использовалась как мера смеси присутствующих соединений. Широко используемого определения диапазона соединений, которые представляют ЛОС, не существует, но некоторые исследователи предложили ограничить концентрацию ниже 300 мг/мXNUMX.³ должны свести к минимуму жалобы жильцов на качество воздуха в помещении.

Пестициды, используемые в закрытых помещениях, имеют относительно низкую летучесть, а их концентрация составляет несколько микрограммов на кубический метр. Летучие соединения могут загрязнять пыль и все поверхности внутри помещений из-за их низкого давления паров и склонности к адсорбции материалами внутри помещений. На концентрации ПАУ в воздухе сильное влияние оказывает также их распределение между газовой и аэрозольной фазами. Курение жильцами может сильно повлиять на концентрацию воздуха в помещении. Концентрации ПАУ обычно колеблются от 0.1 до 99 нг/м.³.

Назад