主题:【分享】建筑及室内装饰材料释放的污染物及其健康效应

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太白金星
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由建筑材料和室内装饰材料(以下简称“建材”)所致的室内
空气污染以及由此引起的人体健康问题已成为现代环境卫生领域的
重要热点之一。由建材释放的空气污染物主要包括:室内有机污染
物(indoororganicpollutants)、氡和氡子体(radonandradon
progeny)和石棉(asbestos);所致的主要危害相应为:不良建筑
物综合征(sickbuildingsyndrome,SBS)、肺癌和肺间质瘤等等。
这里将重点讨论建材释放的室内有机污染物及其健康效应。
第一节 建材释放的室内有机污染物
目前国际上所关注的,由建材释放的室内有机污染物包括:甲
醛(formaldehyde,HCHO)和挥发性有机化合物(volatileorgan
iccompounds,VOC)。
一、概念和定义
1室内有机污染物分类
1989年世界卫生组织根据化合物的沸点将室内有机污染物分
成四类。这种根据分类的四类污染物之间并没有严格的界限。见
下表:
室内有机污染物的分类


2甲醛(HCHO)
甲醛是不良建筑物综合征(SBS)明确的危险因素之一。它属
VVOC类室内有机污染物,而不是VOC类污染物。甲醛是最简单
及最常见的醛类化合物。是无色、具有强烈嗅味的刺激性气体。相
对密度为106,略重于空气。易溶于水,其30%~40%的水溶液
统称为福尔马林。沸点为-21℃、熔点为-91℃。新建楼房室内甲
醛的污染水平波动于01mg/m3 (WHO推荐的室内指导限值)上
下。与其他室内有机污染物相比,其健康影响在非工业性室内环境
中最为突出,故引起广泛的重视。
3挥发性有机化合物(VOC)
挥发性有机化合物按其化学结构,可以进一步分为八类:烷
类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。非工业性
室内环境中,可以见到50~300种挥发性有机化合物。它们都以微
量和痕量水平出现,每种化合物很少超过50μg/m3 的水平。这样
的水平低于这些化合物的职业阈限值(thresholdlimitvalues,
TLV)100~1000倍。在正常情况下,室内VOC的总质量浓度低
于1mg/m3,而这个水平仅为美国的甲苯职业阈限值180mg/m3 的
055%。一篇近期的综述列出了在世界各国发现的307种挥发性有
机化合物的名称。尽管挥发性有机化合物与不良建筑物综合征之
间的因果关系还存在着争论,但目前大多数该领域的学者都十分关
注两者之间的因果联系。
4挥发性有机化合物总量(TVOC)
TVOC系指室内空气中挥发性有机化合物的总的质量浓度。
这个指标是由丹麦学者LarsMolhave于1986年首先提出,借以评
价室内空气中挥发性有机化合物的总水平。TVOC最大的优点是
便于化学测量,故在本领域的研究中得到广泛地应用。但正如
LarsMolhave教授本人指出的那样:“从生物学的角度出发,用摩
尔浓度(每立方米中分子的数目,ppm 或ppb)来反映挥发性有
机化合物的总水平,可能更能反映实际情况”。但目前尚无有效
测试手段来测量室内空气中挥发性有机化合物的摩尔浓度水平。
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二、室内有机污染物的主要来源
1室内甲醛的主要来源
自然界中的甲醛是甲烷循环中的一个中间产物,背景值很低,
仅有几个μg/m3 的水平。城市空气中的年平均浓度大约是0005~
001mg/m3,一般不超过003mg/m3。室内甲醛有多种来源,可
以来自室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等等;室内来源主
要有两方面。
(1)建筑材料、室内装饰材料和生活用品,例如:
● 以脲醛树脂为黏合剂的各种人造板(胶合板、纤维板、刨花
板等);
● 脲醛树脂隔热材料(ureaformaldehydefoaminsulation,
UFFI);
● 含醛类消毒防腐剂的水溶性涂料;
● 各种生活用品,如:化妆品、清洁剂、防腐剂、油墨、纺织
纤维等。
(2)家用燃料和烟叶的不完全燃烧。
2室内VOC的主要来源
室内挥发性有机化合物的来源与室内甲醛类似,但更为广泛。
常见来源如下。
(1)建筑材料、室内装饰材料和生活及办公用品。
● 有机溶液:如油漆、含水涂料、黏合剂、化妆品、洗涤剂、
捻缝胶等;
● 建筑材料:如人造板、泡沫隔热材料、塑料板材等;
● 室内装饰材料:如壁纸、其他装饰品等;
● 纤维材料:如地毯、挂毯和化纤窗帘;
● 办公用品:如油墨、复印机、打印机等;
● 设计和使用不当的通风系统等。
(2)家用燃料和烟叶的不完全燃烧,人体排泄物。
(3)室外的工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等等。
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三、室内有机污染物对人体健康的危害
1甲醛的危害
人体短时间甲醛暴露效应见下表:
 短时间甲醛暴露的人体健康效应

(1)刺激作用
甲醛的主要危害表现为对皮肤黏膜的刺激作用。甲醛是原浆毒
物质,能与蛋白质结合。高浓度吸入时出现呼吸道严重的刺激和水
肿、眼刺激、头痛。
(2)致敏作用
甲醛是一种环境致敏原。皮肤直接接触甲醛可以引起过敏性皮
炎、色斑、坏死。吸入高浓度甲醛时可以诱发支气管哮喘。
(3)致突变作用
高浓度甲醛还是一种基因毒性物质。实验动物在实验室高浓度
慢性吸入的情况下,可以引起鼻咽肿瘤。目前一般认为,非工业性
室内环境甲醛浓度水平还不至于导致人体的肿瘤和癌症。
2挥发性有机化合物的危害
对VOC的健康效应的研究远不及甲醛清楚。由于:①VOC
并非单一的化合物,各化合物之间的协同作用(相加、相乘、拮抗
和独立作用)关系较难了解;②各国、各地、不同时间地点所测的
TVOC的组分也是不相同的。这些问题给VOC的健康效应的研究
带来了一系列的困难。
丹麦学者LarsMolhave等根据他们所进行的控制暴露人体实
验结果和各国的流行病学研究资料,暂订出VOC的剂量反应关系
总结表,见下表:
VOC暴露与健康效应的剂量反应关系
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VOC确定的和怀疑的危害主要包括五方面:
● 嗅味不舒适(确定的);
● 感觉性刺激(确定的);
● 局部组织炎症反应(怀疑的);
● 过敏反应(怀疑的);
● 神经毒性作用(怀疑的)。
目前一般认为,正常的、非工业性的室内环境VOC浓度水平
还不至于导致人体的肿瘤和癌症。
四、室内有机污染物的浓度指导限值
指导限值(guideline)或阈限值(thresholdlimitvalue)是指
在给定的暴露期间内,特定人群在暴露于限值或限值以下水平的污
染物时,不会出现直接或间接的不良健康效应。指导限值具有向政
府、管理部门以及公众在进行危险因素管理决策和制定标准时,提
供基础信息和指导的作用。与此相关类似的概念有:最大容许浓度
(maximumpermittedvalue)和空气质量标准(airqualitystand
ards)。
1甲醛的室内空气浓度指导限值
下表列举了截止1990年2月世界各地关于室内甲醛浓度的
指导限值或最大容许浓度。
世界各地的室内甲醛浓度的指导限值或最大容许浓度
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2VOC的室内空气浓度指导限值
直到1993年第六届国际室内空气质量和环境大会,还没有任
何国家和组织通过VOC的室内空气浓度指导限值。但已有不少学
者发表了他们的推荐意见。
德国学者BerndSeifert于1990年推荐了一套VOC的室内空
气浓度指导限值。TVOC推荐指导限值为300μg/m3,见下表:
Seifert推荐的室内空气VOC浓度指导限值(1990年)①

 ① 单个化合物的质量浓度不超过所属分类的50%,也不超过VOC总量的10%;不
适用于致癌性化合物的评价。
② 不包括甲醛。
瑞典学者UifRengholt于1993年提出了另一种分类的指导限值:
1类空气质量 TVOC≤02mg/m3;
2类空气质量 TVOC≤05mg/m3。
挪威ElmundSkaret在德国学者推荐值的基准上,进一步推荐
出一套“建筑物设计目标要求”,见下表:
室内空气VOC浓度要求、建材VOC释放要求和建筑物设计通风要求的联系


 ① 为北欧建筑法规委员会(NKB)推荐值。
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这套目标设计要求形成了一套较为完备的指导限值体系。类似
的设计要求也见于其他国家。
五、室内有机污染物的预防措施
欧共体有关组织指出:针对室内环境中的甲醛污染的预防措
施,应基于以下四方面的考虑:
● 在考虑材料的源释放量的同时,亦要考虑其他的环境条件,
如气温和相对湿度的影响;
● 室内浓度不仅随源释放量而变化,也随通风量而变化;
● 人体的暴露不但取决于室内空气的浓度,也取决于人体暴露
的时间;
● 对暴露而产生的人体反应还取决于个体敏感程度的差异。
世界卫生组织的专家亦指出:在新建筑物中使用合适的材料是
预防甲醛污染发生的最好办法。对控制措施的管理应根据有关的法
规和规范进行。这些规范应含有三方面的内容:
● 室内空气中甲醛浓度指导限值,及其相应的空气浓度测试
方案;
● 产品甲醛释放量指导限值,即产品在单位时间、单位面积中
甲醛释放量的最高容许限值;
● 建筑物通风量的安全限值:这是建筑物设计规范的组成部分
之一。在建筑物设计规范中还应有如何降低建材释放甲醛等污染物
的处理方案,例如防护涂料。
从理论上说,VOC的预防措施与甲醛的预防是类似的。虽然
目前对VOC的健康危害还无明确的定论,但有理由相信,随着全
球VOC研究的进展,有关VOC的指导限值、预防和管理措施终
将出台,我国在这一课题上还有许多的工作要做。
第二节 建材中有机污染物的测试和评价
一、甲醛测试和评价
1测试设备和测试条件
在欧洲国家测试甲醛的标准设备为大型环境气候舱;而在美
国,亦可采用小型环境气候舱。小型环境气候舱通常是指体积在几
升至几立方米之间的环境气候舱,而体积大于10m3 的气候舱才被
认为是大型环境气候舱。下表例举了欧共体、德国和美国的有关
甲醛测试条件。
测试建材中甲醛的舱实验参数

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2甲醛的评价方法
下表列举了德国对胶合板材料释放甲醛的评价方案。根据德
国的有关法规,仅有E1类胶合板可以直接用于建筑目的。E2和
E3类胶合板不能直接用于建筑目的;但不排除E2和E3类胶合板
在覆盖了某种涂料,使甲醛在标准测试条件的平衡浓度≤0.1×
10-6后,再用于建筑目的。
德国产胶合板根据甲醛释放量和含量的分等

 二、VOC的测试和评价
1测试设备和测试条件
美国和欧共体国家推荐的VOC测试设备均为小型环境气候
舱。下表列举了欧共体和美国环保局推荐的测试舱参考条件。
测试建材中VOC的舱实验参数

 2VOC的评价方法
由于目前还缺乏各个国家和国际组织正式审定通过的VOC浓
度指导限值,因此进行有关材料释放的VOC卫生学评价还面临一
些困难。如何解决这一困难正是目前室内空气质量和环境学术领域
的一项焦点课题,许多国家的学者争相研究(表710所推荐的限
值可以作为有关研究的评价依据)。在这一困难解决之前,对VOC
类有机化合物的正式的卫生学评价仍然只能依据传统的,与职业
(和/或环境)的单个化合物阈限值对比的方法进行。下表列举
了部分VOC有机污染物的美国职业阈限值。
部分VOC的美国职业阈限值(美国工业卫生师大会)

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第三节 小型环境气候舱的结构和应用
小型环境气候舱(smallenvironmentaltestchamber),简称小
型舱(smallchamber),是进行建筑和装饰材料卫生学评价的基本
设备之一。本节将重点讨论小型环境气候舱的概念、特点、设备构
成、操作技术。
一、概念和使用目的
小型环境气候舱通常是指体积在几升至几立方米之间的环境气
候舱,而体积大于10m3 的气候舱才被认为是大型环境气候舱,而
所谓的微型舱,常以毫升计。一般说来,微型舱的气体交换率和空
气流速是不能自由调节的。
小型环境气候舱是美国和部分欧洲国家测量建材和室内用品释
放有机污染物的推荐设备。与大型环境气候舱对比,优缺点如表:
 小型和大型环境气候舱的优缺点比较

应用小型环境气候舱进行建筑和装饰材料中有机化合物的释放
的评价具有以下的目的:
● 测定室内有机污染源的释放率,应用合适的数学模型推算有
机污染物在室内环境中的浓度水平;
● 确定环境参数(气温、相对湿度、空气交换率、气流速度
等)对释放率的影响;
● 依据污染物的释放量,对建材和室内用品进行排序,确定
优劣;
● 结合毒理学实验,可以进行室内有机污染物的生物学效应的
研究;
● 用于预防性卫生监督,为管理部门提供依据;
● 为建材和室内用品的生产厂家、建房部门和用户提供有用的
数据。
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二、设备和装置
用于测试建材和室内用品的有机污染物释放率的装置包括以下
几个部分:
● 实验舱体;
● 温度控制系统;
● 清洁空气发生系统;
● 加湿及湿度调节系统;
● 舱环境监测和控制系统;
● 样品的采样和分析系统。
下图是小型环境气候舱示意图,说明了这些装置和它们的互相关系。
  小型环境气候舱示意图

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3舱温度控制系统
温度控制建议采用将金属舱体置于培养箱中的方法,或者置于
其他温度恒定的环境之中。这种方法提供了可能最好的温度均匀
性,舱空气混合的自由性,并且可以避免舱壁上出现冷凝斑的现
象。然而从经济的角度上讲,也可以通过进气的温度来控制舱温
度,但舱壁必须采用高绝热的材料。
4清洁空气发生系统
输入实验舱的空气必须是清洁的。传统的清洁空气发生系统必
须:使用无油空压机供气、使用膜干燥器或变色硅胶管除去水分、
使用催化氧化管和活性炭管除去痕量有机化合物。典型的设计要求
的气流量不低于3ACH。清洁空气的纯度要根据被评价的样品来
确定。
5加湿及湿度调节系统
实验舱的空气湿度是将去离子水蒸气与清洁干空气混合而控制
的。常用的方法有两种:采用针泵抽水,加热汽化;使用水泡瓶。
加热后的空气经盘型铜管,使湿度和温度得到均衡。
6舱环境监测和控制系统
舱内环境的温度、湿度和气流量需进行监测和控制。气流量
的测量可用皂膜流量计或转子流量计。气流量的控制可用手控
(针形阀和孔口阀),也可以用电磁阀自动控制。温度的测量采用
温湿度计自动测量。温度的控制如前所述。湿度亦采用自动温湿
度计测量。湿度的控制取决于所采用的加湿系统。温湿度计的传
感器需置于舱内,距离舱壁至少5cm,并位于进气口和出气口中
点的附近。  
三、样品的收集和分析(样品的采样和分析系统)
不同地方的室内有机污染物释放源,在污染物的种类和污染强
度两个方面都有广泛的不同。在建立采样和分析技术的时候,必须
全面考虑被评价的建材和室内用品的特征。
1采样设备
舱出气口通常被用作为采样点。多孔集合管提供了采集平行样
的灵活性。在实验舱和与多孔集合管之间应安装一个气体混合室,
在此加入内标气体,并与舱空气充分混合。采样装置包括气封式注射器、采气罐和带吸附剂的吸收筒。采样后几天内样品应放在-20℃的冰箱中保存,并及时地进行化学分析。从经济上讲,使用热解吸附装置是划算的,当然也可以用萃取的方法解吸附。
2分析设备
最常用的分析设备是气相色谱仪,一般推荐使用毛细管柱。近几年国际上出现推荐使用色质联用仪(GC/MS)的新趋势。虽然分析效果十分理想,但是仪器价格的确太贵。分析设备还可以选择火焰离子(FID)或电子俘获仪(ECD)等等。
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