室 內 空 氣 品 質 改 善 技 術 簡 介 台 灣 清 淨 環 境 科 技 有 限 公 司 孫 國 書 經 理 財 團 法 人 台 灣 產 業 服 務 基 金 會 白 崢 鈺 工 程 師 一 前 言 改 善 室 內 空 氣 品 質 之 措 施 有 控 制 源 頭 改 善 通 風 空 氣 淨 化 等 3 種 任 何 污 染 問 題 之 處 理 ( 含 室 內 空 氣 品 質 ) 最 好 在 還 沒 發 生 之 前 先 作 好 預 防 工 作, 倘 若 室 內 空 氣 品 質 已 經 產 生 問 題 就 要 儘 速 加 以 控 制 因 此, 改 善 室 內 空 氣 品 質 的 第 一 步 即 為 污 染 源 頭 控 制 ; 源 頭 無 法 有 效 控 制 時 則 需 改 善 室 內 通 風, 以 降 低 室 內 空 氣 污 染 物 並 改 善 室 內 溫 溼 度 ; 通 風 無 法 有 效 提 供 室 內 足 夠 新 鮮 空 氣 時 則 需 使 用 空 調 系 統 強 制 通 風 換 氣 另 外 有 些 空 氣 污 染 物 可 以 藉 物 理 化 學 或 生 化 等 淨 化 技 術 移 除, 達 到 污 染 物 淨 化 室 內 空 氣 之 目 的 本 文 將 簡 要 介 紹 各 項 改 善 室 內 空 氣 品 質 之 技 術 方 法 二 室 內 空 氣 污 染 物 我 國 於 100 年 11 月 23 日 公 布 實 施 之 室 內 空 氣 品 質 管 理 法 [1], 第 3 條 定 義 : 室 內 空 氣 污 染 物 指 室 內 空 氣 中 常 態 逸 散, 經 長 期 性 暴 露 足 以 直 接 或 間 接 妨 害 國 民 健 康 或 生 活 環 境 之 物 質, 包 括 二 氧 化 碳 一 氧 化 碳 甲 醛 總 揮 發 性 有 機 化 合 物 細 菌 真 菌 粒 徑 小 於 等 於 10 微 米 之 懸 浮 微 粒 (PM 10 ) 粒 徑 小 於 等 於 2.5 微 米 之 懸 浮 微 粒 (PM 2.5 ) 臭 氧 及 其 他 [2] 經 主 管 機 關 指 定 公 告 之 物 質 ; 另 又 公 告 9 項 室 內 空 氣 品 質 標 準 如 表 1 污 染 物 之 物 理 型 態 化 學 性 質 及 生 物 特 性, 與 處 理 技 術 之 採 用 具 有 極 大 之 相 關 性, 故 表 1 中 9 項 指 標 可 大 略 分 為 4 大 類 型, 簡 要 說 明 如 下 : 1. 粒 狀 污 染 物 : 包 含 懸 浮 微 粒 及 生 物 粒 子, 懸 浮 微 粒 又 分 為 粒 徑 小 於 等 於 10 微 米 (μm) 之 PM 10 及 粒 徑 小 於 等 於 2.5 微 米 (μm) 之 PM 2.5 ), 也 包 含 部 分 微 生 物 ; 這 些 懸 浮 微 粒 可 隨 著 呼 吸 作 用 進 入 呼 吸 系 統, 而 對 呼 吸 道 有 所 危 害 2. 生 物 污 染 物 : 主 要 為 微 生 物, 以 細 菌 真 菌 病 毒 寄 生 蟲 等 各 種 不 同 的 型 態 普 遍 存 在 於 自 然 界 中, 有 些 微 生 物 會 引 起 過 敏 感 染 毒 性 效 應, 對 人 體 甚 至 有 致 命 的 殺 傷 力 3. 揮 發 性 有 機 物 : 包 含 總 揮 發 性 有 機 化 合 物 (TVOC) 甲 醛 (HCHO) 大 多 數 揮 發 性 有 機 物 質 物 質 具 皮 膚 或 呼 吸 道 刺 激 性, 有 些 則 對 中 樞 神 經 有 影 響, 會 引 起 眼 睛 呼 吸 道 不 適, 甚 至 頭 痛 暈 眩 疲 勞 視 力 失 常 等 症 狀, 而 有 多 種 物 質 已 被 證 實 為 致 癌 物 質 甲 醛 濃 度 高 時 有 刺 鼻 的 氣 味, 且 會 導 致 眼 部 及 呼 吸 道 出 現 刺 激
4. 其 他 氣 狀 污 染 物 : 二 氧 化 碳 (CO 2 ) 一 氧 化 碳 (CO) 及 臭 氧 (O 3 ) 二 氧 化 碳 濃 度 過 高 時, 除 了 會 造 成 呼 吸 費 力 或 困 難 感, 亦 會 產 生 頭 痛 嗜 睡 反 射 減 退 倦 怠 等 症 狀, 因 此 若 發 生 在 辦 公 室, 會 降 低 員 工 工 作 效 率 於 一 氧 化 碳 在 與 血 液 中 的 血 紅 素 結 合, 將 阻 礙 血 紅 素 與 氧 氣 結 合, 使 得 體 內 組 織 細 胞 氧 氣 供 應 不 足, 而 呈 現 中 毒 現 象 長 期 暴 露 於 一 定 程 度 的 一 氧 化 碳 濃 度 中, 會 呈 現 頭 暈 頭 痛 呼 吸 困 難 頻 尿 口 渴 體 重 減 輕 失 眠 易 怒 等 慢 性 中 毒 症 狀 臭 氧 為 一 刺 激 性 氣 體, 可 刺 激 眼 睛 及 呼 吸 道, 造 成 咳 嗽 胸 部 不 舒 服 等 症 狀, 可 能 因 而 加 重 氣 喘 及 呼 吸 道 疾 病 等 敏 感 族 群 之 症 狀 表 1 室 內 空 氣 品 質 標 準 污 染 物 種 類 標 準 值 量 測 時 間 標 準 值 單 位 二 氧 化 碳 (CO 2 ) 8 小 時 值 1000 ppm 一 氧 化 碳 (CO) 8 小 時 值 9 ppm 甲 醛 (HCHO) 1 小 時 值 0.08 ppm 總 揮 發 性 有 機 化 合 物 (TVOC, 包 含 : 十 二 種 苯 類 及 烯 類 之 總 和 ) 1 小 時 值 0.56 ppm 細 菌 (Bacteria) 最 高 值 1500 CFU/m 3 真 菌 (Fungi) 最 高 值 1000 CFU/m 3 但 I/O Ratio 1.3 粒 徑 小 於 等 於 10 微 米 (μm) 之 懸 浮 微 粒 (PM 10 ) 24 小 時 值 75 μg/m 3 粒 徑 小 於 等 於 2.5 微 米 (μm) 之 懸 浮 微 粒 (PM 2.5 ) 24 小 時 值 35 μg/m 3 臭 氧 (O 3 ) 8 小 時 值 0.06 ppm 三 室 內 空 氣 污 染 源 頭 控 制 改 善 室 內 空 氣 品 質 的 第 一 步 即 為 污 染 源 頭 控 制, 源 頭 無 法 有 效 控 制 時 始 需 改 善 或 加 強 室 內 通 風 來 或 採 其 他 空 氣 淨 化 技 術, 以 達 到 污 染 物 淨 化 室 內 空 氣 之 目 的 而 改 善 室 內 空 氣 品 質 最 直 接 和 最 有 效 的 方 法, 是 先 考 慮 控 制 源 頭 的 方 案 在 某 些 個 案 中, 這 甚 至 可 能 是 唯 一 可 供 選 擇 的 有 效 方 案 下 列 為 一 些 有 效 控 制 源 頭 的 方 法 : 1. 控 制 源 頭 : 完 全 消 除 污 染 物 源 頭, 例 : 在 被 投 訴 的 範 圍 禁 止 吸 煙 拆 除 鬆 脆 的 物 料 棄 置 真 菌 滋 生 污 染 的 天 花 板 2. 用 低 污 染 排 放 或 危 害 性 較 低 的 物 料 作 為 代 替, 例 : 用 水 溶 性 油 漆 取 代 有 機 溶 劑 型 油 漆, 改 用 化 學 強 度 較 低 的 清 潔 劑 3. 將 污 染 源 或 污 染 物 的 傳 播 通 道 隔 離, 例 : 確 保 毗 鄰 停 車 場 和 卸 貨 區 內 的 辦 公 室 保 持 在 正 壓
4. 改 變 污 染 源 位 置, 遠 離 有 人 使 用 的 地 方, 例 : 把 影 印 機 重 新 放 置, 使 其 遠 離 一 般 工 作 範 圍 部 分 室 內 空 氣 品 質 問 題 可 能 只 須 採 用 行 政 管 理 手 段 便 可 輕 易 解 決, 例 如 : 1. 妥 善 安 排 易 造 成 室 內 空 品 問 題 之 活 動, 例 如 在 辦 公 時 間 以 外 的 時 段 進 行 修 繕 工 程 或 除 蟲 工 作 等 2. 限 制 使 用 時 會 產 生 污 染 物 設 備 的 時 段 3. 重 新 安 排 易 受 影 響 人 員, 使 其 遠 離 曾 令 他 們 出 現 病 症 的 範 圍 即 使 以 上 的 行 政 管 理 手 段 不 能 徹 底 解 決 問 題, 亦 可 在 找 到 長 期 解 決 方 法 前 提 供 一 定 程 度 暫 時 改 善 的 效 果 採 用 行 政 管 理 手 段 的 好 處 是 能 夠 以 最 低 成 本, 在 問 題 出 現 時 立 即 實 施 有 關 措 施 1. 室 內 通 風 或 空 調 系 統 適 用 性 [3] 四 室 內 通 風 空 調 改 善 一 般 判 斷 室 內 通 風 或 空 調 系 統 是 否 適 用, 主 要 是 以 二 氧 化 碳 為 指 標, 因 為 二 氧 化 碳 為 人 體 呼 吸 的 代 謝 產 物, 當 二 氧 化 碳 濃 度 明 顯 升 高 時, 即 顯 示 出 室 內 換 氣 量 不 足 目 前 世 界 各 國 對 於 室 內 通 風 或 空 調 系 統 的 規 範 主 要 是 參 考 美 國 冷 凍 空 調 協 會 (ASHRAE) 訂 定 的 通 風 規 範 (ASHRAE STANDARD 62-89) ASHRAE 通 風 標 準 設 定 : 室 內 每 人 需 要 的 外 氣 量 大 約 是 15~20CFM, 並 建 議 二 氧 化 碳 濃 度 值 不 應 超 過 1,000 ppm ( 香 港 室 內 空 氣 質 素 中 心 認 為 : 辦 公 室 的 一 般 二 氧 化 碳 水 準 應 在 600~800 ppm 範 圍 內 ) 室 內 二 氧 化 碳 濃 度 值 的 測 量 必 須 在 尖 峰 工 作 時 段 在 典 型 工 作 環 境 中, 尖 峰 工 作 時 段 通 常 在 早 上 11 點 ~ 下 午 3 點 期 間 然 而, 如 果 二 氧 化 碳 的 測 超 過 1,000ppm 的 話, 應 該 檢 查 : (1) 是 否 有 排 氣 不 良 的 燃 燒 裝 置, 這 也 可 能 產 生 一 氧 化 碳 (2) 檢 查 室 外 二 氧 化 碳 濃 度 2. 室 內 通 風 或 空 調 系 統 檢 查 (1) 外 氣 供 應 設 備 : A. 確 定 通 風 系 統 已 打 開, 外 氣 入 口 並 未 被 阻 塞 B. 確 定 進 氣 口 有 氣 體 送 出, 而 且 所 有 的 控 制 系 統 運 作 正 常 C. 檢 查 是 否 有 氣 流 短 路 的 跡 象 D. 確 定 外 氣 進 氣 口 確 實 有 氣 體 進 入 E. 確 定 定 時 系 統 設 定 正 確
F. 確 定 節 能 裝 置 及 冷 凍 控 制 系 統 功 能 正 常 - 在 適 當 的 時 間 啟 動 與 關 閉 G. 確 定 供 氣 及 回 氣 扇 正 常 運 作 H. 確 定 可 變 風 量 系 統 在 部 分 負 載 的 情 況 下, 提 供 足 夠 比 例 的 外 氣 (2) 空 氣 調 節 單 元 : A. 確 定 機 械 室 保 持 乾 淨 且 無 任 何 雜 物 B. 確 定 過 濾 器 乾 淨 且 安 裝 正 確 C. 確 定 水 盤 保 持 乾 淨 適 當 傾 斜, 且 正 常 排 水 D. 確 定 盤 管 乾 淨 E. 檢 查 機 械 設 備 或 風 管 是 否 有 任 何 漏 洞 F. 確 定 燃 燒 管 在 正 常 運 轉 狀 態 G. 確 定 在 最 差 的 情 況 下, 也 沒 有 氣 體 從 燃 燒 風 管 回 流 H. 確 定 可 變 風 量 系 統 在 部 分 負 載 的 情 況 下, 提 供 足 夠 比 例 的 外 氣 (3) 排 氣 單 元 : A. 確 定 在 需 要 時, 排 氣 功 能 可 啟 動 B. 確 定 排 氣 風 扇 能 運 轉 C. 確 定 室 內 空 氣 是 由 正 確 的 排 氣 風 口 排 出 D. 確 定 污 染 源 所 在, 且 排 氣 是 將 污 染 物 由 使 用 者 端 攜 出 而 非 排 向 E. 確 定 排 氣 室 處 於 負 壓, 以 使 補 注 的 空 氣 能 輕 易 進 入 3. 室 內 通 風 或 空 調 系 統 改 善 安 裝 新 的 通 風 系 統 或 更 改 現 有 通 風 系 統 是 控 制 室 內 空 氣 品 質 的 最 直 接 且 重 要 的 方 法 之 一 此 外, 也 可 利 用 空 氣 清 淨 裝 置, 以 清 除 定 點 污 染 源 的 方 式, 使 得 污 染 物 不 致 擴 散 或 累 積 若 通 風 系 統 已 出 現 故 障, 可 用 以 下 方 式 改 善 現 有 通 風 系 統 的 效 能 : (1) 因 應 室 內 使 用 人 數 熱 源 和 污 染 源 配 置, 重 新 調 校 及 調 整 通 風 系 統 (2) 增 加 外 氣 供 應 量 (3) 移 去 阻 塞 回 風 口 的 障 礙 物 (4) 控 制 污 染 源 與 其 他 地 區 之 間 的 壓 力 差 (5) 在 進 行 排 放 高 毒 性 或 高 濃 度 污 染 物 的 活 動 地 點, 例 如 使 用 氣 體 器 具 煮 食 照 相 沖 印 焊 接 等 範 圍 安 裝 ( 暫 時 性 或 永 久 性 ) 局 部 排 氣 系 統 (6) 改 變 或 調 校 空 氣 供 應 及 回 風 器 的 配 置, 以 改 善 空 氣 來 源 及 空 氣 分 配 之 間 的 關 係 (7) 改 良 空 氣 分 配 系 統, 例 如, 提 高 空 氣 供 應 或 回 風 系 統 內 的 風 扇 的 功 率
[4-8] 五 室 內 空 氣 淨 化 技 術 早 期 室 內 空 氣 改 善 技 術 著 重 在 粉 塵 微 粒, 其 技 術 由 物 理 性 過 濾 捕 捉, 到 近 期 使 用 的 讓 粒 子 帶 電, 來 增 加 被 捕 捉 效 力 漸 漸 的, 開 發 解 決 室 內 氣 狀 污 染 物 的 技 術, 技 術 的 演 進 由 單 獨 的 吸 附, 轉 為 光 觸 媒 分 解, 到 最 新 結 合 二 者 近 期 由 於 新 興 疾 病 的 不 斷 的 發 生 (SARS 新 流 感 ), 開 始 注 重 生 物 性 污 染 物 的 防 治, 技 術 的 演 進 由 紫 外 燈, 到 應 用 光 催 化 技 術, 最 新 結 合 殺 微 生 物 功 能 的 複 合 式 濾 材 本 節 則 對 照 室 內 空 氣 污 染 物 之 類 別, 搭 配 說 明 適 當 之 處 理 技 術 5.1 粒 狀 污 染 物 1. 源 頭 控 制 : 管 制 吸 煙 之 行 為 ; 加 強 烹 煮 油 煙 排 出 室 內 ; 不 使 用 石 綿 人 造 礦 物 纖 維 等 建 材 ; 移 除 植 物 花 粉 及 其 他 動 物 性 過 敏 原 ; 保 持 室 內 清 潔 乾 燥, 杜 絕 微 生 物 生 長 2. 淨 化 技 術 (1) 纖 維 過 濾 技 術 : 即 我 們 一 般 常 說 的 過 濾 網, 此 技 術 應 用 交 錯 細 密 的 各 式 纖 維 形 成 阻 絕 空 氣 中 粒 狀 污 染 物 的 屏 障 此 種 技 術 為 最 常 見 的 技 術, 因 為 其 成 本 較 低, 但 是 每 種 濾 網 皆 有 其 灰 塵 負 載 量, 一 旦 超 出 負 載 量 便 會 失 去 效 果, 或 是 堵 塞 後 造 成 風 壓 增 大 風 量 減 小, 因 此 需 不 斷 更 換 (A) 初 級 濾 網 : 通 常 由 粗 玻 璃 纖 維 動 物 毛 髮 植 物 纖 維 或 塗 佈 黏 性 物 質 ( 微 粒 物 的 附 著 劑 ) 的 合 成 纖 維 以 低 密 度 填 充, 或 由 作 成 裂 縫 的 鋁 箔 組 成 平 板 濾 網 可 以 有 效 捕 集 大 尺 寸 微 粒, 但 僅 能 除 去 少 部 份 可 進 入 呼 吸 系 統 的 微 粒 子 褶 疊 式 或 延 伸 表 面 濾 網 之 構 造 使 過 濾 面 積 增 大, 允 許 使 用 較 細 纖 維 與 增 加 填 充 密 度 而 不 會 降 低 風 量, 對 於 可 進 入 呼 吸 系 統 的 微 粒 子, 其 捕 集 效 率 比 平 板 濾 網 高 當 濾 網 密 度 越 高 越 厚, 則 清 淨 效 果 越 好, 但 空 氣 通 過 之 阻 力 會 增 加 (B) 高 效 率 濾 網 : 根 據 濾 網 效 率 的 高 低, 可 將 機 械 式 濾 網 分 類 為 普 通 濾 網 高 效 率 濾 網 及 超 效 率 濾 網 常 用 的 組 合 是 初 級 濾 網 加 上 高 效 率 濾 網, 初 級 濾 網 用 於 過 濾 較 大 灰 塵, 而 細 小 灰 塵 則 由 高 效 率 濾 網 清 除 高 效 率 濾 網 (High Efficiency Particle Arrest, 簡 寫 HEPA, 如 圖 1) 發 展 的 緣 由 為 早 期 針 對 原 子 研 究 時, 用 以 清 除 空 氣 中 受 輻 射 污 染 的 微 粒 物, 以 保 護 研 究 人 員 的 安 全
圖 1 高 效 率 濾 網 (HEPA) 構 造 HEPA 濾 塵 原 理 可 細 分 為 粒 子 撞 擊 (Impaction) 攔 截 (Interception) 與 熱 運 動 (Brownian Motion, 布 朗 運 動 )3 部 分 就 粒 子 攔 截 集 塵 而 言, 纖 維 與 粒 子 間 之 結 合 力 量 有 2 種 : 一 種 是 分 子 間 的 吸 引 力 ( 凡 得 瓦 爾 力 Van der waals forces), 另 外 一 種 是 氣 流 經 過 纖 維 時 使 纖 維 帶 靜 電, 而 空 氣 中 之 粒 子 則 帶 相 反 電 性 之 電 荷, 此 情 況 下 使 得 粒 子 更 易 被 纖 維 吸 引 但 另 一 方 面, 氣 流 經 過 濾 網 時, 產 生 之 氣 流 拉 力 會 使 被 捕 捉 的 粒 子 再 次 脫 離 ; 而 外 界 的 振 動 也 會 使 粒 子 脫 離 纖 維 HEPA 濾 塵 效 率 最 低 點 落 於 0.3μm 濾 網 的 標 準 由 美 國 能 源 部 設 定, 對 粒 徑 在 0.3μm 的 粒 子, 過 濾 效 果 約 為 DOP 99.97% 以 上 才 可 稱 為 高 效 率 濾 網 通 常 使 用 的 高 效 濾 網 可 達 到 99.99% 的 攔 截 效 率, 也 有 更 高 或 相 對 低 一 些 的 品 種, 各 國 有 相 應 的 規 格 標 準 高 效 濾 網 的 過 濾 材 質 通 常 由 無 規 則 排 布 的 化 學 纖 維 ( 例 如 : 聚 丙 烯 纖 維 即 丙 綸 或 聚 酯 纖 維 即 滌 綸 的 無 紡 布 ) 或 玻 璃 纖 維 製 成, 直 徑 約 0.5 到 2.0 微 米, 通 過 微 觀 的 絮 狀 結 構, 主 要 是 用 來 去 除 0.5µm 以 上 之 微 粒 (2) 靜 電 集 塵 技 術 : 靜 電 集 塵 技 術 為 進 階 的 灰 塵 清 淨 技 術, 其 特 點 為 對 細 微 粒 特 別 有 效, 因 此 通 常 會 置 於 初 級 濾 網 之 後 搭 配 使 用, 其 效 果 隨 集 塵 板 積 塵 量 增 大 而 降 低, 但 此 系 統 在 經 過 定 期 維 護 後 即 恢 復 其 原 來 的 效 能 是 利 用 電 場 捕 集 帶 電 粒 子 ( 原 理 如 圖 2) 通 常 是 靜 電 集 塵 器 (electrostatic precipitator) 或 靜 電 濾 網 (Electret filter)
圖 2 靜 電 集 塵 技 術 原 理 (A) 靜 電 集 塵 器 : 靜 電 集 塵 器 是 以 排 列 之 帶 電 平 板 捕 集 微 粒 物 ; 靜 電 濾 網 是 帶 電 介 質 濾 網 (charged-media filters) 纖 維 捕 集 微 粒 物 使 用 靜 電 集 塵 器 與 靜 電 濾 網 時, 大 都 特 意 先 將 空 氣 微 粒 物 離 子 化 ( 使 帶 電 荷 ), 以 得 到 更 高 捕 集 效 率 靜 電 集 塵 器 一 般 設 計 為 使 用 12kv 離 子 化 器 使 灰 塵 帶 正 電, 再 以 6kv 之 收 集 板 將 灰 塵 收 集, 收 集 板 之 板 距 及 大 小, 使 電 壓 足 以 收 集 灰 塵 但 不 產 生 臭 氧 臭 氧 為 一 相 當 不 穩 定 之 有 害 氣 體, 離 子 化 器 之 適 當 設 計 及 維 修 可 降 低 臭 氧 產 生 氣 流 中 較 大 之 粒 子 其 慣 性 較 大, 通 過 收 集 板 電 場 之 時 間 不 夠 長, 而 不 能 被 收 集 於 收 集 板 上, 而 極 小 之 粒 子 可 能 被 氣 體 分 子 撞 擊 而 形 成 阻 力 氣 流 通 過 收 集 板 之 速 度 越 慢, 則 收 集 完 成 之 機 率 越 高, 靜 電 集 塵 器 須 使 氣 流 均 勻 通 過, 以 獲 得 最 高 效 率 若 提 高 離 子 化 器 與 收 集 板 之 伏 特 數, 則 可 能 產 生 過 多 臭 氧, 減 少 伏 特 數 則 降 低 效 率 收 集 板 間 距 越 小 則 灰 塵 至 收 集 板 之 距 離 縮 小, 收 集 效 率 增 加 但 間 距 小, 將 使 清 潔 維 修 困 難, 且 易 有 短 路 發 生 (B) 靜 電 濾 網 : 靜 電 濾 網 是 一 種 纖 維 狀 的 空 氣 過 濾 材 料, 通 常 採 用 聚 丙 烯 或 聚 酯 類 塑 膠 合 成 纖 維, 它 的 每 根 纖 維 均 含 有 靜 電 電 荷 但 是 就 整 個 材 料 而 言, 基 本 上 還 是 保 持 中 性 的, 這 種 纖 維 就 像 是 一 個 小 電 容 器, 纖 維 的 一 邊 帶 正 電, 另 一 邊 則 是 負 電, 由 於 纖 維 的 導 電 性 很 差, 因 此 正 負 電 並 不 會 中 和, 所 以 其 電 荷 是 可 耐 久 的 靜 電 濾 網 的 應 用 非 常 廣 泛, 除 了 空 氣 清 淨 機 之 外, 呼 吸 道 的 保 護 器 具 精 密 設 備 的 保 護 吸 塵 器 和 空 調 機 等 均 常 使 用 靜 電 濾 網 由 於 有 電 荷 作 用, 對 於 細 小 微 粒 特 別 有 效 果, 但 其 除 塵 效 果 受 到 空 氣 通 過 濾 紙 速 度 影 響 很 大, 通 常 在 0.25m/s 以 下, 捕 集 效 率 才 能 高 於 90% 靜 電 濾 網 使 用 初 期 效 率 非 常 好, 但 是 隨 著 捕 集 量 (loading)
增 加, 其 效 率 會 快 速 降 低, 因 此 必 須 定 期 更 換 濾 網 (3) 負 離 子 技 術 : 負 離 子 採 用 高 壓 尖 端 放 電 產 生 ( 如 圖 3), 此 技 術 並 不 能 真 正 的 除 去 空 氣 中 的 灰 塵, 而 是 藉 由 使 經 過 電 極 附 近 的 粒 子 帶 電, 而 帶 電 粒 子 對 空 氣 中 的 粒 子 具 有 凝 聚 作 用, 使 其 聚 集 成 為 較 大 的 粒 子 進 而 沈 降 下 來 使 用 過 負 離 子 發 生 器 的 環 境 通 常 會 發 現 室 內 表 面 的 粒 狀 物 特 別 多, 此 即 為 負 離 子 清 淨 空 氣 的 作 用 圖 3 負 離 子 的 產 生 方 式 離 子 產 生 器 之 除 塵 原 理 是 使 空 氣 中 的 微 粒 物 帶 電 而 被 附 著 在 牆 壁 地 板 桌 面 布 料 人 員 等 表 面 上 有 些 離 子 清 淨 機 裝 置 有 微 粒 收 集 器, 將 帶 電 微 粒 吸 回 機 組 內 此 外, 電 離 可 加 強 附 聚 作 用, 使 小 粒 子 聚 集 成 大 粒 子 增 加 沉 澱 率 微 生 物 以 灰 塵 為 營 養 物 質 並 於 其 上 生 長 繁 殖, 定 期 清 理 不 但 可 去 除 屋 內 灰 塵 亦 可 清 除 附 著 於 灰 塵 上 的 微 生 物 負 離 子 除 了 具 有 除 塵 的 效 果 之 外, 還 可 增 加 人 體 的 健 康 舒 適 感 覺 此 外, 負 離 子 帶 有 能 量, 與 細 菌 結 合 時, 造 成 細 菌 結 構 的 改 變 或 能 量 的 轉 移, 致 細 菌 死 亡 而 不 再 形 成 菌 種, 故 空 氣 中 的 負 離 子 有 殺 菌 作 用 (4) 水 洗 除 塵 : 洗 滌 法 為 使 用 塑 膠 或 陶 瓷 製 之 填 充 材 料, 水 噴 灑 或 流 在 填 充 材 料 上 充 當 除 塵 面, 當 空 氣 通 過 一 層 層 濕 潤 之 填 充 材 料 時, 其 運 動 方 向 改 變 使 得 微 粒 因 慣 性 而 撞 擊 在 填 充 料 上, 係 利 用 填 充 料 形 成 之 液 膜 吸 收 氣 狀 污 染 物, 而 當 液 體 流 過 填 充 層 時, 常 有 向 塔 壁 匯 集 或 是 向 塔 中 央 集 中 之 傾 向 一 般 室 外 空 氣 污 染 處 理 較 常 利 用, 室 內 空 氣 處 理 較 為 少 見 水 洗 設 備 一 般 為 填 充 洗 滌 塔, 常 用 之 設 計 值 為 : 氣 體 空 塔 速 度 為 0.3~1.5m/sec 液 氣 比 為 1~3L/m 3 壓 力 損 失 則 為 50~200mm H 2 O/m 填 充 ( 填 充 材 料 ) 高 度 填 料 高 度
一 般 為 2~5 公 尺 (5) 植 物 葉 片 吸 附 : 植 物 葉 片 能 有 效 吸 附 大 量 粒 狀 物, 依 其 不 同 特 性, 可 區 分 為 停 著 附 著 和 黏 著 3 種 停 著 是 指 粒 狀 物 暫 時 落 於 葉 面 上, 一 經 外 力 或 風 吹 隨 即 飛 走, 通 常 為 葉 片 狹 小 或 葉 片 光 滑 者 附 著 是 指 粒 狀 物 落 於 葉 面, 固 著 於 氣 孔 或 絨 毛 上, 需 較 大 的 風 或 雨 時 方 可 帶 走, 然 後 又 恢 復 其 蒙 塵 能 力, 通 常 為 葉 片 寬 大 平 展 葉 面 粗 糙 有 絨 毛 的 植 物 黏 著 是 指 粒 狀 物 受 到 葉 面 的 黏 性 物 質 所 黏 附, 通 常 為 枝 葉 能 分 泌 樹 脂 黏 液 者 等 國 內 有 學 術 單 位 針 對 市 售 常 見 50 種 室 內 植 物 進 行 研 究, 計 算 各 種 植 物 每 單 位 葉 面 積 (1 cm 2 ) 之 最 大 滯 塵 量 研 究 結 果 顯 示, 葉 片 滯 塵 量 排 名 前 10 名 的 室 內 植 物 分 別 為 非 洲 菫 鐵 十 字 秋 海 棠 皺 葉 椒 草 大 岩 桐 薜 荔 嫣 紅 蔓 麗 格 秋 海 棠 長 壽 花 盆 菊 白 網 紋 草 其 共 同 特 徵 為 具 有 絨 毛 或 凹 凸 不 平 表 面 的 葉 片, 可 有 效 吸 附 粒 狀 物 但 室 內 植 物 葉 片 可 能 因 落 塵 堵 塞 氣 孔 而 降 低 氣 體 交 換 率, 為 避 免 影 響 其 淨 化 空 氣 的 效 果, 建 議 每 隔 數 週 以 濕 潤 的 抹 布 擦 拭 葉 面 及 葉 背, 去 除 灰 塵 與 水 垢 以 增 加 滯 塵 效 率, 同 時 維 護 美 觀 5.2 生 物 污 染 物 1. 源 頭 控 制 : 一 般 室 內 環 境 中 存 在 的 微 生 物 多 與 潮 濕 水 源 與 人 為 活 動 有 關, 而 其 他 微 生 物 亦 會 在 室 內 各 種 較 為 潮 濕 的 區 域 及 材 質 中 生 長, 如 廁 所 洗 手 台 等 容 易 積 水 的 區 域 常 因 清 潔 打 掃 不 善, 提 供 給 黴 菌 最 佳 的 生 長 環 境 ; 辦 公 室 中 普 遍 存 在 有 室 塵 蹣 黴 菌 蟑 螂 等 過 敏 原 故 保 持 室 內 清 潔 乾 燥, 杜 絕 微 生 物 之 生 長 2. 淨 化 技 術 : (1) 化 學 處 理 技 術 : 化 學 處 理 技 術 係 藉 由 氣 - 液 接 觸, 藉 化 學 藥 劑 抑 制 微 生 物 產 生, 氧 化 (oxidation) 消 毒 或 其 它 反 應 以 破 壞 微 生 物 之 生 化 反 應, 達 到 降 低 空 氣 致 病 性 之 目 的 一 般 而 言, 吸 收 液 氧 化 劑 特 性 濃 度 對 微 生 物 之 去 除 及 破 壞 效 率 影 響 顯 著, 常 見 之 氧 化 劑 有 次 氯 酸 鈉 ( 漂 白 水 ) 二 氧 化 氯 及 過 氧 化 氫 水 溶 液 ( 雙 氧 水 ), 以 氧 化 破 壞 ( 消 毒 ) 微 生 物 (2) 光 觸 媒 技 術 : 光 觸 媒 技 術 是 空 氣 淨 化 中 一 個 較 新 的 領 域, 其 可 在 常 溫 下 反 應, 將 室 內 的 有 害 氣 體 及 異 味 氣 體 經 過 不 可 逆 的 反 應, 分 解 為 無 臭 無 害 的 產 物 另 外, 其 對 於 空 氣 中 的 微 生 物 亦 會 藉 由 破 壞 微 生 物 外 膜 而 將 其 殺 滅 對 大 腸 桿 菌 黃 色 葡 萄 球 菌 等 具 有 殺 菌 功 效 在 殺 菌 的 同 時 還 能 分 解 由 細 菌 屍 體 上 釋 放 出 的 有 害 物 質 此 處 僅 討 論 光 觸 媒 針 對 處 理 室 內 空 氣 中 微 生 物 之 作 用 機 制 光 觸 媒 殺 滅 微 生 物 的 機 制 有 : (A) 光 觸 媒 經 UV 光 激 發 後 產 生 之 高 氧 化 物 質 直 接 對 微 生 物 的 細 胞 膜 脂 質 破 壞, 造 成 細
胞 膜 流 動 性 不 佳, 喪 失 細 胞 膜 傳 遞 物 質 之 能 力 (B) 光 觸 媒 可 導 致 蛋 白 質 變 性 喪 失 功 能 (C) 光 觸 媒 產 生 之 自 由 基 亦 會 造 成 RNA 有 hydroxylation 現 象, 造 成 影 響 蛋 白 質 的 製 造 這 些 機 制 都 會 造 成 抑 制 微 生 物 繁 殖 或 直 接 造 成 其 死 亡, 此 部 分 並 不 需 要 完 全 分 解 微 生 物 才 能 有 抑 制 及 殺 滅 的 效 果 再 者 UV 光 源 對 微 生 物 照 射 後, 可 造 成 其 DNA 遺 傳 物 質 結 構 產 生 不 可 逆 之 破 壞 ( 特 定 鹼 基 型 成 Dimer, 破 壞 雙 股 螺 旋 結 構 ), 可 增 加 殺 滅 微 生 物 的 效 果 二 氧 化 鈦 TiO 2 是 目 前 半 導 體 材 料 中 使 用 最 廣 泛 之 光 觸 媒 材 料 就 二 氧 化 鈦 粒 子 構 造 來 看, 當 接 受 能 量 大 於 其 能 階 差 之 光 線 激 發 ( 紫 外 光 波 長 小 於 380nm), 將 帶 負 電 荷 電 子 從 共 價 帶 被 激 發 至 傳 導 帶, 此 時 會 形 成 電 子 在 傳 導 帶, 正 電 荷 在 共 價 帶 形 成 電 洞 傳 導 帶 電 子 形 成 還 原 反 應, 共 價 帶 電 洞 則 形 成 氧 化 反 應, 因 此 在 TiO 2 光 觸 媒 表 面, 進 行 反 應 性 極 強 的 氧 化 與 還 原 反 應 產 生 反 應 性 極 強 的 氫 氧 根 (Hydroxyl Radicals) 和 超 氧 離 子 (Super-Oxide Ions) 具 有 高 活 性, 氫 氧 根 比 氯 強 206%, 比 過 氧 化 氫 強 157%, 故 可 殺 死 和 分 解 致 病 之 微 生 物 成 基 本 化 合 物 如 CO 2 H 2 O (3) 紫 外 光 技 術 : 紫 外 線 波 長 介 於 10nm~400nm, 由 此 可 知 紫 外 光 波 長 能 量 較 高, 且 具 有 一 定 穿 透 力 因 此 在 紫 外 光 照 射 下, 可 破 壞 微 生 物 的 遺 傳 因 子 DNA, 進 而 阻 止 微 生 物 之 繁 衍 紫 外 線 利 用 游 離 性 的 電 磁 輻 射, 主 要 作 用 於 微 生 物 的 核 酸 脫 氧 核 糖 核 酸 (DNA) 核 糖 核 酸 (RNA) 等, 導 致 其 被 破 壞, 對 蛋 白 質 等 其 他 生 化 反 應 產 生 影 響 若 對 DNA 造 成 嚴 重 的 損 害, 會 使 得 細 胞 死 亡, 進 而 導 致 組 織 的 損 傷 或 死 亡 ; 對 DNA 較 輕 微 的 損 害 可 以 使 細 胞 造 成 永 久 的 改 變, 可 能 導 致 癌 症, 如 果 這 一 類 的 傷 害 發 生 在 生 殖 細 胞, 會 造 成 遺 傳 的 改 變 即 突 變 波 長 介 於 240~280nm 之 間 有 殺 菌 的 效 果, 屬 於 UVC, 具 殺 菌 效 果 的 紫 外 線 釋 放 的 能 量 比 其 他 放 射 線 ( 如 ~90 勺 射 線 ) 來 的 低, 因 此 對 表 面 或 固 體 物 品 穿 透 能 力 較 差 的, 與 ~90 勺 射 線 比 較 其 殺 菌 效 果 亦 較 弱 近 代 的 工 業 生 產 的 水 銀 燈 管,90% 以 上 所 發 射 的 紫 外 線 波 長 為 253.7nm, 因 其 具 有 最 大 的 殺 菌 效 力 紫 外 線 對 微 生 物 的 作 用 機 轉 是, 核 甘 酸 會 吸 收 紫 外 線, 特 別 是 253.7nm 的 波 長, 而 破 壞 微 生 物 DNA 結 構, 包 括 打 斷 磷 酯 鍵, 暴 露 於 高 劑 量 的 紫 外 線 時 DNA 間 發 生 交 互 鍵 結, 而 破 壞 其 原 有 功 能 紫 外 線 -C ( UV-C 253.7nm ) 對 於 為 害 人 體 的 細 菌 病 毒 微 生 物. 等, 有 極 大 的 摧 毀 作 用 一 般 經 紫 外 線 -C( UV-C ) 照 射 1~2 秒 鐘 內 就 可 達 到 滅 菌 的 效 果 目 前 紫 外 線 -C ( UV-C ) 已 被 証 明 能 消 滅 細 菌 病 毒 霉 菌 單 細 胞 藻 微 生 物 一 般 應 用 的 對 象 主 要 為 對 於 殺 菌 有 需 求 的 地 方, 如 醫 院 空 調 統 實 驗 室 消 毒
等 紫 外 線 照 射 亦 會 對 人 體 造 成 傷 害, 因 此 使 用 時 須 於 無 人 空 間 且 紫 外 線 的 殺 菌 能 力 隨 燈 管 照 射 距 離 而 快 速 遞 減, 因 此 在 應 用 上 必 須 考 量 到 所 有 需 殺 菌 位 置 均 能 有 效 獲 得 足 夠 劑 量 的 紫 外 線 照 射 (4) 成 膜 式 微 生 物 抑 制 技 術 : 空 調 系 統 常 常 成 為 微 生 物 污 染 室 內 空 氣 的 重 要 因 素, 主 要 由 於 部 分 設 計 不 良 的 空 調 系 統 中, 在 冷 凍 盤 管 或 風 管 中 常 有 潮 濕 的 情 形, 而 使 得 進 入 空 調 系 統 中 的 微 生 物 在 盤 管 上 與 風 管 中 大 量 繁 殖, 最 後 大 量 的 吹 入 室 內 環 境 中 而 成 膜 式 微 生 物 抑 制 技 術, 使 盤 管 與 風 管 表 面 形 成 一 層 抑 制 微 生 物 生 長 的 保 護 膜, 配 合 空 調 洗 淨 技 術 的 配 合, 將 可 使 空 調 系 統 回 歸 提 供 清 淨 空 氣 的 途 徑, 而 不 是 增 加 微 生 物 污 染 的 元 兇 5.3 揮 發 性 有 機 物 1. 源 頭 控 制 : 揮 發 性 有 機 物 由 建 造 物 料 油 漆 粉 刷 傢 俱 化 妝 品 清 潔 劑 殺 蟲 劑 乾 洗 後 的 衣 服 工 作 需 要 所 使 用 的 文 具 影 印 機 印 表 機 等 機 具 及 二 手 煙 等 多 種 不 同 源 頭 釋 放 出 來 ; 甲 醛 主 要 排 放 源 是 壓 製 木 產 品 及 其 他 裝 修 物 料 或 特 殊 消 費 品 如 紙 品 及 化 妝 品 等 故 避 免 使 用 高 揮 發 性 有 機 物 / 甲 醛 之 產 品 為 主 要 源 頭 控 制 之 方 法 (1) 選 擇 低 污 染 建 材 : 內 政 部 建 築 研 究 所 於 2004 年 7 月 正 式 公 告 受 理 申 請 綠 建 材 標 章, 將 符 合 健 康 與 環 保 要 求 的 建 材 分 類 為 1. 健 康 綠 建 材 ;2. 生 態 綠 建 材 ;3. 再 生 綠 建 材 ;4. 高 性 能 綠 建 材 其 中 健 康 綠 建 材 即 為 低 逸 散 低 污 染 低 臭 氣 的 建 材 故 建 議 有 需 要 使 用 建 材 時 應 選 擇 有 綠 建 材 標 章 之 低 污 染 建 材 (2) 選 擇 低 污 染 塗 料 / 油 漆 : 建 議 有 需 要 使 用 塗 料 / 油 漆 時 應 選 擇 水 性 塗 料 或 內 政 部 建 築 研 究 所 發 給 之 塗 料 / 油 漆 綠 建 材 標 章 (3) 選 擇 低 污 染 傢 俱 : 選 擇 傢 俱 時, 建 議 考 慮 實 心 的 木 製 家 具 或 室 內 裝 潢, 或 選 擇 具 有 環 保 標 章 的 木 製 傢 俱 ( 內 政 部 建 築 研 究 所 綠 建 材 標 章 網 站 ) 2. 淨 化 技 術 (1) 吸 收 技 術 : 吸 收 法 為 氣 態 污 染 物 於 廢 氣 與 洗 滌 液 接 觸 時, 藉 由 分 子 擴 散 紊 流 等 質 量 傳 送 及 化 學 反 應 等 現 象 傳 入 洗 滌 液, 使 污 染 物 質 分 離 而 去 除, 以 達 到 淨 氣 的 效 果 吸 收 可 區 分 為 物 理 吸 收 與 化 學 吸 收 2 種, 亦 可 稱 之 為 洗 滌 化 學 吸 收 主 要 是 利 用 吸 收 劑 與 氣 體 污 染 物 產 生 反 應 而 予 以 去 除 ; 而 物 理 吸 收 主 要 是 藉 由 氣 體 在 液 體 中 的 溶 解 度, 而 達 到 去 除 空 氣 污 染 物 的 目 的 通 常 化 學 吸 收 可 藉 升 高 操 作 溫 度 壓 力 來 增 加 反 應 速 率, 不 過 同 時 卻 降 低 了 物 理 吸 收 的 速 率 ; 物 理 吸 收 在 較 低 溫 操 作 下 可 達 到 較 佳 的 去 除 效 果 一 般 而 言, 化 學 吸 收 可 使 污 染 物 濃 度 趨 近 於 零 排 放, 而 物 理 吸 收 只 能 把 污 染 物 濃 度 降 低 至 某 程 度, 因 此 化 學 吸 收 在 某 些 氣 體 污 染 物 的 控 制 及 應 用 上 相 當 重 要 常 用 化 學 吸 收 劑 有 :
(A) 次 氯 酸 鈉 溶 液 : 次 氯 酸 鈉 吸 收 液 之 控 制 揮 發 性 有 機 物 具 一 定 效 果 處 理 高 濃 度 時, 次 氯 酸 鈉 溶 液 ( 有 效 氯 ) 濃 度 約 為 500~2,000 ppm; 而 處 理 較 低 濃 度 臭 氣 時, 使 用 次 氯 酸 鈉 溶 液 濃 度 約 50~500 ppm 以 各 項 氧 化 劑 之 性 能 言, 次 氯 酸 鈉 最 便 宜, 效 果 亦 佳, 最 常 使 用 (B) 二 氧 化 氯 溶 液 : 二 氧 化 氯 溶 液 之 反 應 機 制 與 次 氯 酸 鈉 吸 收 液 類 似, 作 用 濃 度 亦 可 參 考, 其 控 制 揮 發 性 有 機 物 亦 具 一 定 效 果 (C) 過 氧 化 氫 溶 液 ( 雙 氧 水 ): 過 氧 化 氫 水 溶 液 之 反 應 機 制 具 有 相 當 強 的 氧 化 活 性, 與 臭 氧 類 似, 因 此 極 易 與 其 他 分 子 反 應, 然 由 於 其 自 身 分 解 為 水 之 特 性, 可 用 為 化 學 洗 滌 藥 劑, 以 氧 化 揮 發 性 有 機 物 當 遇 到 細 菌 黴 菌 或 有 毒 化 學 物 質 及 揮 發 性 有 機 物 時, 都 能 立 即 產 生 氧 化 反 應, 分 解 有 害 物 質, 可 用 來 淨 化 空 氣 或 飲 水 之 消 毒 (D) 亞 硫 酸 氫 鈉 溶 液 : 亞 硫 酸 氫 鈉 可 將 醛 類 轉 化 為 磺 酸 酯 鹽 ( 如 CH 3 CH(OH)SO 3 Na) 而 去 除 一 般 常 採 用 之 處 理 設 備 平 台 有 化 學 洗 滌 塔 及 化 學 濾 網 2 種, 說 明 如 下 : (A) 化 學 洗 滌 技 術 : 與 前 述 水 洗 除 塵 之 水 洗 塔 同, 僅 是 將 以 化 學 吸 收 劑 作 為 洗 滌 液, 同 樣 常 用 之 設 計 值 參 考 前 述 (B) 噴 灑 式 吸 收 反 應 技 術 : 將 化 學 吸 收 劑 直 接 噴 灑 於 空 氣 中, 可 中 和 污 染 氣 體 或 是 將 污 染 物 質 包 裹 起 來 從 空 氣 中 消 除 但 使 用 此 種 技 術 需 特 別 注 意, 由 於 在 空 間 中 的 人 員 有 可 能 會 吸 入 化 學 吸 收 劑, 因 此 其 化 學 對 人 員 毒 性 的 研 究 便 很 重 要 (2) 吸 附 處 理 技 術 : 吸 附 (adsorption) 是 一 種 發 生 在 氣 - 固 相 或 液 - 固 相 間 的 介 面 化 學 現 象 ( 圖 4); 固 體 利 用 本 身 具 有 之 表 面 力, 對 流 體 中 的 物 質 產 生 親 和 力 作 用, 使 其 附 著 於 固 體 表 面 上 利 用 此 現 象, 以 使 用 內 部 比 表 面 積 較 大 的 多 孔 性 固 體 粒 子 ( 吸 附 劑 ) 來 分 離 氣 體 或 液 體 混 合 物 之 操 作, 稱 之 為 吸 附 操 作 吸 附 為 一 放 熱 反 應, 且 其 效 能 隨 溫 度 之 升 高 而 降 低, 故 操 作 前 應 預 先 冷 卻 廢 氣 溫 度 以 提 高 吸 附 效 率 資 料 來 源 : 華 懋 科 技 圖 4 吸 附 機 制 示 意 圖
一 般 吸 附 劑 都 為 多 孔 性 之 結 構, 有 極 大 之 表 面 積, 可 以 吸 附 多 量 之 各 種 不 同 氣 體 以 吸 附 原 理 處 理 VOCs 或 惡 臭 物 質, 一 般 常 用 吸 附 劑 有 粒 狀 活 性 碳 活 性 碳 纖 維 或 各 種 不 同 型 式 的 活 性 碳 為 主 常 用 之 活 性 碳 依 製 造 原 料 及 其 形 狀 的 不 同 而 區 分 為 粉 末 狀 活 性 碳 粒 狀 活 性 碳 及 纖 維 狀 活 性 碳 等 3 類 ; 在 氣 體 吸 附 之 應 用 上 則 以 後 2 者 較 為 常 用, 其 特 性 比 較 如 表 2 所 示 ; 而 粒 狀 活 性 碳 與 活 性 碳 纖 維 優 缺 點 比 較 如 表 3 所 示 因 欲 處 理 之 廢 氣 成 分 可 能 極 為 複 雜, 故 於 吸 附 過 程 中, 可 藉 活 性 碳 之 預 行 特 殊 含 浸 或 表 面 處 理, 使 吸 附 現 象 併 含 複 雜 的 物 理 及 化 學 反 應, 以 達 到 去 除 VOCs 或 除 臭 效 果 性 質 分 類 原 料 種 類 表 2 活 性 碳 的 分 類 及 性 質 粒 狀 活 性 碳 破 碎 碳 造 粒 碳 珠 形 碳 果 實 類 木 質 類 石 碳 類 石 油 類 ( 煤 分 ) 活 性 碳 纖 維 木 質 素 煤 渣 形 狀 不 規 則 成 型 碳 珠 狀 纖 維 大 小 4~14mesh 4~6mesh 0.4~0.8mmφ 10~20μmφ 之 纖 維 平 均 孔 徑 (Å ) 20~40 10~40-15 填 充 密 度 (g/cm 3 ) 0.4~0.6 0.35~0.6 0.5~0.6 0.04~0.05 外 表 面 積 (m 2 /g) ~0.001 0.2~0.7 比 表 面 積 (m 2 /g) 900~1,200 1,000~1,600 ph 值 偏 鹼 性 偏 中 性 脫 附 時 間 30~60min 5~10min 優 點 缺 點 表 3 粒 狀 活 性 碳 與 活 性 碳 纖 維 優 缺 點 比 較 粒 狀 活 性 碳 活 性 碳 纖 維 1. 價 格 便 宜 (70~180 元 /kg) 1. 纖 維 極 細, 比 表 面 積 大 吸 附 容 量 高 2. 可 充 填 於 各 式 各 樣 的 吸 附 槽 2. 表 面 平 滑 不 易 脆 裂 損 耗 小 3. 有 較 好 的 吸 附 床 利 用 率 3. 不 純 物 及 重 金 屬 含 量 極 少 4. 對 於 極 性 較 強 的 吸 附 質 有 較 佳 的 4. 脫 附 速 度 快, 回 收 溶 劑 品 質 高, 特 別 是 應 吸 附 效 果 用 於 氯 系 溶 劑 5. 操 作 簡 單 設 備 體 積 小 且 易 於 安 裝 6. 受 溫 度 影 響 較 小 1. 運 送 時 易 粉 末 化, 吸 附 脫 附 氣 1. 價 格 昂 貴 (1,000 元 /kg) 體 時 會 耗 損 2. 結 構 較 膨 鬆, 易 生 渠 流 效 應, 吸 附 床 利 用 2. 偏 鹼 性, 脫 附 時 易 造 成 水 解 現 象 率 較 低 3. 比 表 面 積 小, 飽 和 吸 附 量 較 低
不 同 之 吸 附 劑 可 能 適 用 於 不 同 之 吸 附 質, 表 4 則 為 適 合 活 性 碳 吸 附 處 理 之 各 類 VOCs 物 理 性 質, 可 以 作 為 吸 附 劑 選 擇 之 參 考 吸 附 劑 之 選 擇 應 考 量 如 下 : 有 機 物 種 類 脂 肪 L 類 (Aliphatic) 表 4 適 合 活 性 碳 吸 附 處 理 之 各 類 VOCs 物 理 性 質 沸 點 ( ) 分 子 量 溶 解 性 (H 2 O) a 可 燃 性 LEL (%vol) b 庚 烷 (Heptane) 98.4 100.2 No Yes 1.20 己 烷 (Hexane) 68.7 86.2 No Yes 1.20 戊 烷 (Pentane) 36.1 72.2 No Yes 1.50 石 油 精 (Naphtha) 142.0 - No Yes 0.92 礦 精 (Mineral Spirits) 194.0 - No Yes <1.00 乾 洗 溶 劑 (Stoddard solvent) 193.0 - No Yes 1.10 芳 香 烴 類 (Aromatic) 苯 (Benzene) 80.1 78.1 No Yes 1.30 甲 苯 (Toluene) 110.6 92.1 No Yes 1.20 二 甲 苯 (Xylene) 144.4 106.2 No Yes 1.00 酯 類 (Ester) 醋 酸 丁 酯 (Butyl acetate) 126.1 116.2 No Yes 1.70 醋 酸 乙 醋 (Ethyl acetate) 77.2 88.1 Yes Yes 2.50 鹵 化 烴 類 (Halogenated) 四 氯 化 碳 (Carbon tetrachloride) 76.8 153.8 No No NF 二 氯 乙 烯 (Ethylene dichloride) 99.0 85.0 No Yes 6.20 二 氯 甲 烷 (Methylene chloride) 40.2 84.9 Yes NO NF 四 氯 乙 烯 (Perchlorethylene) 121.0 165.8 No NO NF 三 氯 乙 烯 (Trichlorethylene) 87.2 131.4 No NO NF 四 氯 乙 烷 (Tetrachlorethane) 74.0 133.4 No NO NF 氟 化 烴 (Fluorinated) 24~93 137~204 No NO NF 酮 類 (Ketones) 丙 酮 (Acetone) 56.2 58.1 Yes Yes 2.60 甲 乙 酮 (Methyl ethyl ketone) 79.0 72.1 Yes Yes 1.80 甲 基 異 丁 基 酮 (Methyl isobutyl ketone) 醇 類 (Alcohols) 114.0 100.2 Yes Yes 1.20 丁 醇 (Butyl alcohol) 116.0 74.1 Yes Yes 1.40 乙 醇 (Ethanol) 74.0 46.1 Yes Yes 3.3 丙 醇 (Propyl alcohol) 96.0 60.1 Yes Yes 2.10 a. 不 可 溶 1% wt b.lel= 低 爆 炸 界 限 ;NF= 不 可 燃 資 料 來 源 :Coutesy of Vic Manufacturing Co.
(A) 比 表 面 積 : 比 表 面 積 愈 大, 飽 和 吸 附 容 量 愈 高 (B) 孔 隙 大 小 : 孔 隙 愈 小, 單 位 比 表 面 積 愈 大, 吸 附 容 量 愈 高 (C) 表 面 所 帶 官 能 基 及 極 性 : 在 原 活 性 碳 表 面 是 呈 非 極 性, 故 對 非 極 性 的 有 機 分 子 具 有 極 高 的 親 和 力 但 當 活 性 碳 表 面 被 氧 化 物 如 臭 氧 高 錳 酸 鉀 及 氯 等 氧 化 時, 則 有 一 部 份 的 表 面 變 成 非 常 的 有 極 性, 因 為 產 生 了 含 氧 的 官 能 基, 產 生 了 氫 鍵 鍵 結 致 使 吸 附 能 力 增 強, 但 對 非 極 性 的 有 機 分 子 之 吸 附 容 量 則 降 低 一 般 活 性 碳 設 備 處 理 空 氣 之 設 計 參 數 參 考 如 下 :(A) 吸 附 斷 面 流 速 :0.2~0.5 m/sec;(b) 停 留 時 間 :1~2 sec;(c) 操 作 壓 損 :70~150 mmh 2 O;(D) 吸 附 效 率 : 大 於 90%;(E) 濕 度 : 小 於 50% 吸 附 性 質 依 鍵 結 作 用 方 式 可 區 分 為 物 理 性 吸 附 (physisorption) 化 學 性 吸 附 (chemisorptions) 與 離 子 性 吸 附 (A) 物 理 吸 附 技 術 : 物 理 吸 附 的 材 質 通 常 是 使 用 具 有 高 表 面 積 的 多 孔 性 材 質, 如 分 子 篩 與 活 性 碳 等, 其 中 由 於 活 性 碳 價 格 便 宜 取 得 容 易, 因 此 絕 大 多 數 的 應 用, 皆 使 用 活 性 碳 作 為 物 理 吸 附 的 材 質 其 原 理 是 藉 由 分 子 間 的 靜 電 力 或 凡 得 瓦 爾 力 ( 因 本 身 質 量 所 產 生 的 引 力 ) 作 用 來 捕 捉 氣 體 分 子 (B) 化 學 吸 附 技 術 : 化 學 吸 附 技 術 是 專 門 用 來 對 特 定 氣 狀 污 染 物 進 行 反 應, 使 污 染 物 被 中 和 氧 化 或 是 被 催 化 成 無 污 染 物 質 具 有 反 應 快 速 高 選 擇 性 與 吸 附 不 可 逆 等 優 點 其 製 備 方 法 通 常 以 活 性 碳 氧 化 鋁 或 是 分 子 篩 等 高 表 面 積 材 質 作 為 載 體, 藉 由 將 特 定 活 性 化 學 物 質 浸 泡 化 學 鍵 結 或 經 過 工 藝 處 理 成 形 製 成 複 合 材 料 3. 光 觸 媒 技 術 : 光 觸 媒 技 術 亦 稱 光 催 化 作 用, 基 本 原 理 係 利 用 半 導 體 物 質, 如 TiO 2 ZnO 及 NiO 等, 在 受 到 適 當 波 長 的 照 射 下, 若 光 源 產 生 之 光 子 能 量 大 於 半 導 體 能 隙 時, 電 子 由 價 電 帶 (valance band, VB) 激 發 至 導 電 帶 (conduction band, CB), 而 形 成 電 子 - 電 洞 對, 圖 5 為 光 激 發 電 子 - 電 洞 的 基 本 示 意 圖 在 VB 失 去 電 子 後 形 成 電 洞, 這 個 空 缺 需 要 一 個 電 子 來 彌 補, 而 在 CB, 則 須 獲 得 一 電 子, 以 維 持 電 荷 平 衡 電 洞 具 有 極 高 的 氧 化 能 力, 在 光 觸 媒 顆 粒 表 面 的 氫 氧 離 子 會 被 電 洞 氧 化 成 OH, 而 OH 會 從 其 他 的 有 機 物 搶 電 子, 被 搶 走 電 子 的 有 機 物 會 因 為 失 去 鍵 結 能 力 而 降 解 成 為 更 小 的 分 子, 如 二 氧 化 碳 及 水 觸 媒 表 面 氧 化 後 的 自 由 基, 在 與 氧 氣 或 水 等 其 他 分 子 結 合 後, 產 生 更 具 有 氧 化 能 力 的 自 由 基 許 多 反 應 性 極 高 的 自 由 基 (radicals) 亦 可 經 由 水 分 子 或 有 機 物 與 電 子 / 電 洞 對 間 之 相 互 反 應 而 生 成, 這 些 高 反 應 性 自 由 基 均 會 促 使 更 多 的 氧 化 還 原 連 鎖 反 應 進 行, 同 時 也 提 供 更 多 有 機 反 應 物 被 分 解 的 途 徑 光 觸 媒 之 主 要 功 能 及 特 點 如 下 :
圖 5 光 觸 媒 激 發 原 理 (1) 全 面 性 : 光 觸 媒 可 以 有 效 地 降 解 多 樣 污 染 物 質, 如 : 甲 醛 苯 甲 苯 二 甲 苯 氨 VOCs 等, 並 具 有 高 效 的 消 毒 性 能, 能 將 細 菌 或 真 菌 釋 放 出 的 毒 素 分 解 及 無 害 化 處 理 (2) 持 續 性 : 在 反 應 過 程 中, 光 觸 媒 本 身 不 會 發 生 變 化 和 損 耗 在 光 的 照 射 下, 可 以 持 續 不 斷 的 淨 化 污 染 物, 具 有 時 間 持 久 持 續 作 用 的 優 點 (3) 安 全 性 : 無 毒 無 害, 對 人 體 安 全 可 靠 最 終 的 反 應 產 物 為 二 氧 化 碳 水 和 其 他 無 害 物 質, 不 會 產 生 二 次 污 染 (4) 高 效 性 : 光 觸 媒 利 用 太 陽 能 或 光 能 就 能 將 擴 散 的 環 境 污 染 物 在 低 濃 度 狀 態 下 清 除 淨 化, 無 須 再 使 用 其 他 能 源 故 光 觸 媒 作 為 一 種 新 興 的 空 氣 淨 化 產 品, 主 要 有 以 下 功 能 : (1) 空 氣 淨 化 功 能 : 對 甲 醛 苯 氨 氣 二 氧 化 硫 一 氧 化 碳 氮 氧 化 物 等 影 響 人 類 身 體 健 康 的 有 害 物 質 有 淨 化 作 用 (2) 殺 菌 功 能 : 對 大 腸 桿 菌 黃 色 葡 萄 球 菌 等 具 有 殺 菌 功 效 在 殺 菌 的 同 時 還 能 分 解 由 細 菌 屍 體 上 釋 放 出 的 有 害 物 質 (3) 除 臭 功 能 : 對 香 煙 臭 廁 所 臭 垃 圾 臭 動 物 臭 等 具 有 除 臭 功 效 (4) 防 污 功 能 : 防 止 油 污 灰 塵 等 產 生 具 有 防 止 浴 室 中 的 黴 菌 水 銹 便 器 的 黃 鹼 及 鐵 鏽 和 塗 染 面 褪 色 等 現 象 產 生 的 功 效 (5) 淨 化 功 能 : 具 有 水 污 染 的 淨 化 及 水 中 有 機 有 害 物 質 的 淨 化 功 能, 且 表 面 具 有 超 親 水 性, 有 防 霧 易 洗 易 乾 的 效 能 影 響 光 觸 媒 處 理 空 氣 之 效 率 因 子 有 : (1) 光 源 波 長 : 光 催 化 劑 的 活 性 並 非 完 全 與 光 強 度 成 正 比, 在 較 低 光 強 度 的 UV 光 照 射 下, 光 催 化 反 應 速 率 與 光 強 度 的 一 次 方 成 正 比 但 在 較 高 光 強 度 的 UV 光 照 射 下, 光 催 化
反 應 速 率 與 光 強 度 的 1/2 次 方 成 正 比 (2) 初 始 濃 度 :TiO 2 光 催 化 之 機 制 為 利 用 OH 將 有 機 污 染 物 氧 化 分 解, 而 OH 會 快 速 與 目 標 物 氧 化, 所 以 存 在 的 時 間 非 常 短 因 此 吸 附 在 TiO 2 表 面 之 分 子 越 多, 能 夠 氧 化 數 也 相 對 增 加, 而 污 染 物 吸 附 在 TiO 2 表 面 之 濃 度, 跟 反 應 物 之 初 始 濃 度 有 關 因 此 不 同 初 始 濃 度 對 反 應 速 率 會 有 不 同 的 影 響 (3) 觸 媒 特 性 : 觸 媒 的 種 類 顆 粒 大 小 比 表 面 積 鍛 燒 溫 度 皆 是 影 響 光 催 化 反 應 的 重 要 因 素 隨 著 鍛 燒 溫 度 升 高,TiO 2 之 比 表 面 積 和 孔 隙 度 會 逐 漸 減 小 一 般 而 言, 顆 粒 越 小, 比 表 面 積 越 大, 會 使 得 觸 媒 有 更 多 的 接 觸 面 積, 光 催 化 效 率 也 會 更 好 4. 植 物 盆 栽 處 理 : 目 前 已 有 許 多 研 究 證 實 擺 放 盆 栽 可 有 效 減 少 室 內 累 積 的 多 種 VOCs, 而 移 除 VOCs 的 能 力 與 植 物 種 類 時 間 光 度 污 染 物 種 類 皆 有 相 關, 研 究 顯 示 一 般 辦 公 室 進 行 試 驗, 當 室 內 VOCs 總 濃 度 高 於 100 ppb, 放 置 盆 栽 可 減 少 高 達 75% 的 VOCs 總 濃 度 國 外 學 者 試 驗 27 種 室 內 植 物, 葉 片 吸 收 甲 醛 後, 經 由 體 內 酵 素 代 謝 作 用, 將 甲 醛 轉 為 胺 基 酸 醣 類 及 有 機 酸 ( 如 圖 6), 並 運 移 至 莖 或 根 部 貯 存, 且 光 照 下 植 物 吸 收 甲 醛 的 能 力 為 黑 暗 中 的 5 倍 然 而, 放 置 盆 栽 不 僅 可 經 由 葉 片 氣 孔 吸 收 與 體 內 酵 素 作 用 減 少 VOCs, 亦 有 許 多 研 究 認 為 根 群 與 土 壤 或 介 質 中 的 微 生 物 也 扮 演 重 要 的 角 色 由 此 可 知, 包 括 植 株 根 系 與 土 壤 微 生 物 的 盆 栽 整 體, 為 一 個 調 節 性 的 生 物 系 統, 可 有 效 且 持 續 吸 收 淨 化 有 害 氣 體 圖 6 27 種 室 內 植 物 代 謝 甲 醛 之 能 力 ( 黑 色 : 醣 類 ; 白 色 : 有 機 酸 ; 灰 色 : 胺 基 酸 )
植 物 移 除 VOCs 初 期 速 度 較 慢, 但 隨 著 體 內 移 除 VOCs 機 制 被 誘 導, 移 除 的 速 度 可 以 隨 著 時 間 而 增 加 美 國 太 空 總 署 針 對 植 物 吸 收 密 閉 空 間 內 VOCs 之 能 力 進 行 研 究, 結 果 建 議 室 內 每 2.7 坪 ( 約 9 m 2 ) 的 地 板 面 積, 即 應 放 置 一 棵 至 少 6 寸 盆 大 小 的 植 物, 可 降 低 VOCs, 淨 化 室 內 空 氣 品 質 5.4 其 他 氣 狀 污 染 物 本 類 污 染 物 較 無 發 展 特 定 處 理 技 術, 室 內 空 氣 品 質 不 良 多 因 通 風 環 境 不 良 而 導 致 通 風 換 氣 設 備 之 改 善, 為 控 制 本 類 物 質 之 主 要 手 段, 既 有 建 築 物 可 透 過 二 氧 化 碳 或 其 他 污 染 物 之 監 控, 若 有 發 現 污 染 濃 度 蓄 積 等 不 正 常 狀 態, 透 過 改 善 現 有 通 風 系 統 較 為 有 效 1. 二 氧 化 碳 (CO 2 ) : 除 了 改 善 通 風 加 強 換 氣 外, 尚 有 種 植 綠 色 植 物 以 減 少 二 氧 化 碳 濃 度 : 大 部 分 綠 色 植 物 於 光 合 作 用 過 程 中, 吸 收 二 氧 化 碳 並 固 定 為 有 機 酸 或 醣 類 貯 存, 因 此 減 少 室 內 二 氧 化 碳 累 積 量 許 多 植 物 二 氧 化 碳 之 吸 收 效 率 與 光 照 度 有 關, 如 黛 粉 葉 在 室 內 採 光 良 好 的 早 晨 其 光 合 作 用 較 強 ; 虎 尾 蘭 二 氧 化 碳 之 吸 收 效 率 於 夜 間 較 佳, 而 強 光 下 同 樣 可 提 升 其 對 二 氧 化 碳 的 吸 收 ; 部 份 仙 人 掌 蘭 科 植 物 進 行 景 天 酸 代 謝 (CAM), 會 於 夜 間 吸 收 二 氧 化 碳 國 內 研 究 單 位 針 對 50 種 常 見 室 內 植 物, 量 測 各 植 物 對 不 同 二 氧 化 碳 濃 度 的 淨 光 合 作 用 速 率, 顯 示 非 洲 菫 嫣 紅 蔓 波 士 頓 腎 蕨 印 度 橡 膠 樹 非 洲 菊 聖 誕 紅 心 葉 蔓 綠 絨 袖 珍 椰 子 吊 蘭 龜 背 芋 白 鶴 芋 等 室 內 植 物, 於 環 境 二 氧 化 碳 濃 度 達 1,000 ppm 以 上 仍 可 進 行 光 合 作 用, 減 少 二 氧 化 碳 濃 度 2. 一 氧 化 碳 (CO) : 改 善 通 風 並 加 強 換 氣 3. 臭 氧 (O 3 ): 在 一 般 辦 公 室 工 作 環 境 下, 臭 氧 濃 度 並 不 會 超 過 該 容 許 暴 露 值 然 而, 為 了 維 護 您 的 健 康, 建 議 您 應 注 意 定 期 更 換 事 務 機 的 濾 網, 注 意 影 印 室 的 通 風, 並 建 議 將 事 務 機 應 放 置 於 距 人 們 至 少 1 公 尺 遠 處 六 結 語 室 內 空 氣 污 染 之 改 善 與 控 制, 應 考 量 評 估 適 用 環 境 改 善 效 率 成 本 ( 含 維 護 ) 及 能 源 消 耗 等 等 因 素, 首 先 需 考 量 室 內 污 染 物 特 性 及 來 源, 包 含 污 染 物 類 型 物 理 狀 態 等 惟 有 瞭 解 室 內 污 染 物 之 特 性 與 其 來 源, 方 可 針 對 室 內 空 氣 品 質 進 行 控 制 及 改 善, 進 而 提 高 改 善 成 效 而 室 內 空 氣 品 質 改 善 可 針 對 個 案 研 擬 單 一 或 多 項 改 善 措 施, 改 善 措 施 可 歸 納 為 主 動 移 除 與 被 動 移 除, 包 含 源 頭 減 量 通 風 換 氣 與 空 氣 清 淨 設 施 而 選 擇 最 佳 控 制 污 染 源 的 方 法, 無 論 是 完 全 排 除 或 改 變 污 染 性 活 動 的 位 置 等, 可 視 特 定 情 況 的 實 際 可 行 性 和 實 施 措 施 的 成 本 來 決 定
七 參 考 文 獻 1. 行 政 院 環 保 署, 室 內 空 氣 品 質 管 理 法,2011 年 11 月 2. 行 政 院 環 保 署, 室 內 空 氣 品 質 標 準,2012 年 11 月 3. 行 政 院 環 保 署, 室 內 空 氣 品 質 改 善 技 術 指 引,2006 年 12 月 4. 行 政 院 環 保 署, 室 內 空 氣 品 質 資 訊 網,2014 年 5. 舒 活 健 康 空 氣 ( 股 ) 公 司, 舒 活 健 康 空 氣 網 站,2014 年 6. 經 濟 部 工 業 局, 揮 發 性 有 機 物 廢 氣 減 量 及 處 理 技 術 手 冊,2008 年 7. 行 政 院 環 保 署, 淨 化 室 內 空 氣 之 植 物 應 用 及 管 理 手 冊 8. 衛 生 福 利 部 疾 病 管 制 署, 感 染 控 制 雜 誌 第 15 卷 第 5 期