常见室内植物和各种生长介质去除甲醛

自 20 世纪 50 年代初室内空气污染与过敏和其他慢性疾病之间的关联首次被认识到以来，人们对室内空气质量 (IAQ) 较差的担忧一直在稳步增加 (Randolph 和 Ralph，1980 年；Weschler，2009 年)。1973-74 年的能源危机进一步加剧了室内空气污染 (IAP)，当时为减少能源消耗而做出的努力导致建筑物密闭，室内空气 (IA) 污染物积聚。在过去的半个世纪里，室内空气质量差的原因包括建筑物密闭、建筑材料和消费品的变化、通风不良和湿度控制不佳。这些因素促使人们对绿色建筑实践重新产生兴趣 (Harriman 等人，2001 年；Kibert，2008 年；ASHRAE，2009 年；Persily 和 Emmerich，2010 年)。在一些大都市地区，室内空气污染程度比室外空气高出 100 倍，对健康构成威胁，并产生负面的经济后果（Brown，1997 年；Orwell 等人，2004 年；Fisk，2000 年）。鉴于工业化国家的人们平均有 80-90% 的时间待在室内（Robinson 和 Nelson，1995 年；Klepeis 等人，2001 年；USEPA，2002 年），室内空气污染可能造成的影响已成为国际关注的问题（Samet，1993 年；Fisk，2000 年；Mølhave 和 Krzyzanowski，2003 年）。室内空气质量差与多种健康症状有关，仅在美国，每年就有 65,000 至 150,000 人因此死亡（Lomborj，2002 年）。世界卫生组织 (WHO) 将一组综合症状定义为病态建筑综合症 (SBS)，包括头痛、恶心、头晕、眼睛、粘膜和呼吸系统刺激，以及嗜睡、疲劳和全身不适 (Kostiainen，1995 年；Brasche 等人，1999 年)。其他影响包括工作效率下降和医疗费用增加，室内环境质量差的成本估计高于空间调节和通风能源成本 (Seppanen 和 Fisk，2006 年)。据估计，通过改善美国室内空气质量，每年平均可节省 400-2000 亿美元 (Fisk，2000 年)。

挥发性有机化合物 (VOC) 是室内环境中最重要的污染物类别 (Wolkoff，2003)。VOC 既来自室外，也来自室内，室内水平通常比室外高 10 倍 (Brown，1997 年；Rehwagen 等人，2003 年；Zuskin 等人，2009 年)。除颗粒物和无机气体外，IA 中还发现了各种 (254-900) 的 VOC (USEPA，1989 年；Yu 和 Crump，1998 年；Edwards 等人，2001 年；Sullivan 等人，2001 年)。一些室内 VOC 在高浓度时具有毒性，而苯和甲醛等一些 VOC 已被证明具有致癌性（Godish，2001 年；IARC，2006 年；ATSDR，2007 年；Nielsen 和 Wolkoff，2010 年）。人们接触到来自木质产品、墙面覆盖物、橡胶、油漆、粘合剂、润滑剂、化妆品、电子设备和燃烧的环境甲醛（Zhang 等人，2009 年；Salthammer 等人，2010 年）。甲醛含量通常随着产品使用年限的增加而降低（Park 和 Ikeda，2006 年；Chan 等人，2009 年），在较旧的房屋中，甲醛浓度水平远低于 0.125 mg m −3（USEPA，2007 年）。这些水平接近世界卫生组织 (WHO-ROE, 2006) 建议的室内限值 0.1 mg m −3 (0.08 ppm)。不幸的是，美国仍然缺乏关于室内环境甲醛暴露的国家 IAQ 标准和政府指导方针。因此，最近部署的联邦紧急事务管理局 (FEMA) 拖车中的甲醛水平达到了不安全的水平，高达 1.2 ppm，导致鼻窦感染、眼睛灼热感和全身不适 (Babington, 2007, Hsu, 2008)。

35 年前，美国国家航空航天局 (NASA) 就曾面临与太空中完全封闭的有人居住系统内空气质量差相关的健康问题，当时在太空飞行器环境中检测到了 300 多种挥发性有机化合物。因此，NASA 研究人员研究了使用植物来降低室内浓度并保持安全健康的个人呼吸区 (Wolverton and Wolverton, 1993, Wolverton, 1996)。其他研究的结果表明，植物可以有效降低苯、氨、甲醛、氮氧化物和颗粒物的含量 (Godish and Guidon, 1989, Wolverton and Wolverton, 1993, Giese et al., 1994, Lohr and Pearson-Mims, 1996)。植物还被证实可以通过向空气中释放水分来增加室内相对湿度，从而提高密封环境中的舒适度。其他人将植物的使用与提高生产力和幸福感联系起来（Lohr 等人，1996 年），并观察到室内植物有益于心理健康（Kim 等人，2010 年）。使用植物具有比专门的技术方法更便宜的潜在优势，可以改善不良的室内空气质量（Wolverton，1986a，Wolverton，1986b，Darlington 等人，2001，Wood 等人，2002，NASA，2007），并被认为是基于技术的系统的可行替代方案（Guieysse 等人，2008 年）。

之前已证明，甲醛 (Kim 等人，2008) 和其他 VOC (Wood 等人，2002，Orwell 等人，2004，Yoo 等人，2006) 的去除是由于植物和微生物的生物作用。已证明植物在正常气体交换过程中通过气孔吸收空气污染物 (Schmitz 等人，2000)，并且已证明各种污染物在原位或转移到植物的其他区域后被隔离或降解 (Son 等人，2000)。除气孔外，根区已被证明是去除 VOC 的重要贡献者 (Yoo 等人，2006，Kim 等人，2008)。生长介质中的根际微生物已被确定为挥发性有机化合物去除的重要直接媒介（Wolverton 和 Wolverton，1993 年，Wood 等人，2002 年，Orwell 等人，2004 年）。植物修复，即利用植物去除空气、水和土壤中的毒素，已被提议作为一种经济有效且高效的改善室内空气质量的方法（Liu 等人，2007 年）。Kim 等人，2008 年使用盆栽植物同时定量测量了Fatsia japonica和Ficus benjamina的地上部分和根区对甲醛的去除。唯一一项在水培条件下进行的已发表研究使用蛭石作为生长介质，研究了Howea forsteriana、Spathiphyllum wallisii和Dracaena deremensis对苯和正己烷的吸收情况（Wood 等人，2002 年）。

本文介绍了原创研究的结果，该研究考察了三种生长介质（生长石、膨胀粘土和活性炭）和四种常见室内植物：常春藤、菊花、花叶万年青和金叶绿柏在水培条件下（使用生长石）对甲醛的吸收。这是首次发表在上述条件下对这四种室内植物的甲醛去除测量结果。还通过实验确定了单个植物（IP）部分（AP、RZ 和 EP）的甲醛去除率。在本研究中，甲醛被用作模型 VOC 污染物，但这些方法可应用于其他 VOC。本研究的目的不是区分 HCHO 的去除是由于生物过程还是物理化学过程，而是确定在特定条件下选定的四种植物和生长介质实现的总体去除率。