高校實驗室廢氣處理方案設(shè)計

 

高校理化生化實驗室正常的教學(xué)和科研活動中使用了***量的化學(xué)藥劑，但實驗室中的化學(xué)藥劑***多具有一定的揮發(fā)性，有的揮發(fā)性很強(qiáng)。目前，我******部分高校理化實驗室和生物實驗室產(chǎn)生的有毒有害污染氣體處于直接排放狀態(tài)，少數(shù)做得***的實驗室僅對廢氣設(shè)置簡單的活性炭吸附過濾裝置。***學(xué)實驗室功能多樣，使用的化學(xué)品種類繁多，產(chǎn)生的廢氣具有類型復(fù)雜的***點。目前，市場上使用的廢氣處理工藝在污染物處理的應(yīng)用上存在一定的局限性，給廢氣處理工藝的設(shè)計帶來了很***的困難。根據(jù)***家環(huán)境污染防治法等環(huán)保要求，高校實驗室廢氣需要***殊的污染防治措施，收集并有效處理后排放到***氣中。為了滿足環(huán)保要求，根據(jù)實驗樓廢氣的***點和實驗樓的現(xiàn)場***點，分別設(shè)計了幾套實驗室廢氣處理裝置。實際監(jiān)測表明，處理效果******，符合排放標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求。

一、實驗樓廢氣***征

1.有許多種類和復(fù)雜的組件

由于實驗樓內(nèi)生化實驗種類繁多，試劑種類繁多，成分復(fù)雜。根據(jù)實驗樓各實驗室所用化學(xué)品的調(diào)查統(tǒng)計，各實驗室的廢氣主要分為兩類:***類是無機(jī)污染物，如氯化氫、溴化氫、硝酸、氯酸、硫酸等；***二類是揮發(fā)性有機(jī)化合物，如氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、丙烯酸、乙酸、甲醇、乙醇。由于廢氣成分復(fù)雜，在設(shè)計廢氣處理方案時需要考慮廢氣處理的普遍適用性。

2.不穩(wěn)定排放

由于高校各實驗室通風(fēng)系統(tǒng)開啟時間不固定，使用時間不一，廢氣排放不穩(wěn)定，以間歇為主。

3.風(fēng)量***，濃度低

實驗室廢氣由集氣罩或通風(fēng)柜收集。為了高效地收集廢氣，需要提高罩口和通風(fēng)柜表面的風(fēng)速，從而產(chǎn)生***量的廢氣收集空氣。一個實驗室通常有2-8個通風(fēng)柜，單個通風(fēng)柜的風(fēng)量約為2000 m2/h，單個實驗室的風(fēng)量約為4000-16000 m2/h，由于風(fēng)量***，單個實驗室使用的藥物劑量小，導(dǎo)致廢氣具有風(fēng)量***、濃度低的***點。

4.點源擴(kuò)散和三維污染

實驗樓為多層建筑，實驗室分布在每層，廢氣點源分散，呈現(xiàn)立體污染，廢氣收集管網(wǎng)設(shè)計困難。

二、實驗樓廢氣處理工程***點

1.網(wǎng)站有限

由于實驗室數(shù)量多，每個實驗室收集的廢氣量***，為了有效控制廢氣，滿足規(guī)范要求，需要設(shè)置多套廢氣處理裝置，因此需要提供***量場地放置廢氣處理裝置。但是實驗樓位于校園內(nèi)，位置比較敏感。因此，綜合比較表明，廢氣處理裝置應(yīng)放置在實驗樓的***部。

2.工程敏感性

高校實驗樓是***量師生開展科研教學(xué)活動的場所，人員比較集中，對實驗室廢氣處理的效果提出了更高的要求。廢氣處理項目的實施不僅需要達(dá)到***家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，還需要去除異味，以免影響師生正常的教學(xué)和科研活動。

三、廢氣處理工程設(shè)計

1.廢氣收集的風(fēng)量設(shè)計

(1)氣體體積設(shè)計

①通風(fēng)柜容積

②集氣罩的氣體體積

2.廢氣處理工藝設(shè)計

(1)常見廢氣處理工藝

實驗室廢氣中的主要污染物是無機(jī)污染物和揮發(fā)性有機(jī)化合物。目前，針對這兩類廢氣污染物廣泛使用的處理技術(shù)主要分為回收技術(shù)和銷毀技術(shù)兩***類。回收技術(shù)主要包括冷凝、吸收和吸附，破壞技術(shù)主要包括燃燒、生物法、等離子體和光催化。

①吸收法:利用相似相溶解和化學(xué)中和原理，吸收廢氣中的水溶性和酸堿性污染物。

②吸附法:利用吸附劑巨***的比表面積對污染物進(jìn)行物理吸附。

③生物法:利用微生物降解廢氣中溶于水的物質(zhì)，從而凈化氣體。

④光催化:在紫外線照射和催化劑作用下，利用光能進(jìn)行的一系列化學(xué)反應(yīng)，從而降解污染物。

⑤等離子體:利用外加電壓擊穿氣體，產(chǎn)生電子、離子、自由基等活性基團(tuán)，利用高能活性基團(tuán)轟擊氧化污染物。

⑥冷凝法:利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓的物理性質(zhì)，通過降低系統(tǒng)溫度或增加系統(tǒng)壓力，將氣態(tài)污染物冷凝并從廢氣中分離出來。

⑦燃燒法:采用高溫?zé)嵫趸纸?，將有機(jī)物徹底氧化分解為二氧化碳和水。

(2)工藝設(shè)計

實驗室廢氣不僅含有氯化氫、溴化氫等無機(jī)污染物，還含有甲醇、乙醇、丙酮等揮發(fā)性有機(jī)化合物。在設(shè)計處理工藝時，應(yīng)同時考慮這兩種污染物。目前，在廢氣處理***域，由于無機(jī)物的水溶性通常較***，對無機(jī)污染物的處理工藝相對簡單，主要采用吸水法、堿液吸收法等工藝。但揮發(fā)性有機(jī)化合物的理化性質(zhì)千差萬別，其毒理性質(zhì)和處理效果也各不相同，因此相應(yīng)的處理工藝也是多樣化的。目前，應(yīng)用廣泛的技術(shù)包括冷凝法、吸收法、吸附法、光催化法、生物法、低溫等離子體法、燃燒法等。每種技術(shù)都有其適用對象和***缺點。冷凝法適用于小風(fēng)量、高濃度廢氣的處理，廣泛應(yīng)用于溶劑回收；吸收法適用于處理水溶性***的有機(jī)物，常用作廢氣預(yù)處理工藝。燃燒法適用于高濃度、高熱值、排放穩(wěn)定、無鹵素的有機(jī)廢氣。生物法和光催化適用于有機(jī)廢氣的簡單除臭，常用于污水站廢氣處理；該吸附方法適用于***多數(shù)有機(jī)物的吸附，通用性***，適用于低濃度、間歇性排放的有機(jī)廢氣的處理。

每種廢氣處理技術(shù)都有其適用對象和技術(shù)缺陷，沒有一種技術(shù)可以處理所有的廢氣污染物。因此，在設(shè)計廢氣處理工藝時，應(yīng)更多地考慮結(jié)合現(xiàn)有的廢氣處理技術(shù)，揚長避短。根據(jù)實驗室廢氣的***點，如風(fēng)量***、濃度低、無機(jī)物和有機(jī)物多、間歇排放等，設(shè)計了“堿液吸收法+活性炭吸附”的組合工藝進(jìn)行處理。堿液用于吸收氯化氫、溴化氫等無機(jī)污染物，活性炭***量微孔用于物理吸附有機(jī)物，從而凈化實驗室廢氣。

3.廢氣處理設(shè)備的設(shè)計

(1)塔架結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于實驗樓廢氣處理裝置數(shù)量較多，實驗樓的屋***空間非常有限。為了有效解決占地問題，本項目摒棄了堿液吸收塔和活性炭吸附箱分離的常規(guī)做法，***化了堿液吸收塔和活性炭吸附箱的一體化設(shè)計，有效結(jié)合成一體化廢氣處理裝置。整個結(jié)構(gòu)包括填料吸收段和蜂窩活性炭吸收段兩個處理過程。吸收段主要從氣相主體中分離出無機(jī)成分和水溶性揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC，并將其轉(zhuǎn)移到液相中，從而實現(xiàn)廢氣的凈化。

(2)填料的選擇

填料是填料塔的核心部件，它提供氣液兩相接觸傳質(zhì)和傳熱的表面，與其他內(nèi)件一起決定填料塔的吸收性能。目前，在廢氣處理***域，主要分為散裝和規(guī)整填料。松散填料主要包括萊西環(huán)和空心球。規(guī)整填料主要以絲網(wǎng)波紋填料和板式波紋填料為代表。在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了脈沖規(guī)整填料、壓延板波紋填料和LH規(guī)整填料。規(guī)整填料的***勢主要體現(xiàn)在壓降更小，堵塞更少，但成本高于散裝填料。

(3)吸收劑和吸附劑的選擇

為了提高酸性廢氣的吸收效果，選擇吸收效果較***的氫氧化鈉堿液作為吸收劑。有機(jī)廢氣吸附劑主要有顆粒活性炭、蜂窩活性炭、活性炭纖維、沸石分子篩、硅膠、活性氧化鋁等。其中，顆粒炭和蜂窩炭是應(yīng)用***早和***廣泛的，是******的吸附劑。本工程設(shè)計選用蜂窩狀活性炭，不僅吸附效果更***，阻力更低，而且在裝填和吸附飽和后便于更換。為了減少吸收段濕度的影響，選用防水蜂窩活性炭。

4.廢氣處理設(shè)備控制系統(tǒng)

(1)自動加入堿液

由于廢氣處理設(shè)備數(shù)量過多，本項目配備了自動添加堿液的控制系統(tǒng)。計量泵由循環(huán)水箱中的酸堿度控制。當(dāng)循環(huán)水箱的酸堿度低于設(shè)定值時，加藥計量泵將自動工作，給循環(huán)水箱加藥。當(dāng)pH值達(dá)到設(shè)定值時，計量泵自動停止工作。

(2)風(fēng)機(jī)和水泵控制

為了方便實驗室操作，在實驗室內(nèi)設(shè)置遙控開關(guān)，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)與水泵的聯(lián)動，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由管道靜壓自動控制。

5.二次污染的防治

吸收-吸附一體化塔在使用過程中，吸收段會周期性產(chǎn)生廢氣洗滌液，吸附段會產(chǎn)生吸附飽和的蜂窩狀活性炭。洗滌廢液定期通過PVC管排入學(xué)校實驗室廢水處理站，將飽和的廢蜂窩活性炭置換后委托給具有危險廢物處置資質(zhì)的***三方作為危險廢物進(jìn)行合理合法的處置。另外，為了降低屋***風(fēng)機(jī)的噪音，在排風(fēng)管道和風(fēng)機(jī)之間安裝了消音器，同時在風(fēng)機(jī)的外圍整體設(shè)置了隔聲箱，風(fēng)機(jī)放置在隔聲箱內(nèi)，******降低了實際運行時的噪音污染。

本文介紹的吸附-吸收一體化塔結(jié)構(gòu)簡單，操作管理方便，可同時有效處理無機(jī)廢氣和揮發(fā)性有機(jī)廢氣，不僅減少了設(shè)備占用，而且降低了投資成本，節(jié)約了環(huán)保資金，可在高校實驗室廢氣處理***域推廣使用。