一种实验室废气处理系统的探索运用

一种实验室废气处理系统的探索运用

田显朋 王忠杰

辽宁红沿河核电有限公司 ,辽宁 大连 116001

摘 要：辐射环境监测实验室多通过对动植物碳化的方式检测其放射性水平，而动植物碳化过程排出的气体经常会有很大异味，严重影响周围环境和附近人群健康。同时，碳化过程产生的油脂也会对实验室通风系统造成火灾隐患。本文主要介绍一种环境实验室通风系统改造经验，为类似实验室通风系统的建设与改造提供指导。

关键词：实验室；通风系统；废气处理

中图分类号： 文献标识码：

Exploration and application of a laboratory waste gas treatment system

Abstract: The Environmental monitoring tests for radioactivity by carbonizing plants and animals, but the carbonization of plants and animals and the process of emissions of gas will often have a very strange smell, serious impact on the surrounding environment and the health of the surrounding population. Besides, the grease from the carbonization process can also cause fire hazard to the ventilation system of the laboratory. This paper mainly introduces the experience of a kind of reformation of ventilation system in environmental laboratory, provides guidance for the construction and reconstruction of ventilation system in similar laboratory.

Key words: laboratory; Ventilation system; Waste gas treatment

1. 概述

随着我国经济的飞速发展和科学技术的不断进步，各行各业需要建设相应的实验室，这些实验室产生的废气虽然含量小，但是成份复杂，对环境和人身的危害不可估量。某公司建设的环境实验室共两层，主要通过对公司附近动植物碳化以检测当地的辐射情况。而动植物碳化过程会导致排出的气体有很大的异味，严重影响周围环境和附近人群健康。同时，碳化过程产生的油脂也会对实验室通风系统造成火灾隐患。为此，对环境实验室废气处理系统进行了改造设计，废气处理后能达到国家相关标准要求，并降低了安全隐患。

2. 废气处理系统流程

废气处理系统工艺主要包括以下步骤：

1. 第一段：喷淋塔

废气经汇集后，首先进入喷淋塔，溶于水的废气成分被去除，同时对废气起到降温作用。

2. 第二段：静电除油设备

废气进入静电除油设备，在电场作用下，废气中的油雾被吸附到极板上去除。

3. 第三段：UV光解设备

废气进入UV光解设备，在紫外光子的作用下，废气中的臭气分子发生裂解，并被氧化为二氧化碳和水等无机物。

4. 第四段：活性炭吸附设备

废气进入活性炭吸附设备，含VOCs的气态混合物与多孔性活性炭接触时，利用活性炭表面存在未平衡的分子吸引力或化学键作用力，把混合气体中VOCs组分吸附在活性炭表面

5. 第五段：风机

净化后的废气通过离心风机送入排气筒，并通过排气筒将所述净化后的废气输送至高空排放。

图1实验室废气处理系统示意图

3. 改造后主要单元

改造前的废气处理系统主要包括管道输送装置、风机以及电气控制柜几个单元。改造后的废气处理系统主体包含管道输送装置、碱液喷淋塔、静电除油设备、UV光解设备、活性炭吸附箱、风机、电气控制柜七个单元；配套设备主要有电动阀门、水泵、pH计等。

1. 碱液喷淋塔

喷淋塔主要是由塔体、填料、喷淋装置、循环泵、除雾装置等组成，是整个系统的前处理设备，主要用于去除部分有机废气（VOCs）和酸性废气成分。废气经由填充式喷淋塔，采用气液逆向吸收方式处理，即液体自塔顶向下以雾状（或小液滴）喷撒而下，废气则由塔底向上。主要利用气体与液体间的接触，将气体中的污染物传送到液体中，然后与氢氧化钠发生反应，达到分离、净化废气的目的。

2. 静电除油单元

利用风机负压，将油烟吸入到设备内。精细油烟以及烟雾在高压电场通过时，由于阴极发生电晕放电、气体被电离。带负电的气体离子，在电场力的作用下向阳极板运动，在运动中与烟气颗粒相碰，则使尘粒荷以负电。荷电后的尘粒到达阳极后放出所带的电子，尘粒则沉积于阳极板上，而得到净化的气体排出净化器外。

3. UV光解单元

在波长范围170nm-184.9nm（704 kJ/mol - 647 kJ/mol）高能紫外线的作用下，一方面空气中的氧气被裂解，然后组合产生臭氧（见反应①、②）；另一方面将恶臭气体的化学键断裂，使之形成游离态或基团（见反应③）；同时产生的臭氧参与到反应过程中，使恶臭气体最终被裂解、氧化生成简单的稳定的化合物，如CO₂、H₂O等（见反应④）。

图2 光催化氧化原理图

4. 活性炭吸附单元

废气进入活性炭吸附设备，含VOCs的气态混合物与多孔性活性炭接触时，利用活性炭表面存在未平衡的分子吸引力或化学键作用力，把混合气体中VOCs组分吸附在活性炭表面，使之与废气分离，而使气体得到净化。

5. 风管

为了达到最佳净化效果，恶臭气体光解后需要2-3s的充分氧化反应时间，废气的流速大约为4.5m/s，根据UV高效光解废气净化设备的实际使用经验，设备后的风管长度取12m（包括烟囱）。

风管支架依据《03K132风管支吊架》进行设计，风管支架间距依据《风管制作与安装注意事项》不应大于3m。

6. 排气筒

根据《恶臭污染物排放标准》及净化后的废气标准值，排气筒的高度应大于等于15米。楼顶平面高度约为12米，排气筒出风口位置高于楼面3米即可满足要求。考虑到沿海地区台风的影响和安全考虑，排气筒设置支架进行加固。

4. 运用经验

1. 经废气处理系统处理后的废气可满足相关排放标准要求，检测结果见表1。

表1 废气排放检测结果

注：1)参照《大气污染综合排放标准》(GB16297-1996)表2排放限值；

2)参照《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)表2排气筒高度为15米时排放标准值。

2. 恶臭物质能否被裂解，取决于其化学键键能是否比所提供的UV光子的能量要低。同时，裂解反应的时间极短(＜0.01s)，氧化反应的时间需2-3s。因此，提供的UV光子总功率不够或者含氧量不足，会因为裂解或氧化不完全而生成一些中间副产物，从而影响净化效率，特别是高浓度大分子的有机恶臭物质体现得更为明显。为确保UV光解催化净化的长期稳定、高效，建议反应温度＜70℃，粉尘量＜100mg/m3，相对湿度＜97%，并防止废气物质中Cl、F等化学元素的含有量过高。

3. 因光解设备属于高能发热设备，在风机未启动时，请勿启动光解设备。

4. 除臭设备、风机一般都露天布置，因此需对其进行防雨防晒处理(包括出风口)。另外，对于地处北方的实验室还需要考虑喷淋装置冬季防冻措施。

5. 综述

1. 在实验室建设或改造时，结合实验室自身功能需求，可考虑碱液喷淋塔、静电除油设备、UV光解设备、活性炭吸附箱等多项装置的组合方式，达到有效降低实验室废气中VOCs等成分和异味。

2. 废气直排污染环境危害人员健康，实验室废气处理系统的改造从根本上解决了废气对环境和人员造成的伤害，消除了火灾隐患，既贯彻执行了碳综合碳达标的环保政策又巩固了大气污染防治攻坚战成果，值得推广应用。

通讯作者:田显朋(1984—),男,2006年毕业于哈尔滨工程大学环境工程专业，工程师