理化實驗室廢氣處理方案

隨著社會經濟的迅速發展，各行各業需要建設相應的實驗室，這些實驗室產生的廢氣雖然含量小，但是成份復雜，對環境和人身的危害不可估量。為此，國家環境保護總局早在2004年就已下發了《關于加強實驗室類污染環境監管的通知》(環辦[2004]15號)，今后實驗室的規范化建設均要通過當地環保部門的審核驗收。某公司新建的理化實驗室共五層，為該公司檢測中心的橡膠、塑料、涂料等新型材料物理與化學檢測實驗室，各實驗室排放廢氣中含有丙酮、苯乙烯、甲基六氫苯酐、己內酰胺、二氯甲烷、鹵代烴、甲苯等有機廢氣與HCL、HF、H2S等無機廢氣，這些有毒有害物質，雖然含量小，但如直接排放，將對周圍環境造成較大的影響，因此必須凈化達標后才能排放。為此，我們對理化實驗室廢氣處理系統進行了設計，廢氣處理后能達到國家相關標準要求，可為類似實驗室的建設提供指導。

    實驗室廢氣允許排放濃度根據國家大氣污染物綜合排放標準GB16297，實驗室各種廢氣排放必須滿足相應要求，其中幾種主要有機廢氣排放允許濃度如表1所示。理化實驗室的廢氣經處理后排放必須滿足這個標準。

一、理化實驗室廢氣處理系統的設計

    設計依據實驗室廢氣處理系統的設計必須遵循國家通風、防火、環保、節能等標準與規范，包括：《采暖、通風與空氣調節設計規范》(GBJ19-87-2003)、《通風與空調工程質量檢驗評定標準》(GBJ304-2002)、《簡明通風設計手冊》(GB50194-2002)、《壓縮機、風機、泵安裝工程施工及驗收規范》(JBJ29-2002)、《電氣裝置安裝工程低壓電器施工及驗收規范》(GB50254-96)、《大氣污染物綜合排放標準》(GB16297-1996)、《環境空氣質量標準》(GB3095-1996)、《城市區域環境噪聲標準》(GB3096-93)、《建筑設計防火規范》(GB50016-2006)、《公共建筑節能設計標準》(GB50189-2005)等。

二、廢氣凈化機理

1、有機廢氣凈化采用常用、成熟的活性炭吸附法對理化實驗室排放的有機廢氣進行凈化。活性炭吸附法的實質是利用活性炭吸附的特性把低濃度大風量廢氣中的有機溶劑和有機廢氣吸附到活性炭中并濃縮，經活性炭吸附凈化后的氣體直接排空，即一個吸附濃縮的過程。吸附過程具有可逆性，易于脫附再生。由于固體表面存在著不平衡和未飽和的分子引力或化學鍵力，當廢氣與大表面積的多孔性固體物質相接觸時，廢氣中的污染物便被吸附在固體表面上，以使其與氣體混合物分離而達到凈化的目的。吸附裝置采用活性炭作為吸附劑，對有機廢氣(烴類、鹵烴、酮類、酯類、醇類、重合用單分子物體等有機物質)的凈化率高，效率高達95%。

2、無機廢氣凈化對于有害無機氣體的凈化，采用目前常用的酸霧噴淋法。酸霧噴淋法根據酸堿中和原理采用堿液作為噴淋介質，與廢氣充分接觸，能有效處理HCL、HF、H2SO4、HCN、H2S等水溶性氣體，效率高達98%。

    2.1廢氣凈化裝置對于有機廢氣：采用活性炭吸附凈化箱，對于無機廢氣：采用玻璃鋼防腐酸霧噴淋塔。

    2.2防腐風機防腐風機采用耐酸堿的玻璃鋼材質，低噪音，基礎采用減振裝置，基礎與廢氣凈化裝置采用軟連接形式。

    2.3通風管道通風管道根據實際情況選用矩形或圓形管道形式，選用阻燃的PVC管或不銹鋼管。所選通風管道具有耐酸堿、防腐蝕、防水、防火、耐磨、耐熱等特性，且所有管道設計壓力均小于1500Pa。

    2.4通風末端根據各實驗室特點，大樓實驗室通風末端分為以下幾種方式，如表2所示。表2通風末端形式與應用場合

    2.5電動風閥電動風閥根據實際情況選用矩形或圓形，由室內開關控制其開啟與關閉，并可調節閥門的開度，閥體采用冷軋鋼板表面噴塑，驅動器采用低噪音磁滯同步電機。

    2.6防火閥根據消防要求，安裝通風管道的實驗室風道上安裝防火閥，在風管內溫度達到70℃時，自動切斷與其它實驗室的管道連接。

    2.7變頻控制系統為達到節能與經濟運行的目的，通風系統采用綜合性能的靜壓傳感變頻控制系統，其每個通風末端裝置風量可通過靜壓傳感器控制變頻調節，控制系統穩定，線路布置比較簡單，造價適中。

3、廢氣處理系統布局

    3.1布局設計思路綜合考慮各實驗室排放廢氣的性質以及房間的結構，根據經濟性與適用性并重的原則，同時盡量降低系統噪音且力求布局美觀。基于此思路，能組合在一起進行凈化處理的實驗室合并成一個獨立通風系統；為保證系統終端噪聲≤60dB，選擇的風機功率盡量低；另外風機與凈化裝置集中安放在樓頂，廢氣經凈化后高空排放。

    3.2布局設計方案理化實驗室廢氣處理系統設計充分利用大樓預留的四個通風井。一至五樓實驗室共設計19套通風系統：16套用活性炭吸附箱對有機廢氣進行凈化處理，2套用酸霧噴淋塔對無機廢氣凈化處理，1套不需凈化處理。排風系統采用通風柜局部排風與頂吸式排風罩相結合的方式進行排風，或者采用頂部排風百葉與萬向排風罩相結合的定點排風方式進行排風。所有的通風系統全部采用靜壓傳感自動變頻變風量控制系統，以保證高品質的控制性能和安全性能。以燃燒性能實驗室為例，其廢氣處理系統如圖1所示。防腐風機酸霧噴淋塔通風管道燃燒性能室3燃燒性能室1燃燒性能室2通風柜排放口通風柜排放口接設備預留口圖1燃燒性能實驗室廢氣處理系統圖燃燒性能三個實驗室產生的廢氣采用通風柜與設備局部排風相結合方式收集，由屋頂風機經通風管道抽至酸霧噴淋塔凈化后高空排放。

    3.3廢氣處理系統計算廢氣處理系統的計算是根據系統風量與風壓要求，對系統各組成部分進行設計或選型。在風量計算時主要考慮以下因素：

(1) 通風系統支管路內風速取5～8m/s，干管路內風速取8～10m/s。

(2)單臺1500mm×800mm×2350mm通風柜設計風量1200～1500m3/h。

(3)頂部排風百葉設計風量300～500m3/h。

(4)原子排風罩設計排風量350～500m3/h(特指通風截面積400mm×400mm)。

(5)萬向排風罩排風量160～300m3/h(特指通風截面積300mm×300mm)。

(6)一般實驗室整體排風的換氣數：6～12次/h。在風壓計算時主要考慮以下因素：

(1)通風柜移動門開啟至位置時，在達到《排風柜》JB/T6412-1999技術標準規定的排風量和面風速保持0.5m/s的條件下，排風柜阻力應≤70Pa。

(2)萬向排風罩阻力約100Pa。

(3)頂部排風百葉阻力約40Pa。

(4)酸霧噴淋塔、活性炭吸附箱、電動風閥等標準部件阻力根據所選型號查詢。

(5)風管(包括管道、彎頭、三通等)阻力按6～8Pa/m計算。以燃燒性能實驗室為例，其廢氣處理系統計算如下：燃燒性能室1通風柜8個，設計處理風量為12000m3/h；燃燒性能室2設備局部排風口4個，設計處理風量為1000m3/h；燃燒性能室3設備局部排風口2個，設計處理風量為500m3/h；總排風量為13500m3/h。主管設計風速取為8.9m/s，這樣計算主管管徑為600mm×700mm。根據所需風量選取酸霧噴淋塔BFP-5，其處理風量為14000m3/h，壓阻為500Pa。計算得通風末端與沿程壓力損失約450Pa。這樣，根據壓阻與風量選取玻璃鋼防腐風機BF4-72-8C，功率7.5kW，轉速1120r/min，風量12000-23000m3/h，風壓800-1200Pa。

總結

    根據理化實驗室排放廢氣的性質，設計的廢氣處理系統對有機廢氣凈化采用活性炭吸附法，對無機廢氣凈化采用酸霧噴淋裝置，能滿足實驗室廢氣達標排放要求，具有較高的環保效益與社會效益。