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某高校实验室废气处理工程

作者: 发布日期: 2019-12-07 16:11:00
信息摘要:
一、实验室废气特征1、种类众多,成分复杂由于实验室中会进行各类实验操作,化学试剂药品种类众多,成分复杂。根据对实验楼各实验室的使用药剂调研统…
一、实验室废气特征
1、种类众多,成分复杂
由于实验室中会进行各类实验操作,化学试剂药品种类众多,成分复杂。根据对实验楼各实验室的使用药剂调研统计显示,实验室中废气主要分为两类:无机废气如氯化氢、涣化氢、硝酸、氯酸、硫酸等和有机废气如二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、丙烯酸、乙酸、甲醇、乙醇等。由于废气成分复杂,设计时需考虑废气治理工艺的普适性。
2、排放不稳定
该校实验室废气主要利用通风柜和集气罩进行收集,收集动力来源主要为通风柜内设置的轴流风机和末端设置的离心风机或斜流风机。学生开启排风系统时,实验室内的挥发性废气开始外排,由于各个实验室的通风系统开启时间不固定,使用时长不一,导致废气排放不稳定,主要呈间歇性排放。
3、风量大浓度低
实验室废气均采用敞开式集气罩或半敞开式通风柜进行收集,为将废气高效收集,需提高集气罩罩口风速和通风柜面风速,因而导致废气收集风量较大,一个实验室通常设置2—8个通风柜,单个通风柜风量约为2000 m3/h,因而单个实验室废气风量约为4000—16000 m3/h.由于风量较大,单个实验室使用药剂量较小,造成废气具有风量大浓度低的特点。
4、产生点源分散,立体型污染
实验楼为多层建筑,实验室分布于各个楼层,故废气产生点源较为分散,呈立体型污染,对废气收集管网的设计造成一定难度。

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二、实验楼废气治理工程特征

1、场地受限
由于实验室数量众多,且各个实验室废气收集风量较大,为有效治理废气,满足规范要求,需设置多套废气处理装置,因而需要提供大量场地放置废气治理装置。但由于实验楼位于校园,位置敏感,因而综合比较,废气治理装置宜放置于实验楼楼顶。实验楼屋面同时需要安装空调机组、水塔等其它设施,因而用于废气治理设备放置的场地非常有限,对废气治理装置的设计提出了挑战。
2、工程敏感
高校实验楼为大量师生进行科研、教学活动的场所,人员集中,对实验室废气治理效果提出了更高的要求,废气治理工程的实施,不仅需要做到污染物达标排放,满足国家及当地排放标准,还需做到去除异味,以免影响师生正常教学与科研活动。
三、废气治理工程设计
1、废气收集风量设计
(1)通风柜气量
根据面风速来确定排风量面风速的一般取值为: 0.3-0.5m/s。计算公式: Q=S*V*h*μ= L*H*V*3600*μ式中: Q表示排风量m3/h;s表示操作窗开启面积m2 ;V表示面风速,m/s;h表示时间s;L表示通风柜长度mm;H表示操作窗开启高mm;μ表示安全系数,实验楼通风柜规格尺寸主要以1800*850*2350 ,面风速取0.35 m/s,开窗高度取0.8m,安全系数取1.1,则通风凤量Q=L*H*3600*μ= 1.8*0.8*0.35*3600*1.1=1995.8m3/h,规整后单台通风柜风量2000m3/h.
(2)集气罩气量
根据罩口风速来确定排风量罩口风速的一般取值: 1—2 m/s。
计算公式: Q=πxR2 xVx3600xμ式中: Q表示排风量;R表示罩口半径;V表示罩口风速;μ表示安全系数,单个集气罩规格尺寸约为φ300,罩口风速取1.8 m/s,安全系数取1.1,则单个集气罩风量Q= π*R2*V*3600*μ=3.14*0.15*0.15*1.8*3600=457.8 m3/h,规整后单个集气罩风量取500m3/h.
2、废气治理工艺设计
(1)常见废气治理工艺
实验室废气主要污染物为无机污染物及挥发性有机物,目前针对这两类废气污染物广泛应用的治理工艺主要分为两大类:回收技术和销毁技术”。回收技术主要有冷凝法、吸收法、吸附法,销毁技术主要有焚烧法、生物法、等离子、光氧催化等工艺。
①吸收法:利用相似相溶和化学中和的原理吸收废气中水溶性、酸碱性污染物。
②吸附法:利用吸附剂巨大的比表面积对污染物进行物理吸附印。
③生物法:利用微生物降解废气中溶解到水中的物质,使气体得到净化。
④光氧催化:在紫外光照射和催化剂的条件下,利用光能进行的一系列化学反应,从而降解污染物50。
⑤等离子:利用外加电压击穿气体,产生电子、离子、自由基等活性基团,利用高能活性基团对污染物进行轰击和氧化降解污染物。
⑥冷凝法:利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一物理性质,通过降低系统温度或提高系统压力的方式,使处于蒸汽状态的污染物冷凝并从废气中分离出来。
⑦燃烧法:采用高温热力氧化分解,将有机物进行彻底氧化分解成二氧化碳和水。
(2)工艺设计
实验室废气中既含有氯化氢、溴化氢等无机污染物,也含有甲醇、乙醇、丙酮等挥发性有机物,进行治理工艺设计时,需同时考虑这两种类型的污染物。目前在废气治理领域,由于无机物水溶性通常较好,针对无机污染物的治理工艺较单一,主要采用水吸收法、碱液吸收法等工艺。而挥发性有机物的理化性质千差万别,毒理性质、治理效果各有不同,因而相应的治理工艺也较为多样化,目前广泛应用的技术有冷凝法、吸收法、吸附法、光催化、生物法、低温等离子、燃烧法等工艺。每一种技术均有其适用对象和各自的优缺点。每一种废气治理技术均有其适用对象和技术短板,没有哪一种技术可以处理所有废气污染物,故在进行废气工艺设计时更多的是考虑对现有废气治理技术进行组合,扬长避短。针对实验室废气大风量低浓度、同时含有无机物和有机物、同歇性排放等特点,设计采用“碱液吸收法+活性炭吸附”组合式工艺进行治理。利用碱液吸收氯化氢、溴化氢等无机污染物,利用活性炭的大量微孔结构对有机物进行物理吸附,从而使得实验室废气得以净化。
3、废气治理设备设计
(1)塔体结构设计
由于该实验楼废气治理装置数量众多,实验楼屋面场地十分有限,为有效解决工程占地问题,本工程摒弃了碱液吸收塔和活性炭吸附箱分开放置的常规做法,对碱液吸收塔和活性炭吸附箱进行集成优化设计,有效组合成一体化废气处理装置。
从总体结构上包含填料吸收段和蜂窝活性炭吸附段两段处理工艺。塔体包括活性炭吸附段、分段式简体、釜液段筒体、进气接管、排气接管、循环药箱、循环液接口、排液接口等。
吸收段主要将复杂气源中的无机组分住要为酸性废气)及水溶性挥发性有机物VOCs从气相主体中脱离转移至液相,实现废气的净化。吸收段包括釜液段、循环液箱、填料、填料支撑、除雾器等部件。吸附段与吸收段之间设置有除雾段,以去除气相中央带的液滴,避免对后续吸附工艺造成影响。
(2)填料选择
填料是填料塔的核心构件,提供了气液两相接触传质与换热的表面,与其它塔内件一起决定了填料塔的吸收性能印。目前在废气治理领域,应用较多的主要分为散装填料和规整填料。散堆填料主要有拉西环、鲍尔环,金属环矩鞍填料,具有很高的传质效率。规整填料主要以金属丝网波纹填料及板波纹填料为代表,在此基础上改进,又出现了脉冲规整填料、压延板波纹填料、LH型规整填料等品种。规整填料的优越性主要体现在压降较小、不易堵塞,但造价比散堆填料高。为提高传质效果,提高废气吸收效率。
(3)吸收剂和吸附剂选择
为提高酸性废气的吸收效果,吸收剂选择反应迅速吸收效果较好的氢氧化钠碱液。
有机废气吸附剂主要有颗粒活性炭、蜂窝活性炭、活性炭纤维等,其中颗粒炭和蜂窝炭应用最早也最为广泛,是一种优良吸附剂望,比表面积通常在700—1500 m3。活性炭纤维应用也越来越广泛但由于造价非常昂贵,主要应用于吸附脱附,回收有价值的化学溶剂。本工程设计选用蜂窝活性炭,不但具有较好的吸附效果较低的阻力,也便于装填及吸附饱和报废后更换。为降低受到吸收段湿度的影响,选用防水型蜂窝活性炭。

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4、废气治理设备控制系统

(1)自动添加碱液
由于废气治理设备数量过多,该工程配套设置了自动添加碱液的控制系统。加药泵由循环水箱内的pH值来控制,当循环箱的pH值低于设定值时,加药计量泵会自动工作,对循环箱内进行加药。当pH值达到设定值时,加药泵自动停止工作。
(2)风机和水泵控制
为便于实验室操作,在实验室设置远程控制开关,并实现风机与水泵联动控制,并通过管道静压自动控制风机转速。
5、二次污染防治
吸收吸附一体化塔使用过程中,吸收段会定期产生废气洗涤废液,吸附段会产生吸附饱和的蜂窝活性炭。洗涤废液通过PP管道定期排入学校实验室废水处理站,吸附饱和的废蜂窝活性炭更换出来后作为危险废物委托第三方具有危险废物处置资质的单位合理合法处置。此外,为降低屋面风机噪声,在废气风管与风机之间加装消音器,同时在风机外围整体设置隔音箱,将风机置于隔音箱内,实际运行时噪音污染大大降低,基本不影响师生的正常科研及教学活动。
6、废气治理效果
根据监测数据,经一体化吸附吸收塔治理后,最终尾气中的VOCs、盐酸雾、硫酸雾等特征污染物均满足国家和地方污染物排放标准,VOCs、 盐酸雾、硫酸雾治理效率分别为90%、95%、80%。
本文介绍的吸附吸收一体化塔设备结构简单,运行管理方便,能够同时对无机废气、挥发性有机废气有效处理,既降低了设备占地,解决了高校实验楼场地受限的问题,也减少了投资成本,节约了环保资金,可在高校实验室废气治理领域推广使用。


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