一、實驗室廢氣特征
1、種類眾多，成分復(fù)雜
由于實驗室中會進(jìn)行各類實驗操作，化學(xué)試劑藥品種類眾多，成分復(fù)雜。根據(jù)對實驗樓各實驗室的使用藥劑調(diào)研統(tǒng)計顯示，實驗室中廢氣主要分為兩類:無機(jī)廢氣如氯化氫、渙化氫、硝酸、氯酸、硫酸等和有機(jī)廢氣如二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、丙酮、丙烯酸、乙酸、甲醇、乙醇等。由于廢氣成分復(fù)雜，設(shè)計時需考慮廢氣治理工藝的普適性。
2、排放不穩(wěn)定
該校實驗室廢氣主要利用通風(fēng)柜和集氣罩進(jìn)行收集，收集動力來源主要為通風(fēng)柜內(nèi)設(shè)置的軸流風(fēng)機(jī)和末端設(shè)置的離心風(fēng)機(jī)或斜流風(fēng)機(jī)。學(xué)生開啟排風(fēng)系統(tǒng)時，實驗室內(nèi)的揮發(fā)性廢氣開始外排，由于各個實驗室的通風(fēng)系統(tǒng)開啟時間不固定，使用時長不一，導(dǎo)致廢氣排放不穩(wěn)定，主要呈間歇性排放。
3、風(fēng)量大濃度低
實驗室廢氣均采用敞開式集氣罩或半敞開式通風(fēng)柜進(jìn)行收集，為將廢氣高效收集，需提高集氣罩罩口風(fēng)速和通風(fēng)柜面風(fēng)速，因而導(dǎo)致廢氣收集風(fēng)量較大，一個實驗室通常設(shè)置2—8個通風(fēng)柜，單個通風(fēng)柜風(fēng)量約為2000 m3/h，因而單個實驗室廢氣風(fēng)量約為4000—16000 m3/h.由于風(fēng)量較大，單個實驗室使用藥劑量較小，造成廢氣具有風(fēng)量大濃度低的特點。
4、產(chǎn)生點源分散，立體型污染
實驗樓為多層建筑，實驗室分布于各個樓層，故廢氣產(chǎn)生點源較為分散，呈立體型污染，對廢氣收集管網(wǎng)的設(shè)計造成一定難度。

二、實驗樓廢氣治理工程特征

1、場地受限
由于實驗室數(shù)量眾多，且各個實驗室廢氣收集風(fēng)量較大，為有效治理廢氣，滿足規(guī)范要求，需設(shè)置多套廢氣處理裝置，因而需要提供大量場地放置廢氣治理裝置。但由于實驗樓位于校園，位置敏感，因而綜合比較，廢氣治理裝置宜放置于實驗樓樓頂。實驗樓屋面同時需要安裝空調(diào)機(jī)組、水塔等其它設(shè)施，因而用于廢氣治理設(shè)備放置的場地非常有限，對廢氣治理裝置的設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。
2、工程敏感
高校實驗樓為大量師生進(jìn)行科研、教學(xué)活動的場所，人員集中，對實驗室廢氣治理效果提出了更高的要求，廢氣治理工程的實施，不僅需要做到污染物達(dá)標(biāo)排放，滿足國家及當(dāng)?shù)嘏欧艠?biāo)準(zhǔn)，還需做到去除異味，以免影響師生正常教學(xué)與科研活動。
三、廢氣治理工程設(shè)計
1、廢氣收集風(fēng)量設(shè)計
（1）通風(fēng)柜氣量
根據(jù)面風(fēng)速來確定排風(fēng)量面風(fēng)速的一般取值為: 0.3-0.5m/s。計算公式: Q=S*V*h*μ= L*H*V*3600*μ式中: Q表示排風(fēng)量m3/h；s表示操作窗開啟面積m2 ；V表示面風(fēng)速，m/s；h表示時間s；L表示通風(fēng)柜長度mm；H表示操作窗開啟高mm；μ表示安全系數(shù)，實驗樓通風(fēng)柜規(guī)格尺寸主要以1800*850*2350 ，面風(fēng)速取0.35 m/s，開窗高度取0.8m，安全系數(shù)取1.1，則通風(fēng)鳳量Q=L*H*3600*μ= 1.8*0.8*0.35*3600*1.1=1995.8m3/h,規(guī)整后單臺通風(fēng)柜風(fēng)量2000m3/h.
（2）集氣罩氣量
根據(jù)罩口風(fēng)速來確定排風(fēng)量罩口風(fēng)速的一般取值: 1—2 m/s。
計算公式: Q=πxR2 xVx3600xμ式中: Q表示排風(fēng)量；R表示罩口半徑；V表示罩口風(fēng)速；μ表示安全系數(shù)，單個集氣罩規(guī)格尺寸約為φ300，罩口風(fēng)速取1.8 m/s，安全系數(shù)取1.1，則單個集氣罩風(fēng)量Q= π*R2*V*3600*μ=3.14*0.15*0.15*1.8*3600=457.8 m3/h，規(guī)整后單個集氣罩風(fēng)量取500m3/h.
2、廢氣治理工藝設(shè)計
（1）常見廢氣治理工藝
實驗室廢氣主要污染物為無機(jī)污染物及揮發(fā)性有機(jī)物，目前針對這兩類廢氣污染物廣泛應(yīng)用的治理工藝主要分為兩大類:回收技術(shù)和銷毀技術(shù)”。回收技術(shù)主要有冷凝法、吸收法、吸附法，銷毀技術(shù)主要有焚燒法、生物法、等離子、光氧催化等工藝。
①吸收法:利用相似相溶和化學(xué)中和的原理吸收廢氣中水溶性、酸堿性污染物。
②吸附法:利用吸附劑巨大的比表面積對污染物進(jìn)行物理吸附印。
③生物法:利用微生物降解廢氣中溶解到水中的物質(zhì)，使氣體得到凈化。
④光氧催化:在紫外光照射和催化劑的條件下，利用光能進(jìn)行的一系列化學(xué)反應(yīng)，從而降解污染物50。
⑤等離子: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)對污染物進(jìn)行轟擊和氧化降解污染物。
⑥冷凝法:利用物質(zhì)在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一物理性質(zhì)，通過降低系統(tǒng)溫度或提高系統(tǒng)壓力的方式，使處于蒸汽狀態(tài)的污染物冷凝并從廢氣中分離出來。
⑦燃燒法:采用高溫?zé)崃ρ趸纸猓瑢⒂袡C(jī)物進(jìn)行徹底氧化分解成二氧化碳和水。
（2）工藝設(shè)計
實驗室廢氣中既含有氯化氫、溴化氫等無機(jī)污染物，也含有甲醇、乙醇、丙酮等揮發(fā)性有機(jī)物，進(jìn)行治理工藝設(shè)計時，需同時考慮這兩種類型的污染物。目前在廢氣治理領(lǐng)域，由于無機(jī)物水溶性通常較好，針對無機(jī)污染物的治理工藝較單一，主要采用水吸收法、堿液吸收法等工藝。而揮發(fā)性有機(jī)物的理化性質(zhì)千差萬別，毒理性質(zhì)、治理效果各有不同，因而相應(yīng)的治理工藝也較為多樣化，目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)有冷凝法、吸收法、吸附法、光催化、生物法、低溫等離子、燃燒法等工藝。每一種技術(shù)均有其適用對象和各自的優(yōu)缺點。每一種廢氣治理技術(shù)均有其適用對象和技術(shù)短板，沒有哪一種技術(shù)可以處理所有廢氣污染物，故在進(jìn)行廢氣工藝設(shè)計時更多的是考慮對現(xiàn)有廢氣治理技術(shù)進(jìn)行組合，揚長避短。針對實驗室廢氣大風(fēng)量低濃度、同時含有無機(jī)物和有機(jī)物、同歇性排放等特點，設(shè)計采用“堿液吸收法+活性炭吸附”組合式工藝進(jìn)行治理。利用堿液吸收氯化氫、溴化氫等無機(jī)污染物，利用活性炭的大量微孔結(jié)構(gòu)對有機(jī)物進(jìn)行物理吸附，從而使得實驗室廢氣得以凈化。
3、廢氣治理設(shè)備設(shè)計
（1）塔體結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于該實驗樓廢氣治理裝置數(shù)量眾多，實驗樓屋面場地十分有限，為有效解決工程占地問題，本工程摒棄了堿液吸收塔和活性炭吸附箱分開放置的常規(guī)做法，對堿液吸收塔和活性炭吸附箱進(jìn)行集成優(yōu)化設(shè)計，有效組合成一體化廢氣處理裝置。
從總體結(jié)構(gòu)上包含填料吸收段和蜂窩活性炭吸附段兩段處理工藝。塔體包括活性炭吸附段、分段式簡體、釜液段筒體、進(jìn)氣接管、排氣接管、循環(huán)藥箱、循環(huán)液接口、排液接口等。
吸收段主要將復(fù)雜氣源中的無機(jī)組分住要為酸性廢氣)及水溶性揮發(fā)性有機(jī)物VOCs從氣相主體中脫離轉(zhuǎn)移至液相，實現(xiàn)廢氣的凈化。吸收段包括釜液段、循環(huán)液箱、填料、填料支撐、除霧器等部件。吸附段與吸收段之間設(shè)置有除霧段，以去除氣相中央帶的液滴，避免對后續(xù)吸附工藝造成影響。
（2）填料選擇
填料是填料塔的核心構(gòu)件，提供了氣液兩相接觸傳質(zhì)與換熱的表面，與其它塔內(nèi)件一起決定了填料塔的吸收性能印。目前在廢氣治理領(lǐng)域，應(yīng)用較多的主要分為散裝填料和規(guī)整填料。散堆填料主要有拉西環(huán)、鮑爾環(huán)，金屬環(huán)矩鞍填料，具有很高的傳質(zhì)效率。規(guī)整填料主要以金屬絲網(wǎng)波紋填料及板波紋填料為代表，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)，又出現(xiàn)了脈沖規(guī)整填料、壓延板波紋填料、LH型規(guī)整填料等品種。規(guī)整填料的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在壓降較小、不易堵塞，但造價比散堆填料高。為提高傳質(zhì)效果，提高廢氣吸收效率。
（3）吸收劑和吸附劑選擇
為提高酸性廢氣的吸收效果，吸收劑選擇反應(yīng)迅速吸收效果較好的氫氧化鈉堿液。
有機(jī)廢氣吸附劑主要有顆?；钚蕴?、蜂窩活性炭、活性炭纖維等，其中顆粒炭和蜂窩炭應(yīng)用最早也最為廣泛，是一種優(yōu)良吸附劑望，比表面積通常在700—1500 m3?；钚蕴坷w維應(yīng)用也越來越廣泛但由于造價非常昂貴，主要應(yīng)用于吸附脫附，回收有價值的化學(xué)溶劑。本工程設(shè)計選用蜂窩活性炭，不但具有較好的吸附效果較低的阻力，也便于裝填及吸附飽和報廢后更換。為降低受到吸收段濕度的影響，選用防水型蜂窩活性炭。

4、廢氣治理設(shè)備控制系統(tǒng)

（1）自動添加堿液
由于廢氣治理設(shè)備數(shù)量過多，該工程配套設(shè)置了自動添加堿液的控制系統(tǒng)。加藥泵由循環(huán)水箱內(nèi)的pH值來控制，當(dāng)循環(huán)箱的pH值低于設(shè)定值時，加藥計量泵會自動工作，對循環(huán)箱內(nèi)進(jìn)行加藥。當(dāng)pH值達(dá)到設(shè)定值時，加藥泵自動停止工作。
（2）風(fēng)機(jī)和水泵控制
為便于實驗室操作，在實驗室設(shè)置遠(yuǎn)程控制開關(guān)，并實現(xiàn)風(fēng)機(jī)與水泵聯(lián)動控制，并通過管道靜壓自動控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
5、二次污染防治
吸收吸附一體化塔使用過程中，吸收段會定期產(chǎn)生廢氣洗滌廢液，吸附段會產(chǎn)生吸附飽和的蜂窩活性炭。洗滌廢液通過PP管道定期排入學(xué)校實驗室廢水處理站，吸附飽和的廢蜂窩活性炭更換出來后作為危險廢物委托第三方具有危險廢物處置資質(zhì)的單位合理合法處置。此外，為降低屋面風(fēng)機(jī)噪聲，在廢氣風(fēng)管與風(fēng)機(jī)之間加裝消音器，同時在風(fēng)機(jī)外圍整體設(shè)置隔音箱，將風(fēng)機(jī)置于隔音箱內(nèi)，實際運行時噪音污染大大降低，基本不影響師生的正?？蒲屑敖虒W(xué)活動。
6、廢氣治理效果
根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)一體化吸附吸收塔治理后，最終尾氣中的VOCs、鹽酸霧、硫酸霧等特征污染物均滿足國家和地方污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，VOCs、 鹽酸霧、硫酸霧治理效率分別為90%、95%、80%。
本文介紹的吸附吸收一體化塔設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，運行管理方便，能夠同時對無機(jī)廢氣、揮發(fā)性有機(jī)廢氣有效處理，既降低了設(shè)備占地，解決了高校實驗樓場地受限的問題，也減少了投資成本，節(jié)約了環(huán)保資金，可在高校實驗室廢氣治理領(lǐng)域推廣使用。