实验室废气处理技术及应用
相关法律法规
1988年6月,由全国人民代表大会常务委员发布的《中华人民共和国大气污染防治法》开始实施,是为保护和改善环境,防治大气污染,保障公众健康,推进生态文明建设,促进经济社会可持续发展制定。并且于2018年又做出了修改,根据2018修订版:
第六条 国家鼓励和支持大气污染防治科学技术研究,开展对大气污染来源及其变化趋势的分析,推广先进适用的大气污染防治技术和装备,促进科技成果转化,发挥科学技术在大气污染防治中的支撑作用。
第二十四条 企业事业单位和其他生产经营者应当按照国家有关规定和监测规范,对其排放的工业废气和本法第七十八条规定名录中所列有毒有害大气污染物进行监测,并保存原始监测记录。其中,重点排污单位应当安装、使用大气污染物排放自动监测设备,与生态环境主管部门的监控设备联网,保证监测设备正常运行并依法公开排放信息。监测的具体办法和重点排污单位的条件由国务院生态环境主管部门规定。
针对法律规定,对于废气排放的要求更多是针对生产经营类企业,对科研实验室的要求并不严格。2016年以前,江苏省高校废气污染控制处于无人监管状态,实验室产生的废气多为无组织排放或者经排风柜等方式收集后直排。实验室排放的各类有机和无机废气通过复杂的光化学反应容易生成PM2.5二次颗粒物和O₃,影响环境空气质量的提升[1]。
近年来,高校实验室因废气污染控制问题被环境主管部门处罚日益增多,随着环保政策的进一步收严,高校实验室在废气污染控制上投入了较多人力物力,但成效并不理想。随着环保政策的不断完善,科技研发工作的投入加大,科研实验室数量逐渐增多,实验室废气污染引起了环保部门的高度重视,已成为科研实验室管理体系的考核项目之一[1]。
《大气污染物综合排放标准》、《恶臭污染物排放标准》等主要是对各类气态污染物的排放量(允许排放浓度)进行限值规定。对于污染物的防治,我们首先应当考虑从源头控制的原则,避免无组织排放,尽可能使用局部排风设备。其次,应针对不同的气体进行分类处理,比如有机与无机、化学与生物等,这也是现代科研实验室建设的切实需求。
江苏省市场监督管理局于2023-3-23发布《实验室废气污染控制技术规范》
5.3有废气产生的实验设备和操作工位宜设置在排风柜中,进行操作时排风柜应正常开启,操作口平均面风速不宜低于0.4m/s。
6.1实验室单位应根据废气特性选用适用的净化技术,常见的有吸附法、吸收法等。有机废气可采用吸附法进行处理,采用吸附法时,宜采用原位再生等废吸附剂产生量较低的技术;无机废气可采用吸收法或吸附法进行处理;混合废气宜采取组合式净化技术。根据技术发展鼓励采用更加高效的技术手段。并根据实际情况采取适当的预处理措施,符合 HJ 2000 的要求。
实验室废气处理技术简述
常见的废气治理措施分为回收法和消除法两大类,其中回收法处理工艺主要有吸附、吸收、膜分离法等;消除法处理工艺有生物法、低温等离子和燃烧法等。
回收法
吸附是吸附材料与挥发性有机废气之间产生范德华力或者化学反应,进而去除其污染物;吸收是液体中存在吸收剂将气体中的有机污染组分进行吸收,达到分离和回收效果,但是其废溶剂的处置是该过程面临的一个问题;膜分离法是利用膜的选择透过性,气体中各成分在压差作用下通过渗透膜,从而实现VOCs废气的分离,该方法去除率高,但是膜分离技术设备成本高,对膜的维护费用高。
消除法
低温等离子体技术是利用强压电场中产生的高能电子,引发VOCs中的有机分子发生电离、解离、激发等物理化学反应,使有机污染物转换成水和CO₂,其处理方法能耗高、均匀低温等离子产生的条件不易控制,整体效率并不高,还有一定量中间产物。
生物降解法主要是将微生物附着到多孔介质上,通过的VOCs倍多孔介质吸附进而被微生物消耗形成CO₂和水,但是生物法处理容易遇到填料板结、变形的问题,受VOCs废气成分影响较大。
吸附类设备
技术原理:利用多孔吸附剂(如活性炭、沸石等)将气态污染物固定在吸附剂表面,对有机物及无机物进行吸附处理。
优势:设备简单、初期投资低;运行稳定,可靠;对低浓度污染物清除效率高。
局限性:吸附剂容易饱和,需要定期更换;高湿度或粉尘会导致吸附剂失效;吸附了有害成分的吸附剂属于危废。
吸收类设备
技术原理:利用相似相溶和中和反应的原理,将废气中的气态污染物由气相转换为液相,或进一步反应吸收。
优势:吸收或反应效率稳定,可靠;对于易燃易爆及水溶性无机物的处理效率高;兼具除尘的效果。
局限性:污水排放需要单独设计;设备需要一定的用电;寒冷地区需要考虑设备防冻。
光催化类设备
技术原理:通过真空紫外灯照射改性的TIO₂催化剂产生电子-空穴对,破坏H-C、H-S、H-Cl等化学键,氧化分解废气中的有机物和无机物,最终转化为水和二氧化碳。
优势:结构简单,适用场景多;无耗材,不产生固废;风阻低,对系统设备选型要求低;对非甲烷总烃的清除效率较高。
局限性:对风速高、浓度大、含苯类物质的清除效率低;可能产生一定量的中间产物,如臭氧、氮氧化物等;设备用电量较高。
每一种废气治理技术均有其使用对象和技术短板,没有哪一种技术可以处理所有的废气污染物,故在进行废气处理工艺时考虑采用组合型废气处理装置来处理科研实验室“混合型废气” 。
喷淋吸收+活性炭吸附(适用理化实验室废气处理)
组合处理装置采用湿式+干式组合式处理方式,专业处理理化类实验室复合型废气,针对性强,处理效果显著,确保达标排放。
设备特点:
喷淋吸收段,中和酸性气体及可溶于水的污染物,进行预处理,可延长活性炭更换周期;
吸附段后处理,针对有机物,进行吸附处理,提升净化效率;
具备智能数据监测、排风系统变频控制等功能,主动高效运维,节省安装空间。
湿式处理段
可根据具体实验单元及实验楼废气排放种类针对性地配置不同的废气吸收液;
可配置不同的吸收液吸收:无机废气吸收液吸收HCI、HNO₃、H₂S等无机污染物+有机废气吸收液吸收有机污染物,若采用2级吸收液处理,可同时处理无机污染物和有机污染物,辅以智能加药和智能排污系统,节省运行维护成本;
充分考虑实验室采用变风量排风系统的特点,采用变频泵浦设计,根据排风风量,喷淋水泵智能变频控制,节能减排;
选用低风阻、高强度填料,两级除雾器设计,确保系统高效运行;
干式处理段
采用高碘值活性炭对污染物进行吸附处理,吸附容量和吸附速率更高,最大程度延长活性炭使用寿命及更换周期;
采用模块化活性炭炭盒设计,方便活性炭更换及去除活化;
实时在线监测,保证处理达标,必要的情况下可以与生态环境主管部门的监控设备联网,保证监测设备正常运行并依法公开排放信息。
光催化氧化+喷淋吸收(适用动物设施废气处理)
组合处理装置采用光催化+湿式的处理方式,专业处理动物实验室复合型废气,针对性强,处理效果显著,确保达标排放。
设备特点:
光催化氧化段,分解难溶及大分子废气成分,可提升后端喷淋吸收效率;
一体扰流喷淋吸收段,可消除光催化中间产物,避免二次污染;
具备智能数据监测、排风系统变频控制等功能,主动高效运维,节省安装空间。
光催化氧化段
通过真空紫外灯照射改性的TIO₂催化剂产生电子-空穴对,电子和O₂结合形成强超氧离子自由基(•O₂-), 空穴与H₂O结合形成羟基自由基(OH-),羟基自由基和超氧离子自由基有很强的氧化能力,可破坏大分子有机物中的H-C、H-S、H-Cl、C-O等化学键,能够高效去除实验室主要污染物如醇、酮、苯、氨气、硫化氢等,使有机物被氧化成水和CO₂,并有除臭、杀菌功能。
湿式处理段
配置定制化吸收液,主要针对无机废气HCI、HNO₃、H₂S等无机污染物进行吸附,采用2级吸收液处理,变化填料密度和喷淋压力,对不同浓度的无机废气进行再次吸收,并具有除尘作用。辅以智能加药和智能排污系统,节省运行维护成本;
充分考虑实验室采用变风量排风系统的特点,采用变频泵浦设计,根据排风风量,喷淋水泵智能变频控制,节能减排;
选用低风阻、高强度填料,两级除雾器设计,确保系统高效运行。
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