實驗室廢氣處理技術及應用
2023 . 12 . 26
1988年6月，由全國人民代表大會常務委員發(fā)布的《中華人民共和國大氣污染防治法》開始實施，是為保護和改善環(huán)境，防治大氣污染，保障公眾健康，推進生態(tài)文明建設，促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展制定。并且于2018年又做出了修改，根據(jù)2018修訂版：
第六條 國家鼓勵和支持大氣污染防治科學技術研究，開展對大氣污染來源及其變化趨勢的分析，推廣先進適用的大氣污染防治技術和裝備，促進科技成果轉化，發(fā)揮科學技術在大氣污染防治中的支撐作用。
第二十四條 企業(yè)事業(yè)單位和其他生產(chǎn)經(jīng)營者應當按照國家有關規(guī)定和監(jiān)測規(guī)范，對其排放的工業(yè)廢氣和本法第七十八條規(guī)定名錄中所列有毒有害大氣污染物進行監(jiān)測，并保存原始監(jiān)測記錄。其中，重點排污單位應當安裝、使用大氣污染物排放自動監(jiān)測設備，與生態(tài)環(huán)境主管部門的監(jiān)控設備聯(lián)網(wǎng)，保證監(jiān)測設備正常運行并依法公開排放信息。監(jiān)測的具體辦法和重點排污單位的條件由國務院生態(tài)環(huán)境主管部門規(guī)定。
針對法律規(guī)定，對于廢氣排放的要求更多是針對生產(chǎn)經(jīng)營類企業(yè)，對科研實驗室的要求并不嚴格。2016年以前，江蘇省高校廢氣污染控制處于無人監(jiān)管狀態(tài)，實驗室產(chǎn)生的廢氣多為無組織排放或者經(jīng)排風柜等方式收集后直排。實驗室排放的各類有機和無機廢氣通過復雜的光化學反應容易生成PM2.5二次顆粒物和O?，影響環(huán)境空氣質量的提升[1]。
近年來，高校實驗室因廢氣污染控制問題被環(huán)境主管部門處罰日益增多，隨著環(huán)保政策的進一步收嚴，高校實驗室在廢氣污染控制上投入了較多人力物力，但成效并不理想。隨著環(huán)保政策的不斷完善，科技研發(fā)工作的投入加大，科研實驗室數(shù)量逐漸增多，實驗室廢氣污染引起了環(huán)保部門的高度重視，已成為科研實驗室管理體系的考核項目之一[1]。
《大氣污染物綜合排放標準》、《惡臭污染物排放標準》等主要是對各類氣態(tài)污染物的排放量（允許排放濃度）進行限值規(guī)定。對于污染物的防治，我們首先應當考慮從源頭控制的原則，避免無組織排放，盡可能使用局部排風設備。其次，應針對不同的氣體進行分類處理，比如有機與無機、化學與生物等，這也是現(xiàn)代科研實驗室建設的切實需求。
江蘇省市場監(jiān)督管理局于2023-3-23發(fā)布《實驗室廢氣污染控制技術規(guī)范》
5.3有廢氣產(chǎn)生的實驗設備和操作工位宜設置在排風柜中，進行操作時排風柜應正常開啟，操作口平均面風速不宜低于0.4m/s。
6.1實驗室單位應根據(jù)廢氣特性選用適用的凈化技術，常見的有吸附法、吸收法等。有機廢氣可采用吸附法進行處理，采用吸附法時，宜采用原位再生等廢吸附劑產(chǎn)生量較低的技術；無機廢氣可采用吸收法或吸附法進行處理；混合廢氣宜采取組合式凈化技術。根據(jù)技術發(fā)展鼓勵采用更加高效的技術手段。并根據(jù)實際情況采取適當?shù)念A處理措施，符合 HJ 2000 的要求。
常見的廢氣治理措施分為回收法和消除法兩大類，其中回收法處理工藝主要有吸附、吸收、膜分離法等；消除法處理工藝有生物法、低溫等離子和燃燒法等。
回收法
吸附是吸附材料與揮發(fā)性有機廢氣之間產(chǎn)生范德華力或者化學反應，進而去除其污染物；吸收是液體中存在吸收劑將氣體中的有機污染組分進行吸收，達到分離和回收效果，但是其廢溶劑的處置是該過程面臨的一個問題；膜分離法是利用膜的選擇透過性，氣體中各成分在壓差作用下通過滲透膜，從而實現(xiàn)VOCs廢氣的分離，該方法去除率高，但是膜分離技術設備成本高，對膜的維護費用高。
消除法
低溫等離子體技術是利用強壓電場中產(chǎn)生的高能電子，引發(fā)VOCs中的有機分子發(fā)生電離、解離、激發(fā)等物理化學反應，使有機污染物轉換成水和CO?，其處理方法能耗高、均勻低溫等離子產(chǎn)生的條件不易控制，整體效率并不高，還有一定量中間產(chǎn)物。
生物降解法主要是將微生物附著到多孔介質上，通過的VOCs倍多孔介質吸附進而被微生物消耗形成CO?和水，但是生物法處理容易遇到填料板結、變形的問題，受VOCs廢氣成分影響較大。
技術原理：利用多孔吸附劑（如活性炭、沸石等）將氣態(tài)污染物固定在吸附劑表面，對有機物及無機物進行吸附處理。
優(yōu)勢：設備簡單、初期投資低；運行穩(wěn)定，可靠；對低濃度污染物清除效率高。
局限性：吸附劑容易飽和，需要定期更換；高濕度或粉塵會導致吸附劑失效；吸附了有害成分的吸附劑屬于危廢。
技術原理：利用相似相溶和中和反應的原理，將廢氣中的氣態(tài)污染物由氣相轉換為液相，或進一步反應吸收。
優(yōu)勢：吸收或反應效率穩(wěn)定，可靠；對于易燃易爆及水溶性無機物的處理效率高；兼具除塵的效果。
局限性：污水排放需要單獨設計；設備需要一定的用電；寒冷地區(qū)需要考慮設備防凍。
技術原理：通過真空紫外燈照射改性的TIO?催化劑產(chǎn)生電子-空穴對，破壞H-C、H-S、H-Cl等化學鍵，氧化分解廢氣中的有機物和無機物，最終轉化為水和二氧化碳。
優(yōu)勢：結構簡單，適用場景多；無耗材，不產(chǎn)生固廢；風阻低，對系統(tǒng)設備選型要求低；對非甲烷總烴的清除效率較高。
局限性：對風速高、濃度大、含苯類物質的清除效率低；可能產(chǎn)生一定量的中間產(chǎn)物，如臭氧、氮氧化物等；設備用電量較高。
每一種廢氣治理技術均有其使用對象和技術短板，沒有哪一種技術可以處理所有的廢氣污染物，故在進行廢氣處理工藝時考慮采用組合型廢氣處理裝置來處理科研實驗室“混合型廢氣” 。
噴淋吸收+活性炭吸附（適用理化實驗室廢氣處理）
組合處理裝置采用濕式+干式組合式處理方式，專業(yè)處理理化類實驗室復合型廢氣，針對性強，處理效果顯著，確保達標排放。
設備特點：
噴淋吸收段，中和酸性氣體及可溶于水的污染物，進行預處理，可延長活性炭更換周期；
吸附段后處理，針對有機物，進行吸附處理，提升凈化效率；
具備智能數(shù)據(jù)監(jiān)測、排風系統(tǒng)變頻控制等功能，主動高效運維，節(jié)省安裝空間。
濕式處理段
可根據(jù)具體實驗單元及實驗樓廢氣排放種類針對性地配置不同的廢氣吸收液；
可配置不同的吸收液吸收：無機廢氣吸收液吸收HCI、HNO?、H?S等無機污染物+有機廢氣吸收液吸收有機污染物，若采用2級吸收液處理，可同時處理無機污染物和有機污染物，輔以智能加藥和智能排污系統(tǒng)，節(jié)省運行維護成本；
充分考慮實驗室采用變風量排風系統(tǒng)的特點，采用變頻泵浦設計，根據(jù)排風風量，噴淋水泵智能變頻控制，節(jié)能減排；
選用低風阻、高強度填料，兩級除霧器設計，確保系統(tǒng)高效運行；
干式處理段
采用高碘值活性炭對污染物進行吸附處理，吸附容量和吸附速率更高，最大程度延長活性炭使用壽命及更換周期；
采用模塊化活性炭炭盒設計，方便活性炭更換及去除活化；
實時在線監(jiān)測，保證處理達標，必要的情況下可以與生態(tài)環(huán)境主管部門的監(jiān)控設備聯(lián)網(wǎng)，保證監(jiān)測設備正常運行并依法公開排放信息。
光催化氧化+噴淋吸收（適用動物設施廢氣處理）
組合處理裝置采用光催化+濕式的處理方式，專業(yè)處理動物實驗室復合型廢氣，針對性強，處理效果顯著，確保達標排放。
設備特點：
光催化氧化段，分解難溶及大分子廢氣成分，可提升后端噴淋吸收效率；
一體擾流噴淋吸收段，可消除光催化中間產(chǎn)物，避免二次污染；
具備智能數(shù)據(jù)監(jiān)測、排風系統(tǒng)變頻控制等功能，主動高效運維，節(jié)省安裝空間。
光催化氧化段
通過真空紫外燈照射改性的TIO?催化劑產(chǎn)生電子-空穴對，電子和O?結合形成強超氧離子自由基（?O?-）， 空穴與H?O結合形成羥基自由基（OH-），羥基自由基和超氧離子自由基有很強的氧化能力，可破壞大分子有機物中的H-C、H-S、H-Cl、C-O等化學鍵，能夠高效去除實驗室主要污染物如醇、酮、苯、氨氣、硫化氫等，使有機物被氧化成水和CO?，并有除臭、殺菌功能。
濕式處理段
配置定制化吸收液，主要針對無機廢氣HCI、HNO?、H?S等無機污染物進行吸附，采用2級吸收液處理，變化填料密度和噴淋壓力，對不同濃度的無機廢氣進行再次吸收，并具有除塵作用。輔以智能加藥和智能排污系統(tǒng)，節(jié)省運行維護成本；
充分考慮實驗室采用變風量排風系統(tǒng)的特點，采用變頻泵浦設計，根據(jù)排風風量，噴淋水泵智能變頻控制，節(jié)能減排；
選用低風阻、高強度填料，兩級除霧器設計，確保系統(tǒng)高效運行。
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