楊成斌， 張 帥， 孫志超， 朱 能

(1.天津大學(xué)建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃研究總院， 天津 300072； 2.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350； 3.中國(guó)民航大學(xué) 寧河校區(qū)建設(shè)指揮部， 天津 300300)

1 概述

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各類實(shí)驗(yàn)室的需求越來(lái)越大，各學(xué)科領(lǐng)域的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、各高校的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模越來(lái)越大，已成為一個(gè)龐大的系統(tǒng)。大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的廢氣處理得到的關(guān)注更多，實(shí)驗(yàn)室廢氣處理卻往往被忽略。雖然各類實(shí)驗(yàn)室排放量一般較小，但隨著實(shí)驗(yàn)室數(shù)量的加大，其排放量也是極為可觀的。區(qū)別于標(biāo)準(zhǔn)化的工業(yè)流程，實(shí)驗(yàn)室廢氣中所含污染物的種類和濃度往往更加多樣和廣泛，更有可能產(chǎn)生一些具有特殊毒性的化學(xué)物質(zhì)，存在極為嚴(yán)重的潛在危險(xiǎn)。因此，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢氣加以處理，以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

2 凈化除味系統(tǒng)的選擇

2.1 項(xiàng)目概況

天津大學(xué)新校區(qū)化工材料學(xué)院位于新校區(qū)的東面，北面是行政樓和體育館，南面為學(xué)生宿舍，東西面為擬建教學(xué)樓，該項(xiàng)目化學(xué)實(shí)驗(yàn)室非常多，排出的異味隨風(fēng)向的變化對(duì)其周邊環(huán)境造成污染。

實(shí)驗(yàn)室排出污染氣體主要成分包括：

有機(jī)類。如各類烷烴、鹵代烷、醇、酸及酸酐、醚、胺、酮、烯、苯等芳香烴、醛、酯、含氮雜環(huán)、含硫類等。

無(wú)機(jī)類。如氟化氫、氨氣及其他揮發(fā)性無(wú)機(jī)氣體等。

2.2 實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量與排風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)量與排風(fēng)機(jī)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，實(shí)驗(yàn)室整體排風(fēng)量大，需按學(xué)校的使用特點(diǎn)計(jì)算同時(shí)使用系數(shù)，各種有害氣體排出量小，但廣譜性大，每天每一時(shí)刻排出的有害物均在變化，增加了凈化除味系統(tǒng)的處理難度。

2.3 凈化除味系統(tǒng)的選擇

實(shí)驗(yàn)室經(jīng)常使用的凈化除味系統(tǒng)包括：活性炭吸附、光催化燃燒處理技術(shù)、生物分解處理技術(shù)、高能離子凈化系統(tǒng)等。

① 活性炭吸附：活性炭吸附具有吸附效率較好、適用面較寬、能同時(shí)處理多種混合廢氣等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)是利用活性炭本身的吸附力，結(jié)合風(fēng)機(jī)作用將有機(jī)廢氣分子吸附住，對(duì)苯、醇、酮、酯、汽油類等大分子有機(jī)溶劑的廢氣有很好的吸附作用，但對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的小分子廢氣不能完全有效處理。在使用過(guò)程中凈化效率隨使用時(shí)間的增加而降低，需要定期更換與再生，阻力大(約為600～900 Pa)，能耗高，占地面積大(處理1 000 m3/h廢氣的活性炭箱需占地5.2 m2)，由于各實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜較多，屋頂通風(fēng)設(shè)備相對(duì)較多，無(wú)法滿足大量設(shè)置活性炭箱的占地需求。

② 光催化燃燒處理技術(shù)：能高效去除VOC(揮發(fā)性有機(jī)化合物)、無(wú)機(jī)物、硫化氫、氨氣、硫醇類等主要污染物，不同的排放場(chǎng)合和不同的廢氣需配置不同的工藝流程，對(duì)變化較大的有害氣體進(jìn)行處理較為困難。

③ 生物分解處理技術(shù)：利用循環(huán)水流，將惡臭氣體中污染物質(zhì)溶入水中，再由水中培養(yǎng)床培養(yǎng)出微生物，利用微生物將臭味氣體中的有機(jī)污染物降解或轉(zhuǎn)化為無(wú)害或低害類物質(zhì)。

適用于易溶于水的有機(jī)廢氣；針對(duì)性強(qiáng)，要根據(jù)廢氣成分進(jìn)行微生物培養(yǎng)；細(xì)菌培養(yǎng)困難，成活率不穩(wěn)定，受氣候影響大。

④ 高能離子凈化系統(tǒng)：空氣通過(guò)離子空氣凈化裝置，在電場(chǎng)的作用下，可使其中的氧分子失去或得到一個(gè)電子而形成一種過(guò)渡狀態(tài)的氧離子，可在短時(shí)間內(nèi)與空氣中的VOC接觸，打開(kāi)VOC分子化學(xué)鍵，將它們分解成二氧化碳和水等對(duì)人體無(wú)害的穩(wěn)定的小分子化合物；對(duì)硫化氫、氨等無(wú)機(jī)化合物同樣具有分解作用。高能離子對(duì)實(shí)驗(yàn)室排出的各種有害氣體具有較強(qiáng)的處理能力，離子凈化裝置具有體積小、阻力小于50 Pa、能耗低(每組功率小于50 W)、后期維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

3 離子凈化實(shí)驗(yàn)

3.1 常規(guī)離子凈化設(shè)備

采用常規(guī)的離子凈化設(shè)備對(duì)出口污染物質(zhì)量濃度進(jìn)行測(cè)試。主要污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2和表3。

表2 主要污染物排放質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

表3 主要污染物排放速率監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示處理結(jié)果不滿足排放質(zhì)量濃度限額的要求。由于離子與空氣中的有害物反應(yīng)不充分，反應(yīng)時(shí)間短，在排出的空氣中仍有離子的存在，需讓離子與空氣中的有害物進(jìn)行充分的反應(yīng)。

3.2 高能離子凈化設(shè)備

對(duì)常規(guī)離子凈化設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，在設(shè)備內(nèi)增加送風(fēng)機(jī)，使離子與新風(fēng)和污染空氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)混合，增加離子與污染空氣的反應(yīng)強(qiáng)度，提高了離子凈化設(shè)備的處理效率。設(shè)備改造后第2次實(shí)驗(yàn)主要污染物監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4和表5。主要污染物滿足最高允許排放質(zhì)量濃度限額的規(guī)定。

表4 第2次實(shí)驗(yàn)主要污染物排放質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)結(jié)果

表5 第2次實(shí)驗(yàn)主要污染物排放速率監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.3 項(xiàng)目風(fēng)量控制

由于項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)柜很多，排風(fēng)量大(412.80×104m3/h)，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的調(diào)研與分析，確定了同時(shí)使用系數(shù)為30%。按總排風(fēng)量的30%設(shè)計(jì)凈化系統(tǒng)，需處理124×104m3/h的排風(fēng)量，稱為基點(diǎn)風(fēng)量?？偱棚L(fēng)機(jī)設(shè)變頻控制，當(dāng)通風(fēng)柜排風(fēng)量小于基點(diǎn)風(fēng)量時(shí)，通過(guò)風(fēng)機(jī)變頻減少總排風(fēng)量，同時(shí)減少凈化處理設(shè)備投入量(凈化處理設(shè)備分為三檔控制)，風(fēng)機(jī)排風(fēng)量和凈化處理設(shè)備投入量按排風(fēng)量調(diào)節(jié)。當(dāng)通風(fēng)柜排風(fēng)量大于基點(diǎn)風(fēng)量時(shí)，通過(guò)壓力檢測(cè)控制旁通閥的開(kāi)啟排除多余風(fēng)量，此時(shí)異味

會(huì)散發(fā)到大氣中影響周邊環(huán)境，但此種情況發(fā)生的概率非常小。

3.4 新風(fēng)機(jī)房的設(shè)置

設(shè)新風(fēng)機(jī)房，冬季按總排風(fēng)量的30%的新風(fēng)量補(bǔ)充排風(fēng)引起的熱量損失，解決了實(shí)驗(yàn)室冬季房間過(guò)冷使用電爐供暖的耗能，新風(fēng)統(tǒng)一送到樓道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了樓道為正壓、實(shí)驗(yàn)室為微負(fù)壓的壓力控制流向，控制了實(shí)驗(yàn)室氣味的外泄，新風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、凈化除味系統(tǒng)的結(jié)合，解決了大規(guī)模集中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室氣味外泄、污染環(huán)境的弊端，在節(jié)能、節(jié)省投資、改善環(huán)境方面積累了經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室凈化系統(tǒng)的分析及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)凈化設(shè)備的檢測(cè)，開(kāi)發(fā)了一種高能離子凈化裝置，改進(jìn)了離子凈化設(shè)備的凈化效率。通過(guò)增加新風(fēng)正壓區(qū)和排風(fēng)負(fù)壓區(qū)的設(shè)置，極大地改善了實(shí)驗(yàn)樓的空氣品質(zhì)。凈化處理系統(tǒng)通過(guò)了環(huán)保局的驗(yàn)收，室外明顯沒(méi)有了實(shí)驗(yàn)樓的刺激味道。通過(guò)增加新風(fēng)和按同時(shí)使用系數(shù)變頻調(diào)節(jié)排風(fēng)量，解決了實(shí)驗(yàn)室冬季室溫過(guò)低而大量使用電爐供暖的現(xiàn)象及安全隱患，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、改善空氣品質(zhì)的良好效果。