張 瓊

(南京大學，江蘇 南京 210046)

近年來，霧霾污染越來越受到重視，人們對改善環(huán)境空氣質(zhì)量的需求逐年提高，揮之不去的霧霾防治問題，已成為我國大氣污染防治的的核心難題。由于霧霾來源多變，成因極其復雜，故對治理霧霾，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，需要多管齊下多措并舉，從不同排放源進行防控。近兩年，在環(huán)保部督查中心督查中，發(fā)現(xiàn)高校實驗室存在廢氣污染防治措施未建成、防治措施不到位、治污水平低等問題，揭示了高校實驗室廢氣污染防治管理工作的不足。高校實驗室，尤其是化學實驗室、生物實驗室等，對于有機溶劑、無機酸等化學藥劑的使用較頻繁，產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物(VOCs)、酸霧等不容忽視。根據(jù)大氣污染防治法，高校實驗室廢氣需采取有效的收集處理措施。但由于高校實驗室廢氣污染引起重視較晚，國內(nèi)大部分高校實驗樓未能對實驗室廢氣處理進行有效收集和處理，故大部分涉及廢氣污染排放的已建高校實驗樓均需進行廢氣處理改造。本文結(jié)合高校實驗樓廢氣處理改造工程實踐，梳理了高校實驗室廢氣排放現(xiàn)狀、改造工程方案，分析了改造工程的常見問題及改進思路，供同類廢氣處理改造工程借鑒。

1 實驗室分類及排放特征

按照承擔的具體功能和學科區(qū)分，高校實驗室可分為化學實驗室、生物實驗室、物理實驗室等。就廢氣排放而言，不同類別的實驗室區(qū)別較大。就廢氣污染物的復雜度和濃度而言，以化學實驗室為最；就異味或惡臭濃度而言，以生物實驗室中的動物學實驗室最為突出；相反，物理實驗室的廢氣較為單一，污染程度較小。

1.1 化學實驗室廢氣特征

化學實驗室主要進行各類有機、無機、高分子等化學實驗研究，使用的藥劑大多具有揮發(fā)性，常見的化學藥劑有硫酸、鹽酸、硝酸、氨水、醇類、醚類、醛類、芳香烴類、酯類等不一而足，上述各類藥劑均具有不同程度的揮發(fā)性，故化學實驗室排放的廢氣中涵蓋了上述無機物及有機物的各種藥劑，成分復雜。同時，化學實驗室產(chǎn)生污染的實驗研究較多，均需在通風柜中進行，因而化學實驗室的通風柜通常數(shù)量較多，外排的廢氣氣量較大。

1.2 生物實驗室廢氣特征

生物實驗室大體分為植物實驗室、微生物實驗室、動物實驗室，相對于化學實驗室而言，廢氣成分相對更為簡單，存在少量的無機酸性廢氣和有機廢氣，但動物實驗室通常存在明顯的惡臭異味，需針對性地設置異味處理設備。

1.3 物理實驗室廢氣特征

物理實驗室包括電學實驗室、熱力學實驗室、材料實驗室等。物理實驗室廢氣成分最為單一，主要廢氣污染物有丙酮、乙醇等有機廢氣，此外排放有少量的氯化氫、硫酸霧等無機廢氣。由于大部分物理實驗均不會產(chǎn)生廢氣，故物理實驗室外排廢氣氣量通常較小。

2 實驗室廢氣收集處理工程方案介紹

2.1 實驗室廢氣收集與輸送

實驗室廢氣收集方式主要有兩種，即局部收集方式和全面換風收集方式。

局部收集方式為利用實驗室的設備本身或利用外部集氣罩進行廢氣收集的方式，如通風柜、萬向集氣罩、原子吸收罩、排風試劑柜等。少部分實驗室由于廢氣毒性較大，僅通過局部收集仍然不能滿足實驗室衛(wèi)生標準，會針對實驗室進行整體換風，換氣次數(shù)通常控制為6～12次/h，部分污染較重或異味較明顯的實驗室換氣次數(shù)達到25次/h[1]。

局部排風和整體換風的排風系統(tǒng)通常在實驗樓建設時已經(jīng)考慮并建設好，故實驗室廢氣收集處理改造工程通常對實驗樓內(nèi)部的收集系統(tǒng)改動較少，通常只需考慮對部分老化、腐蝕、破損的管道進行更換，對收集管道上的部分閥門進行更換或加裝。

2.2 實驗室廢氣處理現(xiàn)狀

目前常用的實驗室廢氣處理工藝有堿液吸收法、活性炭吸附法、光催化、低溫等離子、植物液吸收等工藝。堿液吸收法主要利用循環(huán)噴淋的堿液吸收氯化氫、硫酸霧、硝酸霧等無機酸，需定期排放廢水補充循環(huán)液；活性炭吸附法主要利用活性炭的多孔結(jié)構(gòu)[2]吸附大分子有機廢氣，活性炭吸附飽和前須進行更換，同時更換的廢棄活性炭須委托有危廢處置資質(zhì)的單位處置；光催化和低溫等離子主要利用設備內(nèi)部產(chǎn)生的臭氧、羥基自由基、氧自由基等活性基團[3-4]分解有機大分子，使得有機大分子開環(huán)斷鏈，部分礦化為二氧化碳和水，從而實現(xiàn)凈化。

用于高校實驗室廢氣通常表現(xiàn)為無機酸和有機物的復合污染，故通常采用可同時處理無機酸及有機物的兩種工藝組合的復合處理工藝，如采用“堿吸收+活性炭吸附”、“堿吸收+低溫等離子”等組合工藝。

通過實地調(diào)研，部分國內(nèi)重點高校實驗室廢氣處理工藝見表1。

根據(jù)表1，目前國內(nèi)高校實驗室廢氣處理采用堿吸收和活性炭吸附工藝較多，少數(shù)高校采用了植物液吸收、低溫等離子、SDG吸附[5]等工藝。堿吸收工藝脫胎于化工領(lǐng)域中的傳質(zhì)吸收理論，由于理論較為成熟，投資成本較低，故使用頻率較高?；钚蕴课焦に噷Ψ枷銦N類、酯類、醇類等多種有機廢氣均具有較好的吸附效果，吸附性能具有較好的廣譜性，故應用較為廣泛。植物液吸收[6]、低溫等離子、光催化及SDG吸附目前應用于高校實驗室廢氣處理的案例較少，植物液吸收的主要作用為吸附異味分子，低溫等離子和光催化的主要作用為降解異味分子，二者主要用于除臭。SDG吸附為區(qū)別于堿吸收的干式吸附工藝，主要利用堿性混合柱狀填料對酸性廢氣進行吸附，發(fā)生酸堿中和反應生成鹽，該工藝適合上水、排液存在困難的場合，同時定期需對吸附劑進行更換，由于北方水資源更為稀缺，故該工藝在北方應用更為廣泛，在南方應用較少。

表1 部分重點高校實驗室廢氣處理工藝一覽

3 實驗室廢氣處理改造工程常見問題與改進思路

3.1 廢氣收集系統(tǒng)回風竄風防范

實驗樓的實驗室數(shù)量通常較多，為節(jié)約投資成本，后段廢氣處理設備往往與實驗室并非一一對應關(guān)系，往往需要多個實驗室共用一套廢氣處理設備。共用廢氣處理設備使得不同實驗室及外界大氣通過廢氣收集排放管道形成通路，可能因氣壓不平衡導致不同實驗室出現(xiàn)回風、竄風等問題。故在進行廢氣收集排放管路設計時，應采取有效防范措施，如在前段不同支路上加裝止回閥、電動閥等閥門進行物理隔斷，也可考慮在廢氣處理設備后增加一臺后置引風機，使得最大負壓點位位于后置引風機，但應充分考慮后置風機風量風壓的大小，風量風壓過大則會帶來防震和降噪的問題。

3.2 廢氣處理設備占地優(yōu)化

實驗樓排放廢氣氣量大，廢氣處理改造工程需要增設的設備數(shù)量多。以化學實驗樓為例，通常整棟樓排放廢氣量在50～200萬m3/h之間，以50萬m3/h的廢氣量為例，通常按照常規(guī)廢氣處理設備加工規(guī)格，需要增設25～50套廢氣處理系統(tǒng)，廢氣處理系統(tǒng)包含廢氣管道、處理設備、風機、排氣筒及配套支架、儀表等。數(shù)量眾多的廢氣處理設備，基本上會布滿整個實驗樓樓頂，老舊實驗樓往往面臨無處可放置設備的困境[7]。

為解決占地問題，目前可供借鑒的方式有兩種。首推方式為降低風量，通過詳細調(diào)研各個實驗室的長期科研方向、排氣設備的使用頻次，摸清各個實驗室內(nèi)排氣設備的排放規(guī)律，排放時間段，從而通過找尋最大同開率來確定最為經(jīng)濟可行的廢氣量，通過控制同開率，往往可以較大程度地削減最大同時排氣量，從而幫助減少廢氣處理設備數(shù)量減少占地面積，此種方式通?？蓭椭鷾p少占地面積約30%。第二種方式為改變設備結(jié)構(gòu)型式，如將設備設計成立式設備，將組合式廢氣處理工藝設計成一體化立式設備型式。此種方式可削減占地面積約40%，但需特別注意樓面承重，必要時需進行樓面加固。

3.3 減少二次污染

堿吸收、活性炭吸附工藝使用頻率最高，就處理效果而言，堿吸收和活性炭吸附工藝分別對酸霧、有機廢氣具有較高的處理效率。但這兩種工藝均產(chǎn)生大量二次污染物，堿吸收工藝會產(chǎn)生大量廢水，需接管至廢水站處理，活性炭吸附產(chǎn)生大量吸附飽和的廢炭，需按危險廢物合法轉(zhuǎn)運及處置。二次污染產(chǎn)生額外的處置費用，增加運行管理成本，針對廢氣污染較輕的實驗室，如物理實驗室、生物實驗室，在處理措施的選擇上，宜優(yōu)先采用二次污染較小的處理工藝，如可采用光催化處理、低溫等離子等工藝。

3.4 運行維護便捷化自動化

不同的廢氣處理設備，均需要專業(yè)人員進行運行維護，由于實驗室廢氣處理設備數(shù)量通常較多運維工作較為繁重，如何提高運維工作的便捷度自動化程度顯得十分重要。如目前采用較多的堿吸收塔，需根據(jù)堿液消耗情況補充液堿或片堿，同時隨著運行時間增長，循環(huán)吸收液會逐漸累積雜質(zhì)、鹽分及有機物，吸收液須定期排放并補充新鮮水源。若補堿、排液工作均依靠人工完成，則需耗費大量人力。故在設計堿吸收工藝時，需考慮配套設置自動添加堿液、自動排液等系統(tǒng)。自動加堿及自動排液可分別通過pH和電導率自動檢測進行控制。自動化程度的提高，除降低人力維護成本外，也可幫助提高廢氣處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

3.5 防震降噪

實驗室樓為科研、教學場所，對環(huán)境中的噪音敏感。廢氣處理系統(tǒng)中的風機、水泵等產(chǎn)生震動及噪音。目前多數(shù)高校實驗室廢氣改造工程未充分考慮防震降噪措施，導致樓頂?shù)脑胍魝鞑ㄖ翗窍聦嶒炇?，尤其頂層實驗室噪音較為明顯。由于噪音偏大會影響正常教學和科研活動，故廢氣治理改造工程應充分考慮防震降噪措施。針對風機的震動及噪音，應采用減震底座和風機隔音箱進行減震降噪，針對樓頂?shù)恼w噪音，可在樓頂四周加裝隔聲板進行降噪。

4 結(jié) 語

高校實驗室廢氣污染治理工程的實施，對于大氣污染防治具有重要意義，但應針對不同類型的實驗室，合理選擇治理技術(shù)，同時應重視廢氣污染防治工程帶來的回風竄風、二次污染、震動噪音等次生問題，在解決廢氣污染問題的同時，做到不影響實驗室正?？蒲?、教學等工作。未來高校實驗室廢氣污染防治工作，應朝著運行維護簡單、二次污染小、噪音小、占地小、不影響正?？蒲泻徒虒W等方面發(fā)展。