大规模化学实验室排风净化除味系统与应用

杨成斌， 张 帅， 孙志超， 朱 能

(1.天津大学建筑设计规划研究总院， 天津 300072； 2.天津大学 环境科学与工程学院，天津 300350； 3.中国民航大学 宁河校区建设指挥部， 天津 300300)

1 概述

随着我国科学技术的发展，对各类实验室的需求越来越大，各学科领域的重点实验室、各高校的重点实验室规模越来越大，已成为一个庞大的系统。大规模工业生产的废气处理得到的关注更多，实验室废气处理却往往被忽略。虽然各类实验室排放量一般较小，但随着实验室数量的加大，其排放量也是极为可观的。区别于标准化的工业流程，实验室废气中所含污染物的种类和浓度往往更加多样和广泛，更有可能产生一些具有特殊毒性的化学物质，存在极为严重的潜在危险。因此，必须对实验室产生的废气加以处理，以达到排放标准。

2 净化除味系统的选择

2.1 项目概况

天津大学新校区化工材料学院位于新校区的东面，北面是行政楼和体育馆，南面为学生宿舍，东西面为拟建教学楼，该项目化学实验室非常多，排出的异味随风向的变化对其周边环境造成污染。

实验室排出污染气体主要成分包括：

有机类。如各类烷烃、卤代烷、醇、酸及酸酐、醚、胺、酮、烯、苯等芳香烃、醛、酯、含氮杂环、含硫类等。

无机类。如氟化氢、氨气及其他挥发性无机气体等。

2.2 实验室排风量与排风机统计

实验室排风量与排风机统计见表1。

统计数据表明，实验室整体排风量大，需按学校的使用特点计算同时使用系数，各种有害气体排出量小，但广谱性大，每天每一时刻排出的有害物均在变化，增加了净化除味系统的处理难度。

2.3 净化除味系统的选择

实验室经常使用的净化除味系统包括：活性炭吸附、光催化燃烧处理技术、生物分解处理技术、高能离子净化系统等。

① 活性炭吸附：活性炭吸附具有吸附效率较好、适用面较宽、能同时处理多种混合废气等优点。该系统是利用活性炭本身的吸附力，结合风机作用将有机废气分子吸附住，对苯、醇、酮、酯、汽油类等大分子有机溶剂的废气有很好的吸附作用，但对化学实验室产生的小分子废气不能完全有效处理。在使用过程中净化效率随使用时间的增加而降低，需要定期更换与再生，阻力大(约为600～900 Pa)，能耗高，占地面积大(处理1 000 m3/h废气的活性炭箱需占地5.2 m2)，由于各实验室通风柜较多，屋顶通风设备相对较多，无法满足大量设置活性炭箱的占地需求。

② 光催化燃烧处理技术：能高效去除VOC(挥发性有机化合物)、无机物、硫化氢、氨气、硫醇类等主要污染物，不同的排放场合和不同的废气需配置不同的工艺流程，对变化较大的有害气体进行处理较为困难。

③ 生物分解处理技术：利用循环水流，将恶臭气体中污染物质溶入水中，再由水中培养床培养出微生物，利用微生物将臭味气体中的有机污染物降解或转化为无害或低害类物质。

适用于易溶于水的有机废气；针对性强，要根据废气成分进行微生物培养；细菌培养困难，成活率不稳定，受气候影响大。

④ 高能离子净化系统：空气通过离子空气净化装置，在电场的作用下，可使其中的氧分子失去或得到一个电子而形成一种过渡状态的氧离子，可在短时间内与空气中的VOC接触，打开VOC分子化学键，将它们分解成二氧化碳和水等对人体无害的稳定的小分子化合物；对硫化氢、氨等无机化合物同样具有分解作用。高能离子对实验室排出的各种有害气体具有较强的处理能力，离子净化装置具有体积小、阻力小于50 Pa、能耗低(每组功率小于50 W)、后期维护简单等特点。

3 离子净化实验

3.1 常规离子净化设备

采用常规的离子净化设备对出口污染物质量浓度进行测试。主要污染物监测结果见表2和表3。

表2 主要污染物排放质量浓度监测结果

表3 主要污染物排放速率监测结果

监测结果显示处理结果不满足排放质量浓度限额的要求。由于离子与空气中的有害物反应不充分，反应时间短，在排出的空气中仍有离子的存在，需让离子与空气中的有害物进行充分的反应。

3.2 高能离子净化设备

对常规离子净化设备进行改进，在设备内增加送风机，使离子与新风和污染空气进行旋转混合，增加离子与污染空气的反应强度，提高了离子净化设备的处理效率。设备改造后第2次实验主要污染物监测结果见表4和表5。主要污染物满足最高允许排放质量浓度限额的规定。

表4 第2次实验主要污染物排放质量浓度监测结果

表5 第2次实验主要污染物排放速率监测结果

3.3 项目风量控制

由于项目的实验室通风柜很多，排风量大(412.80×104m3/h)，通过对项目的调研与分析，确定了同时使用系数为30%。按总排风量的30%设计净化系统，需处理124×104m3/h的排风量，称为基点风量。总排风机设变频控制，当通风柜排风量小于基点风量时，通过风机变频减少总排风量，同时减少净化处理设备投入量(净化处理设备分为三档控制)，风机排风量和净化处理设备投入量按排风量调节。当通风柜排风量大于基点风量时，通过压力检测控制旁通阀的开启排除多余风量，此时异味

会散发到大气中影响周边环境，但此种情况发生的概率非常小。

3.4 新风机房的设置

设新风机房，冬季按总排风量的30%的新风量补充排风引起的热量损失，解决了实验室冬季房间过冷使用电炉供暖的耗能，新风统一送到楼道内，实现了楼道为正压、实验室为微负压的压力控制流向，控制了实验室气味的外泄，新风系统、排风系统、净化除味系统的结合，解决了大规模集中化学实验室气味外泄、污染环境的弊端，在节能、节省投资、改善环境方面积累了经验。

4 结论

通过对实验室净化系统的分析及对现场净化设备的检测，开发了一种高能离子净化装置，改进了离子净化设备的净化效率。通过增加新风正压区和排风负压区的设置，极大地改善了实验楼的空气品质。净化处理系统通过了环保局的验收，室外明显没有了实验楼的刺激味道。通过增加新风和按同时使用系数变频调节排风量，解决了实验室冬季室温过低而大量使用电炉供暖的现象及安全隐患，实现了节能、环保、改善空气品质的良好效果。