高校实验室废弃净化处理探讨
近年来,国家及公众对大气污染问题很关注,针对不一样的行业的废气污染问题,国家也出台了相关的排放标准及相关治理工程技术规范,有力地推动了废气治理发展。
高校实验室废气具有单点排放量小、间歇性排放特征,随国家对科研工作投入的不断加大,高校实验室数量逐渐增多,其废气排放问题也引起了公众和环保部门的关注和重视。
高校实验室均配备了通风柜、万向罩或排风扇等废气收集、排放设施,但废气大多未经处理即排入大气环境。虽然实验室单点排放量少,但其污染物种类多,总排放量大,并且高校实验室的数量众多,涉及使用的化学药品种类复杂,排放时间长,且部分化学药品毒性大,因此高校实验室的废气污染问题不容忽视。
由于高校实验室因研究课题不同,涉及的化学药剂千差万别,导致实验室废气成分复杂。如化学类研究会大量使用盐酸、氨水、硝酸、乙醇、甲苯、乙酸乙酯、丙酮等化学药剂,电子半导体类研究主要使用乙醇、丙酮等化学药剂,生物医学类研究除了常使用甲醛、乙醇、醋酸、丙酮、二氯甲烷等化学药剂外,在动物实验、解剖实验过程中,还会产生硫化氢、甲硫醇等恶臭气体。
不同于工业生产里反应釜、真空泵等密闭管道收集的废气具有高浓度、小风量的排放特点,高校实验室废气主要是通过通风柜、万向集气罩、实验室内部换风等半密闭的方式收集,由于通风柜数量多,因而排风量较大,废气被稀释,所以高校实验室废气浓度往往较低。
高校实验室废气排放时间比较久,一些实验需要持续数小时,甚至数天,废气排放时间也会随之延长。
高校实验室排放的废气成分复杂,含有成百上千种有机物,化学性质活性较强,容易与其他物质发生反应,其中多数有机物具有致畸、致癌、致突变的“三致”特性,如二氯甲烷、丙酮、甲醛、甲苯等。除有机物外,还有大量的强腐蚀性、刺激性气体,对环境和健康危害较大,如氯化氢、硝酸、硫酸、氨气、硫化氢等。
高校实验室通常会安装排气系统,包括通风设备和排气管道,通过排气系统将废气排放到室外,减少室内废气浓度。
有些高校实验室会安装废气处理设备,如废气处理装置、废气进化设施等,用于对废气做处理和净化,去除有害成分,减少对环境的污染,常用的废气治理技术大致上可以分为破坏法和非破坏法。
破坏法包含生物法、燃烧法、光催化、等离子等工艺,非破坏法包含吸收法、吸附法、冷凝法等工艺。根据国内高校实验室废气治理措施调研情况,多数院系采用单级活性炭吸附工艺处理,部分院系采用碱吸收和活性炭吸附的复合工艺,少数院系采用光催化、植物液吸收等工艺。
高校实验室会加强实验室废气的安全管理,通过规范实验室操作流程和安全操作规范,减少废气的产生和配方,保障实验室工作环境的安全。
高校还会通过开展环保教育和宣传活动,培养师生的环保意识,提高大家对实验室废气排放的重视程度,促使大家共同关注和参与废弃净化处理工作。
活性炭吸附法是将废气直接导入活性炭吸附介质,废气中的有机物从外向内进入活性炭内部微孔而被吸附。虽然施工便捷简单、吸附效果好,但是活性炭会因吸附饱和而失效,需定期更换,而高校普遍缺乏废弃净化处理相关的运维人员,因此对于废气排放量大的实验室,活性炭吸附法会因运维管理问题而受到限制。
利用化学反应将废气中的有害成分吸收,如利用碱性溶液吸收酸性废气中的氧化物。
吸收法应用于高校实验室废弃净化处理,可大幅削减废气中氯化氢、硝酸、氨气等酸雾或碱雾,也可在某些特定的程度上吸收一部分水溶性较好的有机污染物(甲醇、丙酮等),在当前高校实验室废弃净化处理中起到了及其重要的作用。吸收法技术成熟、设计简单,但该方法的弊端是设备带水后荷载大,对屋面结构承载要求高,后期运维较复杂。
光催化反应是在紫外光和催化剂的复合条件下,利用光能激发一系列化学反应,将对环境有害的有机物质降解为二氧化碳和水等。
光催化因投资较小运行维护简单,在高校也有应用。根据其作用原理,光催化具有较好的广谱性,对实验室产生的大部分有机物均有一定的降解效果。不同于活性炭吸附工艺需要定期换活性炭,光催化反应器的催化剂能循环使用,选用品质较好的催化剂并做好预处理的条件下,催化剂常规使用的寿命可以长达约2年。
但光催化工艺的弊端是催化反应效率较低,若实验室存在高浓度废气排放,则不再适用,同时光催化反应对有机物的降解往往不够彻底,难以彻底分解成二氧化碳和水,会产生一部分次生污染物,所以在后端需要搭配其他废气治理工艺使用,增大了占地面积和投资费用。
燃烧法是通过将废气中的有机物和其他污染物在高温下进行燃烧,将其转化为二氧化碳和水蒸气等无害物质的处理方法。
燃烧法的优点是处理效果稳定,可适用于高浓度有机废气处理等,但相比其他燃烧法的能耗较高,设备成本也较高。
燃烧法常用于处理高浓度的有机废气,适用于一些高校实验室中产生的有机废气处理。
将废气进行预处理 ,如除尘、除湿等,以确保废气中的固体颗粒和水分含量达到燃烧要求。
再将预处理后的废气送入燃烧炉中 ,通过加热或点火等方式使废气中的有机物燃烧,转化为二氧化碳和水蒸气等无害物质。
经过燃烧后产生的烟气可能含有一些残留的有害于人体健康的物质,要进一步的处理,如除尘、脱硫、脱氮等 ,以确保烟气排放符合环保要求。
电热水洗是常见的废气处理方法,是大部分高校实验室的选择,该工艺的基础原理是利用水对废气中的有害于人体健康的物质进行吸收和洗涤,达到净化废气的目的。
将废气通过喷淋,利用水对废气中的有害成分进行洗手,在这一步骤中,废气中的有害化学气体会被水吸收到水肿,从而净化废气。
将吸收了有害成分的水做处理,能够最终靠沉淀、过滤等方式去除废气中被吸收的有害于人体健康的物质,使水得到再生。
经过处理的水能再一次用于废气的吸收和洗涤,实现水的循环利用个,减少水资源的先消耗。
不同于工业公司,高校实验室普遍缺乏专业的环保设施运维团队,甚至缺少环保方面的负责人,环保工作通常由负责设备的老师兼任,因此在废气处理系统运维方面是一个非常薄弱的环节,加上环保设备伴随安全问题,因而废气处理系统的自动化和智能化很重要,同时选择可靠的供应商也能够减少后期的维护成本。
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