关于高校实验室废气污染防治工程的几点思考

张 琼

(南京大学，江苏 南京 210046)

近年来，雾霾污染越来越受到重视，人们对改善环境空气质量的需求逐年提高，挥之不去的雾霾防治问题，已成为我国大气污染防治的的核心难题。由于雾霾来源多变，成因极其复杂，故对治理雾霾，打赢蓝天保卫战，需要多管齐下多措并举，从不同排放源进行防控。近两年，在环保部督查中心督查中，发现高校实验室存在废气污染防治措施未建成、防治措施不到位、治污水平低等问题，揭示了高校实验室废气污染防治管理工作的不足。高校实验室，尤其是化学实验室、生物实验室等，对于有机溶剂、无机酸等化学药剂的使用较频繁，产生的挥发性有机物(VOCs)、酸雾等不容忽视。根据大气污染防治法，高校实验室废气需采取有效的收集处理措施。但由于高校实验室废气污染引起重视较晚，国内大部分高校实验楼未能对实验室废气处理进行有效收集和处理，故大部分涉及废气污染排放的已建高校实验楼均需进行废气处理改造。本文结合高校实验楼废气处理改造工程实践，梳理了高校实验室废气排放现状、改造工程方案，分析了改造工程的常见问题及改进思路，供同类废气处理改造工程借鉴。

1 实验室分类及排放特征

按照承担的具体功能和学科区分，高校实验室可分为化学实验室、生物实验室、物理实验室等。就废气排放而言，不同类别的实验室区别较大。就废气污染物的复杂度和浓度而言，以化学实验室为最；就异味或恶臭浓度而言，以生物实验室中的动物学实验室最为突出；相反，物理实验室的废气较为单一，污染程度较小。

1.1 化学实验室废气特征

化学实验室主要进行各类有机、无机、高分子等化学实验研究，使用的药剂大多具有挥发性，常见的化学药剂有硫酸、盐酸、硝酸、氨水、醇类、醚类、醛类、芳香烃类、酯类等不一而足，上述各类药剂均具有不同程度的挥发性，故化学实验室排放的废气中涵盖了上述无机物及有机物的各种药剂，成分复杂。同时，化学实验室产生污染的实验研究较多，均需在通风柜中进行，因而化学实验室的通风柜通常数量较多，外排的废气气量较大。

1.2 生物实验室废气特征

生物实验室大体分为植物实验室、微生物实验室、动物实验室，相对于化学实验室而言，废气成分相对更为简单，存在少量的无机酸性废气和有机废气，但动物实验室通常存在明显的恶臭异味，需针对性地设置异味处理设备。

1.3 物理实验室废气特征

物理实验室包括电学实验室、热力学实验室、材料实验室等。物理实验室废气成分最为单一，主要废气污染物有丙酮、乙醇等有机废气，此外排放有少量的氯化氢、硫酸雾等无机废气。由于大部分物理实验均不会产生废气，故物理实验室外排废气气量通常较小。

2 实验室废气收集处理工程方案介绍

2.1 实验室废气收集与输送

实验室废气收集方式主要有两种，即局部收集方式和全面换风收集方式。

局部收集方式为利用实验室的设备本身或利用外部集气罩进行废气收集的方式，如通风柜、万向集气罩、原子吸收罩、排风试剂柜等。少部分实验室由于废气毒性较大，仅通过局部收集仍然不能满足实验室卫生标准，会针对实验室进行整体换风，换气次数通常控制为6～12次/h，部分污染较重或异味较明显的实验室换气次数达到25次/h[1]。

局部排风和整体换风的排风系统通常在实验楼建设时已经考虑并建设好，故实验室废气收集处理改造工程通常对实验楼内部的收集系统改动较少，通常只需考虑对部分老化、腐蚀、破损的管道进行更换，对收集管道上的部分阀门进行更换或加装。

2.2 实验室废气处理现状

目前常用的实验室废气处理工艺有碱液吸收法、活性炭吸附法、光催化、低温等离子、植物液吸收等工艺。碱液吸收法主要利用循环喷淋的碱液吸收氯化氢、硫酸雾、硝酸雾等无机酸，需定期排放废水补充循环液；活性炭吸附法主要利用活性炭的多孔结构[2]吸附大分子有机废气，活性炭吸附饱和前须进行更换，同时更换的废弃活性炭须委托有危废处置资质的单位处置；光催化和低温等离子主要利用设备内部产生的臭氧、羟基自由基、氧自由基等活性基团[3-4]分解有机大分子，使得有机大分子开环断链，部分矿化为二氧化碳和水，从而实现净化。

用于高校实验室废气通常表现为无机酸和有机物的复合污染，故通常采用可同时处理无机酸及有机物的两种工艺组合的复合处理工艺，如采用“碱吸收+活性炭吸附”、“碱吸收+低温等离子”等组合工艺。

通过实地调研，部分国内重点高校实验室废气处理工艺见表1。

根据表1，目前国内高校实验室废气处理采用碱吸收和活性炭吸附工艺较多，少数高校采用了植物液吸收、低温等离子、SDG吸附[5]等工艺。碱吸收工艺脱胎于化工领域中的传质吸收理论，由于理论较为成熟，投资成本较低，故使用频率较高。活性炭吸附工艺对芳香烃类、酯类、醇类等多种有机废气均具有较好的吸附效果，吸附性能具有较好的广谱性，故应用较为广泛。植物液吸收[6]、低温等离子、光催化及SDG吸附目前应用于高校实验室废气处理的案例较少，植物液吸收的主要作用为吸附异味分子，低温等离子和光催化的主要作用为降解异味分子，二者主要用于除臭。SDG吸附为区别于碱吸收的干式吸附工艺，主要利用碱性混合柱状填料对酸性废气进行吸附，发生酸碱中和反应生成盐，该工艺适合上水、排液存在困难的场合，同时定期需对吸附剂进行更换，由于北方水资源更为稀缺，故该工艺在北方应用更为广泛，在南方应用较少。

表1 部分重点高校实验室废气处理工艺一览

3 实验室废气处理改造工程常见问题与改进思路

3.1 废气收集系统回风窜风防范

实验楼的实验室数量通常较多，为节约投资成本，后段废气处理设备往往与实验室并非一一对应关系，往往需要多个实验室共用一套废气处理设备。共用废气处理设备使得不同实验室及外界大气通过废气收集排放管道形成通路，可能因气压不平衡导致不同实验室出现回风、窜风等问题。故在进行废气收集排放管路设计时，应采取有效防范措施，如在前段不同支路上加装止回阀、电动阀等阀门进行物理隔断，也可考虑在废气处理设备后增加一台后置引风机，使得最大负压点位位于后置引风机，但应充分考虑后置风机风量风压的大小，风量风压过大则会带来防震和降噪的问题。

3.2 废气处理设备占地优化

实验楼排放废气气量大，废气处理改造工程需要增设的设备数量多。以化学实验楼为例，通常整栋楼排放废气量在50～200万m3/h之间，以50万m3/h的废气量为例，通常按照常规废气处理设备加工规格，需要增设25～50套废气处理系统，废气处理系统包含废气管道、处理设备、风机、排气筒及配套支架、仪表等。数量众多的废气处理设备，基本上会布满整个实验楼楼顶，老旧实验楼往往面临无处可放置设备的困境[7]。

为解决占地问题，目前可供借鉴的方式有两种。首推方式为降低风量，通过详细调研各个实验室的长期科研方向、排气设备的使用频次，摸清各个实验室内排气设备的排放规律，排放时间段，从而通过找寻最大同开率来确定最为经济可行的废气量，通过控制同开率，往往可以较大程度地削减最大同时排气量，从而帮助减少废气处理设备数量减少占地面积，此种方式通常可帮助减少占地面积约30%。第二种方式为改变设备结构型式，如将设备设计成立式设备，将组合式废气处理工艺设计成一体化立式设备型式。此种方式可削减占地面积约40%，但需特别注意楼面承重，必要时需进行楼面加固。

3.3 减少二次污染

碱吸收、活性炭吸附工艺使用频率最高，就处理效果而言，碱吸收和活性炭吸附工艺分别对酸雾、有机废气具有较高的处理效率。但这两种工艺均产生大量二次污染物，碱吸收工艺会产生大量废水，需接管至废水站处理，活性炭吸附产生大量吸附饱和的废炭，需按危险废物合法转运及处置。二次污染产生额外的处置费用，增加运行管理成本，针对废气污染较轻的实验室，如物理实验室、生物实验室，在处理措施的选择上，宜优先采用二次污染较小的处理工艺，如可采用光催化处理、低温等离子等工艺。

3.4 运行维护便捷化自动化

不同的废气处理设备，均需要专业人员进行运行维护，由于实验室废气处理设备数量通常较多运维工作较为繁重，如何提高运维工作的便捷度自动化程度显得十分重要。如目前采用较多的碱吸收塔，需根据碱液消耗情况补充液碱或片碱，同时随着运行时间增长，循环吸收液会逐渐累积杂质、盐分及有机物，吸收液须定期排放并补充新鲜水源。若补碱、排液工作均依靠人工完成，则需耗费大量人力。故在设计碱吸收工艺时，需考虑配套设置自动添加碱液、自动排液等系统。自动加碱及自动排液可分别通过pH和电导率自动检测进行控制。自动化程度的提高，除降低人力维护成本外，也可帮助提高废气处理系统的稳定性。

3.5 防震降噪

实验室楼为科研、教学场所，对环境中的噪音敏感。废气处理系统中的风机、水泵等产生震动及噪音。目前多数高校实验室废气改造工程未充分考虑防震降噪措施，导致楼顶的噪音传波至楼下实验室，尤其顶层实验室噪音较为明显。由于噪音偏大会影响正常教学和科研活动，故废气治理改造工程应充分考虑防震降噪措施。针对风机的震动及噪音，应采用减震底座和风机隔音箱进行减震降噪，针对楼顶的整体噪音，可在楼顶四周加装隔声板进行降噪。

4 结 语

高校实验室废气污染治理工程的实施，对于大气污染防治具有重要意义，但应针对不同类型的实验室，合理选择治理技术，同时应重视废气污染防治工程带来的回风窜风、二次污染、震动噪音等次生问题，在解决废气污染问题的同时，做到不影响实验室正常科研、教学等工作。未来高校实验室废气污染防治工作，应朝着运行维护简单、二次污染小、噪音小、占地小、不影响正常科研和教学等方面发展。