化驗室酸氣凈化處理組合式裝置的應用

邢寧寧 郭慧禮 曹文麗 付春紅 王旭卉 蔡金娥

(山東黃金礦業股份有限公司新城金礦，山東 萊州 261400)

0 引言

化驗室工作期間會用到大量化學藥品，藥品揮發或發生的化學反應會產生有害氣體。由于化驗室每次工作期間排放的廢氣量相對較小，且排放為間歇性，階段性的[1-2]，因此，對化驗室廢氣治理大部分還停留在通風櫥直排和補風換氣層面，也有少數化驗室采取動力通風凈化裝置，但非工作時間廢氣回流，室內廢氣濃度仍較高。化驗室廢氣不僅造成大氣污染，影響周邊地區的生態環境，而且影響工作人員身心健康。2018年5月第八次全國生態環境保護大會在北京召開，開啟了新時代生態環境保護工作的新階段。會議提出，加大力度推進生態文明建設、解決生態環境問題，堅決打好污染防治攻堅戰，推動中國生態文明建設邁上新臺階[3]。為此，解決化驗室廢氣污染問題，建立符合化驗室的廢氣凈化處理系統已迫在眉睫。

1 化驗室產生酸氣危害

在各大黃金礦山、研究院等化驗室中常用硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸及其混酸溶解樣品，在該過程中酸加熱揮發、加熱分解，與樣品中金屬及其氧化物、硫化物發生反應等，會產生氮氧化物、硫氧化物、硫化氫、氯化氫、氯氣等酸性氣體。若不采取凈化措施直接排放，會造成嚴重危害。

二氧化硫引起的危害主要有以下方面[4]：對人體的影響：對結膜和上呼吸道黏膜具有強烈刺激性，吸入后可致支氣管炎、肺炎，嚴重者可致肺水腫和呼吸麻痹。對動物的影響：通過呼吸或動物食用被間接污染的飼料而生病。對植物的影響：SO2腐蝕植物的葉面，抑制植物生長，嚴重時會導致植物的枯萎死亡。酸雨的影響：SO2可導致酸雨的產生，酸雨會降低土壤肥效，使農作物減產，使林木生長變慢，甚至干枯死亡，還會加速建筑材料的腐蝕，嚴重破壞歷史文物和古跡。

氮氧化物引起的環境問題和對人體健康的危害主要有以下方面[5]：氮氧化物若直接排放到大氣中，是形成酸雨、酸霧的主要污染物，對人體有致毒作用，其中二氧化氮危害最大，主要影響人體呼吸系統，是導致肺癌的重要因素之一。能抑制植物的生長。與碳氫化合物可形成臭氧，導致形成光化學煙霧，破壞臭氧層。

因此，為改善作業環境，減少職業病危害，有效促進清潔生產，確保產生的酸氣達標排放，必須對其進行凈化處理。

2 化驗室酸氣處理原理及現狀

2.1 硫氧化物處理原理

目前脫硫工藝主要分為：干法脫硫、濕法脫硫和半干法脫硫。其中干法脫硫典型工藝是爐內噴鈣/爐后增濕活化脫硫技術。濕法脫硫典型工藝是濕式石灰石/石膏洗滌工藝和海水脫硫工藝。半干法脫硫工藝典型工藝是旋轉噴霧干燥技術。其共同原理都是SO2與堿性物質發生中和反應，以達到凈化SO2的目的。

2.2 氮氧化物處理原理

根據治理工藝不同，目前針對氮氧化物的處理方法主要分為兩類：干法和濕法[6-7]。

干法包括：催化還原法、吸附法、等離子體法。其中吸附法主要靠具有較強吸附性能的吸附介質在與廢氣接觸過程中，利用其強大的吸附性能吸附廢氣中的有害物質，使排放氣體中有害物含量達到國家環保允許排放標準。

濕法是利用水或者水溶液來吸收廢氣中的氮氧化物，根據吸收劑的不同分為：水吸收法、酸吸收法、堿吸收法、氧化吸收法、絡合吸收法、氧化吸收法、液相還原吸收法等。

2.3 化驗室酸氣處理現狀

目前化驗室酸氣處理方法主要有兩種，一種方法是通過砌高空煙囪直接排放，可在一定程度上改善室內環境，但會對環境造成污染。另一種方法是通過動力通風將酸氣收集，在堿性條件下將NO氧化為NO2，然后將NO2還原為N2除去。該方法在動力通風工作時間可有效改善室內環境，凈化酸性氣體，但動力通風關閉以后，管道內酸氣回流，仍會導致作業區域酸氣濃度過高的弊端。

以活性炭吸附—碘量法測定金含量為例，溶解樣品過程中，會發生如下反應：

因反應處于開放系統，氧氣充足，還會發生如下反應：

反應產生氣體中，主要為一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物，少量鹽酸揮發產生的氯化氫及礦石中存在的硫被氧化生成硫的氧化物等酸性氣體。由于反應處于開放系統，氧氣充足，生成的NO極易被氧化成NO2，氮氧化物中NO2所占比重較大。結合硫氧化物、氮氧化物處理方法，廢氣組成及排氣量，考慮操作管理便利和成本等因素，本文動力通風將酸氣收集后，選用堿液吸收法進行凈化后排放。常用的吸收劑是NaOH和Na2CO3，其反應方程式如下：

論文提供一種用于化驗室酸氣凈化處理的組合式裝置，根據室內酸氣濃度在自然通風和動力通風兩種凈化模式之間切換，不僅節省電能而且具有更好的凈化處理效果，用以克服目前酸氣處理方法的缺陷。

3 化驗室酸氣凈化處理組合式裝置應用實例

如圖1所示，本組合式裝置包括通風櫥1，通風櫥1前端開口，通風櫥1頂壁上安裝有滑動門框2，滑動門框2中安裝有能夠左右滑動的滑動門5。還包括下端帶有自然排風口3的自然通風煙囪4以及下端帶有動力排風口18的動力排氣管6。所述自然排風口3和動力排風口18并列位于滑動門框2區域內，并且風口面積均小于滑動門5。通過左右移動滑動門5，封閉自然排風口3的同時打開動力排風口18，或者封閉動力排風口18的同時打開自然排風口3。實驗室內溶解樣品時酸氣濃度較高，用滑動門5擋住自然排風口3，采用動力通風快速排出有害氣體至噴淋塔。溶解樣品工作結束后，關閉動力通風，打開自然排風口3，保持自然通風排氣。自然通風能夠保持室內空氣流通，及時排出動力通風排氣管路回流酸氣及作業區域少量殘留酸氣，進一步降低室內酸氣濃度。

所述通風櫥1安裝在操作平臺上，用磚砌結構做框架，塑鋼鑲嵌玻璃制成罩體。

本組合式裝置還包括上端帶有噴淋塔排氣筒8的噴淋塔7，噴淋塔7中自上至下依次安裝有除霧器9、噴淋裝置10和填料層11。所述動力排氣管6通過離心風機17連接噴淋塔7，該連接處作為進氣口，該進氣口位于填料層11下方。離心風機17將從動力排風口18進入的酸氣抽排至噴淋塔7中。所述的噴淋裝置10(噴液嘴)通過供水管12連接有儲藥池15，供水管12上安裝有第一循環泵13。第一循環泵13將儲藥池15中的藥液泵送給噴淋裝置10。儲藥池15還通過帶有第二循環泵16的管路連接噴淋塔7，該連接處作為回液口，該回液口位于填料層11下方。

儲藥池15連接有pH計14，用于檢測儲藥池15中藥液的酸堿度。反應后殘液在噴淋塔底部通過第二循環泵16返回儲藥池15循環使用。當pH值接近中性時，可將全部殘液排入廢水管道，更換儲藥池15堿液后再用。

圖1 化驗室酸氣凈化處理組合式裝置

本組合式裝置也可以通過電控實現自動化操作，為此，要設置控制器。控制器分別連接滑動門5的驅動電機、第一循環泵13的控制開關、第二循環泵16的控制開關以及離心風機17的控制開關。并設置酸氣濃度傳感器，該傳感器也連接控制器。當檢測到室內酸氣濃度大于設定值時啟動動力排風。

4 結語

經權威機構檢測，該組合式裝置凈化處理后的廢氣各項指標達到排放標準。且該裝置凈化效率高，處理效果好，操作管理簡單，并且能有效降低電耗，減少藥劑使用量，節約成本，能夠有效解決化驗室酸氣對環境及人身造成的危害。