化驗室酸氣凈化處理組合式裝置的應(yīng)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(yè)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(xué)藥品，藥品揮發(fā)或發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)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(fēng)櫥直排和補風(fēng)換氣層面，也有少數(shù)化驗室采取動力通風(fēng)凈化裝置，但非工作時間廢氣回流，室內(nèi)廢氣濃度仍較高?；炇覐U氣不僅造成大氣污染，影響周邊地區(qū)的生態(tài)環(huán)境，而且影響工作人員身心健康。2018年5月第八次全國生態(tài)環(huán)境保護大會在北京召開，開啟了新時代生態(tài)環(huán)境保護工作的新階段。會議提出，加大力度推進生態(tài)文明建設(shè)、解決生態(tài)環(huán)境問題，堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)，推動中國生態(tài)文明建設(shè)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(tǒng)已迫在眉睫。

1 化驗室產(chǎn)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(fā)、加熱分解，與樣品中金屬及其氧化物、硫化物發(fā)生反應(yīng)等，會產(chǎn)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(yán)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(jié)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(yán)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(yán)重時會導(dǎo)致植物的枯萎死亡。酸雨的影響：SO2可導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生，酸雨會降低土壤肥效，使農(nóng)作物減產(chǎn)，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(yán)重破壞歷史文物和古跡。

氮氧化物引起的環(huán)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(tǒng)，是導(dǎo)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(dǎo)致形成光化學(xué)煙霧，破壞臭氧層。

因此，為改善作業(yè)環(huán)境，減少職業(yè)病危害，有效促進清潔生產(chǎn)，確保產(chǎn)生的酸氣達標(biāo)排放，必須對其進行凈化處理。

2 化驗室酸氣處理原理及現(xiàn)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(nèi)噴鈣/爐后增濕活化脫硫技術(shù)。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(zhuǎn)噴霧干燥技術(shù)。其共同原理都是SO2與堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)，以達到凈化SO2的目的。

2.2 氮氧化物處理原理

根據(jù)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(zhì)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(zhì)，使排放氣體中有害物含量達到國家環(huán)保允許排放標(biāo)準(zhǔn)。

濕法是利用水或者水溶液來吸收廢氣中的氮氧化物，根據(jù)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(luò)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(xiàn)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(nèi)環(huán)境，但會對環(huán)境造成污染。另一種方法是通過動力通風(fēng)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(fēng)工作時間可有效改善室內(nèi)環(huán)境，凈化酸性氣體，但動力通風(fēng)關(guān)閉以后，管道內(nèi)酸氣回流，仍會導(dǎo)致作業(yè)區(qū)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(fā)生如下反應(yīng)：

因反應(yīng)處于開放系統(tǒng)，氧氣充足，還會發(fā)生如下反應(yīng)：

反應(yīng)產(chǎn)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(fā)產(chǎn)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(yīng)處于開放系統(tǒng)，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(jié)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(fēng)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(yīng)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(jù)室內(nèi)酸氣濃度在自然通風(fēng)和動力通風(fēng)兩種凈化模式之間切換，不僅節(jié)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(yīng)用實例

如圖1所示，本組合式裝置包括通風(fēng)櫥1，通風(fēng)櫥1前端開口，通風(fēng)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(fēng)口3的自然通風(fēng)煙囪4以及下端帶有動力排風(fēng)口18的動力排氣管6。所述自然排風(fēng)口3和動力排風(fēng)口18并列位于滑動門框2區(qū)域內(nèi)，并且風(fēng)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(fēng)口3的同時打開動力排風(fēng)口18，或者封閉動力排風(fēng)口18的同時打開自然排風(fēng)口3。實驗室內(nèi)溶解樣品時酸氣濃度較高，用滑動門5擋住自然排風(fēng)口3，采用動力通風(fēng)快速排出有害氣體至噴淋塔。溶解樣品工作結(jié)束后，關(guān)閉動力通風(fēng)，打開自然排風(fēng)口3，保持自然通風(fēng)排氣。自然通風(fēng)能夠保持室內(nèi)空氣流通，及時排出動力通風(fēng)排氣管路回流酸氣及作業(yè)區(qū)域少量殘留酸氣，進一步降低室內(nèi)酸氣濃度。

所述通風(fēng)櫥1安裝在操作平臺上，用磚砌結(jié)構(gòu)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(fēng)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(fēng)機17將從動力排風(fēng)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(huán)泵13。第一循環(huán)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(huán)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(yīng)后殘液在噴淋塔底部通過第二循環(huán)泵16返回儲藥池15循環(huán)使用。當(dāng)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(xiàn)自動化操作，為此，要設(shè)置控制器。控制器分別連接滑動門5的驅(qū)動電機、第一循環(huán)泵13的控制開關(guān)、第二循環(huán)泵16的控制開關(guān)以及離心風(fēng)機17的控制開關(guān)。并設(shè)置酸氣濃度傳感器，該傳感器也連接控制器。當(dāng)檢測到室內(nèi)酸氣濃度大于設(shè)定值時啟動動力排風(fēng)。

4 結(jié)語

經(jīng)權(quán)威機構(gòu)檢測，該組合式裝置凈化處理后的廢氣各項指標(biāo)達到排放標(biāo)準(zhǔn)。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(jié)約成本，能夠有效解決化驗室酸氣對環(huán)境及人身造成的危害。