化验室酸气净化处理组合式装置的应用

邢宁宁 郭慧礼 曹文丽 付春红 王旭卉 蔡金娥

(山东黄金矿业股份有限公司新城金矿，山东 莱州 261400)

0 引言

化验室工作期间会用到大量化学药品，药品挥发或发生的化学反应会产生有害气体。由于化验室每次工作期间排放的废气量相对较小，且排放为间歇性，阶段性的[1-2]，因此，对化验室废气治理大部分还停留在通风橱直排和补风换气层面，也有少数化验室采取动力通风净化装置，但非工作时间废气回流，室内废气浓度仍较高。化验室废气不仅造成大气污染，影响周边地区的生态环境，而且影响工作人员身心健康。2018年5月第八次全国生态环境保护大会在北京召开，开启了新时代生态环境保护工作的新阶段。会议提出，加大力度推进生态文明建设、解决生态环境问题，坚决打好污染防治攻坚战，推动中国生态文明建设迈上新台阶[3]。为此，解决化验室废气污染问题，建立符合化验室的废气净化处理系统已迫在眉睫。

1 化验室产生酸气危害

在各大黄金矿山、研究院等化验室中常用硝酸、盐酸、硫酸、高氯酸及其混酸溶解样品，在该过程中酸加热挥发、加热分解，与样品中金属及其氧化物、硫化物发生反应等，会产生氮氧化物、硫氧化物、硫化氢、氯化氢、氯气等酸性气体。若不采取净化措施直接排放，会造成严重危害。

二氧化硫引起的危害主要有以下方面[4]：对人体的影响：对结膜和上呼吸道黏膜具有强烈刺激性，吸入后可致支气管炎、肺炎，严重者可致肺水肿和呼吸麻痹。对动物的影响：通过呼吸或动物食用被间接污染的饲料而生病。对植物的影响：SO2腐蚀植物的叶面，抑制植物生长，严重时会导致植物的枯萎死亡。酸雨的影响：SO2可导致酸雨的产生，酸雨会降低土壤肥效，使农作物减产，使林木生长变慢，甚至干枯死亡，还会加速建筑材料的腐蚀，严重破坏历史文物和古迹。

氮氧化物引起的环境问题和对人体健康的危害主要有以下方面[5]：氮氧化物若直接排放到大气中，是形成酸雨、酸雾的主要污染物，对人体有致毒作用，其中二氧化氮危害最大，主要影响人体呼吸系统，是导致肺癌的重要因素之一。能抑制植物的生长。与碳氢化合物可形成臭氧，导致形成光化学烟雾，破坏臭氧层。

因此，为改善作业环境，减少职业病危害，有效促进清洁生产，确保产生的酸气达标排放，必须对其进行净化处理。

2 化验室酸气处理原理及现状

2.1 硫氧化物处理原理

目前脱硫工艺主要分为：干法脱硫、湿法脱硫和半干法脱硫。其中干法脱硫典型工艺是炉内喷钙/炉后增湿活化脱硫技术。湿法脱硫典型工艺是湿式石灰石/石膏洗涤工艺和海水脱硫工艺。半干法脱硫工艺典型工艺是旋转喷雾干燥技术。其共同原理都是SO2与碱性物质发生中和反应，以达到净化SO2的目的。

2.2 氮氧化物处理原理

根据治理工艺不同，目前针对氮氧化物的处理方法主要分为两类：干法和湿法[6-7]。

干法包括：催化还原法、吸附法、等离子体法。其中吸附法主要靠具有较强吸附性能的吸附介质在与废气接触过程中，利用其强大的吸附性能吸附废气中的有害物质，使排放气体中有害物含量达到国家环保允许排放标准。

湿法是利用水或者水溶液来吸收废气中的氮氧化物，根据吸收剂的不同分为：水吸收法、酸吸收法、碱吸收法、氧化吸收法、络合吸收法、氧化吸收法、液相还原吸收法等。

2.3 化验室酸气处理现状

目前化验室酸气处理方法主要有两种，一种方法是通过砌高空烟囱直接排放，可在一定程度上改善室内环境，但会对环境造成污染。另一种方法是通过动力通风将酸气收集，在碱性条件下将NO氧化为NO2，然后将NO2还原为N2除去。该方法在动力通风工作时间可有效改善室内环境，净化酸性气体，但动力通风关闭以后，管道内酸气回流，仍会导致作业区域酸气浓度过高的弊端。

以活性炭吸附—碘量法测定金含量为例，溶解样品过程中，会发生如下反应：

因反应处于开放系统，氧气充足，还会发生如下反应：

反应产生气体中，主要为一氧化氮、二氧化氮等氮氧化物，少量盐酸挥发产生的氯化氢及矿石中存在的硫被氧化生成硫的氧化物等酸性气体。由于反应处于开放系统，氧气充足，生成的NO极易被氧化成NO2，氮氧化物中NO2所占比重较大。结合硫氧化物、氮氧化物处理方法，废气组成及排气量，考虑操作管理便利和成本等因素，本文动力通风将酸气收集后，选用碱液吸收法进行净化后排放。常用的吸收剂是NaOH和Na2CO3，其反应方程式如下：

论文提供一种用于化验室酸气净化处理的组合式装置，根据室内酸气浓度在自然通风和动力通风两种净化模式之间切换，不仅节省电能而且具有更好的净化处理效果，用以克服目前酸气处理方法的缺陷。

3 化验室酸气净化处理组合式装置应用实例

如图1所示，本组合式装置包括通风橱1，通风橱1前端开口，通风橱1顶壁上安装有滑动门框2，滑动门框2中安装有能够左右滑动的滑动门5。还包括下端带有自然排风口3的自然通风烟囱4以及下端带有动力排风口18的动力排气管6。所述自然排风口3和动力排风口18并列位于滑动门框2区域内，并且风口面积均小于滑动门5。通过左右移动滑动门5，封闭自然排风口3的同时打开动力排风口18，或者封闭动力排风口18的同时打开自然排风口3。实验室内溶解样品时酸气浓度较高，用滑动门5挡住自然排风口3，采用动力通风快速排出有害气体至喷淋塔。溶解样品工作结束后，关闭动力通风，打开自然排风口3，保持自然通风排气。自然通风能够保持室内空气流通，及时排出动力通风排气管路回流酸气及作业区域少量残留酸气，进一步降低室内酸气浓度。

所述通风橱1安装在操作平台上，用砖砌结构做框架，塑钢镶嵌玻璃制成罩体。

本组合式装置还包括上端带有喷淋塔排气筒8的喷淋塔7，喷淋塔7中自上至下依次安装有除雾器9、喷淋装置10和填料层11。所述动力排气管6通过离心风机17连接喷淋塔7，该连接处作为进气口，该进气口位于填料层11下方。离心风机17将从动力排风口18进入的酸气抽排至喷淋塔7中。所述的喷淋装置10(喷液嘴)通过供水管12连接有储药池15，供水管12上安装有第一循环泵13。第一循环泵13将储药池15中的药液泵送给喷淋装置10。储药池15还通过带有第二循环泵16的管路连接喷淋塔7，该连接处作为回液口，该回液口位于填料层11下方。

储药池15连接有pH计14，用于检测储药池15中药液的酸碱度。反应后残液在喷淋塔底部通过第二循环泵16返回储药池15循环使用。当pH值接近中性时，可将全部残液排入废水管道，更换储药池15碱液后再用。

图1 化验室酸气净化处理组合式装置

本组合式装置也可以通过电控实现自动化操作，为此，要设置控制器。控制器分别连接滑动门5的驱动电机、第一循环泵13的控制开关、第二循环泵16的控制开关以及离心风机17的控制开关。并设置酸气浓度传感器，该传感器也连接控制器。当检测到室内酸气浓度大于设定值时启动动力排风。

4 结语

经权威机构检测，该组合式装置净化处理后的废气各项指标达到排放标准。且该装置净化效率高，处理效果好，操作管理简单，并且能有效降低电耗，减少药剂使用量，节约成本，能够有效解决化验室酸气对环境及人身造成的危害。