某高校化工学院酸雾吸收塔供水技改实例分析

张科杰，冒丽娜 （.上海水石建筑规划设计股份有限公司，上海 0004；.南京大学，江苏 南京 0000）

0 引言

随着我国教育事业的蓬勃发展，高校兴建的化学、物理实验楼越来越多。理化类实验室在正常教学和研究活动中会使用大量化学药剂，化学药剂多数具有一定的挥发性，部分药剂具有强挥发性，部分挥发出来的气体不利于人体健康，因此必须将做实验产生的污染废气通过排风机引至楼顶排放。外排实验室废气含有酸雾和有机物，如果废气直排，一方面有可能危害周围人员健康，另一方面将面临环保处罚，因此有必要设置废气处理设备进行无害化处理。目前应用最为广泛的有机废气治理技术有冷凝法、吸收法、光催化、吸附法、燃烧法等，其中吸收法是化工废气治理方法中一种重要的、常用的方法，而酸雾吸收塔是吸收法中重要的设备。

1 技改原因

某高校一校区化学化工学院屋顶设置120 台酸雾吸收塔，用于处理实验室排放的废气。酸雾吸收塔按2 台或4 台进行分组，共分成35 个供水分区，由生活饮用水管网向酸雾吸收塔循环水箱供水。屋顶酸雾吸收塔平面图（局部）详见图1。

图1 屋顶酸雾吸收塔平面图（局部）

2019年，该高校3#供水泵房临时停泵，恰好化学化工学院某个酸雾吸收塔循环水箱的液位阀损坏，造成化学化工学院屋面酸雾吸收塔碱性吸收液虹吸回流至供水管网，发生实验室供水水质污染的事故。

2 酸雾吸收塔构造及工作原理

实验室排放的酸雾废气具有水溶性较好、气量大、浓度低的特点。吸收法工艺是目前应用最广的实验室酸雾废气处理方法，吸收法主要针对废气中溶解性组分，即酸雾。

酸雾吸收塔的构造原理图及实景图分别见图2、图3。

图2 酸雾吸收塔构造原理图

图3 酸雾吸收塔实景图

收集的实验室废气首先进入酸雾吸收塔入口，气流从入口自下而上进入，循环液自上而下喷洒，形成逆流接触。在气液界面上，污染物组分由气相转移至液相，与循环液中的碱液发生中和反应，实现废气的吸收处理。为保持较好的酸雾洗涤效果，需定期添加碱液至循环水箱中，维持循环水箱中循环液的pH＞9。

循环液循环一定时间后，由于污染物、盐分等杂质累积，气液界面上的传质推动力降低，宏观表现为循环液对污染物的吸收率降低，导致去除效率下降，无法满足工艺要求，必须进行更换，以保持循环液新鲜。

酸雾吸收塔补水依靠塔内设置的浮球使循环水箱内液位始终保持在一定范围，水质要求清洁、无杂，并且需要稳定持续供给，当液位超过一定值时，会从溢流口流出。定期排放的吸收液，需接入污水站处理。

3 事故原因

为避免今后发生类似事故，校方组织技术专家对事故原因进行了梳理分析，发现存在两个设计缺陷，并提出相应的整改方案。

①《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）第3.3.4 条规定，“卫生器具和用水设备等的生活水管配件出水口应符合下列规定：出水口不得被任何液体或杂质所淹没；出水口高出承接用水容器溢流边缘的最小空气间隙，不得小于出水口直径的2.5倍”。

原设计中，酸雾吸收塔循环水箱进水口与溢流口在同一水平高度，没有预留足够高度的空气间隙，导致溢流口出流时，循环水箱内碱性溶液与进水口互相接触。

②《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）第3.3.9 条规定，“生活饮用水管道系统上连接下列含有有害建筑物质等有毒有害场所或设备时，必须设置倒流防止设施：贮存池（罐）、装置、设备的连接管上；化工剂罐区、化工车间、三级及三级以上的生物安全实验室除按本条第1 款设置外，还应在其引入管上设置有空气间隙的水箱，设置位置应在防护区外[1]”。

酸雾吸收塔循环水箱贮存的碱性溶液，属于有毒有害物质。原设计中，循环水箱补水管上未按规范要求设置倒流防止器。

4 技改方案

4.1 方案一

原设计中，酸雾吸收塔循环水箱进水口与溢流口在同一水平高度，没有预留一定的空气间隙，导致溢流口出流时，循环水箱内碱性溶液与进水口互相接触。因此第一个技改措施拟将原进水口接管De25 抬高，使进水口高于溢流口150 mm（ΔH≥150mm，同时满足大于2.5 倍给水管路直径的要求），以确保循环水箱液位偏高或浮球阀损坏时，酸雾吸收塔循环液回流的概率降低。

为了确保循环水箱的有效容积不变，保持循环液原有更换周期，在酸雾吸收塔循环水箱顶部增设FRP 补水水箱，水箱材质与原水箱保持一致，总体尺寸为200 mm×100 mm×150 mm。原给水口永久封堵，不再使用。溢流口、排液口等其它工艺接管管口保持现有尺寸与位置不变。

新增的补水水箱在原给水口以上垂直高度150 mm 处设置新的给水口，尺寸De25。酸雾吸收塔进水口抬高方案详见图4。

图4 酸雾吸收塔进水口抬高方案（单位：mm）

酸雾吸收塔循环水箱贮存的碱性溶液，属于有毒有害物质，一旦进入供水管网，就会污染饮用水水质，造成饮用水安全事故。原设计中，循环水箱补水管上未按规范要求设置倒流防止器。为防止酸雾吸收塔循环水箱内的碱性溶液进入供水管网，第二个技改措施拟在循环水箱补水管上增加减压型倒流防止器，一旦发生虹吸回流现象，倒流防止器就可以及时阻断水流。

具体方案：屋面酸雾吸收塔共计120 台，每台均有De25 供水管，将该供水管截断，在手动截止阀后端位置增加DN20 减压型倒流防止器，合计增加减压型倒流防止器120个。

4.2 方案二

第一个技改措施同技改方案一。

第二个技改措施拟将35 个供水分区大幅度缩减合并，整合成3 个供水分区，各分区分别对应40 台酸雾吸收塔。每个供水分区设置一个有效容积为10 m3的转输调节水箱，同时配备2 台转输泵，一用一备，单台泵参数为Q=12.5 m3/h、H=20 m、N=3 kw。每个转输调节水箱设置钢结构基础，水箱底部高出屋面2 m，而酸雾吸收塔循环水箱顶部仅高出屋面0.8 m，其目的是通过设置转输调节水箱，将技改方案一中供水管道与酸雾吸收塔循环水箱之间的直接连接改为间接连接，即在供水管道和酸雾吸水塔循环水箱之间建立缓冲区域。另外，转输调节水箱底部远高于酸雾吸收塔循环水箱顶部，消除了循环水箱内的碱性液体虹吸回流至转输调节水箱的可能性。为了进一步保障供水管网的水质安全，在转输调节水箱进水管上设置减压型倒流防止器，同时确保进水管管口与溢流口之间的距离为150 mm，具体详见图5。

图5 设置转输水箱的改造方案

4.3 对比分析

①技改方案一、二的主要设备材料见表1。从表1 中可以看出，虽然技改方案二采用的减压型倒流防止器的个数远少于技改方案一，但是由于技改方案二增加了3 个有效容积10 m3转输调节水箱、6 台补水水泵，另外考虑到需设置钢结构基础，因此技改方案二的整体造价高于技改方案一的整体造价。

表1 各方案主要设备材料对比

②技改方案一增设了大量倒流防止器，倒流防止器如果长期不用或长期保持在同一状态，就容易导致止水功能失效，因此物业维护人员需定期对所有倒流防止器进行检查、检修及更换，加大物业维护人员的工作强度。方案二增设了转输调节水箱，切断了供水管网直接向酸雾吸收塔补水的途径，另外转输调节水箱底部高于酸雾吸收塔循环水箱顶部，这样就不会发生循环水箱碱性溶液发生虹吸回流至转输调节水箱的现象。

5 结论

①从造价方面比较，技改方案二虽然采用的减压型倒流防止器较少，但因增设转输调节水箱及补水水泵，并且考虑钢结构基础，整体造价高于技改方案一，因此技改方案一有优势。

②从技术方面比较，技改方案二增设转输调节水箱，给水管网先供至转输调节水箱，再由转输调节水箱加压供至酸雾吸收塔的循环水箱，这样就彻底切断了给水管网与循环水箱之间的联系，消除了酸雾吸收塔的循环水箱内碱性溶液虹吸回流至给水管网的隐患，建立了一道供水安全屏障，因此采用技改方案二的话，水质安全性更有保障。

③从日常维护管理的角度看，技改方案一设置了较多倒流防止器，因此物业维护人员需定期对所有倒流防止器进行检查、检修及更换。这就要求物业维护人员必须掌握倒流防止器的相关构造、原理，能够及时判断倒流防止器的状态，定期检查、维护，运营维护人力成本高。

综上所述，技改方案二尽管造价稍高些，但供水安全性及日常维护管理优于技改方案一，综合考虑，校方最终采用技改方案二，进行了相应改造，取得了预期的效果。