CN115672003A - 一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置及方法 - Google Patents

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孙加明
顾彩霞
张习龙
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Abstract

本发明公开了一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，包括与实验室通风柜管道废气排放口连接的废气收集单元，进口端与废气收集单元连接的废气净化塔，设置在废气净化塔上的排放单元；废气净化塔包括塔体，设置在塔体内的预处理单元、废气中和单元、催化燃烧单元；本发明通过多级净化处理提高了实验室废气的处理效率，预处理单元对有毒有害气体、其他废气区分处理能有效减轻装置负荷，废气中和单元与催化燃烧单元的结构能增加废气在各腔体停留时间，增大废气处理效果，排气单元能保证废气达标率，本发明具备易操作、低成本的优势，有效避免了废气排放不达标的情况，适合大量推广。

Description

一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置及方法
技术领域
本发明涉及实验室废气处理装置技术领域，具体涉及一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置及方法。
背景技术
随着教育、科技行业的迅速发展，实验室的规模有了明显的扩大，同时使用次数也逐步增多，而实验室产生的污染物对环境也造成了一定的影响，相关领域人员渐渐开始关注这一现象，为在保障教学、科研等活动顺利进行的同时保护到人员健康以及自然环境与实验室环境不受污染，有必要提出一些有关于实验室废气的处理方法，而由于所有有气体产生的实验都须在通风柜中进行，对产生大量有害气体的实验必须采取必要的吸收处理或防护措施。
而实验室室内空气污染物的种类较多，成分也较为复杂，排放也具有间歇性，主要的空气污染物包括有机气体和无机气体两大类，有机气体包括、甲烷、乙醚、乙硫醇、苯、醛类等。无机气体包括一氧化氮、二氧化氮、卤化氢、硫化氢、二氧化硫等。这些气体直接排放到大气中，容易加剧酸雨的形成，构成严重的社会公害，人类如果吸入较多会造成直接的伤害。
目前在国内针对实验室废气处理主要利用通风柜、通风橱等，通风柜的功能中最主要的是排气功能，在化学实验室中，实验操作时产生各种有害气体、臭气、湿气以及易燃、易爆、腐蚀性物质，为了保护使用者的安全，防止实验中的污染物质向实验室扩散，在污染源附近要使用通风柜；而实验室有机废气处理的方法主要有物理法、化学法、生物法，具体包括活性炭吸附、直接燃烧、催化燃烧、化学氧化、生物滤池等处理手段，但是传统的活性炭吸附法在废气穿过吸附膜过滤达到吸附作用时容易造成吸附膜堵塞的问题，不但增加了气体通过的阻力，严重影响到了过滤效果，同时也增加了能耗。
基于此，本发明提出了一种具备多级处理方式且具备成本低、能耗低、效率高的实验室通风柜管道用混合废气处理装置。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的混合废气处理成本高且处理效果有限的问题，提出了一种实验室通风柜管道用混合废气处理方法及装置。
本发明的技术方案为：一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，包括与实验室通风柜管道废气排放口连接用于收集混合废气的废气收集单元，进口端与所述废气收集单元连接的废气净化塔，以及设置在所述废气净化塔上且与废气净化塔出口端连接的排放单元；
废气净化塔包括内部设置有2组挡板且通过2组所述挡板将内部从下至上依次分割成预处理腔、中和腔、加热腔的塔体，设置在所述预处理腔内的预处理单元，设置在所述中和腔内的废气中和单元，以及设置在所述加热腔内的催化燃烧单元；
所述预处理单元包括设置在所述预处理腔内部的安装板，以及分别设置在所述安装板上的过滤单元、吸附单元；所述吸附单元包括分别与所述过滤单元连接的第一吸附组件、第二吸附组件；
所述过滤单元包括有毒有害气体成分检测组件，设置在所述安装板上的过滤管，以及填充在所述过滤管内部的过滤层；所述第一吸附组件包括第一吸附槽，以及设置在所述第一吸附槽内部的第一吸附层；所述第二吸附组件包括第二吸附槽，以及设置在所述第二吸附槽内部的第二吸附层；
所述过滤管进口端与所述废气收集单元连接，所述过滤管出口端与所述中和腔连接；所述第一吸附槽进口端能够分别与所述过滤管出口端、废气收集单元连接；所述第一吸附槽出口端与所述中和腔连接；所述第二吸附槽进口端能够分别所述过滤管出口端、第一吸附槽出口端、废气收集单元连接；所述第二吸附槽出口端与所述中和腔连接；
所述废气中和单元包括分别设置在所述中和腔内部的pH检测组件与中和组件；
所述中和组件包括设置在所述中和腔内部的淋喷组件，以及用于对所述喷淋组件提供酸性溶液或碱性溶液的液体供给箱；所述液体供给箱与所述淋喷组件连接处设置有计量装置；
所述预处理腔、中和腔之间连通，且连通处设置有电磁阀；
所述催化燃烧单元包括设置在所述加热腔连接的燃烧腔，以及用于辅助废气燃烧的燃烧组件；
所述燃烧组件包括供燃模块和点燃模块，供燃模块包括为所述燃烧腔提供燃气的燃气模块和为所述燃烧腔提供氧气的氧气模块，点燃模块采用点火装置。
进一步地，所述废气中和单元还包括辅助中和组件；所述辅助中和组件包括设置在所述中和腔内部且一端能够与所述进气管连通的安装仓，若干依次设置在所述安装仓上的辅助附着腔；
说明：通过设置辅助中和组件能够有效提高氧化分解效率，并且能够有效节约中和液，降低成本。
进一步地，所述辅助附着腔包括附着腔本体，以及设置在所述附着腔本体顶部的导流槽，以及设置在所述导流槽上的附着凸块；
说明：通过设置导流槽能够延长废气流经附着腔本体的时间，通过设置附着凸块能够对雾化中和液进行收集，使其与附着腔本体上的中和液充分反应，既降低了中和液的成本，同时也能够提高废气处理效率。
进一步地，所述淋喷组件包括设置在所述中和腔内部的加压泵，设置在所述加压泵上的导液管，以及与所述导液管另一端连接的淋喷管；
说明：通过加压泵可以加快淋喷组件的喷射速率，进一步提高装置废气处理效率。
进一步地，所述燃烧腔包括腔体本体，以及错位设置在所述腔体本体内部的导向板；
说明：通过错位设置的导向板能够有效延长废气在燃烧腔内的流经途径，进而提高废气的净化效率。
进一步地，所述过滤层采用纳米纤维薄膜与聚三氟氯乙烯微孔膜双涂层过滤结构；所述第一吸附层采用MOF吸附材料；所述第二吸附层采用活性炭纤维与聚酯纤维按照1：1质量配比制备的吸附材料；
说明：采用复合结构在具备除尘功能的前提下还具备分解废气的双效过滤性能，MOF吸附材料具备较强的吸附能力能够对废气进行初步吸附，活性炭纤维与聚酯纤维能够对有机废气异味进行去除的同时还可以过滤大于5μm的尘埃粒子，能够进一步提高废气处理效率。
进一步地，所述废气收集单元包括设置在第一风管与所述实验室通风柜管道废气排放口连接处的集气罩，以及设置在所述第一风管内的防腐风机；
说明：通过集气罩对实验室废气有效聚集，能够进一步提高废气处理效率。
进一步地，所述排放单元包括内部设置有废气浓度检测仪的排放腔，以及用于所述排放腔分别与所述预处理腔、中和腔、加热腔连接的回流管路组件；
说明：通过废气浓度检测仪可以对处理过后即将排放的废气浓度进行检测，能够有效避免废气不达标排放的情况。
进一步地，一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置的处理方法，包括以下步骤：
S1、废气收集
将实验室通风柜管道废气通过排放口抽入至废气净化塔中；
S2、废气预处理
废气进入预处理腔后通过有毒有害气体成分检测组件对废气中有毒有害气体成分进行检测，选择性的进行过滤处理或者过滤加单吸附处理或者过滤加双吸附处理；
其中，当各检测探头均未检测到有毒有害气体时，经过过滤处理；过滤处理具体为经过滤单元进行过滤处理；
当有毒有害气体总浓度达到小于等于5ppm时，经过过滤加单吸附处理；过滤加单吸附处理具体为经过滤单元进行过滤处理后经过第一吸附组件初步吸附处理后进入中和腔；
当有毒有害气体总浓度达到大于5ppm时，经过过滤加双吸附处理；过滤加双吸附处理具体为经过滤单元进行过滤处理后经过第一吸附组件初步吸附处理然后继续通过第二吸附组件二次吸附处理后进入中和腔；
S3、中和净化
完成预处理后的废气进入中和腔后，关闭电磁阀，启动水泵向中和腔内注入蒸馏水，然后通过pH检测探头对废气pH进行检测；液体供给箱通过淋喷组件向中和腔内部喷射酸性溶液或碱性溶液实现对废气的净化；
S4、催化燃烧
完成中和净化后的废气进入加热腔后利用燃烧组件将废气在燃烧腔进行燃烧实现对废气中的挥发性有机物的氧化分解；
S5、达标排放
完成催化燃烧后的废气通过排放单元进行排放。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过多级净化处理模块进一步提高了实验室废气的处理效率，预处理单元对有毒有害气体、其他废气区分处理能有效减轻装置负荷，废气中和单元与催化燃烧单元的结构能增加废气在各腔体停留时间，从而提高净化效率，设置在排气单元的浓度检测仪能够保证废气达标率，从而提高废气处理率，本发明各个步骤反应时间均可控，同时具备易操作、高效率且能够有效避免废气排放不达标的优势，适合大量推广。
附图说明
图1是本发明的外部结构示意图；
图2是本发明实施例1的内部结构示意图；
图3是本发明实施例1预处理单元的结构示意图；
图4是本发明实施例1预处理单元的俯视图；
图5是本发明实施例1预处理单元的剖视图；
图6是本发明实施例1辅助中和组件的结构示意图；
图7是本发明实施例1附着腔本体的局部示意图；
图8是本发明实施例2燃烧腔的结构示意图。
其中，1-废气收集单元、11-集气罩、2-废气净化塔、20-挡板、201-预处理腔、202-中和腔、203-加热腔、21-塔体、22-预处理单元、221-安装板、222-过滤单元、2221-过滤管、223-第一吸附组件、2231-第一吸附槽、224-第二吸附组件、2241-第二吸附槽、23-废气中和单元、231-淋喷组件、2311-加压泵，2312-导液管、2313-淋喷管、232-辅助中和组件、2321-安装仓、2322-辅助附着腔、2323-附着腔本体、2324-导流槽、2325-附着凸块、24-催化燃烧单元、241-燃烧腔、2411-腔体本体、2412-导向板、242-燃烧组件、3-排放单元、31-排放腔。
具体实施方式
实施例1
如图1、2所示的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，包括与实验室通风柜管道废气排放口连接用于收集混合废气的废气收集单元1，进口端与废气收集单元1连接的废气净化塔2，以及设置在废气净化塔2上且与废气净化塔2出口端连接的排放单元3；
废气净化塔2包括内部设置有2组挡板20且通过2组挡板20将内部从下至上依次分割成预处理腔201、中和腔202、加热腔203的塔体21，设置在预处理腔201内的预处理单元22，设置在中和腔202内的废气中和单元23，以及设置在加热腔203内的催化燃烧单元24；
如图3所示，预处理单元22包括设置在预处理腔201内部的安装板221，以及分别设置在安装板221上的过滤单元222、吸附单元；吸附单元包括分别与过滤单元222连接的第一吸附组件223、第二吸附组件224；
如图4所示，过滤单元222包括有毒有害气体成分检测组件，设置在安装板221上的过滤管2221，以及填充在过滤管2221内部的过滤层；第一吸附组件223包括第一吸附槽2231，以及设置在第一吸附槽2231内部的第一吸附层；第二吸附组件224包括第二吸附槽2241，以及设置在第二吸附槽2241内部的第二吸附层；过滤层采用纳米纤维薄膜与聚三氟氯乙烯微孔膜双涂层过滤结构；第一吸附层采用MOF吸附材料；第二吸附层采用活性炭纤维与聚酯纤维按照1：1质量配比制备的吸附材料。
如图5所示，过滤管2221进口端与废气收集单元1连接，过滤管2221出口端与中和腔202连接；第一吸附槽2231进口端能够通过三通阀分别与过滤管2221出口端、废气收集单元1连接；第一吸附槽2231出口端与中和腔202连接；第二吸附槽2241进口端能够通过四通阀分别与过滤管2221出口端、第一吸附槽2231出口端、废气收集单元1连接；第二吸附槽2241出口端与中和腔202连接；
如图2所示，废气中和单元23包括分别设置在中和腔202内部的pH检测组件与中和组件以及辅助中和组件232；
中和组件包括设置在中和腔202内部的淋喷组件231，以及用于对淋喷组件231提供酸性溶液或碱性溶液的液体供给箱；液体供给箱与淋喷组件231连接处设置有计量装置；淋喷组件231包括设置在中和腔202内部的加压泵2311，设置在加压泵2311上的导液管2312，以及与导液管2312另一端连接的淋喷管2313；其中，加压泵采用市售；
如图6、图7所示，辅助中和组件232包括设置在中和腔202内部且一端能够与进气管241连通的安装仓2321，若干依次设置在安装仓2321上的辅助附着腔2322；辅助附着腔2322包括附着腔本体2323，设置在附着腔本体2323顶部的导流槽2324，以及设置在导流槽2324上的附着凸块2325；
预处理腔201、中和腔202之间连通，且连通处设置有电磁阀；
如图2所示，催化燃烧单元24包括与加热腔203连接的燃烧腔241，以及用于辅助废气燃烧的燃烧组件242；
燃烧组件242包括供燃模块和点燃模块，供燃模块包括为燃烧腔提供燃气的燃气模块和为燃烧腔提供氧气的氧气模块，点燃模块采用点火装置；
排放单元3包括内部设置有废气浓度检测仪的排放腔31，以及用于排放腔31分别与所述预处理腔201、中和腔202、加热腔203连接的回流管路组件；
利用本实施例混合废气处理装置的处理方法，包括以下步骤：
S1、废气收集
将实验室通风柜管道废气通过集气罩11抽入至废气净化塔2中；
S2、废气预处理
废气进入预处理腔201后通过有毒有害气体成分检测组件对废气中有毒有害气体成分进行检测，选择性的进行过滤处理或者过滤加单吸附处理或者过滤加双吸附处理；其中，有毒有害气体成分检测组件包括分别对CO进行检测的CO检测探头、对SO2进行检测的SO2检测探头、对H2S进行检测的H2S检测探头、对NO2进行检测的NO2检测探头、对Cl2进行检测的Cl2检测探头、对NH3进行检测的NH3检测探头；
其中，当各检测探头均未检测到有毒有害气体时，经过过滤处理；过滤处理具体为经过滤单元222进行过滤处理；
当有毒有害气体总浓度达到小于等于5ppm时，经过过滤加单吸附处理；过滤加单吸附处理具体为经过滤单元222进行过滤处理后经过第一吸附组件223初步吸附处理后进入中和腔202；
当有毒有害气体总浓度达到大于5ppm时，经过过滤加双吸附处理；过滤加双吸附处理具体为经过滤单元222进行过滤处理后经过第一吸附组件223初步吸附处理然后继续通过第二吸附组件224二次吸附处理后进入中和腔202；
S3、中和净化
通过pH检测组件对废气的酸碱性进行判定，开启对应计量装置，向中和腔内部通入对应酸性或碱性液体，液体经过加压泵2311流经导液管2312最终以雾状形式从淋喷管2313喷出，喷雾均匀吸附在附着凸块2325上，气体进入附着腔本体2323后沿气流槽2324由外至内流入安装仓2321内部，充分反应然后进入加热腔203，该步骤实现对废气中有害物质的净化；
S4、催化燃烧
待废气中和单元23中和结束后，通过同时向供燃模块提供燃气、向氧气模块提供氧气实现燃烧，废气在此过程中沿导向板2412在燃烧腔241内部运动并实现充分氧化燃烧，然后通入排放单元3，催化燃烧单元24实现对废气中的挥发性有机物的氧化分解；
S5、达标排放
通过设置在排放单元3内部的废气浓度检测仪对处理后的废气浓度进行检测，检测合格后通过排放腔31进行排放，检测不合格则沿回流管路组件通入预处理腔201或中和腔202或加热腔203进行再次处理，直至检测达标。
实施例2
与实施例1不同的是，如图8所示，燃烧腔241包括腔体本体2411，以及错位设置在腔体本体2411内部的导向板2412；
通过错位设置的导向板2412能够延长废气在燃烧腔241内的流通时间，使其充分燃烧，进而提高废气处理效率。

Claims (9)

1.一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，包括与实验室通风柜管道废气排放口连接用于收集混合废气的废气收集单元(1)，进口端与所述废气收集单元(1)连接的废气净化塔(2)，以及设置在所述废气净化塔(2)上且与废气净化塔(2)出口端连接的排放单元(3)；
所述废气净化塔(2)包括内部设置有2组挡板(20)且通过2组所述挡板(20)将内部从下至上依次分割成预处理腔(201)、中和腔(202)、加热腔(203)的塔体(21)，设置在所述预处理腔(201)内的预处理单元(22)，设置在所述中和腔(202)内的废气中和单元(23)，以及设置在所述加热腔(203)内的催化燃烧单元(24)；
所述预处理单元(22)包括设置在所述预处理腔(201)内部的安装板(221)，以及分别设置在所述安装板(221)上的过滤单元(222)、吸附单元；所述吸附单元包括分别与所述过滤单元(222)连接的第一吸附组件(223)、第二吸附组件(224)；
所述过滤单元(222)包括有毒有害气体成分检测组件，设置在所述安装板(221)上的过滤管(2221)，以及填充在所述过滤管(2221)内部的过滤层；所述第一吸附组件(223)包括第一吸附槽(2231)，以及设置在所述第一吸附槽(2231)内部的第一吸附层；所述第二吸附组件(224)包括第二吸附槽(2241)，以及设置在所述第二吸附槽(2241)内部的第二吸附层；
所述过滤管(2221)进口端与所述废气收集单元(1)连接，所述过滤管(2221)出口端与所述中和腔(202)连接；所述第一吸附槽(2231)进口端能够分别与所述过滤管(2221)出口端、废气收集单元(1)连接；所述第一吸附槽(2231)出口端与所述中和腔(202)连接；所述第二吸附槽(2241)进口端能够分别所述过滤管(2221)出口端、第一吸附槽(2231)出口端、废气收集单元(1)连接；所述第二吸附槽(2241)出口端与所述中和腔(202)连接；
所述废气中和单元(23)包括分别设置在所述中和腔(202)内部的pH检测组件与中和组件；
所述中和组件包括设置在所述中和腔(202)内部的淋喷组件(231)，以及用于对所述喷淋组件(231)提供酸性溶液或碱性溶液的液体供给箱；所述液体供给箱与所述淋喷组件(231)连接处设置有计量装置；
所述预处理腔(201)、中和腔(202)之间连通，且连通处设置有电磁阀；
所述催化燃烧单元(24)包括与所述加热腔(203)连接的燃烧腔(241)，以及用于辅助废气燃烧的燃烧组件(242)；
所述燃烧组件(242)包括供燃模块和点燃模块，供燃模块包括为所述燃烧腔提供燃气的燃气模块和为所述燃烧腔提供氧气的氧气模块，点燃模块采用点火装置。
2.根据权利要求1所述的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，所述废气中和单元(23)还包括辅助中和组件(232)；所述辅助中和组件(232)包括设置在所述中和腔(202)内部且一端能够与所述进气管(241)连通的安装仓(2321)，若干依次设置在所述安装仓(2321)上的辅助附着腔(2322)。
3.根据权利要求2所述的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，所述辅助附着腔(2322)包括附着腔本体(2323)，以及设置在所述附着腔本体(2323)顶部的导流槽(2324)，以及设置在所述导流槽(2324)上的附着凸块(2325)。
4.根据权利要求1所述的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，所述淋喷组件(231)包括设置在所述中和腔(202)内部的加压泵(2311)，设置在所述加压泵(2311)上的导液管(2312)，以及与所述导液管(2312)另一端连接的淋喷管(2313)。
5.根据权利要求1所述的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，所述燃烧腔(241)包括腔体本体(2411)，以及错位设置在所述腔体本体(2411)内部的导向板(2412)。
6.根据权利要求1所述的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，所述过滤层采用纳米纤维薄膜与聚三氟氯乙烯微孔膜双涂层过滤结构；所述第一吸附层采用MOF吸附材料；所述第二吸附层采用活性炭纤维与聚酯纤维按照1：1质量配比制备的吸附材料。
7.根据权利要求1所述的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，所述废气收集单元(1)包括与所述实验室通风柜管道废气排放口连接的集气罩(11)，以及设置在所述集气罩(11)内的防腐风机。
8.根据权利要求1所述的一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置，其特征在于，所述排放单元(3)包括内部设置有废气浓度检测仪的排放腔(31)，以及用于所述排放腔(31)分别与所述预处理腔(201)、中和腔(202)、加热腔(203)连接的回流管路组件。
9.根据权利要求1～8任意一项所述一种实验室通风柜管道用混合废气处理装置的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、废气收集
将实验室通风柜管道废气通过排放口抽入至废气净化塔(2)中；
S2、废气预处理
废气进入预处理腔(201)后通过有毒有害气体成分检测组件对废气中有毒有害气体成分进行检测，选择性的进行过滤处理或者过滤加单吸附处理或者过滤加双吸附处理；
其中，当各检测探头均未检测到有毒有害气体时，经过过滤处理；过滤处理具体为经过滤单元(222)进行过滤处理；
当有毒有害气体总浓度达到小于等于5ppm时，经过过滤加单吸附处理；过滤加单吸附处理具体为经过滤单元(222)进行过滤处理后经过第一吸附组件(223)初步吸附处理后进入中和腔(202)；
当有毒有害气体总浓度达到大于5ppm时，经过过滤加双吸附处理；过滤加双吸附处理具体为经过滤单元(222)进行过滤处理后经过第一吸附组件(223) 初步吸附处理然后继续通过第二吸附组件(224)二次吸附处理后进入中和腔(202)；
S3、中和净化
完成预处理后的废气进入中和腔(202)后，关闭电磁阀，启动水泵向中和腔内注入蒸馏水，然后通过pH检测探头对废气pH进行检测；液体供给箱通过淋喷组件(231)向中和腔(202)内部喷射酸性溶液或碱性溶液实现对废气的净化；
S4、催化燃烧
完成中和净化后的废气进入加热腔(203)后利用燃烧组件(242)将废气在燃烧腔(241)进行燃烧实现对废气中的挥发性有机物的氧化分解；
S5、达标排放
完成催化燃烧后的废气通过排放单元(3)进行排放。
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