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关于化学实验室基础设施建设之浅见


来自:山东省禾雅实验仪器有限公司 发布日期:2012-4-20 浏览统计:3227

当前,我国正处于国民经济飞速发展的大好时期,各行各业蓬勃发展、教学科研蒸蒸日上,相当数量的实验室正在建设和完善之中。在各类实验室中,化学实验室的工作环境最为复杂,对操作人员造成的健康损害也十分严重。在全面贯彻“以人为本”基本理念的今天加强化学实验室环境硬件建设的需求更是日益凸现。下面我对化学实验室最为关键的废气和废水排放这两项基础设施谈谈粗浅认识,以期能给实验室建设规划工作提供些许借鉴。
    教育部《高等学校基础课教学实验室评估标准》中规定的实验室合格评估的内容和标准共有六项39个条目,其中重点条目(带*号)19条。第五项中第2条(*)“设施及环境”指出:“实验室的通风、照明、控温度、控湿度等设施完好,能保证各项指标达到设计规定的标准;电路、水、气管道布局安全规范。”第5条“环境保护”又指出:“实验室有三废(废气、废液、废渣)处理措施;噪声小于70分贝。”这就对废气和废水排放基础设施做了基本规划和宏观要求。
    废气排放基础设施
    化学实验室废气量大,成分比较复杂(尤其是研究型大学,科研项目多,研究生量大,这个问题尤为突出)。有的单位曾尝试用活性碳吸附过滤的办法对废气来处理,但成本较高,维护不便,还带来了新的污染。更不利的是增加了风阻,影响了排风效果因此没有推广。而即便是教学科研任务繁重的重点大学位于六层高楼距楼顶2米高度的风机排风在自然通风扩散稀释条件下的废气排放仍可基本满足环境保护的要求。因此在目前的国情条件下,普遍还是采取高位直排的方式。废气排放是一个系统工程,有的实验楼因为用途变更抑或规划的疏漏,在补充排废气设施时出现了风管爬外墙和廊道顶部塞满风道的尴尬局面,既影响了排废效率又不美观实用,教训深刻。因此在筹建新楼时就须对实验室布局、通风柜及实验台位置、风量大小、排风设施的种类、风道的走向以及通风竖井的安排等由有资质的专业人员设计,实验室工作人员全程参与、密切配合方能尽善尽美。在配置实验设施时除了须由资质厂商提供设计—安装—维护的一条龙服务外,若条件许可最好能从风机、风管到室内排废设施都由同一厂商提供,以提高排废效率,方便日后维护。
    基于风压小、扬程短,容易发生废气短路和影响周边环境的缺点,化学实验室较少采用轴流风机。除非在废气量少而整片外墙又没有窗户的个别特殊场合才在较高楼层由轴流风机向墙外直排。普遍规范的做法是在楼顶安置塑料或玻璃钢离心风机。由于不锈钢在潮湿的氯化物气氛下易被腐蚀,化学楼不宜使用不锈钢风机。风机底部应有橡胶减震垫。在建筑上采取隔音、防震措施后在顶层的实验室内的噪音通常都能满足要求。
    化学实验室的室内排废气设施针对不同的实验类型采用了多种方式:无机和分析实验通常采用桌面吸风罩和悬顶式吸风罩;万向轴吸风罩通常应用于仪器分析的原子吸收分光光度计等大型仪器局部排废气的场合;通风柜是各类实验室配置试剂最常用的设施。近年来在有机实验场合广泛采用了两两相对的台式通风柜装置。这种设施排废气效率高,柜门可灵活调节便于实验操作,柜体四壁透明有利于教师观察和指导学生。台式通风柜的使用一改过去有机实验室刺激性气体弥漫的旧貌,产生了良好的效果。(详见“谈谈有机化学实验室建设中应注意的几个问题”一文)。
    化学通风柜的框架结构采用耐酸、碱并适应较高温度的材质,例如喷涂环氧的全钢、喷涂环氧的铝合金型材或玻璃钢等。以理化板和抗倍特板做内衬和扰流板。实验台面为理化板、陶瓷板(应对高温和抗机械磨损)等。透明部分为厚度5~6mm,不低于4mm的钢化玻璃(极少数特殊防爆场合采用夹丝防爆玻璃)。通常要求在柜门开启0.4m的条件下,面平均风速为0.3~0.5m/s。
    近年来,为了顺应使用空调或在北方寒冷情况下排废气的需要,有的厂商已开发出带有补新风装置的通风柜。这种通风柜在窗户内侧的吊顶口配置了补新风的斜流风机,通风柜的柜门设有门高感应系统,由微机控制电动风阀、斜流风机和顶楼风机的变速器,调节排气量并同步保持约70%的补新风量。在“自动”档下通风柜开动排风时按前次操作的状态工作。在选择“手动”档时可以根据需要人工调节补风量和排气量。当处置不慎倾倒试剂或遇不可预见的剧烈反应时,可采用“强排风”档。图为我学院研究生实验室的补新风通风柜和控制面板。这种通风柜在使用上更为灵活,更具人性化,排废气效果更好:通常总是几个通风柜共用一台风机,各柜排风情况在动态下达到平衡,避免了相互影响,更不会出现逆流;随着废气发生量的大小可以人为权衡热气流(夏天)、冷气流(冬天)的补新风量,改善了实验人员的舒适度;根据反应物挥发性的强弱调节排风量可以节约资源、友善环境。和其他新生事物一样,补新风通风柜还有待于进一步完善,但毕竟是迈出了国产的智能型通风柜的第一步。
    废水排放基础设施
    化学废水排放系统由水槽、排水管和消纳池组成。水槽通常采用专用陶瓷盆或人造石盆。消纳池是针对化学实验排放废水中的酸、碱性无机溶液而设立的预处理装置。废水通常在整体上呈酸性,由专人管理并定期投放石灰等碱性物质中和达标后排放到环境污水系统。过去排水管采用铸铁管,使用十余年后往往被铁锈堵塞甚至因严重腐蚀而漏水。目前较通用的排水竖管(包括弯头、三通等附件)是内壁涂复环氧树脂的铸铁件或UPVC管材。横管为维修方便起见多用UPVC管材。
    UPVC是不添加增塑剂的聚氯乙烯,通常用于制造民用水管。上水管较厚,抗水压,用的稳定剂无毒;下水管稍薄,采用较廉价的低毒稳定剂。二氯乙烷、乙酮(甲乙酮)、四氯乙烷和四氢呋喃等化学试剂对UPVC管有强烈溶胀作用。尤其是前四种试剂,不溶于水,比重大于水,极易沉积在排水管的储水弯(俗称“P弯”)内,即使是少量也足以使弯头腐蚀。对于倾斜度不足或因有沉积物而排水不畅的管道,会使整段腐蚀,造成严重后果。现在,很多高校都对有机实验进行了改革,采用了小量和微量实验,减少了废液量。即使如此,按照实验室评估的标准,有机废液也必须专门收集并由具有化学废弃物处理认证资质的厂商进行焚烧处理。(尤其是含氯的有机溶液,必须通过1500℃以上的高温燃烧才能分解为二氧化碳、水和氯化氢。若低温燃烧则会产生剧毒致癌物质)。但在实际操作中,因为疏忽或管理不善而将有机废液甚至违禁试剂倒入排水系统,这是绝对要禁止的。

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