環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)室污染防控分析

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1各功能實(shí)驗(yàn)室存在的污染及危害

1.1廢液

實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢液包括多余的污水樣品、標(biāo)準(zhǔn)曲線及樣品分析殘液、失效的貯藏液和洗液、大量洗滌水等[2]。幾乎所有的常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都不同程度存在著廢液污染問題。這些廢液的成分十分復(fù)雜,有強(qiáng)酸、強(qiáng)堿廢液、廢標(biāo)準(zhǔn)溶液、有機(jī)物、重金屬離子和有害微生物等等,其中包括汞、鉻、砷等第一類污染物。

(1)第一類污染物。實(shí)驗(yàn)室排放的污染物中包括六價(jià)鉻、砷、汞等第一類污染物。六價(jià)鉻主要來自“蠶豆根尖微核監(jiān)測(cè)技術(shù)”實(shí)驗(yàn),采用1mol/L的三氧化鉻浸泡蠶豆根尖1h,將產(chǎn)生500mL左右的三氧化鉻廢液;“廢水中鉻的測(cè)定”實(shí)驗(yàn),產(chǎn)生少量的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液;“化學(xué)需氧量實(shí)驗(yàn)”也產(chǎn)生少量的重鉻酸鉀廢液。砷廢液主要來自“土壤中砷的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”,采用砷吸收液吸收砷化氫氣體,比色后剩余含砷廢液近200mL。“化學(xué)需氧量實(shí)驗(yàn)”中,為消除氯離子的影響,加入一定量的硫酸汞絡(luò)合,產(chǎn)生少量硫酸汞廢液;“廢水中汞的測(cè)定”實(shí)驗(yàn),產(chǎn)生少量的汞標(biāo)準(zhǔn)溶液;壓力計(jì)、溫度計(jì)等含汞儀器操作不慎打碎,也會(huì)產(chǎn)生汞的污染。第一類污染物能在環(huán)境或動(dòng)植物體內(nèi)蓄積,對(duì)人體健康產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)不良影響。

(2)酸堿廢液。實(shí)驗(yàn)室用到大量的酸堿,包括硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、高氯酸、氫氧化鈉、碳酸鈣。如在“土壤中汞的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中,因玻璃對(duì)汞有吸附作用,所用的玻璃器皿需用10%硝酸溶液浸泡,實(shí)驗(yàn)結(jié)束將產(chǎn)生50L左右的硝酸廢液;在“農(nóng)作物秸稈制備活性炭”實(shí)驗(yàn)中,秸稈首先需用40%的磷酸溶液浸泡24~40h,因而將產(chǎn)生30L左右的磷酸廢液;在“堿液吸收氣體中的二氧化硫”實(shí)驗(yàn)中,需用5%氫氧化鈉或碳酸鈣溶液吸收二氧化硫,實(shí)驗(yàn)結(jié)束也將產(chǎn)生至少250L的堿性廢液。根據(jù)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)pH大于9或小于6時(shí),水中的生物生長(zhǎng)受到抑制,致使水體自凈能力下降,影響漁業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

(3)其他廢標(biāo)準(zhǔn)溶液。測(cè)定物質(zhì)的濃度時(shí),需要配置其標(biāo)準(zhǔn)溶液并將產(chǎn)生相應(yīng)的廢標(biāo)準(zhǔn)溶液。如“廢水中酚的測(cè)定”和“苯酚降解菌的分離及降解性測(cè)定”2個(gè)實(shí)驗(yàn)均產(chǎn)生廢苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液?！盎钚蕴课接袡C(jī)廢氣實(shí)驗(yàn)”產(chǎn)生廢甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液?！八械?、磷濃度的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生氮、磷標(biāo)準(zhǔn)溶液。這些廢液的排放對(duì)水體將產(chǎn)生不同程度的影響,最新研究表明,甲醛已經(jīng)成為第一類致癌物質(zhì),苯酚對(duì)皮膚、粘膜有強(qiáng)烈的腐蝕作用,氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽則是發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的必要條件。

(4)有機(jī)溶劑廢液。實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的有機(jī)溶劑廢液種類繁多,如“土壤中砷的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)所用的砷吸收液即以氯仿為母液,吸收過程中吸收液減少時(shí),還需添加氯仿,實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生大量氯仿廢液。另外還產(chǎn)生四氯化碳、苯系物等有機(jī)溶劑,這些有毒物質(zhì)通過消化系統(tǒng)傳入血液,然后傳入肝和腎,誘發(fā)慢性肝病和腎病,甚至造成肝腎功能衰竭。

1.2廢氣

實(shí)驗(yàn)過程產(chǎn)生的廢氣包括塑料熱解產(chǎn)生的廢氣、大氣實(shí)驗(yàn)中未被處理的氣體、試劑和樣品的揮發(fā)物、分析過程的中間產(chǎn)物、泄漏的標(biāo)氣、載氣等。包括苯系物、二氧化硫、甲醛、砷化氫、氯仿、四氯化碳、氮氮化物、酚、汞蒸氣及各種酸霧等。如果將其直接釋放到大氣中如果將其直接釋放到大氣中,廢氣中的苯、甲苯對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有毒害作用,嚴(yán)重時(shí)會(huì)昏迷以致失去知覺,停止呼吸;吸入較高濃度砷化氫可發(fā)生急性腎功能衰竭;二氧化硫、氮氧化物在空氣中會(huì)形成酸雨;甲醛有致癌性;酚對(duì)各種細(xì)胞有直接損害,對(duì)皮膚和粘膜有強(qiáng)烈的腐蝕作用;汞蒸氣會(huì)引起人體消化道、口腔、腎、肝臟等損害,導(dǎo)致人中毒死亡等。

1.3固體廢物

環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的固體廢物包括“有害廢物固化處理”實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的固化含鉻廢渣,“混凝沉淀”實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的沉淀殘?jiān)?分析未用完的多余固體樣品(如含汞土樣、含砷土樣),殘留或失效的藥品試劑,消耗或破損的實(shí)驗(yàn)用品(如玻璃器皿、紗布)等。這些固體廢物成分復(fù)雜,涵蓋各類化學(xué)、生物污染物。若隨意丟棄在垃圾堆中,其中的有害組分很容易經(jīng)過雨雪淋溶、地表徑流的侵蝕,滲入土壤,導(dǎo)致土壤和地下水污染。還會(huì)隨天然降水,進(jìn)入水體,使地表水污染。然后通過農(nóng)作物、地表水或地下水對(duì)人體產(chǎn)生危害。

1.4噪聲

實(shí)驗(yàn)室的噪聲污染主要來自大氣污染控制和水污染控制實(shí)驗(yàn)過程中各種設(shè)備如水泵、風(fēng)機(jī)等運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲,可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)85dB以上,如大氣污染控制實(shí)驗(yàn)通常是連續(xù)8h啟動(dòng)。長(zhǎng)期工作在高噪聲環(huán)境下而又沒有采取有效的防護(hù)措施,必將導(dǎo)致永久性的無可挽回的聽力損失,甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的職業(yè)性耳聾。

2實(shí)驗(yàn)室環(huán)境污染特點(diǎn)

2.1污染物種類多,數(shù)量少,累積排放量大

環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室共開設(shè)32個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)以及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目SRF等,實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的污染物種類繁多。根據(jù)存在形態(tài),污染物可分為液態(tài)、氣態(tài)、固體物質(zhì)及噪聲。根據(jù)種類,污染物可分為有機(jī)物,如氯仿、甲醛、乙酰丙酮等;無機(jī)物,如各種酸堿、汞、鉻、砷等重金屬以及氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素。生物類,如各種細(xì)菌、病毒。相對(duì)于工業(yè)企業(yè)而言,實(shí)驗(yàn)室所產(chǎn)生的污染物排放量并不大,但是長(zhǎng)期累積排放量依然會(huì)對(duì)環(huán)境造成重大影響。如“土壤中砷的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)采用氯仿作為吸收劑的母液吸收砷化氫氣體,每個(gè)樣品測(cè)定大約產(chǎn)生3mL含砷廢液,2個(gè)班學(xué)生即產(chǎn)生約200mL的含砷廢液,長(zhǎng)期累積將產(chǎn)生大量廢液。

2.2污染物危害大,治理少

環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室涉及水污染控制工程實(shí)驗(yàn)室、大氣污染控制工程實(shí)驗(yàn)室、固體廢棄物實(shí)驗(yàn)室和環(huán)境監(jiān)測(cè)等4個(gè)功能實(shí)驗(yàn)室,污染種類齊全,雖然多數(shù)項(xiàng)目產(chǎn)生的污染物數(shù)量較小,但仍有部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目污染物數(shù)量大、環(huán)境危害嚴(yán)重,產(chǎn)生國(guó)家嚴(yán)格控制排放量的第一類污染物。以水質(zhì)分析中最常見的CODcr分析為例,一個(gè)20mL的水樣首先加入10mL即0.1226g重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液作為氧化劑,再從冷凝管上口加入30mL硫酸-硫酸銀溶液(0.3g硫酸銀),若氯離子含量高于30mg/L,還需添加0.4g硫酸汞,即此項(xiàng)目產(chǎn)生總鉻、總銀、總汞3項(xiàng)第一類污染物,另外此項(xiàng)目還產(chǎn)生一定量的硫酸污染。

3實(shí)驗(yàn)室環(huán)境污染的控制

3.1健全管理制度與規(guī)范

國(guó)家環(huán)?？偩帧蛾P(guān)于加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室類污染環(huán)境監(jiān)管的通知》規(guī)定對(duì)各類實(shí)驗(yàn)室污染進(jìn)行監(jiān)管,要求實(shí)驗(yàn)室廢液必須經(jīng)無害化處理后方可排放[4]。作為高校環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室,環(huán)保和教育主管部門應(yīng)認(rèn)真研究環(huán)境類實(shí)驗(yàn)室的污染特點(diǎn)和防治措施,建立實(shí)驗(yàn)室污染物管理制度,根據(jù)具體情況,因地制宜的制定具體而便于操作的技術(shù)規(guī)范和獎(jiǎng)勵(lì)、懲罰制度。如我校制定了“華中農(nóng)業(yè)大學(xué)報(bào)廢化學(xué)試劑、有害廢液和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)廢物集中處理暫行辦法”,由專人負(fù)責(zé),將污染物監(jiān)管工作納入日常的管理工作中,以促進(jìn)教學(xué)、科研和生活等各項(xiàng)工作的正常開展,做到有據(jù)可依。

3.2廢物集中管理與處理

實(shí)驗(yàn)室污染物種類繁多,但量不大,若每個(gè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)每次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的污染物都分別處理,在人力、物力、時(shí)間等方面可能存在困難,主管部門應(yīng)根據(jù)污染物的特點(diǎn)分類收集、集中處理。國(guó)資設(shè)備處對(duì)全校廢物污染防治工作實(shí)施統(tǒng)一的監(jiān)督管理,并負(fù)責(zé)集中收集、貯存和處置等工作,各院系教學(xué)科研單位負(fù)責(zé)本單位的廢物污染防治和處置工作。要求有害廢液用封閉式容器包裝,并附有化學(xué)實(shí)驗(yàn)和主要成分的標(biāo)記。產(chǎn)生報(bào)廢化學(xué)試劑的單位要書面報(bào)告報(bào)廢化學(xué)試劑的品名、種類、數(shù)量。報(bào)廢化學(xué)試劑要木箱包裝。對(duì)有毒、易爆、麻醉品要單獨(dú)包裝和標(biāo)記。學(xué)校采用定期上門和電話預(yù)約方式收集報(bào)廢化學(xué)試劑和有害廢液。

3.3提高實(shí)驗(yàn)老師和學(xué)生的環(huán)境意識(shí)

長(zhǎng)期以來,實(shí)驗(yàn)人員環(huán)境意識(shí)不高,致使在實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)完成后廢棄物不能及時(shí)收集、分類和集中處理[5]。另外,廣大的師生員工也缺乏相應(yīng)的環(huán)保意識(shí)。這些都直接影響著實(shí)驗(yàn)室的污染程度。因此,在師生中深入開展環(huán)境保護(hù)教育,樹立綠色實(shí)驗(yàn)理念,是保護(hù)環(huán)境、減少進(jìn)而消除實(shí)驗(yàn)室污染的前提和基礎(chǔ)。

3.4建立“清潔”實(shí)驗(yàn)室

環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室要按照ISO14001環(huán)境管理體系的理念和要求,全面考察實(shí)驗(yàn)分析的各個(gè)方面,制定相應(yīng)的程序文件,規(guī)范實(shí)驗(yàn)室環(huán)境行為,充分貫徹ISO14001一貫強(qiáng)調(diào)的污染預(yù)防和持續(xù)改進(jìn)的基本要求,建立“清潔”實(shí)驗(yàn)室[6]。在具體實(shí)踐中,①可選擇低污染的實(shí)驗(yàn)方法,一般來說,采用傳感器、色譜儀等現(xiàn)代儀器分析常比經(jīng)典方法污染產(chǎn)生量少,如“甲醛測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí)采用甲醛測(cè)定儀,污染要少得多,效率卻沒有降低。②對(duì)于可縮小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,科學(xué)選擇微型實(shí)驗(yàn),用盡可能少的藥品和試劑獲得有效的實(shí)驗(yàn)信息,如在污水COD測(cè)定時(shí),所用試劑量按標(biāo)準(zhǔn)方法的一半加入,也可達(dá)到滿意的教學(xué)效果。③對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)或演示實(shí)驗(yàn),采用多媒體進(jìn)行仿真模擬。④成立試劑調(diào)度網(wǎng)絡(luò),對(duì)于危害大、用量少、易失效的試劑實(shí)行實(shí)驗(yàn)室之間的資源共享,以避免試劑失效[7]。

3.5增加環(huán)保資金投入

實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要場(chǎng)所,除必需的儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)方法和高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)人員、研究人員外,還必須具備良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和必要的安全設(shè)施,以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)室的安全,這些問題的解決都需要一定的經(jīng)費(fèi)投入。因此,高校要加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境保護(hù)的資金投入,用來購買、維護(hù)及檢修實(shí)驗(yàn)室常用的環(huán)保設(shè)備,如通風(fēng)櫥柜、廢物收集設(shè)施等。在制定實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)和科研經(jīng)費(fèi)使用計(jì)劃時(shí),要預(yù)留對(duì)污染物治理設(shè)施的建設(shè)資金和治污經(jīng)費(fèi)或成立專門的實(shí)驗(yàn)室環(huán)保工作專項(xiàng)基金[6],為實(shí)驗(yàn)室污染的有效控制提供資金支撐。

3.6儀器設(shè)備、試劑的重復(fù)利用

儀器設(shè)備、試劑的重復(fù)利用是一項(xiàng)雙贏的舉措,在大量減少環(huán)境污染的同時(shí)可節(jié)省實(shí)驗(yàn)室的費(fèi)用支出[7]。對(duì)某些一次性的儀器設(shè)備或者在實(shí)驗(yàn)過程中不直接參與化學(xué)反應(yīng)的試劑,應(yīng)該采取積極措施,加以回收利用。如“葉綠素測(cè)定”實(shí)驗(yàn)經(jīng)常用到的5mL一次性離心管,要求學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后洗凈控干以便重復(fù)使用,可減少塑料制品的固廢污染?！靶Q豆根尖微核監(jiān)測(cè)技術(shù)”實(shí)驗(yàn)采用1mol/L的三氧化鉻浸泡蠶豆根尖1h來觀察其“三致效應(yīng)”,產(chǎn)生的三氧化鉻廢液經(jīng)過沉淀、過濾程序后可回收利用,作為下次該實(shí)驗(yàn)蠶豆的浸泡溶液,此項(xiàng)措施可大大減少鉻廢液的排放量。

3.7實(shí)驗(yàn)室污染物防治措施對(duì)于實(shí)驗(yàn)室污染物的防治,一般處理原則為:分類收集、存放,分別集中處理。盡可能采用廢物回收及固化、焚燒處理等方式,減少廢物產(chǎn)生量,提高實(shí)驗(yàn)室污染治理率。

(1)廢液的防治。常見廢液的處理方法包括:①實(shí)驗(yàn)室排放的六價(jià)鉻、砷、汞等第一類污染物由學(xué)校負(fù)責(zé)集中收集、貯存和處置等工作。②含其他重金屬離子的廢液較少,可混合在一起處理,加堿或硫化物使重金屬離子轉(zhuǎn)化為難溶性的請(qǐng)氫氧化物或硫化物而沉淀。③對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的酸堿廢液分類回收、集中存放,將酸堿中和,使其pH值在6.5~8.5范圍時(shí)達(dá)標(biāo)排放。④實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的酚、甲醛廢標(biāo)準(zhǔn)溶液,可加入次氯酸鈉或漂白粉等氧化劑,使其轉(zhuǎn)化成CO2和H2O后排放。⑤實(shí)驗(yàn)用過的有機(jī)溶劑可采用洗滌、蒸餾、脫水等方式回收,因有機(jī)溶劑具有毒性和揮發(fā)性,回收操作需在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。如處理四氯化碳時(shí),將其置于分液漏斗中,用純水洗滌兩次,再經(jīng)過無水氯化鈣干燥、過濾蒸餾操作,收集76~78℃的餾分[8]。⑥剩余的氮、磷廢標(biāo)準(zhǔn)溶液可回收用來配制植物營(yíng)養(yǎng)液,以用于“植物抗逆性的鑒定”實(shí)驗(yàn)中菠菜等植物的培養(yǎng)。

(2)廢氣的防治。產(chǎn)生少量有毒有害或有異味氣體的實(shí)驗(yàn)應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行,通過排風(fēng)設(shè)備將其排到室外,排出管必須高于附近屋頂3m,產(chǎn)生大量有毒有害氣體的實(shí)驗(yàn)需配備相應(yīng)的物理吸附、化學(xué)吸收、氣體燃燒等處理裝置[9],如二氧化硫等酸性氣體可通過碳酸鈣、氫氧化鈉等堿性溶液進(jìn)行吸收,而甲醛等有機(jī)氣體則通過活性炭等固體吸附劑進(jìn)行吸附凈化。同時(shí)設(shè)置廢氣監(jiān)測(cè)儀器,廢氣濃度達(dá)到國(guó)家允許的排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí),方可排放。

(3)固體廢棄物的防治。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的固體廢棄物在處理時(shí)首先考慮能否回收利用,不能回收時(shí)則根據(jù)廢物是否有毒分別加以處理。對(duì)于無毒廢物如碎玻璃儀器、廢紙等可集中收集,倒入指定地點(diǎn)后由環(huán)衛(wèi)工人統(tǒng)一運(yùn)走。有毒有害廢物根據(jù)其特性分別加以處理,如生物類廢物根據(jù)其病源特性,分類收集后進(jìn)行消毒、燒毀處理[10],其中無法自行處置的,則交由校國(guó)資設(shè)備部門集中收集后定期交由環(huán)境保護(hù)行政主管部門認(rèn)可的具有經(jīng)營(yíng)許可證的相關(guān)單位處置。

(4)噪聲的防治。噪聲污染不同于其它類型的污染,其防治方式包括3種。①降低聲源噪音,可以選用低噪音的生產(chǎn)設(shè)備和改進(jìn)生產(chǎn)工藝,或者用阻尼、隔振等措施降低固體發(fā)聲體的振動(dòng)[11]改變?cè)胍粼吹倪\(yùn)動(dòng)方式。②降低噪音,控制噪音的傳播,改變聲源已經(jīng)發(fā)出的噪音傳播途徑。在聲源和傳播途徑上無法采取措施,或采取的聲學(xué)措施仍不能達(dá)到預(yù)期效果時(shí),就需要對(duì)受害者采取防護(hù)措施,如戴耳塞、耳罩或頭盔等護(hù)耳器。③因?qū)嶒?yàn)教學(xué)與辦公處于同一樓層,實(shí)驗(yàn)課盡量安排在周末開設(shè),以減少受影響人群。

4結(jié)語

環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室污染控制是高校實(shí)驗(yàn)室管理工作中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,學(xué)校首先應(yīng)健全管理制度與規(guī)范,同時(shí)加強(qiáng)教育,提高實(shí)驗(yàn)老師和學(xué)生的環(huán)境意識(shí),學(xué)校相關(guān)部門應(yīng)成立專門的實(shí)驗(yàn)室環(huán)保工作專項(xiàng)基金,對(duì)廢棄物進(jìn)行妥善處理,能回收利用的部分盡可能回收利用,能實(shí)驗(yàn)室自行處理的部分根據(jù)其特性加以處理,不能處理的部分則交由學(xué)校相關(guān)部門集中收集后統(tǒng)一處理。最終消除或減少污染物對(duì)周圍環(huán)境的污染,以建立“清潔”實(shí)驗(yàn)室。