環(huán)境科學(xué)實驗室污染防控分析

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1各功能實驗室存在的污染及危害

1.1廢液

實驗室產(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)實驗項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,有強酸、強堿廢液、廢標(biāo)準(zhǔn)溶液、有機物、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。實驗室排放的污染物中包括六價鉻、砷、汞等第一類污染物。六價鉻主要來自“蠶豆根尖微核監(jiān)測技術(shù)”實驗,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;“廢水中鉻的測定”實驗,產(chǎn)生少量的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液;“化學(xué)需氧量實驗”也產(chǎn)生少量的重鉻酸鉀廢液。砷廢液主要來自“土壤中砷的測定實驗”,采用砷吸收液吸收砷化氫氣體,比色后剩余含砷廢液近200mL?！盎瘜W(xué)需氧量實驗”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;“廢水中汞的測定”實驗,產(chǎn)生少量的汞標(biāo)準(zhǔn)溶液;壓力計、溫度計等含汞儀器操作不慎打碎,也會產(chǎn)生汞的污染。第一類污染物能在環(huán)境或動植物體內(nèi)蓄積,對人體健康產(chǎn)生長遠(yuǎn)不良影響。

(2)酸堿廢液。實驗室用到大量的酸堿,包括硫酸、硝酸、磷酸、鹽酸、高氯酸、氫氧化鈉、碳酸鈣。如在“土壤中汞的測定”實驗中,因玻璃對汞有吸附作用,所用的玻璃器皿需用10%硝酸溶液浸泡,實驗結(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”實驗中,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”實驗中,需用5%氫氧化鈉或碳酸鈣溶液吸收二氧化硫,實驗結(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,水中的生物生長受到抑制,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。測定物質(zhì)的濃度時,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“廢水中酚的測定”和“苯酚降解菌的分離及降解性測定”2個實驗均產(chǎn)生廢苯酚標(biāo)準(zhǔn)溶液。“活性炭吸附有機廢氣實驗”產(chǎn)生廢甲醛標(biāo)準(zhǔn)溶液?！八械⒘诐舛鹊臏y定”實驗產(chǎn)生氮、磷標(biāo)準(zhǔn)溶液。這些廢液的排放對水體將產(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),苯酚對皮膚、粘膜有強烈的腐蝕作用,氮、磷等營養(yǎng)鹽則是發(fā)生富營養(yǎng)化的必要條件。

(4)有機溶劑廢液。實驗室產(chǎn)生的有機溶劑廢液種類繁多,如“土壤中砷的測定”實驗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,還需添加氯仿,實驗產(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

實驗過程產(chǎn)生的廢氣包括塑料熱解產(chǎn)生的廢氣、大氣實驗中未被處理的氣體、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、甲苯對神經(jīng)系統(tǒng)有毒害作用,嚴(yán)重時會昏迷以致失去知覺,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形成酸雨;甲醛有致癌性;酚對各種細(xì)胞有直接損害,對皮膚和粘膜有強烈的腐蝕作用;汞蒸氣會引起人體消化道、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)與工程實驗室產(chǎn)生的固體廢物包括“有害廢物固化處理”實驗產(chǎn)生的固化含鉻廢渣,“混凝沉淀”實驗產(chǎn)生的沉淀殘渣,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,消耗或破損的實驗用品(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、地表水或地下水對人體產(chǎn)生危害。

1.4噪聲

實驗室的噪聲污染主要來自大氣污染控制和水污染控制實驗過程中各種設(shè)備如水泵、風(fēng)機等運行時產(chǎn)生的噪聲,可長時間持續(xù)85dB以上,如大氣污染控制實驗通常是連續(xù)8h啟動。長期工作在高噪聲環(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實驗室環(huán)境污染特點

2.1污染物種類多,數(shù)量少,累積排放量大

環(huán)境科學(xué)與工程實驗室共開設(shè)32個項目的實驗以及創(chuàng)新實驗、大學(xué)生創(chuàng)新項目SRF等,實驗過程中產(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,污染物可分為有機物,如氯仿、甲醛、乙酰丙酮等;無機物,如各種酸堿、汞、鉻、砷等重金屬以及氮磷等營養(yǎng)元素。生物類,如各種細(xì)菌、病毒。相對于工業(yè)企業(yè)而言,實驗室所產(chǎn)生的污染物排放量并不大,但是長期累積排放量依然會對環(huán)境造成重大影響。如“土壤中砷的測定”實驗采用氯仿作為吸收劑的母液吸收砷化氫氣體,每個樣品測定大約產(chǎn)生3mL含砷廢液,2個班學(xué)生即產(chǎn)生約200mL的含砷廢液,長期累積將產(chǎn)生大量廢液。

2.2污染物危害大,治理少

環(huán)境科學(xué)與工程實驗室涉及水污染控制工程實驗室、大氣污染控制工程實驗室、固體廢棄物實驗室和環(huán)境監(jiān)測等4個功能實驗室,污染種類齊全,雖然多數(shù)項目產(chǎn)生的污染物數(shù)量較小,但仍有部分實驗項目污染物數(shù)量大、環(huán)境危害嚴(yán)重,產(chǎn)生國家嚴(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,即此項目產(chǎn)生總鉻、總銀、總汞3項第一類污染物,另外此項目還產(chǎn)生一定量的硫酸污染。

3實驗室環(huán)境污染的控制

3.1健全管理制度與規(guī)范

國家環(huán)保總局《關(guān)于加強實驗室類污染環(huán)境監(jiān)管的通知》規(guī)定對各類實驗室污染進(jìn)行監(jiān)管,要求實驗室廢液必須經(jīng)無害化處理后方可排放[4]。作為高校環(huán)境科學(xué)與工程實驗室,環(huán)保和教育主管部門應(yīng)認(rèn)真研究環(huán)境類實驗室的污染特點和防治措施,建立實驗室污染物管理制度,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)范和獎勵、懲罰制度。如我校制定了“華中農(nóng)業(yè)大學(xué)報廢化學(xué)試劑、有害廢液和動物實驗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

實驗室污染物種類繁多,但量不大,若每個實驗室對每次實驗產(chǎn)生的污染物都分別處理,在人力、物力、時間等方面可能存在困難,主管部門應(yīng)根據(jù)污染物的特點分類收集、集中處理。國資設(shè)備處對全校廢物污染防治工作實施統(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)實驗和主要成分的標(biāo)記。產(chǎn)生報廢化學(xué)試劑的單位要書面報告報廢化學(xué)試劑的品名、種類、數(shù)量。報廢化學(xué)試劑要木箱包裝。對有毒、易爆、麻醉品要單獨包裝和標(biāo)記。學(xué)校采用定期上門和電話預(yù)約方式收集報廢化學(xué)試劑和有害廢液。

3.3提高實驗老師和學(xué)生的環(huán)境意識

長期以來,實驗人員環(huán)境意識不高,致使在實驗過程和實驗完成后廢棄物不能及時收集、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。這些都直接影響著實驗室的污染程度。因此,在師生中深入開展環(huán)境保護(hù)教育,樹立綠色實驗理念,是保護(hù)環(huán)境、減少進(jìn)而消除實驗室污染的前提和基礎(chǔ)。

3.4建立“清潔”實驗室

環(huán)境科學(xué)與工程實驗室要按照ISO14001環(huán)境管理體系的理念和要求,全面考察實驗分析的各個方面,制定相應(yīng)的程序文件,規(guī)范實驗室環(huán)境行為,充分貫徹ISO14001一貫強調(diào)的污染預(yù)防和持續(xù)改進(jìn)的基本要求,建立“清潔”實驗室[6]。在具體實踐中,①可選擇低污染的實驗方法,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“甲醛測定”實驗時采用甲醛測定儀,污染要少得多,效率卻沒有降低。②對于可縮小規(guī)模的實驗項目,科學(xué)選擇微型實驗,用盡可能少的藥品和試劑獲得有效的實驗信息,如在污水COD測定時,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對常規(guī)實驗或演示實驗,采用多媒體進(jìn)行仿真模擬。④成立試劑調(diào)度網(wǎng)絡(luò),對于危害大、用量少、易失效的試劑實行實驗室之間的資源共享,以避免試劑失效[7]。

3.5增加環(huán)保資金投入

實驗室是進(jìn)行科學(xué)研究和實驗教學(xué)的重要場所,除必需的儀器設(shè)備、實驗材料、實驗方法和高素質(zhì)的實驗人員、研究人員外,還必須具備良好的實驗環(huán)境和必要的安全設(shè)施,以確保實驗結(jié)果的質(zhì)量和實驗室的安全,這些問題的解決都需要一定的經(jīng)費投入。因此,高校要加大對實驗室環(huán)境保護(hù)的資金投入,用來購買、維護(hù)及檢修實驗室常用的環(huán)保設(shè)備,如通風(fēng)櫥柜、廢物收集設(shè)施等。在制定實驗室建設(shè)經(jīng)費和科研經(jīng)費使用計劃時,要預(yù)留對污染物治理設(shè)施的建設(shè)資金和治污經(jīng)費或成立專門的實驗室環(huán)保工作專項基金[6],為實驗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)利用是一項雙贏的舉措,在大量減少環(huán)境污染的同時可節(jié)省實驗室的費用支出[7]。對某些一次性的儀器設(shè)備或者在實驗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“葉綠素測定”實驗經(jīng)常用到的5mL一次性離心管,要求學(xué)生做完實驗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)測技術(shù)”實驗采用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,作為下次該實驗蠶豆的浸泡溶液,此項措施可大大減少鉻廢液的排放量。

3.7實驗室污染物防治措施對于實驗室污染物的防治,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,提高實驗室污染治理率。

(1)廢液的防治。常見廢液的處理方法包括:①實驗室排放的六價鉻、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)化為難溶性的請氫氧化物或硫化物而沉淀。③對于實驗過程中產(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范圍時達(dá)標(biāo)排放。④實驗產(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實驗用過的有機溶劑可采用洗滌、蒸餾、脫水等方式回收,因有機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,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養(yǎng)液,以用于“植物抗逆性的鑒定”實驗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驗應(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驗需配備相應(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,而甲醛等有機氣體則通過活性炭等固體吸附劑進(jìn)行吸附凈化。同時設(shè)置廢氣監(jiān)測儀器,廢氣濃度達(dá)到國家允許的排放標(biāo)準(zhǔn)時,方可排放。

(3)固體廢棄物的防治。實驗產(chǎn)生的固體廢棄物在處理時首先考慮能否回收利用,不能回收時則根據(jù)廢物是否有毒分別加以處理。對于無毒廢物如碎玻璃儀器、廢紙等可集中收集,倒入指定地點后由環(huán)衛(wèi)工人統(tǒng)一運走。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[11]改變噪音源的運動方式。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,就需要對受害者采取防護(hù)措施,如戴耳塞、耳罩或頭盔等護(hù)耳器。③因?qū)嶒灲虒W(xué)與辦公處于同一樓層,實驗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)與工程實驗室污染控制是高校實驗室管理工作中的一項重要內(nèi)容,學(xué)校首先應(yīng)健全管理制度與規(guī)范,同時加強教育,提高實驗老師和學(xué)生的環(huán)境意識,學(xué)校相關(guān)部門應(yīng)成立專門的實驗室環(huán)保工作專項基金,對廢棄物進(jìn)行妥善處理,能回收利用的部分盡可能回收利用,能實驗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周圍環(huán)境的污染,以建立“清潔”實驗室。