高校實驗室通風(fēng)柜污染物泄漏原因與對策探究

莊 挺

（遵義醫(yī)科大學(xué)珠海校區(qū)設(shè)備管理科，廣東珠海 519041）

0 引言

在高校實驗室中，實驗室人員常因?qū)嶒炐枨笫褂枚喾N類型的化學(xué)品，如酸、堿、有機揮發(fā)性溶液、氣體及粉體等。在操作這些化學(xué)品的過程當(dāng)中，實驗室人員存在暴露于危害性氣體、蒸汽、熏煙或粉塵污染中的風(fēng)險。因此，為降低這種暴露風(fēng)險，高校實驗室常通過通風(fēng)柜來控制實驗室環(huán)境中的空氣傳播污染物。

常見的通風(fēng)柜是一種“包圍式氣罩”，利用通風(fēng)柜中的抽氣裝置產(chǎn)生穩(wěn)定氣流，以抽離通風(fēng)柜中的污染物。通風(fēng)柜的內(nèi)部因氣體被抽離而產(chǎn)生負(fù)壓，并造成室內(nèi)空氣和通風(fēng)柜內(nèi)空氣之間氣壓的差異，使實驗室內(nèi)的空氣得以流入通風(fēng)柜內(nèi)，進(jìn)而稀釋污染物，再隨著通風(fēng)柜的氣流抽出實驗室。通風(fēng)柜的設(shè)置不僅能減少操作者的暴露風(fēng)險，保障操作者的健康與安全，還能維護實驗室的整體環(huán)境質(zhì)量。

1 高校實驗室通風(fēng)柜的類型及特點

實驗室通風(fēng)柜類型眾多，根據(jù)進(jìn)風(fēng)方式可分為：傳統(tǒng)式、旁通式、補風(fēng)式和變風(fēng)量式。其中，傳統(tǒng)式和旁通式皆為定風(fēng)量型（Constant Air Volume,CAV），使用最為廣泛。在實際應(yīng)用中，以上4 種類型的通風(fēng)柜各有特點：傳統(tǒng)式及旁通式通風(fēng)柜的初期設(shè)置成本較低，但因其抽氣量固定，長期運轉(zhuǎn)下對室內(nèi)空氣凈化系統(tǒng)所產(chǎn)生的能耗較大，導(dǎo)致整體運轉(zhuǎn)成本提高；補風(fēng)式使用外氣做為補氣來源，能有效降低室內(nèi)空氣凈化能耗，但未經(jīng)空氣凈化系統(tǒng)過濾處理的外氣可能成為污染源，造成化學(xué)品的污染及室內(nèi)潔凈度的破壞；變風(fēng)量式通風(fēng)柜可隨柜門開關(guān)變化來調(diào)整抽氣風(fēng)量，以維持柜門面風(fēng)速一致性及有效的污染物捕集能力[1]。

另外，黃榮芳等人依照流體力學(xué)觀點，設(shè)計出IAC（inclined air-curtain，斜氣簾式）氣柜[2-3]。該氣柜能較好控制流體幾何結(jié)構(gòu)，并在柜內(nèi)形成一道下吹上吸式的傾斜空氣簾幕，以此來加強防護柜內(nèi)污染物的泄漏，在整體污染物的防護及捕集能力效果上優(yōu)于傳統(tǒng)式通風(fēng)柜，且能源消耗部份較傳統(tǒng)型通風(fēng)柜節(jié)省40%以上，有效達(dá)到節(jié)能效果[2-4]。此外，與在高熱負(fù)荷下運行的傳統(tǒng)通風(fēng)柜相比，IAC 通風(fēng)柜具有優(yōu)異的通風(fēng)柜封閉性能，且能耗低[5]。

2 通風(fēng)柜污染物泄漏原因分析

在設(shè)計良好的情況下，通風(fēng)柜的運作應(yīng)能有效限制、稀釋及排除經(jīng)由化學(xué)操作過程所釋放的污染物，進(jìn)而保障操作者的安全和實驗室環(huán)境。但在實際操作過程中，常發(fā)現(xiàn)通風(fēng)柜里的污染物會出現(xiàn)泄漏情況，主要原因可歸納為兩大類。

2.1 人為因素

操作者的站立位置不同，如操作者站立在柜門前方、兩側(cè)及中間形成的渦旋型式不同，所形成的氣流卷出情況各異。通風(fēng)柜拉門開關(guān)的速度所造成的拖引氣流也會對泄漏率產(chǎn)生不同的影響。柜門迅速開關(guān)或有側(cè)流時，大量的紊流渦漩伴隨噴流式氣流，可明顯地將柜內(nèi)污染物攜出至外界，而產(chǎn)生泄漏。操作者傾倒溶液動作時，產(chǎn)生的氣流能讓柜中污染物泄漏至操作員的呼吸區(qū)域。而操作者在通風(fēng)柜內(nèi)操作化學(xué)物質(zhì)時，其污染物泄漏程度為沒有操作者操作時的5 倍以上。除此之外，周圍人員迅速通過通風(fēng)柜附近時，產(chǎn)生的紊流也能將通風(fēng)柜內(nèi)的污染物卷出。

2.2 非人為因素

在沒有操作者操作或無其他氣流流動干擾的前提下，造成通風(fēng)柜性能不佳的因素被歸類為非人為因素。

2.2.1 通風(fēng)柜因素

（1）通風(fēng)柜的大小。通風(fēng)柜在排氣運作時，在其內(nèi)部后側(cè)的上端會形成旋轉(zhuǎn)渦流，而通風(fēng)柜本身內(nèi)部的設(shè)計結(jié)構(gòu)（如通風(fēng)柜的大小）會影響此渦流的型態(tài)、大小和旋轉(zhuǎn)方向。有研究顯示，通風(fēng)柜內(nèi)部的流場和復(fù)雜的三維性結(jié)構(gòu)（長、寬、高）有關(guān)[6]。

（2）操作窗口因素。按照操作窗口類型，通風(fēng)柜可分為水平拉門式、豎直拉門式和組合拉門式3 種。有研究指出，操作窗口水平開度的大小對通風(fēng)柜污染物的控制效果有較大影響，操作窗口水平開度每降低400 mm，污染物控制濃度則降低一個數(shù)量級水平[7]。另有研究則表明，豎直開度是影響通風(fēng)柜污染物控制效果的最主要因素，而豎直開度與水平開度的交互作用對通風(fēng)柜的污染物控制效果也有重要影響[8]。

（3）柜門因素。已有研究證明，柜門高度對氣流形態(tài)產(chǎn)生影響，如增高柜門高度，操作者前方的低速區(qū)則會上移并接近呼吸區(qū)，從而給呼吸區(qū)污染物的控制造成難度[9]。另一方面，通風(fēng)柜的排氣性能和通風(fēng)柜拉門開口假想平面上的平均面風(fēng)速有關(guān)：柜門開口大時，降低了通風(fēng)柜面風(fēng)速，同時造成通風(fēng)柜對污染物的捕集能力的降低；但柜門開口過小，拉門開口面風(fēng)速值增加，不僅會造成無效的污染物捕集，還易產(chǎn)生紊流而將污染物帶出通風(fēng)柜。

2.2.2 污染源的揮發(fā)速度

通風(fēng)柜內(nèi)污染物的泄漏程度與通風(fēng)柜內(nèi)化學(xué)品的濃度和揮發(fā)性有一定關(guān)系[6]。由于通風(fēng)柜內(nèi)污染物揮發(fā)速度的增加，污染源與操作者距離的拉近，以及釋放污染源高度的提高，往往在操作者呼吸區(qū)域可測量到較高的揮發(fā)性化學(xué)品泄漏濃度值。

2.2.3 安裝不當(dāng)和維護保養(yǎng)欠缺

不良的設(shè)計和安裝或欠缺維護保養(yǎng)均能對通風(fēng)柜的排氣性能產(chǎn)生影響。例如，操作口前的障礙物會增大柜內(nèi)渦流，降低通風(fēng)柜性能，增加污染物泄漏的風(fēng)險。通風(fēng)柜風(fēng)扇的選擇及通風(fēng)柜的功效與排氣流量、系統(tǒng)的總靜壓損值等因素有關(guān)，并受到是否定期執(zhí)行自動檢查、風(fēng)扇保養(yǎng)、排氣系統(tǒng)及其組件檢查的影響。

3 預(yù)防污染物泄漏的對策

3.1 加強培訓(xùn)、規(guī)范使用，減少人為因素

最近的研究顯示，通風(fēng)柜規(guī)范使用率僅53.3%[10]，盡管報道的是企業(yè)化驗工人，但仍可見在實際運用過程中，通風(fēng)柜的非規(guī)范性使用問題還是較為突出。因此，有必要對相關(guān)人員加強培訓(xùn)，強調(diào)規(guī)范使用的重要性，提升規(guī)范使用意識和技能，可引進(jìn)先進(jìn)的實驗室5S（Seiri Seiton Seiso Setketsu Shitsuke，整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)）管理理念，促進(jìn)相關(guān)人員職業(yè)素質(zhì)的提高和實驗室環(huán)境的改善[11]。

3.2 定期維護，保證通風(fēng)量和風(fēng)速

（1）在選擇或使用實驗室通風(fēng)柜時，需留意通風(fēng)柜拉門開口的平均風(fēng)速是否能保持在理想范圍。

（2）鑒于通風(fēng)柜的性能受通風(fēng)柜前外部障礙物的影響，應(yīng)根據(jù)通風(fēng)柜的特點進(jìn)行合理安裝和擺放，如通風(fēng)柜的擺放遠(yuǎn)離進(jìn)出門15 cm 以上，以減少或避免周圍人員迅速通過通風(fēng)柜附近時帶來的氣流干擾。

（3）應(yīng)注意定期維護，如定期進(jìn)行通風(fēng)柜的自動檢查、對風(fēng)扇保養(yǎng)排氣系統(tǒng)以及組件進(jìn)行檢查，以避免因機器效能不良而增加操作者吸入污染物的機會。

3.3 加強監(jiān)測，進(jìn)行泄漏評估

通風(fēng)柜樣式較多，實驗過程中使用的化學(xué)品種類也較多。因此，在使用過程中，應(yīng)結(jié)合通風(fēng)柜的特點，及時監(jiān)測實驗室通風(fēng)柜內(nèi)各種污染物的泄漏狀態(tài)，進(jìn)行科學(xué)評估以提前預(yù)防。

4 小結(jié)

實驗室通風(fēng)柜設(shè)置的主要目的是將污染物排出實驗區(qū)域，避免污染物泄漏至操作者呼吸區(qū)域。在實際運用過程中，應(yīng)針對污染物泄漏的常見原因加以科學(xué)評估和規(guī)范管理，控制實驗室內(nèi)的空氣污染，并減少排出室外對大氣的污染，這不僅利于保障實驗教師和學(xué)生的身體健康，對周圍環(huán)境的保護也有益處。