化學實驗室環(huán)保技術和管理的探索與實踐

劉興平,李 剛

(中國石化揚子石油化工有限公司,江蘇南京 210044)

1 實驗室環(huán)保管理問題

實驗室產(chǎn)生的污染物成分復雜,隨著全國各類實驗室科技創(chuàng)新能力和企業(yè)產(chǎn)能擴張檢驗工作量的不斷提升,實驗室的環(huán)保管理問題備受關注。

1.1 環(huán)保意識需加強

目前各實驗室對環(huán)保定位不明確。實驗室大多重視儀器設備的更新,忽略環(huán)保設施投入[1];重視實驗反應原料純度,忽略尾氣廢渣處置;追求實驗反應機理及過程,未將實驗全生命周期通盤考慮;實驗員缺乏識別環(huán)境因素的體系思維。

1.2 環(huán)保管理組織需完善

與企業(yè)化驗室相比,高校實驗室大多沒有環(huán)保專員對實驗室進行管理,缺乏針對環(huán)保達標排放和排放源管理的相關管理制度。

1.3 環(huán)保設施建設投入不足

以有機化學、有機合成等實驗為例,盡管實驗臺均配置了廢氣收集裝置,但實驗過程產(chǎn)生的廢氣絕大多數(shù)未經(jīng)有效處理,直接通過通風管道排入大氣。而且由于教學經(jīng)費和科研經(jīng)費緊張,收集的廢液和危險固廢也未能全部得到有效處置[2]。

2 實驗室環(huán)保技術應用和管理實踐

某大型石化公司轄管的檢測實驗室和科研實驗室,在遵守國家和地方法規(guī)的前提下,積極探索和應用環(huán)保技術和管理方法。本文從廢氣、廢液和固體廢物3個方面介紹該公司實驗室環(huán)保管理的做法。

2.1 廢氣管理

2.1.1 廢氣排放標準

GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》是實驗室廢氣必須遵守的強制標準,標準中列明的大氣污染物排放事項涉及33種氣體,對大氣保護工作有一定的指導作用。在進行建筑、施工以及實驗等測評工作以及開展大氣污染排放管理工作時,行業(yè)性排放標準和綜合性排放標準只需擇一遵循,一般選用更為嚴格的指標執(zhí)行,以確保依法合規(guī)。

部分廢氣在GB16297—1996《大氣污染物綜合排放標準》中找不到明確的排放要求。例如氨執(zhí)行GB14554—1993《惡臭污染物排放標準》中標準限值;乙醇、異丙醇一般依據(jù)GB/T 3840—1991《制定地方大氣污染物排放標準的技術方法》中第6節(jié)“關于生產(chǎn)工藝過程中,氣態(tài)大氣污染物排放標準相關制定方法”推算,單一排氣筒(指以其高度為半徑的范圍內(nèi)無排放同種大氣污染物的排氣筒)允許排放率按式(1)確定:

Q=CmRKe

(1)

式中:Q——排氣筒允許排放率,mg/m3;

Cm——標準濃度值,乙醇5 mg/m3、異丙醇0.6 mg/m3;

R——排放系數(shù)(例如環(huán)境空氣質(zhì)量功能二類區(qū),排氣筒15 m時取6,排氣筒20 m時取12);

Ke——地區(qū)性經(jīng)濟技術參數(shù),取值0.5～1.5。

2.1.2 廢氣治理技術

實驗室的通風非常關鍵,目前暫無通風設施管理的國家標準。要保持實驗室內(nèi)部良好通風,通常在設計安裝時采用新風系統(tǒng)將室內(nèi)的空氣進行凈化,同時設計尾氣吸附裝置將實驗室有毒氣體進行凈化,確認達到國家標準后進行排放,避免對環(huán)境造成破壞。公司新實驗大樓采用新風系統(tǒng)與通風櫥同時使用,新風采用微負壓設計(-5 Pa),所有的質(zhì)檢分析、試劑與樣品準備均在通風柜中進行,試劑及樣品揮發(fā)廢氣經(jīng)通風櫥收集后通過管道引至樓頂吸附裝置,吸附用的填料可以使用活性炭,也可以使用其它類吸附劑?；钚蕴课絼┓N類較多,顆粒炭、蜂窩炭應用比較多,吸附效率可達到80%。目前各個實驗室排口活性炭采取“掃碼”更換,一個排口對應一個二維碼,任何人可通過掃碼查詢吸附裝置更換的時間及填充量、碘值等信息,便于公開監(jiān)督管理。處理后的實驗室廢氣經(jīng)高18 m的排氣筒排放,各排氣筒污染物排放濃度、排放速率及等效排氣筒污染物排放速率完全滿足地方、公司相應的標準限值要求。排放口監(jiān)測VOCs為每月一次。

實驗室廢氣排放一般是采取活性炭吸附方法,需根據(jù)具體實驗排放情況提前制定相關方案,無廢氣處理設施設計方案或?qū)嶋H建設情況與設計方案不符時,參照式(2)計算活性炭更換周期。

T=m×s÷(c×10-6×L×t)

(2)

式中:T——更換周期,天;

m——活性炭的用量,kg;

s——動態(tài)吸附量,%;(一般取值10%)

c——活性炭削減的VOCs濃度,mg/m3;

L——排風量,m3/h;

t——運行時間,h/天。

計算示例:表1中,后4組分別對第1組數(shù)據(jù)的活性炭用量、活性炭削減VOCs濃度、排風量、運行時間進行改變,得出不同的更換周期。

表1 不同條件下活性炭更換周期計算案例

排污單位要按照國家規(guī)定,記錄使用的吸附劑類型,一次性吸附劑更換的數(shù)量和更換頻率,再生型吸附劑再生周期、更換情況,廢吸附劑儲存、處置情況,進行詳細記錄并妥善保存。環(huán)境管理臺賬記錄保存期限不得少于5年。

2.2 廢液管理

2.2.1 實驗室廢液管理標準

實驗室廢液一般具有可燃性、腐蝕性、反應性和毒害性,具有間歇性產(chǎn)生、濃度高、成分復雜的特點。有機廢液類包括油脂類、含鹵素類有機溶劑及不含鹵素類有機溶劑;無機廢液類包括含重金屬廢液、含氟廢液、含氰廢液、酸堿性廢液、含汞廢液、含鉻廢液;污泥及固體類。所以必須嚴格按照規(guī)定對其進行處理,否則其污染水體環(huán)境,將對生態(tài)環(huán)境平衡造成一定影響。

煉化企業(yè)實驗室廢水中CODCr、pH、SS、氨氮、TP、總汞、總鎳參照GB31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》中規(guī)定的水污染物特別排放限值。高校實驗室一般會參考GB8978—1996《污水綜合排放標準》中關于第一類污染物的最高允許排放濃度限值。

2.2.2 廢液治理技術

針對實驗室危廢產(chǎn)生的連續(xù)性特點,實驗室要秉持源頭管控、依法合規(guī)處置的原則,先做好廢液分類工作,有中、小試實驗裝置的可以利用廢油回收等設施,將有機廢液回收至污油系統(tǒng),減少不必要的廢液產(chǎn)生。其余可處置的無機廢液(不含鉻、氯)廢液要先做好預處理無害化后排放。

焚燒法是實驗室在處理廢液時較常使用的方法,除此之外還有溶劑萃取法(萃取時要選擇諸如正己烷之類揮發(fā)性溶劑,因為其和水不能混合,待溶劑層被剝離開來后,將其焚燒掉。再用吹入空氣的方法,將水層中的溶劑吹出)、吸附法(吸附后焚燒)、氧化分解法(氧化后按無機類進行處置)、水解法、生物化學處理法等。

焚燒法主要針對可燃性物質(zhì)。而萃取法、氧化分解法以及吸附法則可用來處理那些不容易燃燒的物質(zhì)。倘若該物質(zhì)可以借助微生物進行分解,則可用水對其稀溶液進行稀釋,稀釋過后再排放將大大減少對環(huán)境的污染。如果廢液有機油或重金屬成分,在對其進行焚燒后不能隨意排放應按照規(guī)定進行妥善保管。

2.3 固廢管理

2.3.1 固廢排放標準

容器、廢固態(tài)化學試劑等都屬于固態(tài)廢物。一般固體廢物和危險廢物都歸為固體廢物:危險廢物要遵循GB18597—2001《危險廢物貯存污染控制標準》及修改單;一般固廢的暫存執(zhí)行GB18599—2001《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》及修改單。

2.3.2 固廢治理技術

設置危廢臨時存放區(qū),危險廢物貯存場所設置密閉間,地面硬化處理,地面防滲處理等滿足相關規(guī)范要求,貯存場所做到防風、防雨、防曬、防滲漏,并配備防泄漏應急處理設施。危險廢物收集于密封桶內(nèi),密封桶蓋好后豎直放置堆放。集容器使用前,在投放登記表上填寫編號、類別。每一次投放危險廢物時,在投放登記表上填寫投放廢物的分類、危害特性、投放人等信息。對實驗室擬拋棄或者放棄的危險化學品(包括各類單質(zhì)、化合物及其混合物),如危險特性尚未確定的,應在納入危險廢物進行申報登記和管理計劃備案前,按照《危險化學品安全管理條例》和其他法律法規(guī)評估其屬性以及歸屬的危險類型,然后嚴格參照相關要求進行規(guī)范操作。

在對危險廢物進行轉(zhuǎn)移時要嚴格按照相關規(guī)定,使用電子轉(zhuǎn)移聯(lián)單,同時在挑選運輸企業(yè)時也要選擇那些有相關資質(zhì)的,以確保危險廢物的安全運輸,防止意外泄漏、遺失等事故發(fā)生對環(huán)境造成危害。危險廢物轉(zhuǎn)移過程中做到密閉運輸,運輸前后重量誤差不超過轉(zhuǎn)移聯(lián)單中重量的±3%。建立信息化管理平臺——“智慧環(huán)保地圖”管控平臺,定期對危廢處置量進行跟蹤分析,全生命周期做好危險廢物全過程、全維度依法合規(guī)管理。

2.4 實驗室減廢措施

實驗室應按需、集中采購化學藥品、試劑,在單位內(nèi)部建立信息共享、物資回收利用機制,對各實驗室閑置化學藥品、試劑統(tǒng)一進行管理、調(diào)配和轉(zhuǎn)讓使用,盡可能提高資源利用率,最大限度減少實驗室危險廢物、異味的產(chǎn)生。在挑選實驗試劑時盡量選擇那些毒性較低或者無毒的試劑,少使用那些對會環(huán)境造成重大污染的試劑;選擇合格的實驗設備,使用科學的實驗方法,以提高試劑使用率,減少污染物的產(chǎn)生;在條件允許的情況下不使用或者少使用危險化學物品;如果條件不允許,則要想辦法減少實驗過程中的有毒物質(zhì)排放,并按照要求對其進行處理,防止環(huán)境污染的產(chǎn)生。

公司各實驗室始終堅持廢物減量化、資源化、無害化的原則,深耕細作廢液、廢氣、廢固的“三廢”管理,助推公司綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。部分排口采用了自主研發(fā)的新型阻燃性、可再生吸附技術(已取得專利),預計可減少產(chǎn)生固廢0.5 t/a,實現(xiàn)了資源利用高效化、無害化。為了減少不必要的沾染性廢瓶產(chǎn)生,公司結(jié)合實驗室自身分析產(chǎn)品特點,采取三大措施減少沾染性廢瓶產(chǎn)生。一是加強采樣制度的宣貫和采樣操作的培訓,減少樣品復采復測的發(fā)生率。二是細化固廢臺賬,對沾染性廢瓶根據(jù)用途進行分類,對于可回收的廢瓶,通過洗瓶機進行清洗晾干收集,作為基層樣品加樣環(huán)節(jié)的采樣瓶,實現(xiàn)采樣瓶的重復使用,不可回收的廢瓶則根據(jù)類別進行合規(guī)處置。三是借助智能化手段,推進質(zhì)量在線儀表的使用,降低分析頻率,減少采樣瓶的使用,從根本上消減沾染性廢瓶產(chǎn)生。

2.5 環(huán)境管理與監(jiān)測

實驗室持續(xù)加強環(huán)境管理,建立一套完善的環(huán)保監(jiān)督、管理制度,包括《實驗室HSE管理細則》《危險廢物管理細則》《環(huán)保監(jiān)測管理規(guī)定》等制度,選用專業(yè)的環(huán)保管理人員共同成立環(huán)境管理部門,并制定科學嚴謹?shù)囊?guī)章制度,切實落實各項環(huán)保治理措施,并保證正常運行,確保各項污染物達標排放。制定了環(huán)保設施安全檢查表(表2),對環(huán)保設施的狀態(tài)特別是環(huán)保處理的安全性進行檢查,確保環(huán)保設施投用,以及在處理中不會產(chǎn)生安全事故。屬地單位根據(jù)裝置運行狀況制定環(huán)境自行監(jiān)測計劃表。對異常數(shù)據(jù)開展排查、管控,直到解除預警,并以書面形式向公司報告異常/超標原因及整改情況。

表2 環(huán)保設施安全檢查表

對外委廢物處置單位也需要進行檢查。實驗室外委處置單位要核實對方資質(zhì),確保具備處置該品類危廢資質(zhì);委托轉(zhuǎn)移過程中,要跟蹤是否按規(guī)定、依法處置。以免出現(xiàn)第三方因為沒有相關資質(zhì)或者能力而未按照規(guī)定對危險廢物進行處理的現(xiàn)象,進而對人類生存和社會的可持續(xù)發(fā)展造成威脅。

3 結(jié)語

實驗室的環(huán)保管理存在的問題日益突出,國內(nèi)實驗室的環(huán)保管理還處于不斷改進的階段,以加快適應政府環(huán)保政策的變化,不應滯后于企業(yè)、高校的整體改革創(chuàng)新進展。本文旨在構(gòu)建體系化、閉環(huán)的實驗室環(huán)保管理模式,從廢氣、廢液、固廢3個角度出發(fā),定性、定量地提出了管理思路,這對于企業(yè)、高校、科研機構(gòu)等化學實驗室的正常運轉(zhuǎn)和可持續(xù)發(fā)展具有一定借鑒意義。