水质监测实验室改建的探讨与实践

邢威洲

(河北省水环境监测中心邯郸分中心,河北 邯郸 056001)

1 基本情况概述

邯郸分中心辖属于河北省水环境监测中心,是通过国家级计量认证的水质监测机构。分中心从事邯郸区域内地表水、地下水、生活饮用水、农业灌溉水、渔业用水、矿泉水、废污水、土壤等监测工作。担负着邯郸区域内74处国家、省级水质站网的水质监测任务,同时为地方开展水质监测服务。

改建前分中心拥原子荧光分光度计、原子吸收分光光度仪、紫外分光光度计、分光光度计、万分之一电子天平、电导率仪、pH计等分析仪器和烘箱、水浴锅、电炉等日常监测设备;有三个简陋木制通风橱和60m水泥砖结构的操作台;水电管线、门窗年久失修,墙皮脱落、屋顶漏水;无防尘、防震、防毒等有效防护设备。

为了改善分中心实验室条件,高效完成监测任务,进一步提高水资源监测能力。2009年5月完成了“十一五”水资源监测能力建设--河北省水环境监测中心邯郸分中心实验室改建项目。改建后的邯郸分中心不仅实验室环境有了很大变化,监测能力、精度,特别是应急监测水平有了很大改观。

2 邯郸分中心实验室改建

邯郸分中心改建内容主要包含两大方面。第一,实验室装修和附属设施改建。第二,仪器设备购置。详见表1。

表1 邯郸分中心水资源监测能力改建内容一览表

本次改造邯郸分中心原有实验室面积为400m2,包含制水室、样品室、原子吸收室、分析室、仪器室、生化室、原子荧光室、天平室等专业实验室。

项目的设计工作起动于2004年,是“十一五”规划“河北省水资源能力建设”项目的一个分项。为了做好本次改建工程,最大限度地利用好这次机会,本方案经各级部门的多次设计、修改最终敲定。经过五年的努力如期完成项目改建任务,于2009年上半年完成。

3 设计方案与应用效果评价

通过实验室改建,邯郸分中心有了翻天覆地的变化。改建后的监测楼通体明亮,分析室明窗净几、实验台柜错落有致、分析仪器和化验用品整齐排列,实现了外部环境与设施设备的和谐统一。观摩者都给出高度评价。

尽管改造效果显著,总体评价优良,但存在不足之处。经过一年多的应用实践,发现了一些缺点,如设计时对个别细节考虑不周引起的操作不便、仪器配备时过于追求功能性而忽失了实用性等方面。为了充分利用好改建资金的使用效率,为下一步“十二五”规划中的相关项目的设计工作提供参考意见,从以下几个关键环节分析解剖邯郸分中心改建项目的优缺点与改进建议(说明:施工前邯郸分中心工作人员走访了几个新改建的实验室,听取了他们的改建经验,采纳了部分好的建议,在施工时作了小的改进,大部分按原设计方案实施)。

3.1 通风设施

通风设施是保护和改善操作人员工作环境安全的必须设备之一。通风柜要求采用防火防爆的金属材料制作,内壁无缝连接,通风管道耐酸碱气体腐蚀,配备加热源、水源、照明装置。风机配有减少震动和噪音的装置,气体收集、排放效率高。本次改建新增通风柜8个,风机3个。

3.1.1 通风柜

(1)设计方案(按标准通风柜的标准)。

外形尺寸:1800mm×750mm×2350mm;

操作区尺寸:1600mm×600mm×900mm;

工作面风速:0.3～0.8m/s(可调);

排风压:5～12mm;

排风量:1080～1400m/h;

本机噪音:≤56dB;

本机振动:XYZ方向＞2μm;

照明灯具:30W×2。

(2)施工改进。通过调研走访,普遍反映目前统一规格的通风柜操作空间狭小,活动不便利。针对这个情况在施工时对通风柜的外形尺寸进行了改进,施工尺寸为:1800mm×800mm×2850mm。很明显,通风柜增加了高度和宽度。改进后柜体顶部与屋顶衔接、操作空间相应增大,应用效果良好。

优点:大大方便了操作人员的工作舒适度,实验操作更为灵活、效率提高,分析室整体布局协调、美观。

缺点:增加成本费用近五分之一。

改进意见:建议打破常规标准,采用本次施工改进方案。

3.1.2 通风柜风机

风机是通风柜的心脏,是通过它的转动达到通风效果。按设计方案要求3个风机领带动8个通风柜,分别由1个风机带动3个通风柜和1个风机带动2个通风柜等一对多组合形式,见图1。经实用发现,这种配比不太合理,使用时产生相互干扰现象。

图1 风机风柜一对多组合结构图

优点:减少了风机个数,降低了成本。

缺点:①若想使用一个通风柜,则同组的几个通风柜都必须接通电源,处于待机状态(否则不能单独使用),同时通风运转。②若一风机带动两个以上分析室的通风柜,如果一个分析室使用,而其它分析室门窗紧闭时,由于空气不能正常流通而产生巨大的噪声且风机负载加重造成机械损失和电力浪费。

改进意见:一台通风柜与一台风机用单一管道连接,不能用单一管道连接的,也只限于同层同一房间的并联;风机的功率可适当降低,选择较小型号相匹配的风机。

3.2 操作台

3.2.1 设计方案

材料:一级优质冷轧钢板。

性能:在不破坏柜体单元条件下,柜体能承受的载荷如下:柜体每英尺承载500P压力;柜体中抽屉承载150P压力;所有的柜体、边柜及高柜中的调整板承载100P压力。

结构:所有产品是通过模具成型,开槽及用夹具装配,所有露在外面的焊缝经过抛光处理;柜体的各个零配件都经不同的承受量来采取不同厚度的进口冷轧钢板作材料;柜体可全空式打开,没有中间的支架;倒板、背面板是整片钢板成型,有弯边设计,内侧尾端支架有调板-调节孔。

五金配件:底围边用5英寸宽的橡胶;桌腿底有橡胶套;采用焊接式铰链。

表面处理:2mm一级优质冷轧钢板折弯制成,表面无焊缝,酸洗磷化处理后,环氧树脂粉末静电喷涂,可防化学腐蚀,防静电,满足实验室特殊环境的要求。

台面:采用进口12.7mm厚的Trespa实验室专用耐酸碱腐蚀台面,表面经过EBC双电子束专利技术处理,光滑无毛孔,耐强酸碱、防腐蚀、边缘加厚处理,使台面整体协调一致。

3.2.2 施工时完全按照设计方案实施

优点:使用前整体效果良好,台体坚实,造型美观,使用方便。

缺点:台面在遇高温后出现变形,较硬材质的物品摩擦后产生划痕。

改进意见:在设计台面时除着重考虑台面板的防化学腐蚀、耐强酸碱性能外,还应考虑抗压性、抗磨损性以及耐热性。

3.3 采样车

按设计方案要求配备了四驱动城市越野车。方案同时还要求进行车体改造,使之适应样品采集与保存的需要;配备样品采集和保存必须的采样箱、冷藏设备等。

优点:野外行驶方便,在艰苦环境中行进速度快,可提高采样工作效率。

缺点:车体功能需进一步改造。改造没有具体时间要求、没有规格标准,不宜操作。

改进意见:直接购置水质采样专用车,避免在改造过程中节外生枝。

3.4 其它附属设施

3.4.1 地板

采用进口材质的耐酸碱彩色橡胶地板,厚度3mm,颜色浅灰色。

优点:清新明亮,与实验台、通风柜等设施协调一致,耐酸碱。

缺点:颜色较浅,滴落在地板上的腐蚀性化学试剂后容易留下污渍,不易清洗;抗压能力差,如试剂柜等较重物品放置后会留下黑色压痕,该压痕无法去除。

改进意见:在选择橡胶地板时选用深色、增加耐压、耐热性能。

3.4.2 隔断墙

为了充分开发大房间的使用效率,避免出现相互干扰,对于面积不富裕的实验室可将较大房间分割使用。本次改建共分割两个较大房间,采用8mm厚钢化玻璃,分别对生化室的无菌操作间和原子吸收/荧光室进行了隔断。

优点:一是操作空间相对独立、消除干扰,二是美观大方、视觉效果相对豁亮。

缺点:不小心容易碰撞玻璃。改进意见:采纳本方案。

3.4.3 安全设施

实验室安全是化验工作的一个重要环节,无论是新建实验室还是改建实验室都必须把安全放在重要位置。电、气、火、毒是化验工作中最易发生的4大不安全因素,本次改建重点在这几方面增加了新的防护措施。①每一房间统一安装了防护电源,一旦发生漏电现象将自动断电。②对易燃易爆的气体如乙炔气等,购置了高压气瓶储存柜,气瓶柜上安装了自动排气装置,如有气体外泄将自动抽风外排。③为及时发现火灾和消除火灾,设计安装了迁移消防烟感探头,配备了干粉灭火器和二氧化碳灭火器④挥发性试剂在存放时有大量的毒性气体散发,在试剂库房安装了定时排气系统,彻底地改善了试剂库房的恶劣环境。⑤每个工作台面上都设置了洗眼器,以防眼睛受伤时及时冲洗。

3.5 仪器配置

仪器配置是本次改建的重点,大部分资金都投入其中。改建共配置了7台仪器,按照设计标准进行了招标采购。本次仪器配备均经过严格程序通过精心挑选,选购了国内外最先进的产品,均能代表时代水平。除超纯水机外其它6台均为进口设备。仪器配置基本适应当前工作的需要,目前该批仪器大多都发挥着其自身效益。

便携式多参数监测仪和BOD测定仪为应急监测设备,在紧急情况下为突发性水质污染作好了必要准备;离子色谱仪、COD测定仪和全自动色度测定仪已在改进监测方法、提高工作效率中发挥着巨大作用;超纯水机的使用取代了高耗能的用电烧制蒸馏水或外部购置纯水方法,为节能环保、提高空白用水质量起到关键作用。

水质等比例采样器是一种自动采样装置,适合于排污口、水厂等分时段采样或混匀采样的需要。由于自身体积较大、车辆携带不便,又不适合于当地正常站网的水质采样需求,目前仍未启用,建议再购置此类设备时选择其它类型的采样产品,如可选择体积小、操作简单的抽吸装置(通常被认为是一种方便的采集水样方法。抽吸系统由浸入水中的吸水管和蠕动泵组成)采样设备[1]。

4 实验室改建设计规划的几点建议

实验室改建在规划设计时,根据实验场地和作业内容,充分考虑实验台的大小及各种装置所占的面积、实验通道、能源、采光、制冷、尤其是室内通风等因素,历时常新的设计,充分体现人体工程学原理和唯美设计思维,着重于实验设备与科学工作者操作空间范围的协调搭配,令外形和功能高度统一[2]。通过邯郸分中心的改建经验结合一年多的应用实践总结以下几点供实验室改建者参照。

(1)专业规范的设计。实验室的装修与一般装修有所不同,设计上不但要美观舒适,还要做到防火、防潮、防腐等性能,增加通风、净化、消毒、无菌等功能,达到环保、安全、可靠、耐用。要想实现上述目标,建设成为材料性能达标、结构搭配协调、操作舒适便利、整体美观大方的实验室效果,必须有专业人员统筹规划、精心设计。

(2)因地制宜,不搞一刀切。由于实验室现有条件不同,工作需求不同,设计时不能因实验室级别相同、改建时间相同致使设计方案的高度一致,从而造成不必要的浪费。设计时要充分考虑现有实验室的面积、仪器配备,当地经济、社会对水环境监测的需求等客观因素,把有限的资金用在刀刃上。

(3)以人为本,充分体现人性化理念。人性化设计理念已经广泛应用到各个领域,实验室设计不仅考虑的人与物的协调、工作环境的舒适度,更重要的是人体的健康因素。众所周知,实验室工作的每一环节都直接或间接地与化学试剂、易燃易爆物品接触,稍有不慎即可造成伤害。因此有毒有害气体的防护、防火、防电、防爆设施的配备无疑成为设计规划的重点。

(4)以认证达标为目标,优先满足计量认证要求。随着法制建设的逐渐完善,实验室认证工作已全面铺开。就水利行业而言,全国分中心级实验室已全部通过计量认证评审。尽管如此,实验室硬件环境仍有不达标之处需改进,在进行实验室改建时要充分考虑计量认证评审要素中要求的基本内容,实现计量认证与实验室改建高度统一。

(5)以增强监测能力为根本,最大限度满足当地水环境监测的需求。实验室改建主要是改善工作环境和提高监测能力两大方面,提高监测能力不是一味地增加监测项目,添几台先进的监测仪器,而是要以当地的实际需求与时代的发展方向相结合,更多地了解服务对象的实际需要,在此基础上以提高监测质量为目的而选择即方便又使用的较先进的监测仪器以满足工作需要。

1 HJ/T52-1999,水质河流采样技术指导[S](HJ/T52-1999,River water quality sampling guidance[S].(in Chinese))

2 简颖涛,杜剑波,吴建勋等.从实验室改造和实验室认可谈监测站的能力建设[J].实验室研究与探索,2004,23(12):198-200.(Jian Ying-tao,Du Jian-bo,Wu Jian-xun,and so on.From the laboratory to transform and laboratory accreditationmonitoring stations on capacitybuilding[J].Research and Exploration,2004,23(12):198-200.(in Chinese))