化学实验室环保技术和管理的探索与实践

刘兴平,李 刚

(中国石化扬子石油化工有限公司,江苏南京 210044)

1 实验室环保管理问题

实验室产生的污染物成分复杂,随着全国各类实验室科技创新能力和企业产能扩张检验工作量的不断提升,实验室的环保管理问题备受关注。

1.1 环保意识需加强

目前各实验室对环保定位不明确。实验室大多重视仪器设备的更新,忽略环保设施投入[1];重视实验反应原料纯度,忽略尾气废渣处置;追求实验反应机理及过程,未将实验全生命周期通盘考虑;实验员缺乏识别环境因素的体系思维。

1.2 环保管理组织需完善

与企业化验室相比,高校实验室大多没有环保专员对实验室进行管理,缺乏针对环保达标排放和排放源管理的相关管理制度。

1.3 环保设施建设投入不足

以有机化学、有机合成等实验为例,尽管实验台均配置了废气收集装置,但实验过程产生的废气绝大多数未经有效处理,直接通过通风管道排入大气。而且由于教学经费和科研经费紧张,收集的废液和危险固废也未能全部得到有效处置[2]。

2 实验室环保技术应用和管理实践

某大型石化公司辖管的检测实验室和科研实验室,在遵守国家和地方法规的前提下,积极探索和应用环保技术和管理方法。本文从废气、废液和固体废物3个方面介绍该公司实验室环保管理的做法。

2.1 废气管理

2.1.1 废气排放标准

GB16297—1996《大气污染物综合排放标准》是实验室废气必须遵守的强制标准,标准中列明的大气污染物排放事项涉及33种气体,对大气保护工作有一定的指导作用。在进行建筑、施工以及实验等测评工作以及开展大气污染排放管理工作时,行业性排放标准和综合性排放标准只需择一遵循,一般选用更为严格的指标执行,以确保依法合规。

部分废气在GB16297—1996《大气污染物综合排放标准》中找不到明确的排放要求。例如氨执行GB14554—1993《恶臭污染物排放标准》中标准限值;乙醇、异丙醇一般依据GB/T 3840—1991《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》中第6节“关于生产工艺过程中,气态大气污染物排放标准相关制定方法”推算,单一排气筒(指以其高度为半径的范围内无排放同种大气污染物的排气筒)允许排放率按式(1)确定:

Q=CmRKe

(1)

式中:Q——排气筒允许排放率,mg/m3;

Cm——标准浓度值,乙醇5 mg/m3、异丙醇0.6 mg/m3;

R——排放系数(例如环境空气质量功能二类区,排气筒15 m时取6,排气筒20 m时取12);

Ke——地区性经济技术参数,取值0.5～1.5。

2.1.2 废气治理技术

实验室的通风非常关键,目前暂无通风设施管理的国家标准。要保持实验室内部良好通风,通常在设计安装时采用新风系统将室内的空气进行净化,同时设计尾气吸附装置将实验室有毒气体进行净化,确认达到国家标准后进行排放,避免对环境造成破坏。公司新实验大楼采用新风系统与通风橱同时使用,新风采用微负压设计(-5 Pa),所有的质检分析、试剂与样品准备均在通风柜中进行,试剂及样品挥发废气经通风橱收集后通过管道引至楼顶吸附装置,吸附用的填料可以使用活性炭,也可以使用其它类吸附剂。活性炭吸附剂种类较多,颗粒炭、蜂窝炭应用比较多,吸附效率可达到80%。目前各个实验室排口活性炭采取“扫码”更换,一个排口对应一个二维码,任何人可通过扫码查询吸附装置更换的时间及填充量、碘值等信息,便于公开监督管理。处理后的实验室废气经高18 m的排气筒排放,各排气筒污染物排放浓度、排放速率及等效排气筒污染物排放速率完全满足地方、公司相应的标准限值要求。排放口监测VOCs为每月一次。

实验室废气排放一般是采取活性炭吸附方法,需根据具体实验排放情况提前制定相关方案,无废气处理设施设计方案或实际建设情况与设计方案不符时,参照式(2)计算活性炭更换周期。

T=m×s÷(c×10-6×L×t)

(2)

式中:T——更换周期,天;

m——活性炭的用量,kg;

s——动态吸附量,%;(一般取值10%)

c——活性炭削减的VOCs浓度,mg/m3;

L——排风量,m3/h;

t——运行时间,h/天。

计算示例:表1中,后4组分别对第1组数据的活性炭用量、活性炭削减VOCs浓度、排风量、运行时间进行改变,得出不同的更换周期。

表1 不同条件下活性炭更换周期计算案例

排污单位要按照国家规定,记录使用的吸附剂类型,一次性吸附剂更换的数量和更换频率,再生型吸附剂再生周期、更换情况,废吸附剂储存、处置情况,进行详细记录并妥善保存。环境管理台账记录保存期限不得少于5年。

2.2 废液管理

2.2.1 实验室废液管理标准

实验室废液一般具有可燃性、腐蚀性、反应性和毒害性,具有间歇性产生、浓度高、成分复杂的特点。有机废液类包括油脂类、含卤素类有机溶剂及不含卤素类有机溶剂;无机废液类包括含重金属废液、含氟废液、含氰废液、酸碱性废液、含汞废液、含铬废液;污泥及固体类。所以必须严格按照规定对其进行处理,否则其污染水体环境,将对生态环境平衡造成一定影响。

炼化企业实验室废水中CODCr、pH、SS、氨氮、TP、总汞、总镍参照GB31570—2015《石油炼制工业污染物排放标准》中规定的水污染物特别排放限值。高校实验室一般会参考GB8978—1996《污水综合排放标准》中关于第一类污染物的最高允许排放浓度限值。

2.2.2 废液治理技术

针对实验室危废产生的连续性特点,实验室要秉持源头管控、依法合规处置的原则,先做好废液分类工作,有中、小试实验装置的可以利用废油回收等设施,将有机废液回收至污油系统,减少不必要的废液产生。其余可处置的无机废液(不含铬、氯)废液要先做好预处理无害化后排放。

焚烧法是实验室在处理废液时较常使用的方法,除此之外还有溶剂萃取法(萃取时要选择诸如正己烷之类挥发性溶剂,因为其和水不能混合,待溶剂层被剥离开来后,将其焚烧掉。再用吹入空气的方法,将水层中的溶剂吹出)、吸附法(吸附后焚烧)、氧化分解法(氧化后按无机类进行处置)、水解法、生物化学处理法等。

焚烧法主要针对可燃性物质。而萃取法、氧化分解法以及吸附法则可用来处理那些不容易燃烧的物质。倘若该物质可以借助微生物进行分解,则可用水对其稀溶液进行稀释,稀释过后再排放将大大减少对环境的污染。如果废液有机油或重金属成分,在对其进行焚烧后不能随意排放应按照规定进行妥善保管。

2.3 固废管理

2.3.1 固废排放标准

容器、废固态化学试剂等都属于固态废物。一般固体废物和危险废物都归为固体废物:危险废物要遵循GB18597—2001《危险废物贮存污染控制标准》及修改单;一般固废的暂存执行GB18599—2001《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制标准》及修改单。

2.3.2 固废治理技术

设置危废临时存放区,危险废物贮存场所设置密闭间,地面硬化处理,地面防渗处理等满足相关规范要求,贮存场所做到防风、防雨、防晒、防渗漏,并配备防泄漏应急处理设施。危险废物收集于密封桶内,密封桶盖好后竖直放置堆放。集容器使用前,在投放登记表上填写编号、类别。每一次投放危险废物时,在投放登记表上填写投放废物的分类、危害特性、投放人等信息。对实验室拟抛弃或者放弃的危险化学品(包括各类单质、化合物及其混合物),如危险特性尚未确定的,应在纳入危险废物进行申报登记和管理计划备案前,按照《危险化学品安全管理条例》和其他法律法规评估其属性以及归属的危险类型,然后严格参照相关要求进行规范操作。

在对危险废物进行转移时要严格按照相关规定,使用电子转移联单,同时在挑选运输企业时也要选择那些有相关资质的,以确保危险废物的安全运输,防止意外泄漏、遗失等事故发生对环境造成危害。危险废物转移过程中做到密闭运输,运输前后重量误差不超过转移联单中重量的±3%。建立信息化管理平台——“智慧环保地图”管控平台,定期对危废处置量进行跟踪分析,全生命周期做好危险废物全过程、全维度依法合规管理。

2.4 实验室减废措施

实验室应按需、集中采购化学药品、试剂,在单位内部建立信息共享、物资回收利用机制,对各实验室闲置化学药品、试剂统一进行管理、调配和转让使用,尽可能提高资源利用率,最大限度减少实验室危险废物、异味的产生。在挑选实验试剂时尽量选择那些毒性较低或者无毒的试剂,少使用那些对会环境造成重大污染的试剂;选择合格的实验设备,使用科学的实验方法,以提高试剂使用率,减少污染物的产生;在条件允许的情况下不使用或者少使用危险化学物品;如果条件不允许,则要想办法减少实验过程中的有毒物质排放,并按照要求对其进行处理,防止环境污染的产生。

公司各实验室始终坚持废物减量化、资源化、无害化的原则,深耕细作废液、废气、废固的“三废”管理,助推公司绿色转型发展。部分排口采用了自主研发的新型阻燃性、可再生吸附技术(已取得专利),预计可减少产生固废0.5 t/a,实现了资源利用高效化、无害化。为了减少不必要的沾染性废瓶产生,公司结合实验室自身分析产品特点,采取三大措施减少沾染性废瓶产生。一是加强采样制度的宣贯和采样操作的培训,减少样品复采复测的发生率。二是细化固废台账,对沾染性废瓶根据用途进行分类,对于可回收的废瓶,通过洗瓶机进行清洗晾干收集,作为基层样品加样环节的采样瓶,实现采样瓶的重复使用,不可回收的废瓶则根据类别进行合规处置。三是借助智能化手段,推进质量在线仪表的使用,降低分析频率,减少采样瓶的使用,从根本上消减沾染性废瓶产生。

2.5 环境管理与监测

实验室持续加强环境管理,建立一套完善的环保监督、管理制度,包括《实验室HSE管理细则》《危险废物管理细则》《环保监测管理规定》等制度,选用专业的环保管理人员共同成立环境管理部门,并制定科学严谨的规章制度,切实落实各项环保治理措施,并保证正常运行,确保各项污染物达标排放。制定了环保设施安全检查表(表2),对环保设施的状态特别是环保处理的安全性进行检查,确保环保设施投用,以及在处理中不会产生安全事故。属地单位根据装置运行状况制定环境自行监测计划表。对异常数据开展排查、管控,直到解除预警,并以书面形式向公司报告异常/超标原因及整改情况。

表2 环保设施安全检查表

对外委废物处置单位也需要进行检查。实验室外委处置单位要核实对方资质,确保具备处置该品类危废资质;委托转移过程中,要跟踪是否按规定、依法处置。以免出现第三方因为没有相关资质或者能力而未按照规定对危险废物进行处理的现象,进而对人类生存和社会的可持续发展造成威胁。

3 结语

实验室的环保管理存在的问题日益突出,国内实验室的环保管理还处于不断改进的阶段,以加快适应政府环保政策的变化,不应滞后于企业、高校的整体改革创新进展。本文旨在构建体系化、闭环的实验室环保管理模式,从废气、废液、固废3个角度出发,定性、定量地提出了管理思路,这对于企业、高校、科研机构等化学实验室的正常运转和可持续发展具有一定借鉴意义。