二噁英实验室建设方案设计

第 26卷 第 6期 2007年 6月 实 验 室 研 究 与 探 索 RESEARCH AND EXPLORAT ION IN LABORATORY Vo.l 26N o. 6 Jun. 2007 二 英实验室建设方案设计 李丽东1, 沈万斌 2, 张祖麟 1, 余 刚 1 ( 1.清华大学 环境科学与工程系, 北京 100084; 2.吉林大学 环境与资源学院,吉林 长春 130012) 摘 要:二 英类持久性有机污染物具有长期残留性、生物蓄积性、剧毒性和高致病性的特点,对人类和 野生动植物具有严重的危害。二 英实验室的专业性强, 在设计和施工方面均有很多特殊的要求。根 据清华大学二 英分析实验室建设的实践 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 ,提出实验室平面布局、空调通风系统设置、电气自控系 统设置、配电、防火安全卫生、实验室装修以及主仪器安装的设计方案, 为我国其他二 英分析实验室的 建设提供参考。 关键词:二 英; 多氯联苯;持久性有机污染物 中图分类号: G482 文献标识码: A 文章编号: 1006- 7167( 2007) 06- 0119- 04 Design ofD ioxin Analysis Laboratory LI L i-dong 1 , SHEN Wan-bin2, ZHANG Zu-lin1, YU Gang1 ( 1. Dep.t o f Env ironmental Science& Eng. , TsinghuaUn iv. , B eijing 100084, China; 2. College o f Env ironment and Resources, Jilin Un iv. , Changchun 130012, Ch ina) Abstract: D iox in- like POPs are chem icals that rem ain intact in the env ironment for long periods, become w idely distributed geograph ica lly, accumulate in fatty t issue o f living organ ism s and are high ly tox ic to humans and w ildlife. Due to its h ighly techn ica lknow ledge of d iox in, many spec ial requests have been put into considerat ion during lab design and construction process. Based on the experience of build ing d iox in analysis lab at TsinghuaU niversity, the lab designs w ere d iscussed for the reference o f future diox in ana lysis lab construct ion in our country, including planar design, a ir conditioner and ventilation piping system se-t up, automat ic control system se-t up, power supp ly, lab sa fety and san itat ion se-t up, lab decoration, ma jor instrument installation. Key words: diox in; PCBs; POPs CLC number: G482 Document code: A Article ID: 1006- 7167( 2007) 06- 0119- 04 收稿日期: 2006- 09- 15 基金项目:清华大学环境科学与工程系与日本国土环境株式会社 共同合作二 英监测能力加强项目。 作者简介:李丽东 ( 1975- ) ,女,吉林长春人,助研, 博士,主要从事 环境类二 英方面的分析研究工作。 1 引 言 二 英是近年来受到社会普遍关注的痕量持久性 环境有机污染物 ( POPs) , 具体来讲, 二 英类污染物 包括多氯代二苯并-对二 英 ( PCDD) 、多氯代二苯并 呋喃 ( PCDF)和多氯联苯 ( PCB )三大类有机污染物。 其中 PCDD、PCDF由于氯原子取代的数目和位置不 同,共有 75种和 135种异构体。其中毒性明显的分别 有 7种和 10种。在二 英类的多种异构体当中, 2, 3, 7, 8-TCDD是目前已知毒性最大的物质,它的毒性是氰 化钾毒性的 100倍,是砒霜毒性的 900倍。二 英类 物质是非常稳定、难以降解的强致癌物质,具有生殖毒 性、免疫毒性及内分泌毒性 [ 1-3 ]。另外,二 英类污染 物对人体机体代谢有很大的影响,主要 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现在:高脂血 症 (高甘油三酯和高胆固醇 )、机体衰竭、细胞葡萄糖 摄取减少等症状。据报道, 二 英的主要来源有三个 方面 [ 4-7] : ⑴工业生产中的部分杂质, 如生产氯有机化 学品 (农药、防腐剂、除草剂和油漆添加剂等 )加热过 程中可产生二 英类副产物杂质; ⑵某些产品工业化 过程的副产物,如二 英类副产品和杂质的形式存在 于纸浆漂白、轻纺织品和工业冶炼过程中;⑶生活垃圾 在 350 e 不完全燃烧时也可产生大量的二 英类污染 物。因此,二 英类物质已引起国际上的广泛关注,被 列入《关于持久性有机污染物 ( POPs)的斯特哥尔摩公 约》首批受控的 12种 POPs清单中。因此, 在我国建 立相应的二 英分析研究实验室非常必要。目前, 我 国针对二 英物质的检测机构非常少 [ 8]。近年来, 环 保部门和疾病控制中心逐渐认识到了二 英的巨大危 害,相继 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 建立二 英分析实验室。由于二 英实 验室建设专业性很强,在设计和施工方面有很多特殊 的要求。到目前为止,国内很少有相关专业技术要求 方面的报道。本文根据清华大学二 英持久性有机污 染物分析实验室建设的经验, 提出二 英实验室的平 面布局、空调和通风系统设置、自动控制调节系统设 置、配电、三废排放和防火安全卫生要求、实验室装修 和主仪器安装等设计方案。 2 实验室平面布局 2. 1 实验室功能分区 二 英实验室的总平面应根据实验室各部分的功 能特点和安全、卫生的要求, 进行合理的功能分区, 各 功能区间应保持一定的通道和间距。二 英实验室可 以建成不同的规模。最基本的二 英分析实验室应具 有万级洁净度,至少有预处理间和主仪器间两个功能 区。清华大学的二 英分析实验室分为配电室、控制 办公室、更衣间、样品准备间、洗烘间、药品储存间、高 浓度样品预处理间、低浓度样品预处理间、样品间、仪 器分析间、散热间、降解间等功能间, 实验室平面布置 如图 1所示。 图 1 二 英分析实验室平面布置示意图 其中,样品准备间主要是用来存放采样器材和外 面采集回来的样品。洗烘间作为清洗预处理过程中的 玻璃器皿,在有条件的情况下, 最好分为高浓度样品清 洗间和低浓度样品清洗间, 以免交叉污染; 在洗烘间 内,需要摆放清洗过程所用的一些设备,如:烘箱、纯水 仪、超声波清洗器、干燥机等。药品储存间主要用来放 置实验中必需的试剂和药品。在高低浓度样品预处理 间内, 主要放置预处理过程中的必备设备, 如: 索式提 取仪、旋转蒸发仪、氮吹仪等。在样品间里,把所有经 过预处理后即将进行仪器分析的样品放进冰箱中保 存。仪器分析间里放置进行仪器分析时所用的高分辨 色质联用仪,以及分析工作站和安装数据处理系统的 计算机。主仪器间配置的散热间内设置该质谱仪所连 接的水冷机等设备。最后降解间里应放置实验过程中 所产生的废液等,这些废液应定期处理掉。在所有的 功能间中,配电室和控制办公室由于对洁净度要求不 高,可以设为非洁净区,其余部分均为洁净区。散热间 也可以根据具体条件划分在非洁净区内。清华大学的 散热间根据实验室整体性的需要,划归洁净区。在洁 净区内,根据洁净度要求的不同,主仪器间和超纯间对 洁净度要求很高,洁净度为千级;而缓冲间和气闸的洁 净度要求低,可设为十万级; 其余部分洁净度为万级。 实验室各功能间仪器设备配置见表 1。 表 1 功能间仪器设备清单 序号 功能间名称 设备名称 1 主仪器间 JM S-800D HRGC /HRMS;工作站;数据处理电脑 2 散热间 循环水机;变压器 3 准备间 空气采样机;气体浓度仪;冻干机; 匀浆机; 样品柜 4 超纯间 通风橱 (索式提取仪、旋转蒸发仪、氮吹仪等 ) ;操作台 5 洗烘间 水池;大烘箱;干燥机; 烘箱;电炉; 纯水机; 超声波清洗器 6 药品储存间 试剂柜;药品柜 7 纯化间 中央实验台;通风橱;操作台;天平 8 样品间 冰箱 9 降解间 废液 2. 2 实验室人流物流设计 在实验室的平面布局时还应考虑人流物流方向, 主要以单向性为基准 [ 9]。 ( 1)人流设计。实验室内人员应经过: 控制办公 室→更衣间→实验室洁净区。 ( 2)物流设计。实验室物料应经过: 样品准备间 →样品预处理间→样品间→仪器分析间。 整个样品通道应设计为单向性, 任何物料进入洁 净区不得原路返回。 3 实验室空调和通风系统 3. 1 实验室压差要求 二 英实验室毒性较大,建议采用负压系统,负压 绝对值的大小根据每个实验室功能区的污染程度而 定。污染越严重的区域绝对值越大, 污染小的区域绝 对值较小,详见图 1。在二 英实验室中, 污染最严重 的是降解区 [ 10, 11 ] ,因为这里存放了预处理过程中大量 120 实 验 室 研 究 与 探 索 第 26卷 的废液和废物,所以设计时应考虑该功能区负压最大; 在预处理过程中也将产生一些二 英废气,因此,预处 理间压力也应设定为负压中等。实验室中最洁净的区 域应设在主仪器间, 因为这里只进行超痕量样品仪器 分析操作,所以这里的压力可设置为最高。在有的二 英实验室内,主仪器间甚至采用正压系统,这样可以 节省能耗。另外在压力设置的过程中还应考虑压力流 的单向性,尽量保证实验室的压力从实验室的入口端 压力最高,从外向里, 压力逐渐由高向低过渡 [ 12]。 3. 2 实验室送排风系统 3. 2. 1 洁净室气流流态 洁净室气流流态最好采用垂直单向流设计, 上送 下排, 送风口最好为侧排, 送风不要对着仪器。循环供 气时, 新风量不应小于 80-120 m3 /h ( 2 ~ 3人工作 时 ) [ 4]。尽量避免上送上排, 以避免有毒有害气体从 下面向上排出的过程中进入人体内。前处理室也可采 用恒量通风柜为排风口。 3. 2. 2 排风管道设计 排风管道设计时应注意相对独立, 防止气流间的 交叉污染。管道的保温应符合工程规定 [ 13]。另外, 实 验室排风系统必须经无害化处理, 应保证实验环境空 气中的毒尘有害物质的浓度不超过国际标准和有关规 定,并采取密闭、负压等综合措施 [ 14, 15]。一般采用活 性炭过滤器对排风进行处理。活性炭过滤器安装应合 理,便于进行检漏和更换,不应安装于排风机的正压 端,这样既不能保护排风机、又不能满足污染的排风段 必须的负压要求。在考虑主仪器排放废气时, 要求 GC 及 MS泵排气需经活性炭装置过滤后经其它风道排 出,不得排入循环风管。应事先设计预留排气口位置。 3. 2. 3 通风橱的设计 通风橱排风量需达到一定排放量, 已防止有害气 体溢出危害实验人员的健康。从节约能源考虑, 建议 采用补风型通风橱,以节省空调负荷,并达到稀释通风 柜内有害气体的浓度。为确保实验室洁净度, 通风橱 必须经高效过滤处理。另外还可以考虑采用变风量的 通风橱,即无论通风橱的窗口开启高度如何,可以跟踪 改变风量,始终保证通风橱内的排风的速度达到 0. 5 m /s。采用变风量的通风橱从长远角度考虑可以节约 能源。建议实验过程中的所有预处理设备都放入通风 橱内, 以确保操作人员的安全 [ 12]。 3. 2. 4 空调及空气处理系统 二 英实验室试验区空调建议采用组合式空调机 组以满足空气的冷、热、湿处理及实验室内洁净度要 求。组合式空调机组含有初效过滤新风段、风机段、表 冷段、加热段、加湿段、电热段、中效段。鉴于二 英极 强毒性,建议实验室的预处理间空调机组为全新风机 组。对于有特殊温湿度要求的房间 (如仪器分析室 ) 需采用恒温恒湿精密空调。而实验室的降解间、样品 间、药品间为污染区域, 应 24 h不间断送排风。为使 系统更加节能,通过风机变频处理实现辅助区域和污 染区域的相互分离,在辅助区域无人工作时,系统自动 关闭该区域空调系统,而污染区域的负压状态不受任 何影响。 4 实验室控制调节系统 二 英实验室产生危险废物和危险废气, 应设计 可靠的监测仪器、仪表及必要的自动报警和连锁系统。 4. 1 室内相对压差控制 为保证实验室内各个区域的压差和压力梯度, 根 据各个排风口排风量要求,送风、排风系统应安装必要 的定风量阀及可控制的风量调节阀, 而不是普通的调 节阀。 4. 2 通风橱补风、排风控制 通风橱是二 英实验室最常用的设备实验室, 对 其安全性能要求也是最高的。实验室通风橱补风口、 出风口及实验台排风口都应设有定风量阀,并设有防 倒流措施。因不同时期,通风橱同时使用的数量不尽 相同,故要求排风系统采用变频控制措施。同样,通风 橱补风系统也采用变频措施,以满足实验室负压要求, 并满足不同数量的通风柜启停对不同补风量的要求。 4. 3 空调机组自动监控 监测室外温度,当室外温度 < 5 e 时, 控制电加热 将室外新风加热至 5 e 以上再进入空调机组; 监测各 个房间的总送风量, 并根据设定至调整排风机的运行 频率;监测各个房间的温湿度和静压;电加热器与空调 机内送风机连锁,只有先开风机,才能开电加热; 电加 热器需有过热断电保护和无风断电保护措施; 设定过 滤器的压差报警,提醒清洗过滤器等。 5 实验室配电系统 动力、照明及仪器最好分路供电,独立控制。实验 室插座分布及功率分配应充分考虑实验室未来发展需 要,可结合试验台功能区的分布进行。例如主仪器间 用的高分辨色谱质谱仪功率很高, 所以供电时应单独 考虑,并且应为主仪器预埋单独地线,接地电阻最好小 于 0. 58。同时, 还应考虑断电保护措施,断电后需手 动恢复对仪器设备供电, 不应自动恢复。条件允许的 情况可为初级扩散泵、工作站及水冷器配置 UPS电源 (油扩散泵时 )。对于实验室的预处理间或洗烘间, 由 于安装有特殊的仪器设备,如烘箱、马弗炉等有时需强 电流的供电设备,所以对这些设备的供电电路应单独 分开,常规的墙面插座 ( 10A )是满足不了这些设备的 供电要求的。正常情况下不带电, 事故时可能带电的 配电装置及电气设备外露可能导电的部分,均应按照 121 第 6期 李丽东,等:二 英实验室建设方案设计 一定的规范要求设计可靠接地装置 [ 16 ]。 6 实验室三废排放及安全卫生要求 实验过程中排放的有毒、有害废气、废液和废渣应 符合国家标准和有关规定 [ 17]。通风设计时应考虑事 故排风通风量,其供电系统的可靠性等级应符合国家 相关规定。实验区水池及其他排水经活性碳吸附过滤 或其他处理后,才能进入生活污水网 [ 18]。在有毒性危 害的作业环境中,应设计必要的淋洗器、洗眼器等卫生 防护设施,其服务半径小于 15 m。并根据作业特点和 防护要求,配置事故柜、急救箱和个人防护用品 [ 12]。 7 实验室装修 实验室的地面装修应考虑使用抗酸碱及有机溶剂 腐蚀、耐磨、无干扰物质存在 (VOC及酞酸值等 )、防静 电的材料。隔断及密封胶也应考虑干扰物的问题, 照 明用的灯管可吸顶明装,以易于更换及积尘点较少为 原则。由于主仪器一旦启动,噪音影响很大,所以在选 用墙体材料时应尽量考虑消音问题, 但消音的材料设 计往往容易吸尘,所以应从消音和防尘两方面综合考 虑。风管及机组应有消音措施,避免啸声及噪音过大。 另外实验室内所有装修材料的选用应采取一定的防火 措施 [ 19]。实验室内最好使用气体灭火装置, 避免水直 接喷淋以减少意外损失。通风和空气调节系统的保温 材料、消声材料及其粘结剂等, 应采用非燃烧材料。装 修完工后给水排水管道和气体动力管道应遵照《洁净 室施工及验收规范》JG J 71-90和《装饰 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 及验 收规范》GB J 210等有关规范进行强度试验、气密性试 验、真空度试验和泄漏量试验验收。 8 主仪器安装需考虑的问题 ( 1)承重。参考仪器对地面的最大压强并结合楼 层承重设计 参数 转速和进给参数表a氧化沟运行参数高温蒸汽处理医疗废物pid参数自整定算法口腔医院集中消毒供应 计算是否需要分散压力。 ( 2)振动。清华大学的空调机房及汽车车库均设 在地下二层,施工时应充分重视系统运行时振动尤其 是低频振动对仪器性能的影响, 送排风机组安装时应 尽量考虑减震措施。 ( 3)电磁干扰。仪器室附近不应有电梯、大型变 电柜、大型空调机组及特殊设备 (如 NMR )等, 应请主 仪器厂家的工程师实测电磁干扰情况。 ( 4)水冷器。主仪器配套的水冷器放在散热间 内,其散热量极大 (约占仪器总散热量 1/2), 所以必须 有很好的通风装置散热,为节省能源及运行费用考虑 可不设计为洁净间。清华大学二 英实验室的散热间 内设有废热回收装置,可以充分利用废热节省能源。 9 结 语 二 英是一种剧毒的持久性有机污染物, 大量存 在于工业、农业生产的一些副产物中,尤其是生活垃圾 焚烧物中。我国应尽快建设二 英分析实验室以检测 和控制二 英污染。清华大学二 英超痕量持久性有 机污染物分析实验室主要由 9个功能间、空调和通风 系统、控制调节系统和配电系统等组成,主要仪器设备 有 JM S-800D HRGC /HRMS、数据处理计算机、空气采 样机、气体浓度仪、冻干机、匀浆机、索式提取仪、旋转 蒸发仪、氮吹仪等。 参考文献 (References): [ 1] M atsueda, T akah iko, Tob iish ,i Kazuh iro. Invest igat ion of target isom ers as an ind icator for tox ic equ ivalen ts quan t ity of dioxin s and related com pounds in flu e gas. O rgan ohalogen Com pounds, 2002, 59 (D ioxin 2002 ) : 93-96. [ 2] Iida, Junko, T akeda, T akeh iro. Approach es to d iox in analys is by HRGC-HRM S and hybridHRGC-M S-M S. Jou rnalofH igh Resolu tion Ch rom atography, 1991, 14( 2 ): 103-9. [ 3] S checterA J, L i L. Pes ticide app lication and increased d ioxin body bu rden in male and fem ale agricu ltural w ork ers in Ch ina. Jou rnal of occupational and environm ental m edicine / Am erican C ollege of Occupat iona l and Env ironm en talM ed icine, 1996, 38( 9 ): 906-11. [ 4] Krizanec, Bostjan, Le M arech a,l D ioxin s and d iox in- like persistent organ ic pol lutan ts in textiles and chem icals in the text ile sector. C roat ica Chem ica Acta, 2006, 79 ( 2) : 177-186. [ 5] Tajim ,i M, U ehara, R. C orrelation coefficien ts betw een the d iox in levels in mother 's m ilk and th e d istan ces to th e nearest w aste incinerator w h ich w as the largest sou rce of d iox ins from eachm others' place of res idence in Tokyo, Japan. Chem osphere, 2005, 61 ( 9 ): 1256-1262. [ 6] Sudaryanto Agu s, Kun isue, Tatsuya. D iox ins, PCB s and organoch lorine pesticides in hum an breast m ilk from M alaysia. Organohalogen Compound s, 2004, 66( D iox in 2004) : 2733-2738. [ 7] Bost jan, K rizanec, Le M arecha,l A lenka Ma jcen; Text ile dyes and pigm ents as a sou rce of dioxin s. Organohalogen C om pounds, 2004, 66 (D ioxin 2004 ) : 931-935. [ 8] 胡冠九.浅谈我国环境监测技术发展趋势 [ J] .环境科学与管理, 2005, 30( 5 ) : 95-97. [ 9] GB50187,工业企业总平面设计规范 [ S ]. [ 10 ] GWKB2-1999,危险废物焚烧污染控制标准 [ S ] , 和 GWKB3- 2000,生活垃圾焚烧污染控制标准 [ S ]. [ 11 ] GB4272,设备及管道保温技术通则 [ S] . [ 12 ] GB50073-2001,洁净厂房设计规范 [ S ]. [ 13 ] HG20571-95,化工企业安全卫生设计规定 [ S] . [ 14 ] GB J65,工业与民用电力装置的接地设计规范 [ S] . [ 15 ] GB J4,工业 -三废 .排放试行标准 [ S] . [ 16 ] GB8978,污水综合排放标准 [ S ]. [ 17 ] GB J16,建筑设计防火规范 [ S ] . 122 实 验 室 研 究 与 探 索 第 26卷