环境实验室安全隐患深度排查及规范化改进实践.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.26 No.3 Jun.2023 环境实验室安全隐患深度排查及规范化改进实践赵迎新,邱潇洁,吴奕辰,王 倩,季 民(天津大学 环境科学与工程学院,天津 300350)摘 要:在高校建设“双一流”的背景下,实验室承担着实验教学、科学研究及社会服务的多重任务,安全管理问题作为首要保障历来备受重视。针对环境工程实验室的特点深度排查了当前存在实验人员流动性大、安全意识薄弱、设备药品管理不规范、反应器管理未成体系等安全隐患问题,提出构建系统化实验人员管理模式、实验设备及药品专项管理体系、建立实验室反应器安全运行机制等具体规范化措施,以改善目前环境工程类实验室安全管理的不足,保障人员及财产安全,保证高校科研工作顺利开展。关键词:环境工程;实验室安全;实验室管理中图分类号:X923;G482 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.22023.03.052In-depth investigation of potential safety hazards in environmental laboratories and standardized improvement practicesZHAO Yingxin,QIU Xiaojie,WU Yichen,WANG Qian,JI Min(School of Environmental Science and Engineering,Tianjin University,Tianjin 300350,China)Abstract:Under the background of the construction of“double first-class”colleges and universities,laboratories undertake multiple tasks of experimental teaching,scientific research and social services,and safety management issues have always been paid attention to as the primary guarantee.In view of the characteristics of environmental engineering laboratories,we have thoroughly investigated the cur-rent safety hazards such as high mobility of experimental personnel,weak safety awareness,non-standard equipment and drug management,and unsystematic reactor management,and proposed the establishment of a systematic laboratory personnel management model and experimental equipment spe-cific and standardized measures such as the drug management system and the establishment of a labora-tory reactor safety operation mechanism are to supplement the current deficiencies in the safety manage-ment of environmental engineering laboratories,ensure the safety of personnel and property,and en-sure the smooth development of scientific research in universities.Key words:environmental engineering;laboratory safety;laboratory management 收稿日期:2021-08-19 修改日期:2021-08-29作者简介:赵迎新,博士,副教授,主要研究方向为水污染控制与资源化研究。E-mail:yingxinzhao 基金项目:教育部第二批新工科研究与实践项目(项目编号:E-TMJZSLHY20202115)。2015 年 10 月国务院颁布统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案,对各高校的发展做出进一步规划,明确要求各高校培养拔尖创新人才,提升科学研究水平。作为高校重要的人才培养场所及科研支撑平台,一流实验室是各高校“双一流”建设的内在需求,实验室安全是进行教学、科研活动的首要保证1,毫无疑问,强化实验室安全管理,有利于提高实验室管理水平,深入挖掘高校实验资源潜能,也有利于提高整体科研效率,对高等院校工作具有重要意义2。根据叶元兴3等人对 19862019 年间发生的 150 起实验室事故的统计,危险化学品事故与仪器设备事故占比达到 62.00%和23.33%,造成不同程度的人员伤亡及财产损失。目前,国内外众多高校都对实验室安全问题表现出极大的重视,虽然建立了一系列实验室安全管理制度赵迎新,等:环境实验室安全隐患深度排查及规范化改进实践体系4,但环境工程专业多学科交叉的综合性特点不仅使得实验室安全隐患增加,也导致现行的规章制度针对性较弱,未能达到最好的规范效果。本文以环境工程科研实验室的现存问题和改进方向为基础,从实验室人员管理、实验室仪器设备及药品管理和实验室反应器管理三个方面进一步细化实验室管理,并提出应对措施,旨在完善实验室安全保障体系,提升科研教学职能水平。1 高校环境工程类实验室的特点环境工程专业因其具有较强实践性,使得实验室成为重要的辅助理论学习的场所,同时也是培养学生实践操作能力的重要场所。环境工程类实验室虽以化学实验为主,但相较于传统的化学、物理、生物等单一学科实验室仍有其自身特点5。1.1 实验内容丰富、耗时较长环境工程类实验涉及水体、大气、固体废物等多方面内容,为日常教学与科研活动提供支撑。实验内容的丰富性与当前环境类实验室面积有限的矛盾,易出现同一区域内进行不同类型实验的情况6,增加了实验间相互影响而发生事故的几率。同样,与单一的化学实验不同,环境类实验通常过程复杂、反应周期较长,且会产生有毒有害物质,增加了实验室安全的风险7。1.2 人员流动性较强、安全意识相对薄弱学生作为高校实验室的主要使用者,交叉学科基础知识较为薄弱,存在实验室安全意识培训不到位的情况。同时各高校的本科生与研究生共同使用实验室,使得人员流动性较大,难以保证责任制度的有效实施8。并且在进行本科生的集体实验教学过程中,实验室内人员密度往往较大,不可控因素较多,增加了事故发生的概率9。1.3 药品及设备危险因素较多1.3.1 化学试剂种类繁多、性质复杂环境工程类实验室承担的实验项目包含水、大气、固废、微生物等多方面内容,因此实验人员使用的各类化学试剂性质各异,包括各种易燃物质、腐蚀性物质、有毒物质、强酸强碱等,并且对此类危险化学品而言,操作人员在使用时,稍有疏忽和操作不当都容易引发不同类型火灾、爆炸、中毒等安全事故,造成人员伤亡。同时环境类实验所使用的化学试剂也容易造成二次污染,反应产生的危险产物如有机卤代物、氰化物、微生物实验产生的细菌等均需得到妥善的处理。1.3.2 实验设备复杂多样、交叉影响环境实验室中设备种类繁多,多种设备同时运行耗电量大,产物复杂,容易产生交叉影响。实验室高温、高压设备如马弗炉、热解装置、高压反应器、高压气瓶等出现故障时,造成的潜在破坏性大10。环境工程类实验因模仿工程实践建设的小试、中试等反应器,运行过程中易面临原料、反应产物的交叉反应,形成安全隐患。因此识别仪器设备的潜在安全隐患对于实验室安全保障具有重要意义。2 高校环境工程类实验室安全管理问题2.1 实验室人员管理制度、培训机制形式化实验室的安全教育培训是现阶段高等院校需要重视的一大问题。初入实验室的学生往往安全意识薄弱,对相关注意事项缺乏了解,又或是在实验室中进行实验操作时太过依靠前辈的经验,产生一定的安全隐患11。因此,建立完善实验室培训机制,做好初入实验室人员的安全培训等工作非常重要。但目前,这种培训工作很多流于形式,以参观或者讲座的方式进行,形式化的培训很难切实让入室人员学习到真正的实验室注意事项和操作知识。其次,绝大多数实验室没有单独配备专业的管理和巡查人员,使得实验室准入制度执行不到位,部分学生未经专业培训直接进入实验室进行实验操作,对实验室的安全造成严重影响。2.2 实验仪器设备及药品管理制度不完善环境工程类实验往往系统性较强,设备数目多体积大,因而实验室使用面积小所造成不同类型实验设备同室拥挤摆放的情况也成为很多高校实验室面临的问题。当各类仪器设备同时运行,多位操作人员同时进行操作时不仅空间有限,个别设备出现故障时也会对其它设备造成影响,给实验室带来严重的安全隐患。此外,实验室玻璃仪器以及其他易损易耗品也存在一定的安全隐患问题,主要体现在破损玻璃仪器的随意丢弃和不规范归置上。环境工程实验涉及到物理、化学、生物等多个学科,所使用的实验试剂范围很广12。目前实验室还存在着易燃易爆易制毒化学品管理不到位、试剂储存量不明、信息化程度弱、药品过期变质等情况,不仅会影响正常的实验结果,还会造成很大的安全隐患。如 2018 年北京某高校由于实验室违规堆放过量镁粉等化学试剂,搅拌机的运行产生火花导致镁粉爆炸,造成 3 名学生死亡,这无疑给各高校敲响了警钟13。1122.3 实验室反应器缺乏规范化管理高等院校在环境实验室反应器的管理方面还未形成成熟的体系化制度,缺乏规范化管理,多数实验室反应器种类繁多、堆放密集,不同类型反应器间未留出安全距离,摆放不够规范,存在较大的安全隐患。其次,由于部分反应器 24 小时连续运行,实验过程中容易发生水流溢出、气体溢散、仪器烧干等现象,从而造成电线短路、毁坏其他仪器等安全问题。环境工程类反应器多种多样,不同反应器需要的反应条件不同,其产物也各有不同。例如当厌氧消化产沼气反应器、氧气源臭氧发生器、以及电解产氢反应器等共存时,安全隐患巨大。实验室不同反应器间乱接私接电线导致用电负荷超载的问题也值得引起重视。3 高校环境工程实验室安全管理应对策略3.1 构建系统化实验人员管理模式实验室人员的复杂性要求各高校更应做好顶层设计,构建“准入登记-技能培训-公共维护”的系统化实验室人员管理模式,加强督察问责机制,保证任务到位,责任到人。学生不仅是实验室最主要的使用者,更应该成为实验室管理过程中的主力。高校可设立各实验室负责人、助教等职务,使学生参与到日常的管理中,形成“学院课题组负责人助教”的树状管理网络,提高工作效率与效果。针对实验室人员流动性大的特点,必须对出入实验室的所有人员实行严格的准入登记制度。规定实验人员在进入实验室前,必须进行系统理论培训,通过相对应的理论测验,从理论和实操两个不同维度强化实验室准入安全教育制度,提高实验室安全观念14。在理论层面上,应详细介绍实验室具体仪器设备、进入实验室注意事项和实验过程中的操作规范等相关内容;在实操方面,初次进入实验室的学生应当由实验室负责人员进行相关基本实验技能培训,并通过负责人员的考核方可进入实验室进行实验。日常运行中应实行实验室值日制度。在高校实验室普遍存在实验人员密集、实验面积紧张的情况下,保障实验室清洁卫生,不仅有利于所有人员实验的正常开展,更有利于维护实验室整体环境,及时发现问题解决问题,避免发生安全事故15。建立实验室值日制度,保障值日过程中职责明确、分工到位。值日工作除包括日常实验室地面清洁卫生、公共实验台台面整洁外,还应督促其他实验人员实验完毕后,保持实验台面地面的干净整洁,增强实验室公共卫生维护意识。3.2 构建实验仪器及药品专项管理体系3.2.1 实施实验仪器专项化管理在实验仪器设备的管理中,应根据仪器设备的性质、用途、使用频率等对实验室仪器设备进行分类统计,并制定高温高压设备、大型仪器、常用仪器等重要设备的安全操作流程与使用方法,对室内所有重要设备实施专项管理,设立负责人,负责该设备的使用培训、安全检查和检修维护。操作人员在仪器使用过程中,应当对实验过程中的具体操作及注意事项非常熟悉,避免因操作不当造成仪器损坏或引起安全事故16。此外,对于常用的玻璃仪器应分类分区放置和合理规划使用,由相关负责人统计存量信息,并统一登记记录。实验过程中损坏的玻璃仪器,学生应当填写仪器破损记录,并将其放置到专门的回收点统一收集处理,禁止乱扔乱弃。随着现阶段各实验设备购置数量的不断增加,应将仪器维护和保养工作常态化,所有仪器设备即使在平时使用并不频繁,也应当不定时对仪器进行维护和保养,从而提高实验室仪器的使用寿命、降低仪器的维修次数和成本。3.2.2 完善药品信息化管理体系信息化管理对于实验室药品的管理起到了重要的作用,环境工程类实验涉及药物种类多,性质复杂,有较大的安全隐患,建立化学品在线管理系统意义重大。根据化学品分类(重点归类易燃易爆易制毒品)进行安全隐患深度排查,建立现存化学品全面信息统计数据库(包括化学品中英文名称、CAS号、性质、易燃易爆级别、存放具体位置等),建立易燃易爆易制毒名录和现存名录,实时更新仓库药品储存量。此外,还应全面规范化学品入库、出库、使用登记制度,严格执行易制毒易制爆化学品的双人双锁管理规定。特别是危险化学品的贮存,应与禁忌物分开存放,并采取防挥发、防泄漏、防潮、防火、防爆炸及通风等预防措施;盛装腐蚀性物品的容器应认真选择;具有氧化性、酸性类物品不能与易燃液体、易燃固体、自燃物品和遇湿燃烧物品放在同一区域;酸类物品严禁与氰化物相遇。3.3 建立实验室反应器安全运行机制针对前面提出的环境工程实验室反应器实际运行过程中存在的问题,应当根据不同实验目标和实验类型对实验室运行的反应器进行深度安全隐患排查,并根据实验反应器的原料、实验运行的动力源、反应过程中产生的气体或者产物等进行全面统计,建立基于反应器运行与安全问题防范的机制。以下212 赵迎新,等:环境实验室安全隐患深度排查及规范化改进实践主要从生化培养反应器、厌氧消化反应器、水处理相关反应器、反应器原料或产物交叉反应防范等四个方面进行论述。3.3.1 生化培养反应器对于环境实验室中生化过程培养需求,常用的反应器有生化培养箱与恒温摇床,二者均可根据不同要求设置运行温度和转速,运行过程中都可能产生 CO2、H2、CH4和 H2S 等气体。在生化培养箱运行过程中,严禁将含有易挥发性化学溶剂、爆炸性气体和可燃性气体置于箱内,培养箱附近不可使用可燃性喷雾剂,以免电火花引燃,造成安全事故。并且生化培养箱不宜在高电压、大电流、强磁场等反常环境下使用,应严格按照电气安全操作。而恒温摇床运行过程中应放置在平坦、远离水槽、高温反应器的地方,同时应当与其他反应器保持一定距离,避免震动影响其他反应器的运行。此外,针对采用水浴法进行恒温的摇床,需注意床内水量,防止烧干。3.3.2 厌氧消化反应器厌氧消化反应器作为废物资源化常用实验设备,在运行过程中产物多为 CH4、H2等能源气体,容易发生火灾、爆炸等突发状况,因此在实验过程中应注意将沼气收集管路终端接入通风橱或者室外,同时注意定期检查沼气管路系统和设备是否漏气,如发现漏气,应立即停气检修。运行过程中不得超过设计压力,严禁形成负压,维护保养搅拌设备时,应采取安全防护措施。另外严禁携带打火机等物品进入实验室以防引起爆炸事故。3.3.3 水处理相关反应器水处理相关反应器主要包括活性污泥反应器、膜生物反应器、上流式厌氧污泥床反应器等,这类反应器应当放置在远离其他电器的位置,并保持反应器间的距离。由于反应器需要频繁进水出水,因此应当设置防水带并放置在远离电源插座的位置,防止反应器中的水溢流而造成电线短路。此外,需要定期检查反应器剩余污泥和出水的收集与排放是否正常,防止出现堵塞,造成其他安全问题。3.3.4 反应器原料或产物交叉反应防范应合理规划实验区域。由于环境工程学实验的多样性,在各类反应器布置阶段应避免原料或产物易相互反应的设备共处一室。以臭氧发生器为例,实验室中所需臭氧多以氧气源现场制备并使用,储存难度较大。臭氧本身具有强氧化性,运行时不得与厌氧消化反应器、氢气气瓶等设备共处一室,以免甲烷气体、氢气与臭氧混合,增加火灾、爆炸事故发生的几率。4 结语实验室的安全管理对完善高等院校工作具有重要意义。环境工程实验室经过多年的教学实验实践,实验室管理工作不断改进完善。本文根据环境工程实验室人员、仪器设备、化学品、玻璃仪器及反应器等使用现状进行实验室安全隐患全面、深度排查,探索实验室安全建设与实践的综合管理模式,有效保障实验室安全运行。在今后的工作中,仍需不断加强和细化实验室管理工作,根据学校实际情况制定相关规则,同时对相关人员进行深入培训,发挥实验人员自身主观能动性,不断提高实验室安全规范,确保高校实验室的安全稳定运行。参考文献(References):1 李雯静,戴子藤,梅丹,等.面向安全管理全过程的实验室信息系统 J.实验室研究与探索,2020,39(5):292-296.2 韩玉德.新时期高校化学实验室安全管理探析 J.实验室研究与探索,2018,37(5):302-306.3 叶元兴,马静,赵玉泽,等.基于 150 起实验室事故的统计分析及安全管理对策研究 J.实验技术与管理,2020,37(12):317-322.4 吕长平,周凤莺,何喜.高校实验室安全管理体系的现状与对策 J.实验技术与管理,2017,34(2):242-244.5 吕绿洲,林海,董颖博,等.高校环境工程专业实验室的安全管理 J.实验技术与管理,2017,34(6):243-245.6 李若愚,齐飞,孙德智.高校环境类实验室全流程安全管理探索与实践 J.实验技术与管理,2020,37(11):294-296,300.7 牛艳,尹宗杰,吕松,等.高校环境类专业实验室管理多赢模式探索 J.实验室科学,2017,20(2):186-191.8 王俊海,郑建东,王永贵,等.高校化工实验室危化品安全管理面临问题及对策 J.天津化工,2021,35(4):117-119,122.9 黄建军,刘庆岭,张时佳,等.环境类实验室安全体系建设与实践 J.实验室科学,2019,22(5):202-204,208.10 安山龙.高校环境类实验室安全管理 J.广州化工,2019,47(8):173-174,180.11 陈涛,旷文敏,常振兴.高校实验室安全管理体系构建的基本原则 J.实验技术与管理,2021,38(6):13-15,40.12 张志强,刘雪蕾,李恩敬.北京大学实验室安全管理的探索与实践 J.实验技术与管理,2017,34(10):244-248.13 邵建涛.高校实验室安全管理问题分析以及应对策略的探究 以北京交通大学实验室爆炸事故为例J.科技视界,2021,No.348(18):148-150.DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2021.18.60.14 彭华松,谢亚萍,刘闯,等.基于安全文化建设的实验室安全管理探索 J.实验室研究与探索,2018,37(9):335-338,342.15 舒翠翠,吴丽坤.浅谈民族高校实验教学质量管理 J.当代教育实践与教学研究,2019,24(22):98-99.16 刘攀攀.高校化学实验室安全管理的探讨 J.广东化工,2019,46(12):177-178.312