水質監測實驗室改建的探討與實踐

邢威洲

(河北省水環境監測中心邯鄲分中心,河北 邯鄲 056001)

1 基本情況概述

邯鄲分中心轄屬于河北省水環境監測中心,是通過國家級計量認證的水質監測機構。分中心從事邯鄲區域內地表水、地下水、生活飲用水、農業灌溉水、漁業用水、礦泉水、廢污水、土壤等監測工作。擔負著邯鄲區域內74處國家、省級水質站網的水質監測任務,同時為地方開展水質監測服務。

改建前分中心擁原子熒光分光度計、原子吸收分光光度儀、紫外分光光度計、分光光度計、萬分之一電子天平、電導率儀、pH計等分析儀器和烘箱、水浴鍋、電爐等日常監測設備;有三個簡陋木制通風櫥和60m水泥磚結構的操作臺;水電管線、門窗年久失修,墻皮脫落、屋頂漏水;無防塵、防震、防毒等有效防護設備。

為了改善分中心實驗室條件,高效完成監測任務,進一步提高水資源監測能力。2009年5月完成了“十一五”水資源監測能力建設--河北省水環境監測中心邯鄲分中心實驗室改建項目。改建后的邯鄲分中心不僅實驗室環境有了很大變化,監測能力、精度,特別是應急監測水平有了很大改觀。

2 邯鄲分中心實驗室改建

邯鄲分中心改建內容主要包含兩大方面。第一,實驗室裝修和附屬設施改建。第二,儀器設備購置。詳見表1。

表1 邯鄲分中心水資源監測能力改建內容一覽表

本次改造邯鄲分中心原有實驗室面積為400m2,包含制水室、樣品室、原子吸收室、分析室、儀器室、生化室、原子熒光室、天平室等專業實驗室。

項目的設計工作起動于2004年,是“十一五”規劃“河北省水資源能力建設”項目的一個分項。為了做好本次改建工程,最大限度地利用好這次機會,本方案經各級部門的多次設計、修改最終敲定。經過五年的努力如期完成項目改建任務,于2009年上半年完成。

3 設計方案與應用效果評價

通過實驗室改建,邯鄲分中心有了翻天覆地的變化。改建后的監測樓通體明亮,分析室明窗凈幾、實驗臺柜錯落有致、分析儀器和化驗用品整齊排列,實現了外部環境與設施設備的和諧統一。觀摩者都給出高度評價。

盡管改造效果顯著,總體評價優良,但存在不足之處。經過一年多的應用實踐,發現了一些缺點,如設計時對個別細節考慮不周引起的操作不便、儀器配備時過于追求功能性而忽失了實用性等方面。為了充分利用好改建資金的使用效率,為下一步“十二五”規劃中的相關項目的設計工作提供參考意見,從以下幾個關鍵環節分析解剖邯鄲分中心改建項目的優缺點與改進建議(說明:施工前邯鄲分中心工作人員走訪了幾個新改建的實驗室,聽取了他們的改建經驗,采納了部分好的建議,在施工時作了小的改進,大部分按原設計方案實施)。

3.1 通風設施

通風設施是保護和改善操作人員工作環境安全的必須設備之一。通風柜要求采用防火防爆的金屬材料制作,內壁無縫連接,通風管道耐酸堿氣體腐蝕,配備加熱源、水源、照明裝置。風機配有減少震動和噪音的裝置,氣體收集、排放效率高。本次改建新增通風柜8個,風機3個。

3.1.1 通風柜

(1)設計方案(按標準通風柜的標準)。

外形尺寸:1800mm×750mm×2350mm;

操作區尺寸:1600mm×600mm×900mm;

工作面風速:0.3～0.8m/s(可調);

排風壓:5～12mm;

排風量:1080～1400m/h;

本機噪音:≤56dB;

本機振動:XYZ方向＞2μm;

照明燈具:30W×2。

(2)施工改進。通過調研走訪,普遍反映目前統一規格的通風柜操作空間狹小,活動不便利。針對這個情況在施工時對通風柜的外形尺寸進行了改進,施工尺寸為:1800mm×800mm×2850mm。很明顯,通風柜增加了高度和寬度。改進后柜體頂部與屋頂銜接、操作空間相應增大,應用效果良好。

優點:大大方便了操作人員的工作舒適度,實驗操作更為靈活、效率提高,分析室整體布局協調、美觀。

缺點:增加成本費用近五分之一。

改進意見:建議打破常規標準,采用本次施工改進方案。

3.1.2 通風柜風機

風機是通風柜的心臟,是通過它的轉動達到通風效果。按設計方案要求3個風機領帶動8個通風柜,分別由1個風機帶動3個通風柜和1個風機帶動2個通風柜等一對多組合形式,見圖1。經實用發現,這種配比不太合理,使用時產生相互干擾現象。

圖1 風機風柜一對多組合結構圖

優點:減少了風機個數,降低了成本。

缺點:①若想使用一個通風柜,則同組的幾個通風柜都必須接通電源,處于待機狀態(否則不能單獨使用),同時通風運轉。②若一風機帶動兩個以上分析室的通風柜,如果一個分析室使用,而其它分析室門窗緊閉時,由于空氣不能正常流通而產生巨大的噪聲且風機負載加重造成機械損失和電力浪費。

改進意見:一臺通風柜與一臺風機用單一管道連接,不能用單一管道連接的,也只限于同層同一房間的并聯;風機的功率可適當降低,選擇較小型號相匹配的風機。

3.2 操作臺

3.2.1 設計方案

材料:一級優質冷軋鋼板。

性能:在不破壞柜體單元條件下,柜體能承受的載荷如下:柜體每英尺承載500P壓力;柜體中抽屜承載150P壓力;所有的柜體、邊柜及高柜中的調整板承載100P壓力。

結構:所有產品是通過模具成型,開槽及用夾具裝配,所有露在外面的焊縫經過拋光處理;柜體的各個零配件都經不同的承受量來采取不同厚度的進口冷軋鋼板作材料;柜體可全空式打開,沒有中間的支架;倒板、背面板是整片鋼板成型,有彎邊設計,內側尾端支架有調板-調節孔。

五金配件:底圍邊用5英寸寬的橡膠;桌腿底有橡膠套;采用焊接式鉸鏈。

表面處理:2mm一級優質冷軋鋼板折彎制成,表面無焊縫,酸洗磷化處理后,環氧樹脂粉末靜電噴涂,可防化學腐蝕,防靜電,滿足實驗室特殊環境的要求。

臺面:采用進口12.7mm厚的Trespa實驗室專用耐酸堿腐蝕臺面,表面經過EBC雙電子束專利技術處理,光滑無毛孔,耐強酸堿、防腐蝕、邊緣加厚處理,使臺面整體協調一致。

3.2.2 施工時完全按照設計方案實施

優點:使用前整體效果良好,臺體堅實,造型美觀,使用方便。

缺點:臺面在遇高溫后出現變形,較硬材質的物品摩擦后產生劃痕。

改進意見:在設計臺面時除著重考慮臺面板的防化學腐蝕、耐強酸堿性能外,還應考慮抗壓性、抗磨損性以及耐熱性。

3.3 采樣車

按設計方案要求配備了四驅動城市越野車。方案同時還要求進行車體改造,使之適應樣品采集與保存的需要;配備樣品采集和保存必須的采樣箱、冷藏設備等。

優點:野外行駛方便,在艱苦環境中行進速度快,可提高采樣工作效率。

缺點:車體功能需進一步改造。改造沒有具體時間要求、沒有規格標準,不宜操作。

改進意見:直接購置水質采樣專用車,避免在改造過程中節外生枝。

3.4 其它附屬設施

3.4.1 地板

采用進口材質的耐酸堿彩色橡膠地板,厚度3mm,顏色淺灰色。

優點:清新明亮,與實驗臺、通風柜等設施協調一致,耐酸堿。

缺點:顏色較淺,滴落在地板上的腐蝕性化學試劑后容易留下污漬,不易清洗;抗壓能力差,如試劑柜等較重物品放置后會留下黑色壓痕,該壓痕無法去除。

改進意見:在選擇橡膠地板時選用深色、增加耐壓、耐熱性能。

3.4.2 隔斷墻

為了充分開發大房間的使用效率,避免出現相互干擾,對于面積不富裕的實驗室可將較大房間分割使用。本次改建共分割兩個較大房間,采用8mm厚鋼化玻璃,分別對生化室的無菌操作間和原子吸收/熒光室進行了隔斷。

優點:一是操作空間相對獨立、消除干擾,二是美觀大方、視覺效果相對豁亮。

缺點:不小心容易碰撞玻璃。改進意見:采納本方案。

3.4.3 安全設施

實驗室安全是化驗工作的一個重要環節,無論是新建實驗室還是改建實驗室都必須把安全放在重要位置。電、氣、火、毒是化驗工作中最易發生的4大不安全因素,本次改建重點在這幾方面增加了新的防護措施。①每一房間統一安裝了防護電源,一旦發生漏電現象將自動斷電。②對易燃易爆的氣體如乙炔氣等,購置了高壓氣瓶儲存柜,氣瓶柜上安裝了自動排氣裝置,如有氣體外泄將自動抽風外排。③為及時發現火災和消除火災,設計安裝了遷移消防煙感探頭,配備了干粉滅火器和二氧化碳滅火器④揮發性試劑在存放時有大量的毒性氣體散發,在試劑庫房安裝了定時排氣系統,徹底地改善了試劑庫房的惡劣環境。⑤每個工作臺面上都設置了洗眼器,以防眼睛受傷時及時沖洗。

3.5 儀器配置

儀器配置是本次改建的重點,大部分資金都投入其中。改建共配置了7臺儀器,按照設計標準進行了招標采購。本次儀器配備均經過嚴格程序通過精心挑選,選購了國內外最先進的產品,均能代表時代水平。除超純水機外其它6臺均為進口設備。儀器配置基本適應當前工作的需要,目前該批儀器大多都發揮著其自身效益。

便攜式多參數監測儀和BOD測定儀為應急監測設備,在緊急情況下為突發性水質污染作好了必要準備;離子色譜儀、COD測定儀和全自動色度測定儀已在改進監測方法、提高工作效率中發揮著巨大作用;超純水機的使用取代了高耗能的用電燒制蒸餾水或外部購置純水方法,為節能環保、提高空白用水質量起到關鍵作用。

水質等比例采樣器是一種自動采樣裝置,適合于排污口、水廠等分時段采樣或混勻采樣的需要。由于自身體積較大、車輛攜帶不便,又不適合于當地正常站網的水質采樣需求,目前仍未啟用,建議再購置此類設備時選擇其它類型的采樣產品,如可選擇體積小、操作簡單的抽吸裝置(通常被認為是一種方便的采集水樣方法。抽吸系統由浸入水中的吸水管和蠕動泵組成)采樣設備[1]。

4 實驗室改建設計規劃的幾點建議

實驗室改建在規劃設計時,根據實驗場地和作業內容,充分考慮實驗臺的大小及各種裝置所占的面積、實驗通道、能源、采光、制冷、尤其是室內通風等因素,歷時常新的設計,充分體現人體工程學原理和唯美設計思維,著重于實驗設備與科學工作者操作空間范圍的協調搭配,令外形和功能高度統一[2]。通過邯鄲分中心的改建經驗結合一年多的應用實踐總結以下幾點供實驗室改建者參照。

(1)專業規范的設計。實驗室的裝修與一般裝修有所不同,設計上不但要美觀舒適,還要做到防火、防潮、防腐等性能,增加通風、凈化、消毒、無菌等功能,達到環保、安全、可靠、耐用。要想實現上述目標,建設成為材料性能達標、結構搭配協調、操作舒適便利、整體美觀大方的實驗室效果,必須有專業人員統籌規劃、精心設計。

(2)因地制宜,不搞一刀切。由于實驗室現有條件不同,工作需求不同,設計時不能因實驗室級別相同、改建時間相同致使設計方案的高度一致,從而造成不必要的浪費。設計時要充分考慮現有實驗室的面積、儀器配備,當地經濟、社會對水環境監測的需求等客觀因素,把有限的資金用在刀刃上。

(3)以人為本,充分體現人性化理念。人性化設計理念已經廣泛應用到各個領域,實驗室設計不僅考慮的人與物的協調、工作環境的舒適度,更重要的是人體的健康因素。眾所周知,實驗室工作的每一環節都直接或間接地與化學試劑、易燃易爆物品接觸,稍有不慎即可造成傷害。因此有毒有害氣體的防護、防火、防電、防爆設施的配備無疑成為設計規劃的重點。

(4)以認證達標為目標,優先滿足計量認證要求。隨著法制建設的逐漸完善,實驗室認證工作已全面鋪開。就水利行業而言,全國分中心級實驗室已全部通過計量認證評審。盡管如此,實驗室硬件環境仍有不達標之處需改進,在進行實驗室改建時要充分考慮計量認證評審要素中要求的基本內容,實現計量認證與實驗室改建高度統一。

(5)以增強監測能力為根本,最大限度滿足當地水環境監測的需求。實驗室改建主要是改善工作環境和提高監測能力兩大方面,提高監測能力不是一味地增加監測項目,添幾臺先進的監測儀器,而是要以當地的實際需求與時代的發展方向相結合,更多地了解服務對象的實際需要,在此基礎上以提高監測質量為目的而選擇即方便又使用的較先進的監測儀器以滿足工作需要。

1 HJ/T52-1999,水質河流采樣技術指導[S](HJ/T52-1999,River water quality sampling guidance[S].(in Chinese))

2 簡穎濤,杜劍波,吳建勛等.從實驗室改造和實驗室認可談監測站的能力建設[J].實驗室研究與探索,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))