學科交叉背景下環境工程實驗室安全管理及建議

＊蘇佩東 張春暉 趙桂峰 秦兆偉 牟勇霖

（中國礦業大學（北京）化學與環境工程學院 北京 100083）

近年來，隨著我國工程教育認證和“雙一流”學科建設的不斷推進，環境工程學科內容涉及到的領域也逐漸擴大，主要包括的基礎學科涉及到：化學、材料、生物、給排水、生態等，其中要求較高的學科主要是化學（圖1）。從專業的主要功能來看，環境工程分支可劃分為以水污染、固廢處理和大氣污染控制為主的三大領域[1]。

圖1 （a）環境工程專業與給排水工程、市政工程交叉關系；（b）環境工程專業主要涉及領域

由于我國環境問題的復雜性，越來越多的高校對環境工程實驗室的投入逐年加大，試劑藥品種類及數量，實驗設備與裝置等顯著增加[2]。種種因素導致我國大部分高校的環境工程實驗室安全隱患較多，潛在危險源分布較廣，實驗室安全問題備受關注。基于此，本文提出“以人為本”的學生實驗室安全培訓為核心、教師與實驗室管理員強化安全責任為引導主體，學院、學校為政策制定及管理部門的“三重保障”機制。

1.環境工程實驗室安全管理現狀

(1)高校環境工程實驗室科研與安全風險并存

環境工程實驗室作為環境工程專業承擔教學和科研項目的主要場所。實驗室中存在的問題主要涉及到三大類。

①實驗室安全。實驗室人員流動頻繁，儀器和設備配置種類繁多，尤其包括大量危險化學品、高溫高壓設備、反應裝置等。實驗室內經常出現試劑、儀器、廢液擺放混亂，生活垃圾和實驗垃圾未分類，因此存在諸多安全隱患。更有甚者，部分實驗室基礎設施存在電線水管亂接，通風排氣系統配備不足或者不符合要求，實驗過程產生的廢水、廢渣、廢氣等無預處理或者收集系統，存在泄露風險。此外部分高校受場地和資金限制，專業儀器設備臺套數不足，有的實驗室既要充當教學實驗室，還要充當科研實驗室，因此出現交叉使用，造成責任管理混淆[3]。

②有毒有害試劑的管理。高校環境工程實驗室需要用到許多有毒有害化學品，許多院校對這類藥劑的管理不夠嚴格。圖2是環境工程實驗室中發生的實驗室安全事故危險因素分類和事故發生的主要環節分類，由圖可知：1986—2019年，引起我國環境工程實驗室安全事故發生的最主要因素是危險化學品；而事故發生的最主要環節為危險化學品使用過程[4]。因此，對現有實驗室安全管理進行系統提示迫在眉睫。

圖2 （a）實驗室安全事故危險因素分類；（b）事故發生的環節分類（統計區間1986—2019年）

③實驗廢棄物回收與達標處理。環境工程專業實驗原料種類多，因而產生的廢物也多種多樣，由于管理不到位，許多學生在進行實驗室廢物處置時不按規范操作，易造成物質分類不當，尤其是涉及到危險化學品的處理，一旦出現問題，將會對實驗廢棄物的處理造成重要影響。對于產生的廢水、廢渣等，由于成分復雜，也存在處理工藝復雜、處理處置成本高的問題。

(2)環境工程實驗室安全管理制度不完善

首先，環境工程實驗室安全管理制度的制定往往具有滯后性。各高校制定或者完善實驗室安全管理制度一般源于新近發生的各類實驗室安全事故案例，針對性強而系統性差。部分高校甚至因某種實驗室安全事故的發生出臺“一刀切”的政策。造成這種現象的根本原因是實驗室安全管理制度未按“以人為本”的思路，只注重管理的約束作用，忽視了制度的行為保障[5-6]。

其次，現有的安全教育和培訓未能引起學生、老師的重視。目前，大部分高等院校都會通過安全講座、進入實驗室前的實驗室操作規范考試等方式對學生和老師進行集中培訓，但實際效果明顯不盡如人意。雖然很多一線科研人員在本專業的研究領域上具有豐富的知識儲備，但對實驗過程潛在的風險因素的認知一直停留在專業經驗的基礎積累上，缺乏系統性安全意識[7]。

最后，實驗室安全管理體系僵硬，智能化不足。實驗室安全管理智能化主要是借助現代化設備和系統，譬如以人臉識別和定位功能為主的人員管理智能化系統、以智能報警和傳感器為主的實驗室環境監測系統、以雙重預防體系為主的智能安全風險管理平臺等。完善環境工程實驗室智能化建設，將更加高效、精準、專業的識別實驗室潛在的風險因素，減輕實驗室相關人員的負擔[8]。

2.加強環境工程實驗室安全建設

(1)加強實驗室基礎建設和實驗過程風險評估

首先，一線科研人員應該從實驗設計階段就合理、科學的評估實驗過程潛在的風險，包括實驗前明晰化學藥品的毒性、反應性、易燃易爆性、腐蝕性等性質，掌握實驗反應過程中反應物、實驗設備、反應條件、主要產物和副產物的潛在危害，熟悉反應結束后各種殘余藥品的處理處置流程、反應設備的清洗及保養等規程，實現風險自查，如圖3所示。

圖3 環境工程實驗室科研人員開展實驗前風險自查流程示意圖

其次，學校在新建實驗室或者對現有實驗室進行規劃布局的時候應與時俱進，在現有學科交叉現象明顯的背景下，各高校應該對實驗室進行功能區劃分，并把實驗室安全管理提前融入到實驗室的規劃和布局中去[9-10]。

(2)“以人為本”提升師生的安全意識

圖4 對本科生、碩士生及博士生的實驗室安全管理要求

據不完全統計，截至2019年，近10年高校實驗室安全事故14543起。如2018年12月26日，北京某高校學生在開展與垃圾滲濾液相關的污水處理試驗時發生爆炸，死亡研究生3人。事故發生的直接原因是電火花點燃氫氣，繼而附帶鎂粉粉塵及其他可燃物的連鎖反應；事故的間接原因是該校學生及老師違規購買處置危化品、違規開展實驗造成的。這從側面反應了學校、學院及實驗室管理體系的漏洞。由此可知，提高實驗室安全管理，必須堅持“以人為本”，提高師生的實驗室安全管理意識[11]。如圖4是針對主要一線科研人員（主要是本科生、碩士生、博士生）的實驗室安全管理要求[12-13]。

(3)加強實驗室智能化建設

可見，建設智能化實驗室將是未來高校實驗室規劃的整體方向。智能化環境工程實驗室將不僅對實驗室“靜態”要素（化學藥品、儀器設備、反應裝置等）進行智能化管理，更對“非靜態”要素（主要是一線實驗人員）進行智能化引導[14]。

整體來看，實現環境工程實驗室智能化要實現以下三個方面的內容[15]：①通過物聯網讓是環境工程實驗室“能說會道”。即實驗室的設備儀器等能夠自動把相關實驗數據反饋給科研人員，各反應體系可以實現無人值守并穩定有序的完成基礎實驗。②通過互聯網讓實驗室學會“面對面對話”。即通過各種儀器設備等反饋使用、實驗室物料、周圍環境等基礎數據，一線科研人員能夠實時做出針對性的管理指令。③通過智能網讓實驗室能夠“自己思考”。即通過大數據分析，結合實驗室實際情況和科研任務內容等，對實驗室安全管理提出適配的方案，并根據設備儀器的實時數據及實驗過程中的現象對實驗室安全風險因素進行預判和異常情況預警。讓環境工程實驗室更加的人性化，實驗過程更加流暢、安全、高效。

圖5 環境工程智慧實驗室建設思路

3.結語

當前，生態環境的保護備受關注，以材料、催化、化學為主的其他專業逐步與傳統環境工程專業進行交叉，環境工程實驗室中對水、固、氣的處理處置方式也更加多元化。但與此同時，環境工程實驗室安全風險因素也出現多源、復雜的特性。在此背景下，開展環境工程實驗室安全教育及培訓是促進實驗室安全建設的重要手段。本文總結了以前實驗室安全事故發生的主要原因及環節，通過實例分析提出了“以人為本”的實驗室安全管理體系，指出未來我國高校中環境工程實驗室的建設和規劃將朝著安全管理智能化的方法發展，本文將為我國高校中實驗安全管理提供新的思路。