Оборудование лаборатории органического синтеза: основные проблемы в системах водоснабжения и сбора сточных вод.

Проблемы в системах водоснабжения и водоотведения

1. Проблемы с системой водоснабжения

Эксперименты по органическому синтезу часто включают использование сильных кислот, сильных оснований, органических растворителей и реагентов, содержащих тяжелые металлы; стандартные конфигурации водопроводных труб непригодны для лабораторных условий. Во-первых, существует проблема определения качества воды. Для экспериментов требуется обычная водопроводная вода, очищенная вода и сверхчистая вода; следовательно, основные трудности представляют собой компоновка двух сетей водоснабжения, выбор материалов и контроль давления воды. Обычная водопроводная вода в основном используется для первоначального ополаскивания стеклянной посуды и мытья полов; очищенная вода используется для очистки стеклянной посуды перед реакциями; а сверхчистая вода используется для приготовления исходного сырья. Перекрестные соединения или использование стандартных ПВХ-труб для линий очищенной воды могут привести к вымыванию пластификатора, загрязнению реагентов и превышению допустимых уровней примесей в синтетических продуктах. Кроме того, чрезмерно длинные «застойные участки» (участки с застоем) в контуре очищенной воды способствуют росту микроорганизмов на стенках труб, что может повлиять на результаты экспериментов. Во-вторых, точки водоснабжения широко разбросаны — необходимы выходы внутри вытяжных шкафов, на рабочих местах, в помещениях для взвешивания и в зонах постобработки. Ошибки в первоначальном планировании встроенных точек водоснабжения делают невозможными последующие модификации. В тесном пространстве вытяжного шкафа сложно выбрать входные шланги, устойчивые к коррозии и старению под воздействием растворителей; стандартные резиновые шланги разбухают и трескаются после длительного контакта с ацетоном или дихлорметаном, создавая риск утечек. В-третьих, поддержание стабильного давления воды представляет собой сложную задачу. Системы очищенной воды и циркуляционное охлаждающее оборудование имеют строгие требования к давлению на входе; чрезмерные колебания давления во время пикового использования, вызывающие нестабильный поток охлаждающей воды, могут привести к сбоям в контроле температуры реакции. Кроме того, аварийные станции для промывания глаз и аварийные души являются обязательными средствами безопасности, требующими круглосуточного резервного водоснабжения. Трубопроводы должны быть защищены от замерзания и коррозии, а сток нельзя сбрасывать в стандартные канализационные линии. Многие подрядчики по ошибке сбрасывают сточные воды из аварийных душевых в обычные стоки, что приводит к непрохождению проверок на соответствие экологическим нормам.

2. Проблемы дренажа в лабораторных условиях

Традиционные методы водоотведения в жилых домах совершенно непригодны для лабораторий органического синтеза; наибольшие трудности связаны с разделением сточных вод и устойчивостью труб к химической коррозии. Во-первых, сточные воды должны быть разделены по типу и потоку. Для кислых сточных вод, щелочных сточных вод, галогенированных отходов, сточных вод, содержащих тяжелые металлы, и сточных вод общего назначения, требующихся для уборки, необходимы отдельные трубопроводные системы; они не могут использовать одну общую канализационную трубу. Сточные воды от органического синтеза содержат сложные компоненты; смешивание кислых и щелочных потоков генерирует сильный нагрев, вызывая испарение растворенных органических растворителей и образование легковоспламеняющихся, взрывоопасных паров внутри трубопровода, а соединения подвержены протечкам или даже разрывам. Сточные воды, содержащие тяжелые металлы или галогенированные углеводороды, классифицируются как опасные отходы; при смешивании с обычной промывочной водой общий объем опасных отходов увеличивается, что приводит к резкому росту затрат на утилизацию. Во-вторых, выбор подходящих материалов для трубопроводов представляет собой сложную задачу; Стандартные трубы из полипропилена (PP-R) и чугуна не выдерживают воздействия таких веществ, как дихлорметан, диметилформамид (DMF), толуол, концентрированная азотная кислота или сильные щелочи, что приводит к размягчению стенок и растрескиванию после длительного воздействия. Хотя трубы из ПТФЭ обеспечивают достаточную коррозионную стойкость, фитинги дороги, процесс термической сварки технически сложен, и даже незначительные дефекты сварных швов делают последующий ремонт протечек крайне сложным; кроме того, после захоронения под землей протечки невозможно обнаружить визуально, что позволяет органическим растворителям просачиваться в фундамент и создавать долгосрочную угрозу безопасности. В-третьих, возникают проблемы с засорами труб и обратным потоком запахов; твердые сырьевые материалы и кристаллы неорганических солей, вымываемые из емкостей, оседают на дне труб, легко накапливаясь в стандартных отводах и вызывая засоры. Недостаточный уклон труб или неправильная конфигурация сифонов позволяют летучим органическим соединениям (ЛОС) из сточных вод проникать обратно в лабораторию, что приводит к чрезмерной концентрации ЛОС, представляющей опасность для здоровья персонала. Наконец, лабораторные стоки нельзя сбрасывать непосредственно в городскую канализационную систему; Для промывочной воды с низкой концентрацией веществ требуется предварительная нейтрализационная обработка, однако во многих проектах на этапе планирования не рассчитывается должным образом необходимая емкость этих резервуаров для предварительной обработки, что приводит к несоответствию требованиям при последующих экологических проверках.

II . Ключевые проблемы в системах сбора сточных вод

1. Проблемы, связанные с компоновкой точек сброса сточных вод и выбором трубопроводов.

В лабораториях органического синтеза в настоящее время используются два способа сбора отработанных жидких отходов: сбор в открытых контейнерах и централизованные системы сбора отходов с использованием трубопроводов с отрицательным давлением. Транспортировка отходов по трубопроводам с отрицательным давлением является основным подходом для современных лабораторий синтеза, однако она сопряжена со значительными трудностями. В вытяжных шкафах имеется множество входных отверстий для отходов — каждый вытяжной шкаф для синтеза требует отдельного выхода для отходов — а подземные коллекторные магистрали простираются на большие расстояния. Растворители, такие как толуол, дихлорметан и хлороформ, обладают высокой проницаемостью; стандартные пластиковые трубы могут страдать от постепенного проникновения растворителей, что приводит к набуханию стенок труб. Точный контроль уровня вакуума в системе с отрицательным давлением имеет решающее значение: чрезмерный вакуум вызывает массивное испарение растворителя и нестабильность внутреннего давления, потенциально повреждая вакуумный насос; наоборот, недостаточный вакуум приводит к низкой скорости потока, позволяя высоковязким остаткам реакции прилипать к внутренним стенкам и в конечном итоге вызывать засорение трубопроводов. Кроме того, система включает в себя множество ответвлений и узлов соединения, причем большое количество соединений расположено в скрытых подземных участках; Прокладки и фитинги из ПТФЭ могут стареть и протекать после длительного воздействия органических растворителей, а утечки в этих скрытых местах трудно быстро обнаружить. Хотя метод открытой емкости позволяет избежать проблем, связанных со строительством трубопроводов, размещение бочек с отходами внутри вытяжных шкафов занимает ценное рабочее пространство и приводит к накоплению летучих газов; кроме того, необходимость раздельного хранения создает риск ошибок при утилизации — смешивание несовместимых веществ (таких как кислоты и щелочи, или окислители и восстановители) может вызвать экзотермические реакции или даже взрывы.

2. Проблемы зонированного и категоризированного управления отходами

Отходы органического синтеза подразделяются на множество категорий, включая галогенированные отходы, не содержащие галогенов органические растворители, кислые отходы, щелочные отходы, отходы, содержащие тяжелые металлы, и закаленные отходы высокого риска, для каждой из которых требуется отдельный трубопровод для сбора. Типы экспериментальных отходов, которые, как ожидается, будут образовываться, необходимо предусмотреть на начальном этапе монтажа; если схема трубопроводов спланирована плохо, становится невозможно модифицировать линии при добавлении новых экспериментальных проектов в дальнейшем. Различные отходы собираются в подземных резервуарах для хранения; зона резервуаров требует строгой герметизации, и поскольку внутри резервуаров накапливаются пары летучих органических растворителей, необходимы взрывозащищенные вытяжные системы и детекторы горючих газов. Проводка для систем контроля уровня в резервуарах и обнаружения утечек должна использовать взрывозащищенные компоненты, соответствующие строгим строительным стандартам. Во многих проектах устанавливается только один основной трубопровод, что приводит к смешиванию отходов; компании по утилизации опасных отходов часто отказываются принимать смешанные отходы, фактически останавливая работу лаборатории.

3. Риски, связанные с безопасностью и эксплуатационным техническим обслуживанием.

Подземная зона резервуаров для хранения сточных вод представляет собой замкнутое пространство; оседание грунта или скопление поверхностной воды могут привести к затоплению резервуаров, вызывая коррозию и протечки в сварных швах. Летучие пары из сточных вод могут проникать через смотровые люки в подземные межпространства, создавая риск взрыва, если их концентрация превысит допустимые пределы и произойдет контакт со статическим электричеством. Вязкие органические остатки прилипают к внутренним стенкам трубопроводов для сточных вод, что делает последующую очистку крайне сложной; поскольку трубы заложены глубоко под землей, регулярная прочистка невозможна. Неправильное планирование расположения точек доступа означает, что для устранения засоров впоследствии потребуется демонтаж напольного покрытия, что серьезно нарушит работу лаборатории. Кроме того, отработанные газы из резервуаров не могут выводиться непосредственно наружу; необходимы такие системы, как адсорбция активированным углем или установки для рекуперации конденсата. Многие подрядчики упускают из виду этот этап очистки отработанных газов, что приводит к чрезмерному уровню летучих органических соединений на открытом воздухе и потенциальным штрафам со стороны природоохранных органов. Кроме того, вентиляционные линии резервуаров не должны быть подключены к общей системе вентиляции, так как это будет затягивать органические пары обратно во внутреннее пространство; поэтому прокладка этих трубопроводов требует тщательного проектирования.

Краткое содержание

Системы водоснабжения, водоотведения и сбора сточных вод отличаются от стандартных строительных проектов; поэтому методы строительства, типичные для гражданской архитектуры, не могут быть применены напрямую. Ключевые приоритеты в водоснабжении включают обеспечение дифференцированного качества воды, использование труб, устойчивых к растворителям, и специальное планирование дренажных систем для станций промывки глаз и аварийных душевых. Критические аспекты дренажных систем включают разделение потоков отходов по качеству, использование труб, устойчивых к сильным коррозионным воздействиям, обеспечение надлежащего уклона дренажа и включение необходимых резервуаров для предварительной очистки сточных вод. Основные проблемы систем сбора сточных вод заключаются в оптимизации параметров отрицательного давления, обеспечении устойчивости трубопроводов к проникновению растворителей, внедрении строгой системы разделения и маршрутизации, обеспечении взрывозащищенных резервуаров для хранения, управлении очисткой отходящих газов и проектировании с учетом доступности для будущего технического обслуживания. Поскольку эти системы полностью скрыты, модернизация после строительства крайне затруднительна; следовательно, комплексное планирование на начальном этапе проектирования — с учетом конкретных типов синтетических проектов, реагентов и требований к утилизации опасных отходов — имеет важное значение для предотвращения угроз безопасности и проблем с соблюдением требований во время экологических проверок.