实验类建筑给排水及消防系统研究 74页

实验类建筑给排水及消防系统研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：王春丽指导教师：张勤教授兼职导师：颜强高工学位类别：工程硕士（建筑与土木工程域）重庆大学城市建设与环境工程学院二O一五年五月\nLaboratoryBuildingWaterSupplyandDrainageandFireFightingSystemDesignResearchAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByWangChunLiSupervisedbyProf.ZhangQinPluralisticSupervisedbySeniorEng.YanQiangSpecialty:ME(ArchitecturalandCivilEngineeringField)CollegeofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,ChongqingChinaMay,2015\n中文摘要摘要实验类建筑的建设水平与一个国家科技与经济的发展程度息息相关，更为重要的是它直接影响科研成果的产出。近年来我国政府更加重视实验室整体工程的建设，加大了投资力度，实验室的建设进入快速发展时期。但是在实验室的设计与建设过程中，由于经验不足，缺乏一定的理论指导，导致有些实验室设计不合理、规划不科学，甚至因为安全隐患而不能使用，浪费了大量资金。为了更好地实现实验室的各项功能，文章结合其的特点，研究完善了实验类建筑的给排水及消防系统。首先对实验类建筑纯水系统进行了研究。分析了实验室的用水规格，探讨了中央纯水供水系统的设计。为了保证纯水供水系统管道内的流速和纯水水质质量，中央纯水管道分配系统宜采用双管布置的串联循环形式，纯水制备系统宜采用RO—EDI（反渗透—电去离子）组合工艺。其次对洗眼器和紧急淋浴设备进行了研究。结合我国洗眼器和紧急淋浴设备的使用状况及美国洗眼器和紧急淋浴设备标准ANSI-Z358.1-2009，讨论了其安装和设置参数。对比分析了我国建工行业建设标准《科学实验室建筑设计规范》与美国标准《EMERGENCYEYEWASHSTATION》（ANSIZ358.12009Standard）中关于紧急设备供水压力值的规定，提出紧急设备的供水压力值应在0.20MPa~0.55MPa之间。然后对实验类建筑废水排水系统进行了研究。探讨了实验室废水未经处理直接排放对环境造成的危害，建议在实验类建筑中设立专用排水系统。对比了常用塑料管材的性能指标，针对实验室废水排水系统的特点，建议采用CPVC管材。针对不同水质特性的实验室废水中污染物特点，探讨了相应的处理措施。最后对实验类建筑消防系统进行了研究。分析了实验类建筑火灾危险性及存在的火灾隐患。分析对比了不同类型的自动喷水灭火系统和灭火器，建议在实验类建筑中设置湿式自动喷水灭火系统、水喷雾自动喷水灭火系统，配置磷酸铵盐干粉或者洁净气体灭火器。为了更好地扑救B、C、D、E类型火灾，实验类建筑中应设置气体灭火系统，并通过分析对比四种常用的灭火剂，得出了实验类建筑中宜选用七氟丙烷灭火系统。关键词：实验类建筑，纯水系统，安全应急设施，实验室废水排水系统，消防系统I\n英文摘要ABSTRACTThelaboratoryconstructionleveliscloselyrelatedtoacountry’sscienceandtechnologydevelopment,andevenmoreimportantisthatitdirectlyinfluencestheoutputofscientificresearch.Inrecentyears,ourgovernmentpaysmoreattentionandmoneytotheconstructionoflaboratory,thelaboratoryconstructionentersafast-developmentperiod.Butintheprocessofdesigningandbuildingofthelaboratory,thelackofexperienceandtheoreticaldirectionwouldleadtounreasonableplanorunscientificlayoutofsomelaboratories.Evenmoreseriousisthatthelaboratoriescan'tbeusedbecauseofsafetyconcernsandwastedalotofmoney.Soinordertorealizeeachfunctionofthelaboratory,combinewiththecharacteristicsoflaboratorybuilding,theparticularityofitswatersupplyanddrainageandfireprotectionsystemsarestudiedprimarily.Firstly,maketheresearchonlaboratorybuilding’spurewatersupplysystem.Accordingtoanalysisoflaboratorywaterspecifications,coMParesthetypicalpurewaterpreparationtechnology.Discussesthedesignofthecentralpurewatersupplysystem,inordertoensuretheflowandthequalityofpurewater,thecentralpurewatersupplysystemshouldadopttheseriesloopofdoubletubearrangementform.Secondly,theeyebathandemergencyshowerequipmentisstudied.Accordingtoourcountry'susageofeyebathandemergencyshowerequipmentandAmericanstandardANSIZ358.1-2009,discussestheinstallationandsetupparametersoftheeyebathandemergencyshowerequipment.IthasanalyzedthedifferencebetweenAmericanandChinaoncodeforwatersupplypressureoftheeyebathandemergencyshowerequipment,andputforwardemergencyequipmentsupplypressurevalueshouldbebetween0.20MPato0.55MPa.Andthenmaketheresearchonlaboratorybuilding’swastewaterdrainagesystem.Discussesthedamagetotheenvironmentifthelaboratory’swastewaterundisposedanddischargedirectly,advicesetupaspecialdrainagesysteminthebuilding.CoMParedtheperformanceofthecommonlyusedplasticpipematerial,accordingtothecharacteristicsoflaboratorybuilding’swastewaterdrainagesystem,adviseuseCPVCpipes.Accordingtodifferentcharacteristicsofwaterqualityinlaboratorywastewaterpollutantcharacteristics,discussesthecorrespondingtreatmentmeasures.Finally,maketheresearchonlaboratorybuilding’sfiresafetysystems.AnalyzesIII\n重庆大学硕士学位论文thelaboratorybuilding’sfireriskandfirehazards,analyzesthedifferencebetweenthenewspecification"Technicalcodeforfireprotectionwatersupplyandhydrantsystems"(GB50974-2014)and"CodeofDesignonBuildingFireprotectionandprevention"(GB50016-2006)and"codeforfireprotectiondesignoftallbuildings"GB50045-95)fromfirewatersupplysystemandindoorhydrantsystemtwoaspects.Accordingtothecharacteristicsofvarioustypesoffireconcurrentinthelaboratory,gasfireextinguishingsystemsarestudied.Keywords:Laboratorybuilding,Eyebathandemergencyshowerequipment,Purewatersupplysystems,Wastewaterdrainagesystem,FiresystemsIV\n目录目录中文摘要..........................................................................................................................................I英文摘要.......................................................................................................................................III1绪论......................................................................................................................................11.1课题的提出及意义..................................................................................................................11.1.1实验类建筑的界定及类型...............................................................................................11.1.2实验类建筑给排水及消防设计特点...............................................................................11.2国内外研究现状......................................................................................................................11.2.1国外研究现状...................................................................................................................11.2.2国内研究现状...................................................................................................................41.3课题研究的目的和意义...........................................................................................................61.3.1课题研究的目的...............................................................................................................61.3.2课题研究的意义...............................................................................................................61.4课题研究的内容和技术路线..................................................................................................61.4.1课题研究的内容...............................................................................................................61.4.2课题研究的技术路线.......................................................................................................72实验类建筑纯水系统研究...........................................................................................92.1实验室用水规格......................................................................................................................92.1.1水中污染物分类...............................................................................................................92.1.2实验室用水规格...............................................................................................................92.2实验室纯水制备技术研究....................................................................................................112.2.1纯水制备原理.................................................................................................................112.2.2纯水制备技术.................................................................................................................112.3实验室纯水供应模式研究.....................................................................................................132.3.1分类..................................................................................................................................132.3.2中央纯水供水系统设计..................................................................................................142.4本章小结................................................................................................................................173洗眼器和紧急淋浴设备研究....................................................................................193.1洗眼器和紧急淋浴设备的选择.............................................................................................193.1.1实验室安全应急设施概述.............................................................................................193.1.2洗眼器和紧急淋浴设备的类型......................................................................................19V\n重庆大学硕士学位论文3.1.3洗眼器和紧急淋浴设备的选择......................................................................................223.2洗眼器和紧急淋浴设备的布置及维护................................................................................233.2.1洗眼器和紧急淋浴设备的布置.....................................................................................233.2.2洗眼器及紧急淋浴设备维护.........................................................................................243.3固定式洗眼器和紧急淋浴设备供水压力探讨.....................................................................243.3.1国内外规范规定..............................................................................................................243.3.2固定式洗眼器和紧急淋浴设备供水压力探讨..............................................................253.4本章小结................................................................................................................................274实验类建筑废水排水系统研究..............................................................................294.1实验室废水处理状况研究....................................................................................................294.1.1实验室废水的成分及危害.............................................................................................294.1.2我国实验室废水处理状况.............................................................................................304.1.3日本高校实验室废水处理状况.....................................................................................304.2实验类建筑废水排水系统设计研究....................................................................................304.2.1系统选型.........................................................................................................................304.2.2排水管道的敷设及管材的选择.....................................................................................314.3实验室废水处理措施............................................................................................................334.3.1实验室废水处理原理.....................................................................................................334.3.2实验室废液处置.............................................................................................................344.3.3实验室废水的处理.........................................................................................................374.4本章小结................................................................................................................................375实验类建筑消防系统研究.........................................................................................395.1实验类建筑存在的火灾隐患................................................................................................395.1.1实验类建筑的火灾危险性.............................................................................................395.1.2存放物品的火灾隐患.....................................................................................................395.1.3实验操作过程中的火灾隐患.........................................................................................405.1.4电气设备存在的火灾隐患.............................................................................................405.2实验类建筑消防特点与消防措施........................................................................................415.2.1实验类建筑消防特点.....................................................................................................415.2.2实验类建筑的消防措施.................................................................................................415.3自动喷水灭火系统的设置....................................................................................................425.3.1自动喷水灭火系统的分类..............................................................................................425.3.2自动喷水灭火系统的选择..............................................................................................435.4灭火器的设置........................................................................................................................44VI\n目录5.4.1实验类建筑灭火器的选择.............................................................................................445.4.2实验类建筑灭火器的配置计算.....................................................................................445.5气体灭火系统的设置............................................................................................................465.5.1引言.................................................................................................................................465.5.2气体灭火系统的比较分析.............................................................................................475.6室内消火栓灭火系统的设置.................................................................................................485.6.1消防给水系统研究.........................................................................................................495.6.2室内消火栓给水系统设置.............................................................................................555.7本章小结................................................................................................................................566结论与建议.........................................................................................................................596.1结论........................................................................................................................................596.2建议........................................................................................................................................59致谢.......................................................................................................................................61参考文献.......................................................................................................................................63VII\n1绪论1绪论1.1课题的提出及意义1.1.1实验类建筑的界定及类型实验类建筑是供教学单位、科研机构或生产机构进行教学、科研、检测或分[1]析用的建筑，实验室按学科划分可分为：①化学实验室主要用来进行无机、有机、高分子化学等领域教研和分析工作的场所。②生物实验室生物实验室以微生物实验室为主，微生物实验室主要包括病原微生物实验室和卫生微生物实验室。病原微生物实验室主要用来鉴定病毒及细菌并对其进行分类，该类实验室可对人和环境产生一定的危害。微生微生物实验室主要用来检测空气、水等或者用来检验食品、化妆品等产品。③物理实验室物理实验室包括电学、热学、力学、光学、综合物理实验室等。1.1.2实验类建筑给排水及消防设计特点实验类建筑与普通建筑不同，在其设计过程中不仅要考虑仪器设备的合理选择，更要对总体布局、工艺流程、管道系统、消防及环保等进行综合考虑。实验室类建筑的给排水及消防系统有特殊的设计要求：①实验类建筑对供水系统的水质及水压有更高的要求，对于水质要求比较高的用水点，需要做进一步的处理以达到其用水标准；②实验类建筑中安全事故多发，应设置应急设施；③实验室排放的废水中通常含有成分复杂的污染物，并且水量大，排放也具有不规律性，使得实验室废水处理难度大，环境污染问题严重；④实验室的消防安全状况不容乐观，存在有较多的火灾隐患并易引发多种类型火灾同时发生，火灾扑救难度大。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状①关于绿色实验室的研究21世纪实验室的主流趋势是绿色实验室，主要包括节能、安全、健康、环保[2]四个特征。1)节水节能1\n重庆大学硕士学位论文加州大学圣塔芭芭拉分校的唐纳德布伦环境科学与管理学院的实验室在2003获得了LEED铂金级认证，也是获得该级别认证的唯一的一所实验室。这所建筑所有的灌溉用水及一层卫生间的冲厕用水均来自于再生水，并且全部都采用无水小便器，仅此一项措施每年就能节省4.5万加仑的水，同时所有的卫生间都装有自[3]动冲洗阀和低流量装置。怀特海德研究院是美国东南部最大的实验类建筑，获得了LEED银级认证，这座建筑采取了许多种节能节水的措施。首先这座建筑中所有的空调冷凝水都会被输送到附近的冷却塔来作为其冷却水，这项措施每年将会减少将近25万加仑冷凝水的排放并且还可以减少该建筑的市政用水量。其次，屋顶上和广场上的雨水[4]会被收集到地下的调蓄池，经过过滤后会被用来浇灌绿地。2)废水的处理日本非常重视实验室废水的处理，对实验室废水的排放有着严格的管理措施。首先其实验室设立有专用的废水排水系统，与生活排水系统分开排放，例如日本冈山大学实验室的排水系统就包括实验室废水排水系统、生活排水系统和雨水排水系统，这样不仅可以有效地监管实验室废水的排放，而且更有利于实验室废水的综合处理；其次，实验室都建有水处理设施，实验室的废水不直接排入公共下[5]水管道，通常需要经过层层处理和检测，符合排放标准后才能排放。3)废液的处置日本高校处理废液的程序基本类似，主要包括以下几个流程：分类收集→储存→回收→处置→最终处理。许多日本高校首先对实验室废液分为无机废液、有机废液，而后对其进行再次细分，表1.1列举了日本金沢大学对无机废液的分类。[5]表1.1日本金沢大学无机废液分类表Table1.1ClassificationoftheInorganicWasteLiquidofKanazawaUniversity序号废液内容1水银及其化合物（酸性）2盐酸，硫酸，硝酸等无机酸类；重金属如铬，铅，镉，铁等及其化合物3氰化物，氰化物络合物以及砷化物（碱性）4碱系：氢氧化钠，氢氧化钾，氨气等及含重金属的碱性溶液②关于纯水分级的标准目前国际上比较通用的纯水标准有国际标准化组织的《分析实验室用水标准》[6](ENISO3696-1995)和美国材料与试验协会的《试剂水标准技术规范》（ASTM[7]D1193-2006）。2\n1绪论国际标准化组织的《分析实验室用水标准》将实验室用水分为三个等级，其技术参数如表1.2所示：[6]表1.2分析实验室用水标准(ENISO3696-1995)Table1.2WaterforAnalyticalLaboratoryUse(ENISO3696-1995)技术参数一级二级三级PH(25℃)N/AN/A5.0~7.5最大电导率μS/cm(25℃)0.11.05.0最大氧化物含量(O)mg/lN/A0.080.4在254nm及1cm光径长度下的最大吸光率0.0010.01无指标蒸馏后的最大残余值(110℃)mg/kgN/A12最大二氧化硅含量mg/l0.010.02无指标美国材料与试验协会的《试剂水标准技术规范》将物理实验和化学分析实验的实验用水分为四个等级，并且对电阻率、TOC、微生物及部分离子都有明确的规定，其技术参数如表1.3所示：[7]表1.3试剂水标准技术规范(ASTMD1193-2006)Table1.3StandardSpecificationforReagentWater(ASTMD1193-2006)技术参数一级二级三级四级电导率μS/cm(25℃)0.05610.255电阻率MΩ.cm(25℃)18140.2PH(25℃)–––5.0~8.0TOC(mg/L)5050200–钠含量(mg/L)151050硅含量(mg/L)33500–氯化物(mg/L)151050③关于洗眼器和紧急淋浴设备的研究目前我国洗眼器和紧急淋浴设备的生产和配置主要参考美国国家标准化机构（ANSI）制订的相关标准（ANSIZ358.1-2009）。首先对洗眼器和紧急淋浴设备设置位置做出了规定：不能远离实验室的危险源，紧急情况下，可以在10s内走到，并且设置在同一平面内，且可以直线通过；其次对洗眼器和紧急淋浴设备的流速3\n重庆大学硕士学位论文和工作压力做出了规定：其供水装置应保证0.20MPa的供水压力，紧急淋浴设备流量不小于75.7L/min，且可以持续15分钟；而对于固定式的紧急洗眼器，对其流量要求低一些，流量不小于1.5L/min，且可以持续15分钟；对于复合型紧急淋[8-9]浴设备（包括洗眼装置），洗眼部分流量不小于11.4L/min，且可以持续15分钟。④关于化学实验室排水管材的研究美国一家公司生产的化学实验室排水系统采用的是CPVC（氯化聚氯乙烯），CPVC是一种理想的实验室排水管材，相较于其他类管材，CPVC有多方面的优势[10]：1)可以耐强酸碱、稀释的酸碱、腐蚀剂、盐、脂肪和其他常见的化学试剂，且可以耐104.4℃高温；2)质量轻，CPVC的质量是铝的二分之一、铁的六分之一；3)CPVC内壁像玻璃一样光滑，但不像玻璃一样易碎；4)CPVC安装简单，采用胶粘连接且连接牢固。1.2.2国内研究现状①国内规范对实验室设计与建设的相关规定[11]《科学实验室建筑设计规范》（JGJ91-93）第8.1.1条规定：实验室给水管道和排水管道，应沿墙、柱、管道井、实验台夹腔、通风柜内衬板等部位布置。不得布置在遇水会迅速分解、引起燃烧、爆炸或损坏的物品旁，以及贵重仪器设备的上方。第8.2.4条规定：实验仪器的循环冷却水水质应满足各类仪器对水质的不同要求。第8.2.5条规定：凡进行强酸、强碱、剧毒液体的实验并有飞溅爆炸可能的实验室，应就近设置应急喷淋设施。当应急眼睛冲洗器水头大于1m时，应采取减压措施。第8.2.6条规定：下行上给式的给水横干管宜敷设在底层走道上方或地下室顶板下；上行下给式的给水横干管宜敷设在顶层管道技术层内或顶层走道上方。不结冻地区可敷设在屋顶上。第8.2.7条规定：恒温、恒湿实验室，其给水管道穿墙和楼板处应采取密封措施。第8.2.8条规定：从给水干管引入实验室的每根支管上，应装设阀门。②关于实验室纯水制备的研究1）实验室用水分级《分析实验室用水规格和试验方法》（GB/T6682–2008）是目前应用最广泛的实验室国家用水标准，该标准根据水中污染物的含量将分析实验室用水分为三个等级，包含了pH，电导率，可氧化物质，吸光度，蒸发残渣，可溶性硅六种指标[12]。2）实验室纯水制备方法随着科技的发展，实验室用水纯化的方法多种多样,主要包括蒸馏法、离子交4\n1绪论换法、膜分离法、电去离子法四大类,在实际的使用中，应根据实验项目的用水要求选择最佳的纯水制备技术。目前国内应用比较广泛的有反渗透(RO)技术和电渗[13]析(ED)技术。反渗透技术可以去除水中几乎所有的微粒污染物、一大半的有机物及90%的离子污染物，具有出色的纯化效果。从理论上来说，反渗透虽然无法滤除水中的溶解性气体，但是可以去除掉所有分子量大于300道尔顿的分子及包含微生物和胶体在内的颗粒物质。反渗透虽然不能去除分子量小于100道尔顿的非离子污染物，但是污染物分子量越大，反渗透膜的滤除能力越强。因此反渗透是一项非常[14]具有成本效益的实验室纯水制备技术。电渗析技术克服了离子交换技术中离子交换树脂的限制性，该技术同时结合了离子交换树脂、离子选择性透过膜，通过直流电来滤除离子性的杂质，从而省去了再生离子交换柱的工作。另外，电渗析系统中细菌水平相对较低，因为该系统中化学和电环境的作用使得微生物难以生长。一般来说，电渗析技术制取的纯[15-16]水电阻率在5～17MΩ/cm(25℃时)，TOC含量低于20ppb。③关于实验室排水系统的研究现阶段是我国实验室建设的快速发展时期，我国目前有数十万家实验室。数目庞大的实验室必然会带来大量的实验室废水。而实验室废水中通常含有成分复杂且性质不稳定的污染物，不仅仅含有常规的洗涤剂等成分，还含有残留的实验[17]药剂成分，如酸、碱、重金属及有毒有害物质等。由于处理难度大、环保意识薄弱，我国的实验室废水通常不经处理，直接排入市政下水管道甚至直接排入河流等水体中，给我们的环境带来一定的危害。因此实验室废水的处理与排放是一[18-19]个亟待解决的问题。[11]我国的《科学实验室建筑设计规范》（JGJ91-93）第8.3.2条规定：排出有毒和有害物质的污水，应与生活污水及其它废水废液分开。对于较纯的溶剂废液或贵重试剂，宜在技术经济比较后回收利用。第8.4.3条规定：凡含有毒和有害物质的污水，均应进行必要的处理，符合国家排放标准后，方可排入城市污水管网。各个实验室应该根据其实验特性、实验室废水所含污染物的成分、性质进行分析比较，选择适宜的实验室废水处理工艺，设置经济合理的废水处理设备。并且要设立专用的的废水排水系统，实验室废水经处理达到相应的排放标准后再排入市政排水管道。中国某家科研单位的实验室在设计过程中，考虑到其废水中可能会含有重金属污染物和其他的一些有毒物质，选择了“混凝沉淀—接触氧化—过滤”的水处理工艺。通过混凝沉淀，可以去除掉废水中大半的重金属离子和有毒物质，然后[20]再经过生物处理和过滤，进一步去除水中悬浮物和有机物。5\n重庆大学硕士学位论文④关于实验室消防系统的研究实验室中一般储存有大量的实验药剂，有许多实验药剂是易燃易爆物品，在实验过程中也极易产生可燃性的物质，若操作不当或者储存不当易引发火灾。由于实验室实验药剂混杂，灭火的难度一般较大，灭火方式选择不当则有可能带来更大的损失。例如在2006年，台湾某所高校的实验室发生火灾，实验室中存放有大量易燃的有机溶剂，学校的工作人员选择用水扑救，不仅没有控制火势，反而[21]致使火势更加严重。因此实验类建筑应根据其实验室的性质，可能引发的火灾的类型，来选择配置相应的消防器材和设立适宜的消防系统形式。实验类建筑中不仅要设立常规的水灭火系统，还应该在有精密仪器、配电室、储存有机溶剂、活泼金属等不能用火扑救的场所，设立气体灭火系统。1.3课题研究的目的和意义1.3.1课题研究的目的本课题系统地学习和归纳总结实验类建筑给排水及消防系统的设计要点，解决目前实验类建筑在设计中存在的若干问题，为今后实验类建筑给排水及消防系统的设计提供一定的借鉴。1.3.2课题研究的意义实验室建筑的建设水平与一个国家科技与经济的发展程度息息相关，更为重要的是它直接影响科研成果的产出。从前我国的实验室一直停留在基础建设层面，但是近年来，由于SARS、禽流感、埃博拉等流行病接连爆发，我国政府更加重视实验室整体工程的建设，加大了投资力度，从而使实验室的建设进入快速发展时期。相较于发达国家，我国实验室的设计与建设行业还处于起步阶段。在实验室的设计与建设过程中，由于经验不足，缺乏一定的理论指导，导致有些实验室规划不合理、布局不科学，甚至因为安全隐患而不能使用，浪费了大量资金，付出了惨重的代价。给排水及消防系统是实验类建筑重要的一部分，本课题研究适用于实验类建筑的合理完善的给排水及消防系统，更好地实现实验室的各项功能，为我国实验室的建设事业添砖加瓦。1.4课题研究的内容和技术路线1.4.1课题研究的内容①实验类建筑纯水系统研究1）实验室用水规格2）实验室纯水制备技术研究6\n1绪论3）实验类建筑纯水供应模式研究②洗眼器和紧急淋浴设备研究1）洗眼器和紧急淋浴设备的选择2）洗眼器和紧急淋浴设备的布置3）洗眼器和紧急淋浴设备供水压力探讨③实验类建筑废水排水系统研究1）实验室废水处理状况研究2）实验室废水处理技术研究3）实验类建筑废水排水系统设计研究④实验类建筑消防系统研究1）实验类建筑存在的火灾隐患研究2）实验类建筑消防特点与消防措施确定3）自动喷水灭火系统的设置研究4）灭火器的设置研究5）气体灭火系统的设置研究6）室内消火栓系统的设置研究1.4.2课题研究的技术路线图1.1技术路线Fig.1.1ResearchTechniqueRoute7\n重庆大学硕士学位论文8\n2实验类建筑纯水系统研究2实验类建筑纯水系统研究2.1实验室用水规格2.1.1水中污染物分类在实验室，通常我们使用最多的试剂就是水，被大量应用在各种类型的实验中，水的纯度会对实验的结果产生直接的影响。水中的污染物主要有两大类，悬浮物质和溶解性的小分子和离子等物质。悬浮物质有细菌、病毒、高分子有机物、[22]胶体等；另一类主要有溶解性气体、盐类及少量重金属离子。①电解质电解质在水中以离子的形式存在，利用其电导性，通过测量水的电阻率和电222导率来检测水中电解质含量。电解质主要有H、Na、K、Ca、Mg、Cu等阳离子；Cl、NO、HCO、HSiO等阴离子；另外还有一些有机酸粒子及带333电的胶体粒子。②有机物水中的有机物一般为阴性或者中性，可以通过测量总有机碳指标来检测其含量，主要包括有机酸和有机金属化合物等。③颗粒物质水中的颗粒物质一般不溶于水，通过测量SDI指数来检测其含量。水中的颗粒物质有铁锈、胶体粒子及一些固体颗粒等。④微生物水中的微生物主要有细菌类、真菌类和藻类，通常采用培养法和膜过滤法来检测水中微生物的多少。⑤溶解性气体水中的溶解性气体主要有N2、O2、Cl2、H2O、CO、CO2、CH4等，可用气相色谱及液相色谱和化学法测定其含量。2.1.2实验室用水规格[12]《分析实验室用水规格和试验方法》（GB/T6682–2008）是目前应用最广泛的实验室国家用水标准，该标准根据水中污染物的含量将分析实验室用水分为三个等级，如下表2.1所示。在实验类建筑的设计中应根据实验的实际要求来供给相应等级的纯水。9\n重庆大学硕士学位论文[12]表2.1分析实验室用水分级Table2.1Classificationofexperimentwaterofanalysislaboratory等级特征用途制备方法可用二级水经进一步处理制基本上不含有得，例如可将二级水经过再用于严格要求的试验，包括溶解杂质或胶蒸馏、离子交换混合床、0.2一级水对悬浮颗粒有要求的实验，态粒子及有机微米滤膜过滤等方法处理，如高压液相色谱实验物或用石英蒸馏装置作进一步蒸馏制得常含有微量的用于无机痕量分析、病毒免可用多次蒸馏或超纯水制备二级水无机、有机或胶疫等试验，如原子吸收光谱装置制取态杂质分析用于一般化学分析和生化检可用蒸馏或离子交换等方法三级水纯化水平最低验实验制取该标准考量pH、电导率、可氧化物质、吸光度、蒸发残渣、可溶性硅这六个指标：[11]表2.2分析实验室用水标准(GB/T6682–2008)Table2.2WaterstandardsforAnalyticalLaboratory(GB/T6682–2008)名称一级二级三级pH值范围(25℃)––5.0～7.5电导率(25℃)/(mS/m)或(μS/cm)≤0.01≤0.10≤0.50可氧化物质[以(O)计]/(mg/L)–≤0.08≤0.4吸光度(254nm,1cm光程)≤0.001≤0.01–蒸发残渣(105℃±2℃)/(mg/L)–≤1.0≤2.0可溶性硅[以(SiO2计)/(mg/L)≤0.01≤0.02–注1：在一级水、二级水的纯度下，难以测定其真实的pH值，因此对一级水、二级水的pH值范围不做规定。注2：由于一级水的纯度下，难于测定可氧化物质和蒸发残渣，对其限量不做规定，可用其他条件和制备方法来保证一级水的质量。10\n2实验类建筑纯水系统研究2.2实验室纯水制备技术研究2.2.1纯水制备原理目前，制备纯水工艺主要包括预处理和除盐两大步。预处理主要包括过滤、软化、调节pH、加氯、脱气等工序。砂滤、多介质过滤、活性碳过滤是纯水制备常采用的过滤方法，通过过滤可去除水中粒径在1-20μm的颗粒物质。多介质过滤技术和活性碳过滤技术的作用机理不同，多介质过滤技术主要利用絮凝作用来去除水中的胶体状或者颗粒状的大分子物质，活性碳过滤技术利用的是吸附原理，因此，活性碳过滤技术可以去除水中的小分子有机污染物和自由氯，并且其对COD[23]的去除率可以达到40%到90%。软化和调节pH技术可以保护反渗透膜，不让其产生太多的结垢。加氯技术可以杀死细菌。脱气技术可以去除水中的溶解性气[24]体。除盐技术主要包括物理除盐技术、化学除盐技术、膜分离除盐技术及电去离子除盐技术四大类。蒸馏法除盐是典型的物理除盐技术，主要应用在除盐技术发展初期。化学除盐主要指离子交换法除盐，是随着合成树脂的发展而兴起除盐技术。膜分离除盐主要有电渗析除盐(ED)、反渗透除盐(RO)、微滤除盐(MF)、超滤除盐(UF)和纳滤除盐(NF)，膜分离除盐技术克服了化学除盐过程中产生大量酸、碱污染物的问题。电去离子除盐技术是离子交换技术和电渗析技术有机结合的新型[13]除盐技术，该技术已成为主流的除盐技术。2.2.2纯水制备技术实验室纯水可通过以下方法制备，实践中应根据不同的实验要求选择合适的纯水制备工艺。①蒸馏法蒸馏法主要利用盐沸点高不蒸发、而水沸点低易蒸发的原理来实现水盐分离，从而得到纯度较高的水。理论上，除蒸汽压力与水接近的物质和共沸化合物外，蒸馏法能去除所有种类的水中污染物。蒸馏法是早期的纯水制备方法，其对原水水质的要求不高，并且运行操作简单、设备也不复杂。但是蒸馏法在运行中的高能耗造成制水成本偏高，一般每生产1L纯水需要消耗1千瓦的电。同时蒸馏法生产纯水的速度也较慢，所以蒸馏水必须先储存起来以备后用，除此之外蒸馏法还存在有设备腐蚀、结垢的问题。因此该法一般用水纯水水量需求较小的实验室，[16]或者作为预处理工序来去除水中溶解性的污染物。②离子交换法离子交换法主要利用离子交换树脂上的H和OH与水中的同性盐离子发生离子交换来去除水中的盐，从而实现水的净化。离子交换的过程中液相的电解质与固相的离子交换树脂之间的发生化学置换,具有一定的可逆性。因此，当离子交11\n重庆大学硕士学位论文换树脂达到饱和后，我们可以用酸性溶液及碱性溶液来分别对阴阳离子进行再生，[25-26]实现离子交换树脂的反复利用。③膜分离法随着膜技术的发展，膜分离法制备纯水有了快速的发展。膜分离法主要包括电渗析法(ED)、反渗透法(RO)、微滤法(MF)、超滤法(UF)和纳滤法(NF)。膜分离法利用了膜的选择透过性，在压力差、浓度差或电位差等的作用下，水中的盐离子优先透过膜而水分子不透过或使水分子透过膜而盐离子不透过，从而实现水盐[16]的分离。1）电渗析法(ED)电渗析利用了离子交换膜的选择透过性，在电位差的作用下实现水的纯化。电渗析装置由数个阴、阳离子交换膜交替排列的形成的淡水室和浓水室组成，装[15]置两端分别装有正、负电极。电渗析法适用于处理含盐质量浓度处于1000mg/L～[27]5000mg/L之间的水质，其产水率可达到70%～80%，纯度在50%～90%。2）反渗透(RO)反渗透是渗透的一种反向迁移运动，由于水分子小于溶解性电解质，因此反渗透膜只允许水分子通过，而电解质离子无法通过。利用不同物质渗透压不同、膜的选择透过性，向水溶液中施加高压，使水分子在大于渗透压的压力作用下通[13]过半透膜从而实现水盐的分离。反渗透技术可以去除水中几乎所有的微粒污染物、一大半的有机物及90%的离子污染物，具有出色的纯化效果。从理论上来说，反渗透虽然无法滤除水中的溶解性气体，但是可以去除掉所有分子量大于300道尔顿的分子及包含微生物和胶体在内的颗粒物质。反渗透虽然不易去除分子量小于100道尔顿的非离子污染物，但是污染物分子量越大，反渗透膜的滤除能力越[28]强。因此反渗透是一项非常具有成本效益的实验室纯水制备技术。3）微滤(MF)和超滤(UF)微滤与超滤均属于膜分离法，作用原理也相同，在一定的压力作用下,利用了膜的选择透过性，水中所含的混合物尺寸不同透过性不同，小尺寸的物质可以通过膜而大尺寸的物质无法通过，以此来达到混合物分离的目的。微滤可以去除水中的微粒、亚微粒、菌团、细菌等不溶物质，超滤可以去除水中的细菌、大分子物质、胶体、悬浮固体等物质，以及可以去除一部分的COD和BOD，但是却不能去除水中的可溶性固体和盐离子，因此超滤和微滤要结合其他纯水制备技术来[23]制备高纯水。4）纳滤纳滤是介于反渗透与超滤之间膜分离技术。纳滤膜的孔径范围在几纳米左右，可以截留分子质量相对较小的物质，如无机盐、小分子有机物等。纳滤膜的膜体12\n2实验类建筑纯水系统研究带有电荷，所以纳滤的操作压力低于反渗透的操作压力，又被称为低压反渗透，[29]通常情况下其操作压力低于1MPa。④电去离子法电去离子技术是一项结合了离子交换技术和电渗析技术，并结合直流电去除水中离子化杂质的新型膜分离技术。将离子交换树脂加在电渗析的淡室中，利用+-离子交换树脂除盐，而电渗析会使水电解产生H和OH，从而使饱和的离子交换[30]树脂再生来进行连续深度脱盐。由于电去离子技术迁移离子的能力较差，故只[31-32]适用于进水水质的电导率小于40μS/cm的情况，且一般采取模块化设计。⑤常用纯水制备技术比较表2.3常用纯水制备技术优缺点比较Table2.3CoMParisonofCommonlyUsedPureWaterPreparationTechnology技术基本原理优点缺点对原水水质要求低、沸点不同，蒸发特性能源浪费、成本高、蒸馏法设备简单、一次性投不同设备腐蚀积垢资小树脂活性基团与溶液出水水质好、稳定可需化学药剂再生、再离子交换法中的离子交换平衡靠生操作复杂利用压力差、浓度差、膜易被污染、出水水膜分离法能耗低、工艺简单电位差等驱动质差对进水水质要求高，填充了离子交换树脂出水水质好、实现树电去离子法结构复杂、膜更换费的电渗析脂连续再生、无污染用高2.3实验室纯水供应模式研究2.3.1分类[1]实验室纯水供应模式包括中央纯水供应模式和分散纯水供应模式两种。①中央纯水供应模式中央纯水供应模式是在实验室或整栋实验楼中配备纯水生产设备，采用中央控制，通过管道系统，将生产的纯水输送到实验室中每一个用水点，可以直接从纯水水龙头获取实验室纯水或超纯水的纯水供应模式。②分散纯水供应模式分散纯水供应模式是在实验室中各用水点设置纯水机或成品水的纯水供应模式。传统的分散纯水供应模式，只有少数设备能够使用直供纯水，大部分的日常13\n重庆大学硕士学位论文用水需要到纯水设备边去接，并采用额外的容器进行储存和运送，影响检测质量的统一性和稳定性，也造成一定程度上的人力、时间和物力的消耗。2.3.2中央纯水供水系统设计随着科技的进步和经济的发展，纯水供应的管网化与集中化是实验类建筑供水的变化趋势。90年代末期，我国才开始采用中央制水的模式并且迅速取代了各个用水点设置饮水机或成品水的分散用水方式。中央纯水供给方式可以充分保证实验室纯水的使用质量，实验室设备的管理更加便捷高效，而且制水成本也有了明显降低。中央纯水供水系统在纯水输送分配过程中封闭循环，各个循环管路的起点和终点都设置有消毒杀菌装置，不但防止了纯水在运送产生二次污染，同时[33]还保证了每个实验室的用水安全和便捷。中央纯水供水系统的设计主要包括纯水制备系统、纯水储存系统、纯水分配系统、管道纯化和监控设备、终端处理设备五个核心部分。①纯水制备系统纯水制备系统的设计正逐步向模块化、自动化的方向转变，并且通过将二种或多种技术组合集成来制取满足不同水质要求的纯水。RO—EDI(反渗透—电去离子)的组合工艺是目前最有应用前景的纯水制备工艺，该工艺不产生任何废酸废碱液，从而解决了离子交换法除盐生产过程中的废[16]酸废碱污染环境的问题。同时通过实现模块化操作，降低了劳动强度、减小了设备占地面积。采用RO—EDI工艺的纯水制备系统主要包括以下三个环节：1）预处理及软化环节该环节包括机械过滤→活性炭过滤→微孔过滤→软化四个流程。机械过滤一般采用石英砂或无烟煤作为滤料，通过该过程可以去除水中的悬浮物。活性炭过滤能够有效地去除水中的有机物、色度、异味及余氯，还可以去除水中的油脂、胶体硅和悬浮物质。微孔过滤用于进一步去除水中细小的悬浮颗粒、细菌及其他杂质。水中的钙镁离子等会导致反渗透、EDI装置结构，因此必须对进水进行软化处理，软化过程多采用一体化或全自动化的软水处理装置。2）反渗透环节反渗透环节可以高效地去除水中大部分污染物，可以产出三级水。反渗透装置主要包括反渗透膜、膜容器、高压泵、加药泵及清洗泵。反渗透装置可以降低出水中盐离子浓度，减轻后续EDI单元的除盐负荷。3）EDI环节EDI模块利用电流和离子交换树脂去除离子和带电荷的小分子有机物。与此同时，电流持续再生离子交换树脂，以此保证连续水质纯化，该特性是相比于RO—DI（电渗析—离子交换）系统最主要的优势，DI柱必须定期更换。RO产水经EDI14\n2实验类建筑纯水系统研究模块纯化后产出二级水。某大型跨国生物制药公司北京研发中心采用RO—EDI纯水制备工艺，其产水水质可达到:电阻率为5～15MΩ·cm@25℃(带温度补偿)，总有机碳(TOC)＜[35]30μg/L，微生物＜10CFU/mL。②纯水储存系统纯水储存系统应该能够平衡纯水制备系统和实验室每天用水总量、高峰用水量之间的关系。每个实验室都有其用水规律，因此纯水储存系统不仅应该满足客户每天的用水量，还应满足实验室高峰用水的需求。储存系统在每日高峰用水之间可以起到缓冲的作用，使得纯水制备系统有足够的时间生产出实验室每日所需的纯水。同时纯水储存水箱必须能够保证纯水的水质免受污染。水箱的材料和诸多设计细节都会影响到水箱所存储纯水的水质。实际设计中，可以采用圆锥形底部的水箱，利于水的完全排空，不留死角。水箱的材料可以采用超纯PE，降低溶出物，最大限度地降低二次污染。水箱内还可以设置空气过滤器，以降低外界对水箱内水质的污染。③纯水分配系统1）中央纯水供水系统宜采取串联循环的纯水分配形式，且连续二十四小时运行，以充分保证系统中纯水的流速，防止管道内产生死水，从而有效地抑制细菌[34]的繁殖和颗粒物质的堆积。目前，通常采用的纯水循环管道的布置形式有两种：a．单管布置：这种布置形式有一定的局限性，例如在支管末端会产生滞留，将对管道的水质产生影响，另外，当用水点多时，采用这种布置形式，会使得循环管道过长，这样在使用过程中，管网末端的压力差比较大。由于以上两点因素，通常在供水区域小并且对纯水水质要求不高的情况下采用单管布置形式。图2.1单管布置形式Fig.2.1Singlepipearrangementb．双管布置：15\n重庆大学硕士学位论文双管布置形式克服了单管布置管道支管滞留及循环管路过长的缺点，通常应用在供水区域大、对纯水水质要求较高的场所。图2.2双管布置形式Fig.2.2Doublepipearrangement2）管材的选择纯水供水管道的管材若选择不当，会对纯水带来污染，使得纯水水质下降。原因主要有两个，一是管材中含有可以溶解的污染物，这些污染物会增加纯水中的离子，降低纯水的电阻率，同时增加了纯水的TOC；二是由于管道的内壁粗糙、[34]管道接口和阀门处不光滑等因素使得细菌滞留滋生、纯水中的颗粒数增多。为了降低管材对纯水水质的影响，纯水系统的管道应尽量选择内壁光滑并且可萃性不高的管材，而且在安装过程中尽量减少接口数目、管道连接尽量光滑。纯水系统的管材主要包括两大类：有机系管材和不锈钢管材。这两种管材各有优缺点并与造价有关，每个项目情况也不同，故一般通过技术经济综合比较确定。有机系管材的常见的有四种：聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁乙烯-苯乙烯(ABS)、聚偏二氟乙烯(PVDF)。目前在纯水系统中使用最多的是聚氯乙烯管。但是聚氯乙烯管也有一定的局限性，一是聚氯乙烯管易被臭氧腐蚀而且不能耐受高温，二是聚氯乙烯管要采用承插连接，这就对管道外径的公差提出更高的要求。聚丙烯管在常温下可萃性比较低，但是如果温度提高，管道中的钠离子和硫酸根离子会加倍溶出。聚偏二氟乙烯管对纯水水质影响最低，其性能稳定，而且可以承受高温、不易被过氧化氢和臭氧腐蚀，但是其价格是聚氯乙烯管的五到十倍。不锈钢管材有很多的优点，例如其耐腐蚀而且无污染、机械性能好、抗破坏16\n2实验类建筑纯水系统研究性能好、热传导率低等。不锈钢管道在安装前，要处理管道的内壁，从而降低金属的溶出，在安装时要注意对管道接口处进行酸洗和钝化处置。④管道纯化和监控设备纯水监控系统是中央纯水供水系统中非常重要的组成部分，对系统的运转和维护都有着重要意义。在整个系统中，不仅需要对产出的纯水水质和管道系统的水质进行监控，还要监控原水水质及制水设备的各个生产流程，这样才能避免微生物的污染，确保纯水制备设备的正常运转及生产的纯水水质达到实验要求。例如某科研项目的纯水供水系统中采用电导率测试仪和TOC测试仪来实时检测系统的水质，同时在管道上还配有微生物检测阀，按时检测水中微生物的含量[35]。⑤终端处理设备实验室中的实验清洗用水、消毒灭菌用水等一般为二级水，通过集中管路系统供给，在一些局部有高纯要求的使用点再单独加设末端超滤装置以制备出高纯水。2.4本章小结本章主要对实验类建筑的纯水系统进行探讨研究。首先分析了实验室的用水规格。水是实验室使用最多的试剂，水的纯度会对实验的结果产生直接的影响，根据水中污染物的含量，《分析实验室用水规格和试验方法》（GB/T6682–2008）将分析实验室用水分为三个等级。其次对纯水的制备工艺进行了比较分析。纯水的制备工艺主要包括预处理和除盐两大步，目前常用的纯水制备方法主要有蒸馏法、离子交换法、膜分离法和电去离子法。实践中要根据实验要求选择一种或结合使用数种制备技术来制取符合要求的实验用水。最后研究了纯水的供应模式。实验室纯水供应模式有中央纯水供应模式和分散纯水供应模式两种。实验类建筑中宜采用中央纯水供应模式，因其可以充分保证实验室纯水的使用质量，实验室设备的管理更加便捷高效，而且制水成本也明显降低。中央纯水供水系统建议采用RO—EDI组合工艺，该工艺不产生任何废酸废碱液，解决了离子交换法除盐生产过程中的废酸废碱污染环境的问题。其管道宜采用双管布置的形式，该形式可以避免管道中死水的产生，同时可以减小管网末端的压力差。17\n重庆大学硕士学位论文18\n3洗眼器和紧急淋浴设备研究3洗眼器和紧急淋浴设备研究3.1洗眼器和紧急淋浴设备的选择3.1.1实验室安全应急设施概述实验室人员数量多、流动性大，实验室安全事故屡有发生，这些事故主要是由危险化学品的不当使用和储存、接触有害物质和易燃易爆化学品引发的，因此在实验室中必须设置取用方便且易于操作的应急救援及防护设施，如安全通风橱、排气罩、洗手池、洗眼器和紧急淋浴设备等。廖萍泰、何玉红等对甘肃省24个疾控中心的38个实验室进行了调查，结果表明：29.5%的实验室未配备通风橱，排气罩，18.7%的实验室中通风橱、排气罩不能正常使用；约71.1%的实验室没有配备洗眼器，89.5%的实验室缺少紧急冲淋[36]设备。以上数据显示国内实验室中安全应急设施的建设情况不容乐观，尤其是洗眼器和紧急冲淋设备的设置。洗眼器和紧急冲淋设备在应急救援体系中是一种必不可少的重要设施，主要应用在有毒有害危险作业场所，在眼睛或身体接触到有毒有害及腐蚀性化学物品时，洗眼器和紧急淋浴设备可以对眼睛及身体进行紧急冲淋或冲洗，将伤害降低到最小程度。《科学实验室建筑设计规范》第2.0.18条中指出：“为保证实验人员在实验工作中受到化学及生物危害时的安全，多在靠近该类实验室的公共走道处设置带有自动或人控开关的喷淋设备，以备实验人员一旦被药品污染时，能及时进行喷淋救护”、“凡经常使用强酸、强碱、有化学品烧伤危险的实验室，在出[11]口就近处宜设置应急喷淋器及应急眼睛冲洗器”。《实验室生物安全通用要求》中规定BSL-1实验室必要时设洗眼和紧急喷淋装置，BSL-2、BSL-3、BSL-4实验[37]室则必须设洗眼和紧急喷淋装置。目前我国洗眼器和紧急冲淋设备的设置还未进行规范化管理，也没有相关的国家标准，国内大多数洗眼器和紧急冲淋设备的生产企业都是采用美国洗眼器和紧急冲淋设备标准ANSI-Z358.1-2009，因此本章节结合我国洗眼器和紧急淋浴设备的使用状况及美国标准ANSI-Z358.1-2009，对洗眼器和紧急淋浴设备的选择、安装、使用及维护进行研究。3.1.2洗眼器和紧急淋浴设备的类型①紧急淋浴器紧急淋浴器只有喷淋系统，而没有洗眼系统，主要用于冲淋全身，也可用于19\n重庆大学硕士学位论文冲洗脸部，但是不能用来冲淋眼睛。需要实验室有固定水源，水质应达到饮用水水质标准。见图3.1。②固定式洗眼器固定式洗眼器不包括喷淋系统，用来冲洗接触到有毒有害或腐蚀性化学物品的面部、眼部、脖子等。需要实验室有固定水源，水质达到饮用水水质标准。见图3.2。按照安装位置的不同，固定式洗眼器还可分为：立式洗眼器、壁挂式洗眼器、台式洗眼器。图3.1紧急淋浴器Fig.3.1EmergencyShower图3.2洗眼器/洗脸器Fig.3.2Eyewash/FacewashEquipment20\n3洗眼器和紧急淋浴设备研究图3.3台式水嘴/洗眼器Fig.3.3BenchFaucet/Eyewash③便携式洗眼器便携式洗眼器能够携带到实验室需要的地点，主要用于没有固定水源或实验操作地点必须频繁改变的场所。这种洗眼器只能用来冲洗眼部而不能冲淋全身，并且与固定式洗眼器相比较，便携式洗眼器的水流要小很多。因此便携式洗眼器只能用作辅助设备，而不能替代固定式洗眼器。见图3.3。图3.4便携式洗眼器Fig.3.4ENWARE21\n重庆大学硕士学位论文④复合式洗眼器复合洗眼器既包括洗眼系统又配有喷淋系统，直接安装在地面上使用。可以使用喷淋系统对有毒有害及腐蚀性化学物品喷溅的身体进行冲淋，冲洗时间不少于15分钟，还可以使用洗眼系统冲洗接触到有毒有害或腐蚀性化学物品的面部、眼部、脖子等，冲洗时间同样不少于15分钟。需要工作现场有固定水源，水质达到饮用水水质标准。见图3.4。图3.5复合式洗眼器Fig.3.5CompoundEyeBath3.1.3洗眼器和紧急淋浴设备的选择①首先要根据实验室使用及存放的化学物品来选择洗眼器和紧急淋浴设备，因为实验室中存放化学物品会造成洗眼器和紧急淋浴设备的腐蚀。比如实验室中如果存放有氯化物、氟化物、硫酸或者是浓度超过50%的草酸等化学物品，就要选择采用浸塑ABS的不锈钢材料或者采用经特殊处理的高性能不锈钢材料的洗眼器和紧急淋浴设备。原因是在存放有氯化物、氟化物、硫酸或者是浓度超过50%的草酸的实验室中，普通不锈钢304材料的洗眼器和紧急淋浴设备极易腐蚀，很[39]短的时间内就会产生严重的损坏而无法使用。②其次要考虑使用场所的环境温度。在我国寒冷地区，洗眼器的选型也要周密考虑，优先选用自排水式的，当发生事故时，水喷出后能够自动排净，另外还[40]要考虑洗眼器结构和配管接口。22\n3洗眼器和紧急淋浴设备研究3.2洗眼器和紧急淋浴设备的布置及维护3.2.1洗眼器和紧急淋浴设备的布置[9]表3.1紧急淋浴器安装要求(ANSI-Z358.1-2009)Table3.1EmergencyShowerRequirements类别要求离地面高度2083mm-2438mm；距离地面1524mm高处喷水最小直径为喷头508mm；水流垂直中心线与障碍物的最小距离为406mm阀门控制1s内启动；阀门保持常开状态，操作者无需用手启动；[9]表3.2固定式洗眼器安装要求(ANSI-Z358.1-2009)Table3.2EyeWashStationRequirements类别要求喷头离地面高度838mm-1143mm；与墙或障碍物的最小距离为152mm1s内启动；阀门保持常开状态，操作者无需用手启动；洗眼器开关一旦阀门控制打开，非人为因素不得关闭安装要求：1）安装位置a.洗眼器和紧急淋浴设备应该安装危险源附近，在10s内可以快速走到，并且在去紧急设备的通道上不能有任何台阶或障碍物，最好可以直线到达。有可能直接接触到强酸、强碱或强腐蚀性的实验室中，洗眼器和紧急淋浴设备必须安装在距离危险源最近的地方，宜安装实验室的内通道内。b.如果实验室操作地点与洗眼器和紧急淋浴设备之间的距离较大时，在实验操作的水池旁可以设置冲淋软管，必要时可以使用该设备及时冲洗接触到有毒有害或腐蚀性化学物品的面部、眼部、脖子等部位。2）标识在洗眼器和紧急淋浴设备旁要设置文字和图示标识，形象清楚地告知实验室人员设备的位置和用途，并且要有醒目的光源指示。3）出水水温[9]《EMERGENCYEYEWASHSTATION》（ANSIZ358.12009Standard）标准中规定洗眼器和紧急淋浴设备混合后的水温范围在15.6℃~37.8℃之间，水温的波动不能太大，否则会造成二次伤害。如果实验使用的化学物品遇到热水会促使其与人体发生化学反应，则应该咨询医学专家，来设置最适宜的温度。23\n重庆大学硕士学位论文4）废水排放[9]《EMERGENCYEYEWASHSTATION》（ANSIZ358.12009Standard）标准中对洗眼器和紧急淋浴设备的废水处理没有做出规定，但是建议该设备的废水在排入市政排水管网之前，要进入废水处理设备，达标后再进行排放。因为洗眼器和紧急淋浴设备的废水中可能会含有一些危险化学物质，如果直接排水市政管道可能会造成二次污染。5）防冻措施洗眼器的进水管一般在地面上500mm的高度，这部分水平常不流动，在温度较低时，容易结冰。因此对于室外温度较低的地区，当系统在室外设置时，需要[40]对洗眼器和紧急淋浴设备采取一定的防冻措施，例如对管道采取电伴热保温。3.2.2洗眼器及紧急淋浴设备维护[9]《EMERGENCYEYEWASHSTATION》（ANSIZ358.12009Standard）中建议洗眼器及紧急淋浴设备最少每周检查一次，确保其可以正常工作，检查范围包括：设备标识、设备是否生锈、设备是否部分损坏、喷淋口是否阻塞等。并且要派专人每天检查和更换便携式洗眼器储水桶中的水，对长期不使用的洗眼器和紧急冲淋设备应该周期性启动一次，冲刷水管内可能生成的杂质，对紧急冲淋设备的放置空间应检查有无堆放杂物，避免影响应急时的正常使用。对于洗眼器和紧急淋浴设备的使用、维护及检修，设备厂商应提供相应的技术培训，指导实验人员如何正确使用洗眼器和紧急淋浴设备。通过喷溅可能性评估以及对可能使用到的劳动者进行使用前相关的使用培训，使劳动者在遇紧急状况时，能正确的使用紧急冲淋设备。应对培训结果进行检查，达标后方可上岗工[37]作。3.3固定式洗眼器和紧急淋浴设备供水压力探讨3.3.1国内外规范规定洗眼器和紧急冲淋设备的出水应该平稳和均衡，喷头喷出的水流要柔和，呈现水雾状态，这样既可以扩大冲洗面积，又避免水流过急时对眼睛带来不舒服的感觉。因此，要注意洗眼器和紧急冲淋设备供水压力的设定。[9]《EMERGENCYEYEWASHSTATION》（ANSIZ358.12009Standard）对洗眼器和紧急冲淋设备流量及供水压力的规定是：洗眼器水流量＞1.5L/min，洗眼/洗脸器水流量＞11.4L/min，紧急喷淋设备水流量＞75.7L/min，且均要持续15分钟；供水压力为0.20MPa。EN15154欧洲洗眼器标准规定喷淋水流量＞60L/min，洗眼水流量＞6L/min。[11]在我国建工行业建设标准《科学实验室建筑设计规范》第8.2.5条规定：当24\n3洗眼器和紧急淋浴设备研究应急眼睛冲洗器水头大于1m（0.01MPa）时，应采取减压措施；《中小学校设计规[41]范》第5.3.8条规定：每一间化学实验室内应至少设置一个急救冲洗水嘴，急救冲洗水嘴的工作压力不得大于0.01MPa。对于如图3.3所示的台式水嘴类型的洗眼器，为了避免水压过大，对眼睛带来伤害，工作压力应采用国内规范规定的数值，即0.01MPa。但是洗眼/洗脸器、紧急淋浴器等设备生产时参照的是美国标准，这些设备的工作压力国内规范并没有做出规定，接下来对其进行探讨。3.3.2固定式洗眼器和紧急淋浴设备供水压力探讨欧洲著名的洗眼器生产商BROENLABGROUP在其洗眼器和紧急冲淋设备的产品说明中均注明其最低工作压力0.15MPa~0.20MPa，并且在产品宣传手册中[42]给出了工作压力的计算公式：qKPvv（3.1）3式中：K—0.1MPa下的流量，m/h；V3q—流量，m/h；VP—工作压力，bar；[42]表3.3K参考值（BROEN）VTable3.3ValueofKV淋浴器（进水管淋浴器（进水管淋浴器（进水管设备类别洗眼器DN15）DN20）DN25）3K（m/h）0.753.894.35.31V①固定式洗眼器和紧急淋浴设备使用同一套供水系统，因此固定式洗眼器和紧急淋浴设备的供水压力值是相同的。假设采用国内规范规定的急救冲洗水嘴工作压力值，即0.01MPa（0.1bar），根据式2.1，计算进水管为DN15紧急淋浴设备的流量：qKP3.890.11.23m3/h20.5L/minvv计算结果与欧美规范中的最低流量要求相去甚远，因此固定式洗眼器和紧急淋浴设备的工作压力不能采用国内规范规定的急救冲洗水嘴工作压力值。②确定固定式洗眼器和紧急淋浴设备供水压力下限25\n重庆大学硕士学位论文3根据式2.1，计算进水管为DN15淋浴器流量为75.7L/min(4.54m/h)时所需的工作压力：22qV4.54p1.36bar0.136MpaKV3.89由计算结果可以看出，要想达到美国规范规定的淋浴器的流量值，紧急淋浴设备的供水压力要大于0.136MPa。目前国内大多数洗眼器和紧急冲淋设备的生产企业都是采用美国洗眼器和紧急冲淋设备标准ANSI-Z358.1-2009，因此固定式洗眼器和紧急冲淋设备的供水压力的取值应参照ANSI-Z358.1-2009，不应小于0.20MPa。③确定固定式洗眼器和紧急淋浴设备供水压力上限在洗眼器和紧急冲淋器中均设置有流量调节装置，保证即使在较高的压力状态下依然可以获得平稳和均衡的出水，从而满足水量要求，尤其是避免了高压水流对使用者眼部和面部的伤害。因此，固定式洗眼器和紧急淋浴设备的供水压力可以有一定的波动。美国著名的洗眼器生产商EnconSaftyProducts在其洗眼器的产品说明中给出了不同压力下洗眼器流量值，见表3.4：[43]表3.4不同压力下洗眼器流量值（EnconSaftyProducts）Table3.4FlowPerformanceData(ByEnconSaftyProducts)设备类型供水压力(KPa)实际流量(L/min)20712.2洗眼器34513.348314.120730洗眼/洗脸器34532.348333.8从表3.4可以看出，通过流量调节装置，在不同的供水压力下，流量值波动不大。[43]但是当供水压力超过0.55MPa时会损坏洗眼器和冲淋器的灵敏元件。因此固定式洗眼器和紧急淋浴设备供水压力上限为0.55MPa，超过时需要采取减压措施。。综上所述，洗眼器和紧急淋浴设备的供水压力应为0.20MPa~0.55MPa之间。26\n3洗眼器和紧急淋浴设备研究3.4本章小结由于目前我国还没有制订洗眼器和紧急淋浴设备的标准，本章结合了我国洗眼器和紧急淋浴设备的使用状况及美国标准ANSI-Z358.1-2009。首先介绍了洗眼器和紧急淋浴设备的类型及选择时的注意事项，建议在存放有氯化物、氟化物、硫酸或者是浓度超过50%的草酸等化学物品的实验室中采用浸塑ABS的不锈钢材料或者采用经特殊处理的高性能不锈钢材料的洗眼器和紧急淋浴设备，在寒冷地区优先选用自排水式洗眼器。其次依据《EMERGENCYEYEWASHSTATION》（ANSIZ358.12009Standard）详细阐述了紧急淋浴器和固定式洗眼器的布置要求，主要包括安装位置、标识设置、出水温度、废水排放、防冻五个方面。最后对比分析了我国建工行业建设标准《科学实验室建筑设计规范》与美国标准ANSI-Z358.1-2009中关于紧急设备供水压力的规定，通过水力计算，得出洗眼器和紧急淋浴设备的供水压力值应在0.20MPa~0.55MPa之间。27\n重庆大学硕士学位论文28\n4实验类建筑废水排水系统研究4实验类建筑废水排水系统研究4.1实验室废水处理状况研究4.1.1实验室废水的成分及危害①实验室废水成分随着经济的发展和科研水平的进步，我国各类实验室也在逐年增多，目前我国有数十万家实验室，而大多数实验室产生的废水不经处理，直接排入市政排水[44]管网或者河体，存在着严重的废水污染问题。实验室废水中通常包括有剩余样品废液、过期的试剂及洗涤水等，这些污染物中含有有机物、重金属离子、一些[1]有害微生物及氰化物等其他成分。②实验室废水的危害实验室废水的排放具有量大、间歇性的特点，废水中含有的污染物种类复杂且通常具有不确定性，这些特点使得实验室废水的处理难度大，造成实验室废水[19][45]处理率低且废水处理的成本提高。实验室废水的危害主要包括以下几个方面：1）含酸、碱物废水的危害含有酸、碱化学物质的废水若不经处理直接排入市政管网，将会腐蚀下水管道，如果排入河体，则会使水体的自净能力变差，对生态环境带来负面影响。2）含有机物废水的危害实验室废水中的有机物成分复杂，若直接排入河湖，进入人体，会对人们的健康造成不可估量的影响。千分之几毫克的甲醇就会造成人类双眼失明；吡啶、氯仿则可以危害神经中枢，使得免疫力降低，严重时则会导致机能失调甚至死亡；多氯代烃毒性很强，其可以在鱼虾等生物体内富集，人类食用后会危害自身健康[46]。3）含重金属废水的危害实验室废水中的重金属有汞、镉、铅、钴、铜、砷、镍、铬等，水体中的微生物不能降解这些重金属，甚至某些微生物作用还会使其产生毒性更强的重金属有机物。这些重金属中，汞的危害性最强且极易挥发，汞会破坏人体的中枢神经系统，造成神经错乱，甚至是脑组织受损、死亡；镍会危害人体的消化系统、呼吸系统及肾脏；镉会造成肝脏问题及破坏肾脏的酶系统。4）含微生物废水的危害在医学实验室及微生物实验室中，通常要接触大量的致病细菌及病毒，这类实验室的废水往往含有致病微生物污染物，若直接排放，这些致病细菌和病毒会造成生物体的病变，带来极大的潜在危险性。29\n重庆大学硕士学位论文5）外来入侵物种的影响随着国际化进程的加快，以外来物种为研究对象的实验室逐年增多，这些实验室排放的废水中可能包括外来物种的孢子或卵，这些孢子和卵若进入我国的生[47]态系统，则会快速繁殖，造成生物入侵，破坏原有生态系统的平衡。4.1.2我国实验室废水处理状况由于实验室废水的处理难度大、实验人员的环保意识不强，我国大部分实验室的废水都未经妥善处理而直接排放。余录、胡光强等人在对50所长江沿岸高校实验废液排放情况调查中就发现：综合性大学实验室废水处理排放达标程度为23%，本科院校实验室废水处理排放达标程度仅为5%，而师专院校排放的实验室[18]废水则全未达标。对于年代久远的实验室建筑，其实验室废水管网没有与生活污水管道分开，使用同一套排水系统进行排放，并且没有设置废水收集和处理装置，使得实验室废水无法集中处理而直接排放。而这些实验类建筑的排水管道大部分为铸铁材质，[19]极易被废水中的腐蚀性物质腐蚀，渗漏现象严重。4.1.3日本高校实验室废水处理状况①设立实验室专用排水系统日本的高校非常重视实验室专用排水系统的建设，设立实验室排水系统和生活排水系统，污废分流，这样有利于实验室废水的收集和集中处理。对实验室废水的处理也是严格要求，经过层层检测和处理，达到排放标准后才允许向公共下[5]水管道排放。②规定废液分类方法实验室废液多种多样，成分复杂，要经过分类收集后集中处理。日本的高校通常将化学废液分为三种：无机废液、有机废液及写真废液，然后再进行细化。③规范废液处理流程日本高校对实验室废液的处理大体一致，主要包括以下几个流程：分类收集→储存→回收→处理→最终处置。4.2实验类建筑废水排水系统设计研究4.2.1系统选型实践中，选择排水系统时要考虑实验室废水的排放规律、水量的大小、所含污染物的性质及室外排水条件等因素。实验室设备的冷却水、不含有毒物质只含有其悬浮物或胶体的废水可以直接排入市政下水管道，无需对其进行处理；如果实验室废水中含有有毒有害污染物或者含有腐蚀管道的成分，则需要与生活污水分开收集，经过处理达到排放标准后才能够排入市政下水管道；对于实验室较纯30\n4实验类建筑废水排水系统研究的试剂或贵重试剂，在经济技术可行的情况下应予以处理回收。含有放射性核素的废水，需要根据核素的化学性质及放射性水平分类收集，经过处理处置后排出。为了防止放射性物质扩散造成污染，该类废水排放时应由洁净区流向向受污区。废水中所含污染物放射性水平高时，应该设加有防护措施的专用排水系统，包括排水管沟、管槽、竖井等。通常管沟使用砖砌，当地下水位较高时采用混凝土材料，管沟覆面采用水泥抹面或者碳钢、不锈钢复面，并且[48]要刷上一层防锈漆。4.2.2排水管道的敷设及管材的选择①排水管道的敷设实验室排水系统的管道布局应该合理。为了避免堵塞应尽可能减少管道的转角；管道设置时应尽量沿墙、柱、管道井、实验台夹腔、通风柜内衬板等部位，并且要注意避免布置在贵重仪器设备及遇水能够快速分解、引发燃烧、爆炸或损坏的物品旁；主管道应该尽可能设置在杂质多且排水量大的设备附近；排放含有放射性核素废水的管道，其布置、敷设以及管材、附件的选择，还需要符合《辐[11]射防护规定》的规定。②排水管材的选择目前国内建筑排水管材种类多种多样，每一种管材都有优缺点，实践中，应该根据实验类建筑的特点，充分考虑各类管材的特性、优缺点及工程的造价预算等因素，选择高性能、安全可靠的优质管材综合考虑，CPVC管材就是很理想的实验室排水管材，表4.1、4.2给出了常用塑料管性能的比较及基本参数。相较于其[49]他塑料管材，CPVC在许多方面表现出优异的性能：1）优异的防腐性能实验室废水成分复杂，常含有酸、碱及腐蚀剂等物质，因此实验室排水管材要有优异的化学阻抗性。CPVC不单单可以有效避免紫外线和大气引起的老化，而且常温条件下可以耐酸、碱介质，甚至在100℃时仍可以抵抗次氯酸钠、乳酸、稀碱液等介质的腐蚀。水中的余氯会使PP、PE、PB等聚烯烃材料的分子发生分解从而造成裂痕甚至崩漏，而CPVC就不会发生这种现象。2）优异的耐热性[50]CPVC中的含氯量为61%~68%，比PVC还要高，这使得CPVC材料中分子间作用力变大，因此CPVC使用温度可以提高35℃~40℃，强度和耐热性都要明显优于PVC及其他塑料管材。3）优异的抗冲击性、阻火性4）安装方便CPVC易于安装操作，与PVC类似，只需用专用溶剂便可连接。CPVC配有31\n重庆大学硕士学位论文一整套完整的系列管件，无需用其他材料的管件来连接。[49]表4.1常用塑料排水管性能比较Table4.1PerformanceCoMParisonofCommonlyUsedPlasticDrain管材名称优点缺点用途使用年限/a连接方式耐腐蚀、耐化学性、耐高温、防火性能好、机械专用粘接剂连CPVC脆性大冷热水50性能佳、抑菌、接抗氧化、抗紫外线等抗冲击强度较抗腐蚀能力强、低、会有UPVC抗拉、抗弯、抗承插或螺纹连UPVC单体和添加剂渗冷水20压缩强度较高、接出、固化时间长、不结垢耐热性差耐老化性差、线抗冲击性及耐寒热熔、法兰连HDPE性膨胀系数大、冷水50性好、无毒接抗紫外线能力差不能回收重复利PE-X抗变性能好冷、热水50热熔连接用国内还未有PB夹紧式、热熔耐温性、柔韧性PB树脂原料，需进热水、采暖50式插接、电熔高口，价高合连接在同等压力和介保温性好，耐腐PP-R质温度下管壁最冷水30-50热熔连接蚀，使用寿命长厚刚性好，冲击强抗紫外线差，粘（TS承口）ABS度高，耐热性和冷水50结固化时间长溶剂黏接耐低温性好32\n4实验类建筑废水排水系统研究[51]表4.2常用塑料管材的基本性能参数Table4.2BasicParametersofCommonlyUsedPlasticDrain物理指标CPVCPVCPPRPEXPBABS热膨胀系数0.070.070.180.150.130.11-1-1/(mm·m·℃)导热系数0.140.140.220.220.220.26-2-1/(W·m·K)23℃抗张力555030252735/MPa限氧指数LOI6045181718194.3实验室废水处理措施从前我国对实验室废水的管理并不重视，实验室废水直接排入公共下水管道或者水体，给我们的环境带来一定的危害。随着环保意识的提高，《中华人民共和国水污染防治法》和教育部国家环境保护总局《关于加强高等学校实验室排污管理》相继对实验室废水达标排放做出明文规定。《中华人民共和国水污染防治法》明确规定:含有重金属、病原体和难以实现生物降解的废水，不得稀释排放，必须按照规定单独处理达标后，方可排放。教育部国家环境保护总局《关于加强高等学校实验室排污管理》规定:各高校应切实履行国家、地方环境保护法规和制度，把环境保护工作、尤其是实验室排污管理纳入学校日常工作计划，将实验室污染防治费用纳入学校年度预算。实验室科研教学活动中产生和排放的污染物，应按环境保护行政主管部门的要求进行申报登记、收集、运输和处置。严禁把废气、废液、废渣和废弃化学品等污染物直接向外界排放。污染物排放频繁、超出排放标准的实验室，应安装符合环境保护要求的污染治理设施，保证污染治理设施处于正常工作状态并达标排放。4.3.1实验室废水处理原理[1]根据作用原理的不同，将实验室废水的处理方法分为三类：①物理法并不改变废水的化学性质，而是利用了物理作用将废水中的悬浮物分离出来。物理法主要包括沉淀法、过滤法、离心分离法、气浮法、蒸发结晶法、反渗透法等。②化学法通过化学反应来去除实验室废水中的溶解物或胶体物质，或者通过化学反应将有害的污染物无害化。化学法主要包括混凝法、中和法、氧化还原法、电解法、33\n重庆大学硕士学位论文汽提法、萃取法、吹脱法、吸附法、电渗析法等。③生物法通过微生物作用将实验室废水中的有机污染物转变为无害物质。生物法主要包括活性污泥法、生物膜法、生物塘法、污泥灌溉法等。每种处理方法都有其优缺点和使用条件。实践中，要根据排放要求和水体实际的自净能力来确定废水的处理程度，依据废水中污染物和溶解氧指标来确定废水排入水体的允许浓度。4.3.2实验室废液处置由于实验室废液污染物浓度高，因此要根据实验室废液中污染物的性质分类收集，然后有针对性的进行处理。①含酸、碱污染物废液的处理通常利用酸、碱中和的原理进行处理：对于酸性废液，主要有两种中和方式。一是向其加入碱性废液，中和后的废液为中性；二是利用碱性滤层将酸性废液过滤中和，经常使用的碱性滤层材料包括石灰石、白云石及大理石等。对于碱性废液，有三种方式。一是向碱性废液中加入酸性废液或者投放硫酸等酸性中和剂进行中和；二是利用酸性的烟道废气进行中和，如二氧化碳或者二氧化硫等；三是利用水中的二氧化碳中和废液中的碱性物质。②含有机污染物废液的处理实验室废液中的有机污染物主要包括苯酚、萘酚、甲酚、苯、二甲苯、氯仿、[52]四氯化碳、氨基酸、酰胺、石油醚等。[52]表4.3含有机污染物废液的分类处理措施Table4.3TheClassificationofTreatmentMeasuresofTheWastewaterContainingOrganicPollutants有机污染物类型处理措施醇类、酸类等可溶性有由于这些物质可以被微生物降解，因此用水稀释后可直接排放机物水浴蒸馏，收集馏出液，密闭保存，回收再利用，达到无害化处理以氯仿、四氯化碳及节约的双重目的其他烃类及其含氧衍采用活性碳吸附的方法进行处理，处理后的废液化学需氧量的去除率生物可达到93%③含重金属污染物废液的处理实验室中经常使用到含有重金属离子的试剂，例如采用重铬酸钾法来测定水34\n4实验类建筑废水排水系统研究中化学需氧量时，就要使用到重铬酸钾、硫酸银及硫酸汞；测定废水中氨氮含量时，要使用到二氯化汞、碘化汞及硫酸锌。因此，实验室产生的废液中通常会含有重金属离子如银、汞、铬、锌、铅、砷、铜、镉等。对于含有重金属离子的实验室废液主要采用表4.4所示的几种方法进行处理。在实践中，要充分考虑废液中金属离子组成和浓度、处理的成本、处理的灵活性和可靠性以及排放标准等因素来选择最经济可行的处理方法。[53]表4.4含重金属离子废液的处理方法Table4.4TheTreatmentsofWastewaterContainingHeavyMetalIons分类方法化学沉淀法氢氧化物沉淀、硫化物沉淀离子交换法树脂交换法、组合离子交换法吸收法活性炭吸附、碳纳米管吸附、低成本及生物吸附膜过滤法超滤、反渗透过滤、纳米膜过滤及电渗析凝胶和絮凝法电絮凝法、膨润土吸附、聚丙烯酰胺体系浮选法电浮选法、沉淀浮选法、溶气浮选法电化学处理法固定床电化学反应器、流动床电化学反应器对于含重金属废液的分类处理措施如表4.5所示：[54]表4.5含有重金属废液的分类处理措施Table4.5TheClassificationofTreatmentMeasuresofTheWastewaterContainingHeavyMetalIons重金属名称处理方法银铝还原法、酸处理法汞硫化物共沉淀法、吸附法铬还原法、中和法、吸附法锌共沉淀法铅氢氧化物共沉淀法、硫化物共沉淀法、硫酸盐共沉淀法砷氢氧化物共沉淀法铜共沉淀法镉氢氧化物共沉淀法、硫化物共沉淀法、吸附法1）含砷废液的处理：采用氢氧化物共沉淀法。先将废液的pH调为9.5～10.5，将镁盐加入废液中35\n重庆大学硕士学位论文使其生成氢氧化镁沉淀，利用氢氧化镁沉淀和砷化合物的吸附作用，经过搅拌静[55]置、分离沉淀后将砷离子去除。2）含汞废液的处理采用硫化物共沉淀法。先将废液的pH调为8.0～10.0，将硫化钠加入废液中，生成硫化汞沉淀，然后将硫酸亚铁加入使其生成硫化亚铁沉淀，利用硫化亚铁和[56]硫化汞的吸附作用，经过静置、沉淀分离、离心过滤后将汞离子去除。3）含铅废液的处理最佳方法是使用氢氧化钙作为沉淀剂进行处理，将废液的pH调为8.0～9.0，[57]加入氢氧化钙，处理后的废液中铅离子的浓度只有0.125μg/ml。4)含铜废液的处理采用共沉淀法。当废液的pH调为8.0时，铜离子在废液中的浓度最小，铜离[58]子以氢氧化铜沉淀的形式存在，经过过滤后可将铜离子去除。5）含镉废液的处理先将废液的pH调为10.0～12.0，然后将硫化钠加到废液中，使镉离子生成硫[59]化镉沉淀后将其去除。6）含银废液的处理采用电解法和化学法进行处理并回收利用。将过量的饱和氯化钠溶液加入废液中，银离子与氯离子化合成氯化银沉淀，经过过滤即可将银离子从废液中去除。得到的氯化银沉淀，可以回收，将氯化银水洗后再使用0.01mol/L的稀硝酸进行洗涤数次去除杂质，然后加入经盐酸处理过的铝片，搅拌后得到粗银，再经过反复[60]抽滤、洗净、烘干即可将银回收。④含放射性核素废液的处理对含有放射性核素的废液进行处理前，首先要依照所含核素半衰期的长短对其进行分类处理。放射性核素半衰期长且浓度高的废液，首先要要集中存放然后[1]使用净化法处理；放射性核素半衰期短的废液，使用贮存法。⑤含微生物污染物废液的处理[61]可以采用物理法和化学法两种方式：物理法即热力消毒灭菌法。对废液进行加热，高温情况下某些有害微生物无法存活。采用物理法可以有效地杀灭废液中的微生物，而且不会对自然环境造成污染，另外操作过程简单方便。化学法即化学药剂消毒灭菌法，利用化学试剂对废液进行灭菌消毒。相对于物理法，化学法的杀菌效果更好，而且可选择性也较多，但是使用化学药剂，可能会对环境造成二次污染。所以，在实践中，我们可以将高温和化学试剂结合使用，安全有效地处理含有微生物污染物的废液。36\n4实验类建筑废水排水系统研究4.3.3实验室废水的处理实验室废水是由多个不同实验产生并被实验室洗涤用水冲淡了的废水混合体，一般高校实验室产生的废水中既含有有机污染物又含有无机污染物，而科研单位产生的实验室废水通常与他们的科研类别有关。由于实验室废水中的污染物成分复杂多变，不可能只用一种方法就能把所有污染物去除殆尽。因此实践中，首先要根据实验类别、实验所涉及的试剂和药品种类，对实验室排放的实验废水成分、排放量进行评估和成分分析，然后采取有针对性的工艺进行处理。相较于实验废液，实验室废水中污染物浓度较低，但是成分复杂，并且实验室废水间歇性排放。根据这些特点，对于综合性实验室废水，可以采用物化—生化—过滤—人工湿地的组合工艺，该工艺可以有效地处理实验废水中的重金属含量及有机污染物。第一道工序采用混凝沉淀先进行预处理，将废水中的重金属离子和有毒污染物去除，避免了其对生化处理单元中微生物的影响；第二道工序为生物处理，可以采用接触氧化法，这样可以采取间歇运行而不是全天运行的方式，更加利于管理，并且有利于生化处理单元的重新启动及稳定运行；然后经过沉淀后进行过滤来去除水中的悬浮物和有机物质，达到相关排放标准后可以排入市政污水管道；最后经过人工湿地对已达到排放标准的处理水进行深度处理，回用于[20]绿化灌溉。废水处理流程图见图4.1：图4.1工艺流程图Fig.4.1ProcessFlowDiagram4.4本章小结本章主要对实验类建筑的废水排水系统进行探讨研究。37\n重庆大学硕士学位论文首先探讨了实验室废水对环境的危害。目前我国有各类实验室数十万家，实验室废水中通常含有有机物、重金属离子、一些有害微生物及氰化物等污染物。由于实验室废水的处理难度大、实验人员的环保意识不强，我国大部分实验室的废水都未经妥善处理而直接排放，对我们的生态环境造成严重的威胁。我们应该借鉴日本高校对实验室废水废液的管理，建立专用排水系统，分类收集并妥善处理。其次研究了不同水质特性实验室废水的处理措施。由于实验室废水性质复杂，所含污染物种类繁多，实践中要选择最佳的处理工艺，根据实验室废水中污染物的性质分类收集，然后有针对性的进行处理。最后研究了实验室废水排水系统的选择。要综合考虑实验室废水的排放规律、水量的大小、所含污染物的性质及室外排水条件等因素选择排水系统。要选择耐腐蚀、耐高、低温的管材，通过对比常用的塑料管材的性能指标，推荐采用CPVC管材。38\n5实验类建筑消防系统研究5实验类建筑消防系统研究5.1实验类建筑存在的火灾隐患5.1.1实验类建筑的火灾危险性实验室中存放有许多易燃易爆、有毒有害的试剂、物品，并且还有大量的仪器设备，存在有众多的火灾隐患。另外，实验的操作过程也具有一定的火灾危险性，比如有些实验需要高温、高压条件下进行，有些实验要使用到乙炔、氧气等，实验人员在这些实验的操作过程中，稍有不慎，就会引发火灾、爆炸等事故。5.1.2存放物品的火灾隐患①固体可燃物实验室中堆积有大量的纸张、塑料、化纤制品及大量固体可燃试剂，这些物[62]品在受热、遇火或接触到氧化剂情况下都有可能引发火灾。1）强氧化性可燃物例如氯酸盐、高氯酸盐、过氧化物、硝酸盐和高锰酸盐等。它们在加热或者撞击的条件下能够分解出氧气，这些氧气积累到一定程度，则极易引发可燃性物质的燃烧，严重时还有可能发生爆炸。另外，强氧化性物质如果与还原性物质掺杂，则会发生氧化还原反应，释放出热量，也有可能引发可燃性物质的燃烧。2）低着火性可燃物低着火性可燃物包括红磷、黄磷、五硫化磷及硫磺等，这些物质能够在低温条件下点燃且快速燃烧，一旦与氧化性物质混合，就极易被点燃。另外，硫磺粉末在受潮的情况下可以发生化学反应，释放热量而引起燃烧。3）自燃性可燃物例如硝化棉、硝化纤维素、热性较差的可燃性物质、还原性金属催化剂等。4）遇水反应性可燃物金属氧化物、碳磷化合物、锌粉、氢化铝、氢化钡、硼氢化钾、硼氢化钠等。这些物质遇水或者受潮的条件下可以发生化学反应，释放热量，生成并释放可燃性气体，从而引发燃烧甚至是爆炸。②液体可燃物实验室常常存放有大量的液体可燃物，这些物品广泛应用在各类实验中，是目前实验类建筑中最大的火灾隐患。它们极易燃烧和挥发，且燃烧的时间较长，挥发后可以与空气发生反应，生成的混合物具有较强的毒性和爆炸性。这些特性使得这类火灾扑救难度大，对实验室的消防安全构成严峻的威胁。依据液体可燃物闪点的大小，我国标准将其划分为三级：39\n重庆大学硕士学位论文表5.1液体可燃物分级Table5.1ClassficationofLiquidFuel等级闪点数值范围代表性物质二硫化碳、苯、甲苯、乙醇、甲醇、乙醚、一级易燃液体闪点≤28℃醋酸甲酯、汽油、乙醛、己烷等二级易燃液体28℃＜闪点＜45℃煤油、丁醇等动物油、植物油、润滑油、柴油、苯酚、蜡可燃液体闪点≥45℃等③气体可燃物这类气体在明火或者与氧化剂接触的条件下就有可能燃烧或爆炸。并且这些气体容易发生扩散，质量比空气轻气体易集中在天花板处，遇到空气发生发应生成爆炸混合物，质量比空气重的气体可燃物会沿积聚在房间的死角部位，遇到明火会引发自燃。依据爆炸浓度下限可以把可燃气体分成两级：表5.2气体可燃物分级Table5.2ClassificationofGasFuel等级爆炸浓度下限代表性物质氢、甲烷、乙炔、环氧乙烷、硫化氢、天然气、液一级可燃气体＜10%化石油气等二级可燃气体≥10%氮气、一氧化碳5.1.3实验操作过程中的火灾隐患①实验操作人员在实验过程中未按照规程操作或者采用错误的方式使用实验设备，都容易造成火灾事故的发生。例如重结晶实验的析晶过程时，将实验物品放入冰箱，该行为就可能会引发火灾甚至爆炸。实验中要经常进行加热操作，在加热过程中，如果加热不当，则会造成被加热器皿破裂，使得被加热试剂流出[21]接触到热电阻丝，形成可燃蒸汽，构成火灾隐患。②实验室不合理的设计和布局也存在有火灾隐患。例如实验室通风设施设计不合理，造成实验中生成的易燃易爆气体无法及时排出，积聚在实验室中，在明[21]火的条件下可能会引发火灾甚至发生爆炸。5.1.4电气设备存在的火灾隐患实验中需要使用大量的仪器设备，使得建筑内的电气状况较为复杂。电气设备在使用过程中可能会发生短路、超负荷运行、接触不良等现象，造成周边环境40\n5实验类建筑消防系统研究温度升高或者产生电火花，可能会引发附近可燃物品燃烧。另外，实验类建筑中实验设备更新较快，并且每年都会引进大量仪器设备，使得原有的电气线路无法满足负荷，易发生超负荷的情况，造成火灾的发生。5.2实验类建筑消防特点与消防措施5.2.1实验类建筑消防特点依据物质燃烧特性，可将火灾划分为五类，见表5.3：[63]表5.3火灾分类Table5.3ClassificationofFireHazard类别内容A类火灾固体物质火灾。如纸张、木材、塑料、化纤制品等火灾液体火灾和可熔化的固体物质火灾。如二硫化碳、苯、甲苯、乙醇、甲B类火灾醇等火灾C类火灾气体火灾。如氢、甲烷、乙炔、环氧乙烷、硫化氢、天然气等火灾D类火灾金属火灾。如钾、钠、镁、铝镁合金等火灾E类火灾带电物体和精密仪器等物质的火灾实验室中存在有固体、液体、气体、电气以及金属火灾隐患，而一种物质着火通常容易引燃其他物质，这就造成实验类建筑可能A，B，C，D，E类火灾中一类或多类火灾同时发生，火灾的扑救难度大。火灾类型不同，扑救方法也不相同。在实验室中，有许多火灾时不能用水扑救的，如设有贵重精密仪器的场所及含有大量有机溶剂的场所等，如果扑救方法不正确，可能会带来更大的损失。例如，2006年，中国台湾省嘉义县某高校的实验室发生火灾，学校保安用水救火，但因起火实验室内存放有大量乙醇、甲醇等[21]有机溶剂，不仅未能控制火势，反而致使火灾愈加凶猛。因此在实验室类建筑中要采用多样化的消防措施。5.2.2实验类建筑的消防措施实验室中存放有较多的易燃易爆物品，一旦发生火情，火势容易扩大和蔓延，实验类建筑中初期火灾的防控显得尤为重要，为了有效抑制初期火灾，可以采取设置自动喷水灭火系统和配置灭火器的措施。其中自动喷水灭火系统具有极高的[64]初期火灾扑救成功率，能达到97%以上，并且兼具防火、控火、灭火三项功能。而在灭火系统启动之前或消防队到达之前，可以使用灭火器完成灭火。对于实验室中不能用水扑救的火灾，气体灭火系统是一种切实可行的解决方41\n重庆大学硕士学位论文式，相对于水灭火系统，气体灭火系统的灭火成功率高、灭火的速度快，同时还不会对仪器设备等造成损坏，所以实验类建筑要强化气体灭火系统的设置。除此之外，实验类建筑中还需设置消火栓灭火系统。综上所述，实验类建筑中应采取的消防措施包括设置自动喷水灭火系统、气体灭火系统、消火栓灭火系统及配置灭火器。5.3自动喷水灭火系统的设置5.3.1自动喷水灭火系统的分类依照喷头类型和管道内是否充水，我们可以对自动喷水灭火系统进行分类。按照喷头的封闭状况可将其分为开式、闭式自动喷水灭火系统两种形式；按照管道系统的充水状况，可将闭式自动喷水灭火系统分为湿式、干式及预作用自动喷水灭火系统三种形式；将开式自动喷水灭火系统可分为雨淋、水幕及水喷雾自动喷水灭火系统三种形式。表5.4自动喷水灭火系统的分类Table5.4ClassificationofSprinklerSystem系统类型系统组成适用范围优点缺点闭式洒水喷头、结构简单、经济管道系统、水流室内环境温度在发生渗漏是可能湿式自动喷水灭可靠、灭火速度报警装置、湿式4℃~70℃之间的损坏建筑装饰和火系统快、控火效率高、报警阀及供水系建筑（构）物影响建筑的使用施工维修方便统闭式喷头、管路室内环境温度低管网中平时不充控火速度较湿式干式自动喷水灭系统、干式报警于4℃或者高于水，对建筑物装系统慢；设备复火系统阀、充气设备及4℃~的建（构）饰无影响，对环杂，投资较大；供水系统筑物。境温度也无要求管理不便火灾探测系统、兼干、湿投资较大，技术预作用自动喷水闭式喷头、预作不允许有水渍的式优点，适用范要求高，管理不灭火系统用阀、报警装置建(构)筑物中围广便及供水系统喷头、雨淋阀、燃烧猛烈、蔓延出水迅速且水量雨淋自动喷水灭火灾探测器、报迅速、闭式喷头大，覆盖面积大，自控系统可靠性火系统警控制系统和供开启速度慢于火其降温和灭火效要求高水系统势蔓延的速度的率显著42\n5实验类建筑消防系统研究系统类型系统组成适用范围优点缺点场所或部位及严重Ⅱ级场所自控系统可靠性需防火隔离的开要求高，且不能口部位，如舞台水幕自动喷水灭与雨淋系统基本直接用于扑灭火与观众之间的隔同雨淋系统火系统类似灾，需要与防火离水帘、消防防卷帘、防火幕配火卷帘的冷却等合使用扑灭固体火灾、自控系统可靠性水喷雾自动喷水与雨淋系统基本闪电高于60℃水雾绝缘性好要求高，投资较灭火系统类似的液体火灾和油大浸电气设备火灾5.3.2自动喷水灭火系统的选择实验室类建筑中的一般场所，设置湿式自动喷水灭火系统即可，设置方式与常规建筑相同，在此不做过多介绍。湿式自动喷水灭火系统仅适用于扑救A类固体火灾，因此对于实验类建筑中存放有易燃易爆物品、变配电室、发电机站等可能发生B、C、E类型火灾的场所，以及存放有贵重设备仪器的场所，不应设置湿式自动喷水灭火系统，在这些场所可以选择设置水喷雾自动喷水灭火系统。[65]水喷雾的作用机理包括冷却、窒息、乳化和稀释：①冷却水喷雾灭火系统喷出的是雾状水，会吸收大量的热迅速汽化，使燃烧物表面温度很快降低，所以扑灭同一类型的火灾，水喷雾灭火比自动喷水灭火有效得多；②窒息水雾滴受热汽化可以形成原体积1680倍的水蒸汽，使燃烧物周周空气中的含氧量降低，形成窒息效果，阻止燃烧，因此水喷雾灭火又具有气体灭火的特点；水喷雾的上述特点③乳化如果是液体火灾，当雾状水以一定的速度喷向非水溶性可燃液体表面时，由于水雾的冲击作用，可在液体表面形成不燃性的乳状液体层，从而使得可燃液体难以燃烧。④稀释当雾状水喷向水溶性可燃液体，液体会被水稀释，使燃烧强度减弱。43\n重庆大学硕士学位论文水喷雾的上述灭火机理，使它具有适用范围广的特点，因此可以用来扑救实验类建筑中的B、C、E类型火灾。5.4灭火器的设置5.4.1实验类建筑灭火器的选择不同的可燃物质各具有不同的燃烧原理，需要采用不同类型的灭火器。实验类建筑中存在不同类型的火灾，应优先选用通用型的灭火器。所以应对不同类型灭火器的适用范围进行分析，以此为依据选择最适合实验类建筑的灭火器，分析结果见表5.5：[66]表5.5灭火器的适用性比较Table5.5TheApplicabilityofTheFireExtinguisher火灾类型A类火灾B类火灾C类火灾D类火灾E类火灾水型灭火器适用不适用不适用不适用不适用泡沫灭火器适用适用不适用不适用不适用磷酸铵盐类干粉适用适用适用不适用适用灭火器碳酸氢钠类干粉不适用适用适用不适用适用灭火器洁净气体灭火器适用适用适用不适用适用二氧化碳灭火不适用适用适用不适用适用器由表5.5可以看出，磷酸铵盐干粉和洁净气体灭火器适用于A、B、C、E类火灾的扑救，适用范围最广，在实验类建筑中应优先选用。对于D类火灾的扑救，我国目前没有适合的灭火器，在实验室中可以配置沙桶。5.4.2实验类建筑灭火器的配置计算以一个火灾类型为B类，长20m、宽5m普通实验室为例：①确定危险等级在进行灭火器配置计算前，需确定实验类建筑中各个场所的危险等级。根据《建筑灭火器配置设计规范》（GB50140-2005）中的规定，设有贵重或可燃物多的实验室为严重危险级，一般实验室为中危险级，其余为轻危险级。因此该实验室为中危险级。②确定灭火器的最低配置基准44\n5实验类建筑消防系统研究A、B、C类火灾场所，可根据危险等级和火灾类型确定灭火器的最低配置基准，见表5.6、5.7，E类火灾场所的灭火器最低配置基准不应低于该场所内A类（或B类）火灾的规定。该实验室单具灭火器最小配置灭火级别为55B，单位灭2火级别最大保护面积为1.0m/B。[66]表5.6A类火灾场所灭火器的最低配置基准Table5.6TheMinimumBenchmarkforClassAFirePlaceFireExtinguisher危险等级严重危险级中危险级轻危险级单具灭火器最小配置灭火级别3A2A1A单位灭火级别最大保护面积50751002(m/A)[66]表5.7B、C类火灾场所灭火器的最低配置基准Table5.7TheMinimumBenchmarkforClassB、CFirePlaceFireExtinguisher危险等级严重危险级中危险级轻危险级单具灭火器最小配置灭火级别89B55B21B单位灭火级别最大保护面积0.51.01.52(m/B)③确定灭火级别SQKU(5.1)式中：Q—计算单元的最小需配灭火级别；2S—计算单元的保护面积(m)；22U—A类或B类火灾场所单位灭火级别最大保护面积(m/A或m/B)；K—修正系数。[66]表5.8修正系数Table5.8TheValueofK计算单元K未设室内消火栓系统和灭火系统1.0设有室内消火栓系统0.9设有灭火系统0.7设有室内消火栓系统和灭火系统0.545\n重庆大学硕士学位论文该实验室设有室内消火栓系统和灭火系统，K取0.5，按照公式5.1计算得出灭火级别：Q=50B。④确定灭火器设置点灭火器的设置点数根据计算单元的面积大小、灭火器最大保护距离及灭火器的设置要求确定，并保证最不利点至少在l具灭火器的保护范围内。1个计算单元内的灭火器的数量最少为2具，每个设置点的灭火器不宜多于5具。A、B、C类火灾场所灭火器的最大保护距离见表5.9，E类火灾场所的灭火器最大保护距离不应低于该场所内A类或B类火灾的规定。[66]表5.9灭火器的最大保护距离(m)Table5.9GreatestTravelDistanceofFireExtinguisher火灾场所危险等级手提式灭火器推车式灭火器严重危险级1530A类火灾场所中危险级2040轻危险级2550严重危险级918B、C类火灾场所中危险级1224轻危险级1530假设在该实验室中设置手提式灭火器，确定灭火器的最大保护距离为12m，根据实验室尺寸，确定灭火器设置点数为2。⑤确定每个设置点灭火器的数量QQeN(5.2)式中：Qe—计算单元中每个灭火器设置点的最小需配灭火级别(A或B)；S—计算单元的灭火器设置点数(个)。根据式5.2计算该实验室每个灭火器设置点的灭火级别：Qe=50B/2=25B，计算出的Qe值和每具灭火器最小配置灭火级别相除得出灭火器的设置数量为1，即共有2个设置点，每个设置点设置1具磷酸铵盐干粉灭火器。5.5气体灭火系统的设置5.5.1引言气体灭火剂中，曾经应用最广泛的是卤代烷（Halon）“1211”及“1301”灭46\n5实验类建筑消防系统研究火剂，但是由于卤代烷释放后能同大气层中臭氧发生反应，从而造成臭氧层形成空洞，该类灭火剂已经被禁止使用。近些年来，各国科学家和工程技术人员都在积极寻找可以替代卤代烷的新型气体灭火剂。目前技术比较成熟的是二氧化碳、气溶胶、IG541、七氟丙烷这四种灭火剂，下面将对这四种气体灭火系统进行比较[67-68]分析：5.5.2气体灭火系统的比较分析①作用机理和适用范围比较分析结果见表5.10：表5.10作用机理和适用范围Table5.10TheoryandScopeofApplication灭火剂类型灭火机理适用范围优点缺点二氧化碳以干冰(固储瓶间占地面积态)的形式储存于容大，对储存环境二氧化碳灭火系器中，释放1kg的二的温度要求比较统适用于扑救无色无味，来源氧化碳体积膨胀500严格；不可用于二氧化碳A、B、C类及电丰富、价格低廉，倍以上，能迅速降低经常有人停留或气火灾，但不能不污染火场空气中的氧含量，同工作的场所；可用于有人场所时吸收大量热，从而对精密仪器和精起到灭火作用密设备造成损害该系统灭火剂由50％氮气、40％氩气和10％二氧化碳混适用扑救A、B、无色、无味、无钢瓶制作要求合而成，是一种洁净C类及电气火毒并且难以发生高，储瓶间面积IG541灭火系统，可通过降火，可用于保护化学反应，对人大，药剂用量大，低燃烧空间氧气浓有人场所。体和建筑设备无初次投资高度破坏燃烧形成和伤害维持的条件而达到灭火目的药剂输送距离可以用于扑救短、价格高，并A、B、C类和电且该灭火剂在火是洁净灭火系统，通气火灾；甲、乙、灭火无残留物、灾高温下会分解过抑制火灾中化学丙类液体火灾，无污染，对设备七氟丙烷出一氧化碳、氟反应链的形成与传如烃类、醇类、影响小氢酸等有害气递达到灭火目的有机溶剂类等；体，可对人体及可用于保护有人设备造成轻微损场所害气溶胶气溶胶灭火剂在火变电室、配电间、安全无污染，灭灭火剂保质期短47\n重庆大学硕士学位论文灭火剂类型灭火机理适用范围优点缺点焰中快速融化，能吸发电机房、电缆火效果好，价格且喷射时能见度收大量热，达到降低夹层、电缆井、便宜，适用范围低影响逃生火场温度的效果。另电缆沟、通讯机广外，气溶胶中的颗粒房、电子计算机在高温下发生离解，房等场所，不能可以抑制火焰中支用于有人场所持燃烧的活性基团的形成与传递②灭火效率比较分析这四种气体灭火系统中，二氧化碳和IG541灭火系统灭火剂的使用剂量大并且火灾的扑救速度相对于七氟丙烷和气溶胶灭火系统慢，因此从灭火效率方面进行比较，七氟丙烷和气溶胶灭火系统要略胜一筹。③经济性比较分析结果见表5.11：表5.11经济性比较Table5.11CoMParisonofEconomicalEfficiency灭火剂类型设备成本药剂成本管网成本维护费用综合评价二氧化碳低高高低差七氟丙烷高低低低好IG541低高高低差气溶胶高低ˉ高好经过适用范围、灭火效率及经济性的比较分析，综合考虑，建议在实验类建筑中采用七氟丙烷气体灭火系统。5.6室内消火栓灭火系统的设置首先需要注意的是，在给水系统的选择设计和消火栓系统的设计中，需要认真贯彻执行新规范《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）（以下简称《消规》）。该规范由公安部主编，于2014年10月1日起开始实施，是从原《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）和《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）分离出来的专业技术子规范，基于原有的相关规定，结合消防给水新技术新设备的发展，补充了相关技术要求，完善了系统配置，提高了消防给水设施的应用效[69]能。48\n5实验类建筑消防系统研究5.6.1消防给水系统研究①系统的选择1）消防给水是由消防水源和供水管网组成的向水灭火设施供水的给水系统，按供水压力分为高压、临时高压和低压系统。《消规》第6.1.1条指出：“消防给水系统应根据建筑的用途功能、体积、高度、耐火等级、火灾危险性、重要性、次生灾害、商务连续性、水源条件等因素综合确定其可靠性和供水方式，并应满[70]足水灭火系统所需流量和压力要求”。[70]表5.12消防给水系统的三种形式Table5.12ThreeformsofFireProtectionWaterSupplySystem名称定义特征能始终保持满足水灭火设施所需的工高压消防给水系统作压力和流量，火灾时无须消防水泵不用水泵增压直接加压的供水系统平时不能满足水灭火设施所需的工作压力和流量，火灾时能自动启动消防临时高压消防给水系统需临时用水泵增压水泵以满足水灭火设施所需的工作压力和流量的供水系统能满足车载或手抬移动消防水泵等取需用消防车上消防泵增低压消防给水系统水所需的工作压力和流量的供水系统压2）稳高压消防给水系统除上述三种消防给水系统形式外，实践中，还有一种介于临时高压和高压之间的系统：稳高压消防给水系统。上海市标准《民用建筑水灭火系统设计规程》（DGJ08-94-2007）中的定义：“平时由稳压设施保持系统中的压力，灭火时由压[71]力联动启动消防水泵工作的消防给水系统”。稳高压给水系统与临时高压给水系统不同，该系统在火灾初期可以满足消防时所需要的压力要求，灭火时，消防泵启动以提供灭火所需的水量和水压。49\n重庆大学硕士学位论文[71]表5.13稳高压消防给水系统的优缺点Table5.13TheAdvantagesandDisadvantagesofStableHigh-pressureFireProtectionWaterSupplySystem优点缺点喷头或消火栓动作即能喷出满足消防水压的消防用水；能使消防水泵尽快自动启动；会导致管网压力较高，从而引起管道接口被不会出现水喷雾灭火系统的水喷淋现象；内力拉脱的连锁反应能使消防炮射流在第一时间喷射到位；能妥善解决顶层喷头出水，而报警阀不启动现象。②高位消防水箱的设置实验类建筑采用临时高压消防系统时，应设置消防水箱。1）高位消防水箱的有效容积《消规》中第5.2.1条规定：“临时高压消防给水系统的高位消防水箱的有效[70]容积应满足初期火灾消防用水量的要求”。实验类建筑一般为多层建筑，按照3《消规》的规定，其高位消防水箱的有效容积应大于18m。2）高位消防水箱的有效高度《消规》第5.2.2条规定：“高位消防水箱的设置位置应高于其所服务的水灭[70]火设施，且最低有效水位应满足水灭火设施最不利点的静水压力”。为了确定实验类建筑高位消防水箱的有效高度，首先推导最不利消火栓的净水压力：当水枪喷嘴直径为16mm，最小充实水柱取7m时，水枪喷嘴处所需压力值最小，为0.093MPa。水龙带长25m，其水头损失计算值为0.008MPa。考虑水枪喷嘴处所需压力和水龙带的水头损失，可得最不利消火栓栓口压力最小值为[72]0.10MPa。因此，实验类建筑中消火栓系统高位消防水箱的最低有效水位与最不利消火[72]栓的合理高差值为10m。③消防给水系统的分区《消规》第6.2.1条规定：“符合下列条件时，消防给水系统应分区供水：系统工作压力大于2.40MPa；消火栓栓口处静压大于1.0MPa；自动水灭火系统报警阀处的工作压力大于1.60MPa或喷头处的工作压力大于1.20MPa”。第6.2.2条规定：“分区供水形式应根据系统压力、建筑特征，经技术经济和安全可靠性等综合因素确定，可采用消防水泵并行或串联、减压水箱和减压阀减压的形式，但当50\n5实验类建筑消防系统研究系统的工作压力大于2.40MPa时，应采用消防水泵串联或减压水箱分区供水形[70]式”。1）消防水泵并行分区供水图5.1消防水泵并行分区Fig.5.1FirePumpParallelPartition2）消防水泵串联分区供水《消规》第6.2.3条规定：“采用消防水泵串联分区供水时，宜采用消防水泵转输水箱串联供水方式，并应符合下列规定：当采用消防水泵转输水箱串联时，3转输水箱的有效储水容积不应小于60m，转输水箱可作为高位消防水箱；串联转输水箱的溢流管宜连接到消防水池；当采用消防水泵直接串联时，应采取确保供水可靠性的措施，且消防水泵从低区到高区应能依次顺利启动；当采用消防水泵直接串联时，应校核系统供水压力，并应在串联消防水泵出水管上设置减压型倒[70]流防止器”。51\n重庆大学硕士学位论文[1]图5.2消防水泵转输水箱串联分区Fig.5.2FirePumpTransferWaterTankSeriesPartition52\n5实验类建筑消防系统研究图5.3消防水泵直接串联分区Fig.5.3FirePumpinSeriesPartition3）减压水箱分区供水《消规》第6.2.5条规定：“消防给水采用减压水箱减压分区供水时减压水箱3的有效容积不应小于18m，且宜分为两格；减压水箱应有两条进、出水管，且每条进、出水管应满足消防给水系统所需消防用水量的要求；减压水箱进水管应设置防冲击和溢水的技术措施，并宜在进水管上设置紧急关闭阀门，溢流水宜回流[70]到消防水池”。53\n重庆大学硕士学位论文图5.4减压水箱分区Fig.5.4ReducedPressureTankPartition4）减压阀减压分区供水《消规》第6.2.4条规定：“每一供水分区应设不少于两组减压阀组，每组减压阀组宜设置备用减压阀；减压阀仅应设置在单向流动的供水管上，不应设置在[70]有双向流动的输水干管上；当超过1.2MPa时宜采用先导式减压阀”。54\n5实验类建筑消防系统研究图5.5减压阀减压分区Fig.5.5ReducingValvePartition5.6.2室内消火栓给水系统设置实验类建筑室内消火栓系统设计中应注意室内消火栓设置位置和栓口压力。①室内消火栓设置位置消火栓设置的位置合理与否直接关系到消防队员灭火作业的效率，统计数据和消防经验表明，合理的设置消火栓，能够使得灭火成功率提高到95%。我国原有规范对室内消火栓设置没有做出详细的说明，这次《消规》增加了对其的规定。《消规》第7.4.7条明确：“消火栓的设置位置应首先满足扑灭火灾的要求”。为了保护消防队员，是他们可以在相对安全的位置扑救火灾，室内消火栓应该设置在楼梯间及其楼梯间休息平台，因为楼梯间是半室外安全空间，保证灭火时消防队员在这个空间接消防水龙带和水枪是安全的。为了消防队员在灭火时能够快速找到消火栓的位置，《消规》同时规定：“同一楼梯间及其附近不同层设置的消火[70]栓，其平面位置宜相同”。②消火栓栓口压力设计1）规范规定《消规》中第7.4.12条规定：“消火栓栓口动压力不应大于0.50MPa；当大于55\n重庆大学硕士学位论文0.70MPa时必须设置减压装置；高层建筑和室内净空高度超过8m的民用建筑等场所，消火栓栓口动压不应小于0.35MPa，且消防水枪充实水柱应按13m计算；其他场所，消火栓栓口动压不应小于0.25MPa，且消防水枪充实水柱应按10m计[70]算”。2）减压原因使用消火栓灭火时，水流会带来强大的反作用力，虽然经过了训练，消防队员最多也只能承受20kg的反作用力。根据式(5.3)可以计算出直流水枪的反作用力，结果如表5.5所示。从表5.5可以看出，水枪喷嘴处的压力大于0.50MPa时，16mm口径的直流水枪的反作用力将超过20kg。除此之外，如果消火栓的流量大于5L/s，消防水箱内储备的水源将会更快被用完，不利于初期火灾的扑灭。因此，消火栓[72]栓口的动压力值应该小于0.50MPa，当无法满足这一规定时，应采取减压措施。F2P(5.3)式中：F—反作用力，kg；2—喷嘴截面积，cm；22P—喷嘴水压，kg/cm(1kg/cm≈0.1MPa)。[72]表5.9直流水枪反作用力（kg）Table5.9ReactiveForceofExlInguishingGun水枪喷嘴口径(mm)喷嘴处压力(MPa)1316190.102.74.05.70.297.811.616.60.4010.618.122.00.5013.022.028.00.6016.026.034.00.8021.034.045.05.7本章小结本章主要对实验类建筑的消防系统进行探讨研究。首先分析了实验类建筑火灾危险性及存在的火灾隐患。实验室中存放有许多易燃易爆物品，并且还有大量的仪器设备，实验人员在操作过程中也极易引发火灾、爆炸等事故，因此存在有众多的火灾隐患。并且实验室中通常多种类型火灾56\n5实验类建筑消防系统研究同时发生，火灾的扑救难度大。根据上述实验类建筑的消防特点，建议设置自动喷水灭火系统和灭火器来有效地抑制初期火灾。实验类建筑中的常规场所，设置湿式自动喷水灭火系统，对于存放有易燃易爆物品、变配电室、发电机站等可能发生B、C、E类型火灾的场所，以及存放有贵重设备仪器的场所，设置水喷雾自动喷水灭火系统。分析比较了各类灭火器的适用范围，提出实验类建筑中应优先选用磷酸铵盐干粉和洁净气体灭火器。对气体灭火系统进行了研究。从作用机理和适用范围、灭火效率、经济性三个层面，比较分析了二氧化碳、气溶胶、IG541、七氟丙烷四种气体灭火系统，并得出结论，实验类建筑中宜选用七氟丙烷气体灭火系统。最后研究了室内消火栓系统，介绍了消防给水系统的四种形式，确定了实验类建筑高位消防水箱的设置参数。57\n重庆大学硕士学位论文58\n6结论与建议6结论与建议6.1结论本文结合实验类建筑自身的特点，分析其给排水及消防系统特点，并针对其给排水及消防系统的特殊性进行了研究，主要得出以下结论：①实验类建筑中宜采用中央纯水供应模式，充分保证实验室纯水的使用质量；中央纯水供水系统的管道宜采用双管布置的形式，避免管道中死水的产生，同时可以减小管网末端的压力差；纯水制备系统建议采用RO—EDI组合工艺。②凡是实验人员使用有毒有害及腐蚀性实验物品的场所，均要设置洗眼器和紧急淋浴设备；紧急设备应安装在10内可以快速走到的区域范围内，出水温度应在15.6℃~37.8℃范围内；设备的供水压力值应在0.20MPa~0.55MPa之间。③实验类建筑中要设立实验废水专用排水系统，实验室废水和生活污水分开排放，并根据实验室废水的污染性质采取有针对性的处理措施；实验废水的排水管道建议采用要CPVC管材。④实验类建筑存在有较多的火灾隐患，并且实验室中多种类型火灾同时发生，火灾的扑救难度大；为了有效地抑制初期火灾，建议实验类建筑的常规场所，设置湿式自动喷水灭火系统，对于可能发生B、C、E类型火灾的场所，设置水喷雾自动喷水灭火系统，并配置磷酸铵盐干粉或者洁净气体灭火器；为了更好地扑救B、C、D、E类型火灾，建议实验类建筑中设置七氟丙烷气体灭火系统。6.2建议由于认识深度和写作时间周期的限制，文章还存在一些不足，需在以后的研究中加以解决：①实验类建筑节水节能措施的探讨研究。②特殊实验室如三、四级生物实验室及放射性实验室的探讨研究。③实验室模块化，如何实现管道系统灵活安装。59\n重庆大学硕士学位论文60\n致谢致谢三年的时光，稍纵即逝。依稀记得复试时的稚嫩与忐忑，初来时的兴奋与好奇，而在校园生活即将结束的时候，又多出了许多的不舍和留恋。非常感谢每一位教导我、帮助我、陪伴我、支持我的老师、同学、朋友和家人们，使我在嘉陵江畔度过的青春，快乐又美好，五彩又斑斓。首先衷心感谢我的导师张勤教授三年来悉心的教导。张勤老师理论知识渊博、治学态度严谨、工程经验丰富，以身作则地教导我们要以认真踏实的态度对待工作，以真诚友善的态度对待生活，这三年的所学所闻所见都将使我受益终生。同时感谢师母傅斌老师在生活和学习上对我们无微不至的关怀，从她身上我们学会了要以积极乐观向上的精神面对所有的困难和挫折，在此祝愿您身体健康，万事如意。衷心感谢重庆大学建筑设计研究院颜强高工给予宝贵的实习机会和耐心细致的指导，使我积累了一定的工程实践经验，拓宽了眼界和思维，严谨踏实的工作作风也值得我在工作中继续学习。感谢三年来一起成长的同门：蒲贤臣、张斌斌、潘羽、金艺蓓，博士师兄张文东及同门师弟师妹们，正是有了你们，研究生生活才会如此丰富多彩。感谢我的父母和家人多年来对我求学始终如一的关心、支持和温暖！最后，衷心感谢百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！王春丽二〇一五年五月于重庆61\n重庆大学硕士学位论文62\n参考文献参考文献[1]黄家声.实验室设计与建设指南[M]:中国水利水电出版社，2011.[2]UniversityofMichigan:Topicalconferenceonadvancedlaboratories[EB/OL].www.advlabs.aapt.org.[3]Laboratoriesforthe21stcentury:Casestudies,Donaldbrenhall,Santabarbara,California[EB/OL].www.epa.gov/labs21century.[4]Laboratoriesforthe21stcentury:Casestudies,Whiteheadbiomedicalresearchbuildingatemoryuniversity,Atlanta,Georgia[EB/OL].www.epa.gov/labs21century.[5]彭实,沈立娜,吴良莉.日本高校化学废液管理及启示[J].实验技术与管理,2009,(06):165-167.[6]ENISO3696-1995,WaterforAnalyticalLaboratoryUse-SpecificationandTestMethods[S].British,1995.[7]ASTMD1193-2006,StandardSpecificationforReagentWater[S].American,2006.[8]ANSIZ358.1-2004,EmergencyEyeWashandShowerEquipment[S].American,2004.[9]ANSIZ358.1-2009,EmergencyEyeWashandShowerEquipment[S].American,2009.[10]ChemDrain:CPVCChemicalWasteDrainSystem[Z].[11]科学实验室建筑设计规范JGJ91-93[S].1993.[12]《分析实验室用水规格和试验方法》GB/T6682-2008[S].2008.[13]祁鲁梁,李永存,李本高.水处理工艺与运行管理实用手册[M].北京:北京石化出版社,2002:193-230.[14]邢云清.EDI法去除与回收废水中Cr(VI)的研究[D].浙江:浙江大学环境与资源学院,2007.[15]高立新.电化学技术在废水处理中的应用[J].化工时刊,2009,23(7):64-67.[16]刘小平,傅晓萍,李本高.除盐水制备技术进展[J].工业水处理,2008,28(4):6-9.[17]王玉清,薛琳娜.高校实验室污染的因素与防治对策[J].实验室研究与探索，2011,30(6):417-420.[18]余录,胡光强,刘可等.50所长江沿岸高校实验室废液排放情况调查与分析[J].四川环境,2007,26(3):52-54.[19]卢少然,罗学柳,蔡晓辉．实验室废液处理中存在的问题与对策[J].实验室研究与探索,2009,20(3):279-281．[20]庞志华,苏兆征,罗隽等.科研单位实验室废水处理工程设计与分析[J].给水排水,2012,38(1)：70-72.[21]刘川.高等院校实验室消防安全隐患与预防对策[J].山西建筑,2012,38(22)：142-143.[22]李慧敏,李建民.浅谈实验室纯水及超纯水制备技术[B].中国医学装备,2007,4(2)：1-3.63\n重庆大学硕士学位论文[23]罗伟,金川,曹正丹.膜技术在高纯水制备中的应用[J].陕西建筑,156：36-37.[24]KeeKC.Pretreatmenttoproduceultrapurewaterfromreclaimedsewage[J].Desalination,1996,106：269-272.[25]RalphGPearson.Electrolyticregenerationofionexchangeresins[P].USPatent5638719,1956-02-07.[26]TenorioJ,EspinosaD.Treatmentofchromiumplatingprocesseffluentswithionexchangeresins[J].WasteManagement,2001,21(7):637-642.[27]肖艳.无膜电去离子(MFEDI)技术制备高纯水研究[D].浙江大学,2007.[28]曹立荣.高纯水制取工艺研究及应用.第四届电子产品防护技术研讨会,北京,2004.[29]金倩楠.强电场再生离子交换法资源化处理含Cr(VI)废水[D].浙江大学,2010.[30]王方.混床离子交换树脂的电再生法[J].工业水处理,1997,17(2):1-7.[31]王建友.电去离子(EDI)高纯水新技术及其研究进展[J].上海化工.2000,21:15-19.[32]BennettA.Waterprocessandproduction:Highpurityandultra-highpuritywater[J].Filtration&Separation,2009,46(2):24-27.[33]郑蕴欣.实验室中央纯水处理系统在检验科的应用[J].中国医疗设备,2012,(27)：92-93.[34]沈健.纯水输送系统设计中的几个问题[J].给水排水,1999,25(11)：49-52.[35]王楹,张颖.实验室纯水系统设计经验[J].中国给水排水,2013,29(18)：97-99.[36]廖萍泰，何玉红，陈永青等.甘肃省疾病预防控制机构实验室化学危害应急处理能力分析及对策研究[J].卫生职业教育.2009，27(20):126-128.[37]实验室生物安全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