高校生物实验室主要污染物的环境危害与对策

朱其顺，刘天骄

（淮南师范学院生命科学系，安徽淮南 232001）

高校生物实验室主要污染物的环境危害与对策

朱其顺，刘天骄

（淮南师范学院生命科学系，安徽淮南 232001）

高校生物实验室作为一个小型污染源，其产生的污染物对环境的危害性不容小视，也是社会关注度越来越高的环境问题。对高校生物实验室产生的污染物进行分类，综合分析它们对人体和周围环境的危害性，总结各种污染物的处理办法，提出了减小实验室污染的对策和建议。

生物实验室；污染物；环境危害；对策

随着生物学科的迅速发展，高校生物实验室的种类和数量剧增。产生的污染物也越来越多，虽然在数量与强度方面不及企业单位，但是种类复杂，传染性强，毒性大，已成为一类不容忽视、典型的小型污染源[1]。

以我系实验中心为例，目前拥有植物生理、动物学、生化、人体生理及解剖学、分子生物学、生物工程、组织培养室、生态修复、环境毒理等27个专业实验室，总面积达3500m2；拥有倒置荧光显微镜、酶标仪、PCR仪、高通量蛋白电泳系统，凝胶成像系统、高速冷冻离心机、超低温冰箱、超纯水机等设备总数超过1000台。在日常教学和科研实验过程中生成的污染物不仅影响实验室的环境以及实验的质量与效果，也会危害实验室工作人员的健康。因此，必须采取措施，最大限度地减少实验室污染。

1 高校生物实验室主要污染物的分类及来源

1.1 按污染物形态分

1.1.1 废气

包括人员活动产生的废气和实验过程产生的废气。前者来自于实验人员呼吸排出的气体；皮肤、器官及不洁净物散发出来的气味；借通风换气进入室内的大气污染物；由室外带入及室内活动产生的灰尘等。实验过程产生的废气包括燃料燃烧废气、试剂和样品的挥发物、分析过程中间产物、泄漏及排空的标准气和载气等[2]。

1.1.2 废液

实验室产生的废液包括多余的样品、标准溶液及样品分析残液、失效的贮藏液和洗液、大量洗涤水等。包括最常见的有机物、重金属离子和有害微生物以及相对少见的氰化物、细菌毒素、各种药物残留等。

1.1.3 固体废物

1.1.3.1 动物活体材料、生物活性材料及其代谢物

我系动物学实验常用的活体材料有鼠类、兔、鸽子、猫、鱼、蟾蜍等。实验过后会留下不少动物尸体和器官。常用的生物活性实验材料包括组织、细胞和微生物(细菌、真菌和病毒等)及其代谢物。

1.1.3.2 实验器械与耗材

其中塑料制品主要指吸头、吸管、离心管、注射器、反应板、手套及各种产品包装等。玻璃制品包括各种培养皿、试管、载玻片、盖玻片、过滤器皿、常用容器等，易损易碎。金属物品最常见的是注射针头、采血针及刀片等。还有用过的棉签、小棒、吸水纸、纱布等实验室日常物品。上述用品是有毒有害物质和病源物的传播载体，并可能造成对人体的直接伤害，均视为潜在污染物。

1.1.3.3 多余样品、分析产物、残留或失效的化学药品等

这些固体废物成分复杂，尤其是不少过期失效的化学药品，处理稍有不慎，很容易导致严重的污染事故。

1.1.4 噪声和振动

实验室噪声主要来自于较大型的实验设备和仪器，主要有大功率的电机（如高速离心机等）。实验室振动主要来自人员活动。

1.1.5 各种辐射和照射

包括电磁辐射、UV照射光、放射性元素的辐射等。实验室的电磁污染源有各种高频加热设备、短波与超短波仪器、微波加热器与发射设备等；UV光主要是无菌实验室里高压或超高压UV灯、DUV灯、低压UV灯的照射光；生物学实验常用放射性元素(如P32、S35等)作为标记物进行检测与分析，使得实验材料和器械、器皿都将不同程度地受到放射污染。

1.2 按污染物性质分

1.2.1 化学污染物

包括有机污染物和无机污染物，有机污染物主要是有机试剂污染和有机样品污染，指碳水化合物、蛋白质、脂肪和酚类、醚类、醇类、醛类、多环芳烃、芳香烃等。无机物污染有废弃的酸、碱、重金属、剧毒物质如氰化物等。其中重金属不仅毒性强，且在人体中有蓄积性[3]。

重金属、氰化物、溴化乙锭(EB)、丙烯酰氨、甲酰氨等及其结合物是生物实验中最主要的有毒和剧毒物品，这类物品对环境的危害和影响极大。

1.2.2 生物性污染物

主要有动物尸体、病理学废弃物、血液废弃物、具有感染性尖锐器具废弃物；废弃的感染性培养物、菌株及相关制品及其它具有感染性实验废弃物。有生物标本，如血液、尿、粪便、痰液和呕吐物等；检验用品，如实验器材、细菌培养基和细菌标本等。

1.2.3 物理性污染物

包括噪声和振动、放射性污染物和电磁辐射波、照射光，放射性物质废弃物有放射性标记物、放射性标准溶液等。

2 生物实验室污染物的特点

2.1 种类多，成分杂，集中处理难度大

如要集中处理，很难对症下药，更谈不上回收利用。

2.2 排放量相对不多，排放规律性强，周期明显[4]

其排放量远小于工矿企业，易被人们所忽视。生物实验集中，时效性强，排放成分、量的大小规律性强，周期比较显著。

2.3 废液比重较大

粗略估计，废液的排放量占污染物总量的90%以上。如果不加处理，直接排入城市污水管网，会造成环境二次污染。

2.4 污染具有蓄积性和隐蔽性，部分污染物毒性大，危害大

实验室经常使用一些毒性较大的化学药品，如砷、镉、铬、铅的化合物毒性大，蓄积性明显，危害严重。砒霜、氰化物、生物碱等，极少量就能引起中毒。

2.5 危害传播的广泛性

生物性污染物特别是高传染性病原微生物的传播可能引起流行性疾病的大规模爆发。

3 生物实验室常见污染物的环境危害

3.1 化学类污染物的危害

3.1.1 硫氧化物

3.1.1.1 二氧化硫

无色，强刺激性气味，易溶于血液等黏性液。会导致呼吸道炎症、喉头水肿、肺气肿、眼结膜炎症等；能引起和加重肝脏和心血管系统疾病并降低免疫力。SO2能生成硫酸盐气溶胶，增加病人死亡率。据经合组织调查，当硫酸盐浓度在10μg/m3左右时，浓度减少10%，死亡率降低0.5%。研究表明，高浓度的SO2可使植物叶片表面坏死或脱落。SO2对金属具有腐蚀作用。据估计，发达国家每年因为金属腐蚀而带来的直接经济损失占国民经济总产值的2%～4%。

3.1.1.2 三氧化硫

是形成酸雨的主要来源之一。具有强腐蚀性、强刺激性臭味，其毒性表现与硫酸同。可使人体皮肤、粘膜等组织灼伤；引起结膜炎、角膜混浊，甚至失明；引起肺水肿、喉痉挛或声门水肿。慢性影响有牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肝硬变等。

3.1.1.3 硫化氢

无色气体，有难闻的臭鸡蛋味，高浓度时能麻痹嗅觉神经。会使人出现头痛、头晕，或者异常兴奋和身体疲软等慢性中毒症状。

3.1.2 氮氧化物

3.1.2.1 一氧化氮

可刺激眼及呼吸道，引起咽部不适、干咳等。长时间潜伏期后发生迟发性肺水肿、呼吸窘迫综合症，可并发气胸及纵隔气肿。对血红蛋白的亲和力远高于一氧化碳，能将血红蛋白转变为高铁血红蛋白，可致高铁血红蛋白血症。慢性影响表现为牙齿酸蚀症、神经衰弱综合症及慢性呼吸道炎症，个别病例出现肺纤维化。

3.1.2.2 二氧化氮

红棕色气体，是毒性很强的氧化剂，可潜入肺脏深处及肺毛细血管，引起气道阻力增加，细支气管上皮细胞增生导致肺水肿，长期吸入可引起慢性支气管炎。

3.1.3 卤化物

卤化物是实验室常用物质。其中，氯是一种刺激性有毒气体，长期吸入可引起慢性中毒；氯化氢具有强刺激性，腐蚀性；单质氟及氟化物(如氟化氢、萤石等)大都是有毒物质。长期吸入氟会引起气管炎、喉炎、氟斑牙、氟骨症等。单质溴为暗红色液体，与对呼吸道、眼睛粘膜有极强的刺激性。

3.1.4 无机污染物

酸碱污染使水体的pH值发生变化，妨碍水体自净作用；重金属、氰化物、砷化物（如砒霜）、亚硝酸盐等不仅毒性大而且会引起蓄积性中毒。

研究表明，大多数重金属元素在土壤、水中具有蓄积作用，有些由无机物变成有机物，其毒性成倍增大。重金属进入人体后会产生多种危害，例如镉能影响机体内几种重要酶的功能，产生痛骨病和胃损伤；铅能抑制血液中某些酶的功能导致溶血，对神经系统、消化系统以及肾脏功能也有影响。汞进入人体后影响脑神经，产生手抖、走路不稳等症状。甲基汞的毒性是无机汞的数百倍。日本著名的水俣病事件及1969年伊拉克大规模的食物中毒事件都是由于甲基汞的污染造成的。

3.1.5 有机污染物

有机物种类较多，蓄积性很强，易挥发，对生物有急慢性毒性，在环境中难降解、高残留。对动物和人体有致癌、致畸、致突变的危害。如乙醚、甲醇、四氯化碳、三氯甲烷等，长期接触，会使人产生恶心、呕吐、麻痹、丧失意识，直至死亡；溴化乙锭（EB）是强诱变剂，具有高致癌性；苯及含苯化学物（如二甲苯）对粘膜和皮肤有强烈的腐蚀和刺激作用，长期接触，表现为头痛、食欲减退，还可能损害骨髓而导致癌症；甲醛能凝固蛋白，刺激粘膜和皮肤，长期接触可引起角膜炎、鼻炎和支气管炎。有机物对环境危害的事例很多，如美国在越战中使用含二噁英的化学物质，使越南后来癌症、皮肤病、流产、新生儿畸形等病例剧增。英国科学家发现，鸟类吃了含有杀虫剂的食物产卵减少，孵化率降低，这可能是一些鸟类濒临灭绝的原因之一。

3.2 物理污染物

3.2.1 放射性污染物

生物实验经常用到放射性同位素。这种技术在给研究工作带来方便的同时，也会对人体和环境造成极大危害，特别是造成人体生殖细胞畸形，危害后代。如果管理不当，后果不堪设想。

3.2.2 噪声和振动

噪声会使人感到思维不集中、耳鸣、耳聋。噪声强度越大，时间越长，影响越严重。振动使人产生焦虑、烦燥、头痛、恶心、失眠、神经衰弱等。实验室的精密仪器如光学仪器、天平等对振动很敏感，如果振动大，就会影响仪器的寿命和测试的准确性。

3.2.3 电磁辐射

电磁波主要是电气设备在工作过程中所形成的电磁辐射，当达到一定强度后，就会污染环境，对人体产生危害并干扰其它电子设备的正常工作，已被世卫组织列为第四大污染源。世界卫生组织调查显示，电磁辐射对人体有五大影响如表1。

表1 电磁辐射对人体健康的不良影响与危害[5]

3.2.4 UV照射光对人体的危害

资料表明，除了促进维生素D的合成，防止佝偻病及杀菌外，尚未发现紫外线有其它的有益效应，但对其危害，已引起人们普遍关注。

3.2.4.1 紫外光对眼睛的损伤

过量紫外射线大都被角膜上皮细胞核蛋白吸收，损伤眼角膜和晶状体，导致浑浊，引起白内障。总的说来，紫外光辐射会使人类患白内障几率增加。

3.2.4.2 紫外光对人皮肤的损伤

急性作用表现为红斑效应，患者皮肤出现水肿性红斑或水疱，并伴有头昏、恶心、发烧、心悸、循环衰竭和休克等症状。慢性作用如皮肤老化，色素沉着，甚至引起肿瘤。

3.2.4.3 紫外光对其他部位的损伤

使皮肤中免疫系统的部分功能受到干扰。研究表明，紫外光辐射可导致皮肤癌，同时引起一些其他疾病。

3.3 生物废弃物

动物尸体或被解剖的动物器官需及时处置，否则，就有可能对其它动物或实验产生影响，甚至造成病菌或疾病的传播。

常用的生物活性实验材料包括组织、细胞和微生物(细菌、真菌和病毒等)如果处理不当，这些能产生有毒代谢物的生物活性实验材料将对周围环境、河流及水域造成污染。大量高浓度含有害微生物的培养液、培养基，如未经处理而直接外排，会使有害微生物广泛传播，带来严重后果。

3.4 利器废弃物

废弃的或一次性的注射器、针头、血器、解剖刀和手术刀片等器物，均可能引起划伤、刺伤或割伤人体。不论是否污染，这些物体都属于高度危险的实验室废物。

4.生物实验室主要污染物的处理

4.1 目的和原则

实验室污染物的处理目的是：将处置废弃物的危险减至最小，将其对环境的危害减至最少。一般处理原则为：分类收集、存放，分别集中处理。尽可能采用废物回收以及固化、焚烧处理。废弃物排放应符合国家有关环境排放标准。

4.2 回收污染物的基本方法（见表2）

4.3 各种污染物的处理方法

4.3.1 利器及其它一般废弃物的处理

利器废弃物，应置于耐扎容器内。一般废弃物（如产品包装材料和废纸等办公垃圾），应与传染性废弃物区分开来，作为普通废弃物统一处理。

4.3.2 一次性使用及可重复利用污染物的处理

一次性用品（如手套、帽子、工作物、口罩等）可以放入污物袋内集中烧毁。

血袋、试管、离心管、吸头等用消毒液充分浸泡（60～120分钟），消毒后使用。

可重复利用的玻璃器材如玻片、吸管、玻瓶等可以用1000-3000mg/L有效氯溶液浸泡2-6h，然后清洗重新使用。

盛标本的玻璃、塑料、搪瓷容器可煮沸15min或者用1000mg/L有效氯漂白粉澄清液浸泡2-6h，清水刷洗、沥干；用于微生物培养的，高压灭菌后使用。

微生物检验接种培养过的琼脂平板应压力灭菌30min，趁热将琼脂倒弃处理[2]。

4.3.3 化学类废物的处理

4.3.3.1 废气的处理

少量废气可通过通风设备，直接排出。大量的有毒气体必须经充分燃烧或吸收处理后才能排放。对加热室应单独设置，并采取强制排风措施。应对实验室的墙面、地面采取防尘措施；实验室的通风换气，应加设过滤器，门窗也要采用密封结构。

4.3.3.2 废液的处理

由于废液在污染物中的比重很大，所以应根据其特性选择合适的容器和存放地点，不可混合贮存，并标明种类、时间，定期分别处理。考虑以废治废的原则，最好直接用废液进行相互中和。还应注意以下几点：

（1）处理含有络合物、螯合物之类的废液时，有干扰成份存在，需要另外收集。

（2）下面所列的废液不能互相混合：

①过氧化物与有机物；②氰化物、硫化物、次氯酸盐与酸；③盐酸、氢氟酸等挥发性酸与不挥发性酸；④浓硫酸、磺酸、羟基酸、聚磷酸等酸类与其它的酸；⑤铵盐、挥发性胺与碱。

（3）毒性大的废液，要收集在耐腐蚀的容器里，贴上标签，安全放置。

（4）对硫醇、胺等发出臭味以及能产生氰、磷化氢等有毒气体和易燃的二硫化碳、乙醚的废液，要防止泄漏。

（5）含过氧化物、硝化甘油之类爆炸性物质的废液，要谨慎操作，尽快处理。

以下是我系生物实验常见废液的处理：

（1）含汞废液①硫化物共沉淀法：将含废液的pH值调至8～10(抑制H2S产生)，后加入过量的Na2S，生成HgS沉淀。再加入FeS04(共沉淀剂)，与过量的S2-生成FeS沉淀，将悬浮的HgS微粒吸附共沉淀。然后静置、离心分离、过滤，滤液的含汞量可降至0.05mg/L（废液中汞的最高容许排放浓度）以下。反应如下[6]：

②还原法：用铜屑、铁屑、锌粒、硼氢化钠等作还原剂，直接回收金属汞。

（2）含镉废液①氢氧化物沉淀法：投加石灰，调节pH值至10.5以上，充分搅拌后放置，使镉离子变为难溶的Cd(OH)2沉淀。分离沉淀，用双硫腙分光光度法检测滤液中的Cd2+（降至0.1mg/L以下），将滤液中和至pH值约为7后排放。②离子交换法：Cd2+离子与阳离子交换树脂有更强的结合力，优先交换。

（3）含铅废液加入消石灰，调节pH值大于11，生成Pb(OH)2沉淀。然后加Al2（S04）3(凝聚剂)，将pH值降至7-8，则Pb(OH)2与Al（OH）3共沉淀，分离沉淀，达标后排放。

（4）含砷废液加入FeCl3，使Fe／As为50，然后用消石灰将废液的pH值控制在8～10。利用新生氢氧化物和砷的化合物共沉淀的吸附作用除砷。分离沉淀，达标后，排放废液。反应如下[6]：

（5）含酚废液低浓度的含酚废液可加入次氯酸钠或漂白粉煮一下，使酚分解为二氧化碳和水。高浓度的含酚废液，通过醋酸丁酯萃取，再加少量的氢氧化钠溶液反萃取，经调节pH值后进行蒸馏回收。处理后的废液排放。反应如下[6]：

（6）含氰废液调节废液的值大于10，再加入过量的漂白粉或次氯酸钠溶液使CN氧化分解为N2。反应如下[6]：

（7）有机废液可以用生物法（活性污泥法）处理。最实用办法是用吸附剂（如活性炭、粉煤灰等）吸附后焚烧处理

（8）综合废液处理调节废液pH为3～4、加入铁粉，搅拌30min，然后调节pH为9左右，继续搅拌10min，加入硫酸铝或碱式氯化铝进行混凝沉淀，分离沉淀，排放上清液。

4.3.4 物理污染物的防治

4.3.4.1 噪声和振动的处理

对大功率的电机，应设单独的机房，同时设置隔声门（如双层木板门）、隔声窗来降低噪声。还可选用多孔吸声材料（石棉、玻璃棉、木纹板等）吸收高频及中频噪声，选用胶合板、纤维板、纸板等材料吸收低频噪声。为减少振动，实验人员要走路轻、关门轻、少说话，以减少振源。对需要特殊防震的仪器设备，应做好专门的防震台，并加设沥青、橡胶及塑料等阻尼材料和防震材料[7]。

4.3.4.2 电磁污染的处理

（1）电磁屏蔽：在辐射源与实验室人员之间放置防辐射屏蔽装置，其材料和厚度的选择取决于辐射的穿透能力。（2）能量吸收：用能量吸收材料在场源周围敷设，在主要辐射方位上使用波能吸收装置。（3）保持安全操作距离，保持室内空气流通，避免长时间操作。当仪器用时，尽量关掉电源，减少微量电磁辐射的积累。（4）多食富含维生素A、维生素C和蛋白质的食物，调节人体电磁场紊乱[1]。（5）实行遥控和遥测，提高自动控制程度。

4.3.5 放射性废弃物的回收和处理

含有放射性物质的废弃物，必须严防泄漏，谨慎处理。应根据污染物的类型及所含核素的半衰期分别存放在专用的容器内，并标明醒目的标志。对于极低水平的放射性废液，可随下水道排放。对于较高和极高水平的放射性废液，应同人类生活环境长期隔离，根据半衰期长短任其自然衰变至对人类和生物的危害降到最低。放射性同位素的半衰期短的废弃物，放置十个半衰期后排放或者焚烧掩埋处理。半衰期较长的废液可用蒸发、离子交换、混凝剂共沉淀等方法浓缩，装入容器集中埋于放射性废物坑内。

4.3.6 生物废弃物的回收和处理

所有的生物样本培养物和其他生物性材料废弃物都必须放置于专用密封的、有标记的容器内，经过技术处理，使其达到生物学安全标准。所有带菌动物的尸体和组织必须经焚烧后掩埋。另外，在实验过程中废弃的细胞或组织培养液一律先加入漂白剂灭活之后才能倒入下水道。对于实在无法利用或用其它方法难以处理且毒性较大的实验废弃物的处理可以使用填埋或焚化的办法。填埋地点应选择远离学校及生物区的地方[8]。

5 控制生物实验室污染的对策和建议

5.1 真正按可持续发展的思维方式开展实验研究

高校应站在对时代负责的高度上，培养学生树立可持续发展的战略思想。不能认为实验室污染物量小，经过简单稀释处理就能达标。高校在制定发展规划时应将环保的因素充分考虑进去。

5.2 改进实验方法，从源头上控制

（1）应选择无毒或低毒的试剂，替代毒性大、危害严重的试剂；必须使用的，要采取措施，降低废液的排放量，并分类收集和处理，以降低其危险性。

（2）改进实验条件，推行小量化、微型化实验。以尽量少的试剂来获取相关信息，其试剂量是常规实验的1%～10%。由于剂量小，实验时间大大缩短，实验过程更加直观、明显、安全，有效地降低了环境污染。

（3）分类实验，节约试剂。

（4）全面推行绿色生物实验，选择污染小的分析方法。实验教学中，尽可能使用电脑模拟生物实验（仿真实验）；成立试剂调度网，选择一部分危害大、用量少、易失效的试剂进入网络，实行资源共享，提高利用率，最大限度地降低试剂库存发生污染的危险。

（5）努力探索新技术，新方法，减少污染物对环境的污染。

5.3 污染物要集中处理

建立一个专门的废弃污染物处理中心。各种废弃物由各实验室分类上交后，处理中心将废弃物的信息存入计算机，再分类集中。例如，报废淘汰电脑、仪器、报废放射源、报废化学试剂、三废物、生物性废弃容器等都分类存放，专人管理。

5.4 严格规范实验操作，减少废物产生

要求学生做到实验操作规范化，在药品的取用、称量、液体的量取和转移，物质的加热、玻璃仪器的洗涤，液体的过滤等动作准确，操作熟练，运用灵活。

5.5 建立科学的实验室管理办法和岗位责任制度

建立健全实验室排污管理规章制度和环境保护责任制，把环境保护工作、尤其是实验室排污规范管理纳入学校日常工作计划。实验室工作人员必须了解实验室有害毒物的产生、扩散渠道，提出治理方案和管理措施。

5.6 建设高标准实验室

在新建、扩建和改建实验室的过程中，要全面规划、合理布置，严格实行污染治理设施与实验室设计、施工“三同时”，建设符合环保要求的实验室。相关部门要制定各类实验室的环保标准，要求实验室在规定的时间内进行改造，达标后才能使用。以后设计建设的实验室，应按照ISO14001环境管理体系的理念和要求，规范实验室环境行为。

5.7 严格管理，全面监督。

5.7.1 建议对生物实验室进行分级

按《实验室生物安全通用要求》（GB19489-2008），对生物实验室进行分类，各实验室可以从事什么研究、保存哪些生化药品、如何管理等有一个严格的依据。

5.7.2 建立督察机构

将对实验室的监督检查纳入环境检测范围，根据有关法律法规和各种标准，由相应的机构进行全面的监督检查。

[1]刘凤莲.高校生物实验室的环境污染及防治措施[J].长春师范学院学报（自然科学版），2006，25（4）：130

[2]余华.对实验室污染问题的思考和建议[J].中国环境管理工作干部学院学报，2005，（1）：58-60

[3]张瑶.实验室环境管理探讨[J].环境科学与技术，2005，28（增刊）：97

[4]吴桂霞，刘玉婷，李祥.化学实验室污染及治理措施初探[J].实验科学与技术，2007，5（4）：129

[5]杨志峰，刘静玲等.环境科学概论[M].北京：高等教育出版社，2004

[6]张卫星.环境监测实验室的废液处理[J].四川环境，2003，22（2）：39

[7]舒麒麟.实验室环境污染与防治对策[J].实验室研究与探索，2003，22（3）：130

[8]蒋辉.实验室废弃物的毒害及处理[J].教学仪器与实验，1999，15（4）：20

X503

A

1009-9530（2011）03-0025-05

2011-02-21

朱其顺（1975-），男，安徽淮南人，淮南师范学院生命科学系助理实验师。