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随着“退城进园”和“退二进三”政策的逐步落实，大批污染企业被迫改造或搬迁[1]。高污染工厂旧址土壤中遗留的有机污染物质，会造成环境污染，危害人体健康，限制城市发展。在现有各种污染土壤修复技术中，热脱附技术由于其具有修复彻底、快速高效、不引入新的污染物等优势而发展较迅速。该技术早在30年前就开始在发达国家应用，但近年来才刚刚引入国内[2]。根据对美国超级基金1 246个项目进行的统计，在发达国家，污染土壤异位修复技术占比为48%[3]。污染土壤热脱附在异位修复技术中占比82%。从2009年异位热脱附技术引入到国内以来，相关专利逐年上升，并已在“十二五”“863”计划相关课题中得到应用[4]。异位热脱附技术在我国的应用已初具规模。
土壤异位热脱附技术发展至今，主要的研发方向是修复更多的污染物类型，以及不断改进尾气处理装置，减少有害气体排放[5]。国外由于能源较为便宜，所以在节能降耗方面的研究很少，对于整个系统能耗的热平衡和高温烟气余热利用的装置研究也不够，导致能耗较高。而我国天然气价格相比国外较高，亟需研究和提出直接热脱附装备节能降耗方案[6-7]。针对该问题，本研究通过对热脱附系统热平衡进行计算，梳理了每部分设备的能耗情况，找出了能耗较大且具有余热回收利用潜力的区域，有针对性地提出了热脱附系统节能降耗方案，为直接热脱附节能降耗装置的选型提供参考。
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直接热脱附是火焰与污染土壤直接接触，且适用于挥发性、半挥发性有机污染物的处理方式。直接热脱附处理量大、传热效率高、能耗低，适合于大规模污染场地修复。该技术装置建造成本和运行维护成本低，污染土壤处理能力可达5~100 t·h−1，一般要求水分低于25%。直接热脱附回转窑热脱附过程中产生的尾气温度高、流量大，处理要求相对较高。
直接热脱附回转窑中燃烧产生的高温烟气通过热辐射、热传导和对流换热等方式向污染土壤传递热量，将土壤加热到一定温度，使其中的有机污染物解析分离，析出的污染物气体送入后续废水及尾气处理单元进行后处理。热脱附过程一般分为2个阶段：土壤污染物解析阶段和废气处理阶段[8]。
图1为典型直接热脱附装置的工艺流程。污染土壤经过破碎、筛分、调节含水率(拌石灰)、磁选等预处理过程，由传送带输送至回转窑加热单元进行热处理，其中的有机污染物经加热后从土壤中挥发和分离。高温洁净土壤从回转窑出口排出，含有机污染物的烟气进入旋风除尘器。旋风除尘器的作用是去除烟气中携带的粉尘，以保证管道设备正常运行。除尘后的烟气进入二燃室，在近1 000 ℃高温下，停留2 s以上。此过程可将烟气中的绝大多数有机污染物燃尽。急冷室将燃烧后的高温尾气温度迅速降低至200 ℃，以避免二燃室后高温尾气在缓慢冷却后重新生成二恶英等有毒物质[9]。急冷室排出的尾气经除尘装置和洗气装置净化达标后最终排入大气[10]。
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现有工艺中能源浪费严重，故须针对系统各装置能耗进行分析。污染土壤所含水分被加热至300 ℃以上所吸收的能量是不必要的，可通过土壤预干燥减少土壤含水量来减少这部分能耗。土壤热脱附完成后，高温洁净土壤带走的热量理论上可以进行回收利用，但实际回收难度大。洁净土壤运输困难大，温度不够高，因而不利于异地回收；而就地采用热交换器利用余热又不具备经济性。系统散热损耗是不可避免的能源浪费。近1 000 ℃的高温烟气在急冷塔中，降温到250 ℃左右的冷却过程中消耗大量热量，这部分热量可以通过烟气热回用装置再进行利用。排烟带走的能量可以通过烟气热回用装置利用余热，但因排烟温度很低，不具备回收价值。
利用热平衡公式对各部分系统中可回收利用能量进行定量计算，再对比各部分能量回收的难易程度和成本，最后综合考虑以上因素，可设计出热脱附装置节能降耗方案[11-12]。本研究提出了在原有热脱附装备中加装烟气热回用模块和土壤预干燥模块，通过循环管道将二燃室烟气余热高效输送给土壤预干燥机作为干燥的热源，降低回转窑进口土壤的含水量，从而降低回转窑加热过程中土壤水分升温吸热，达到节能降耗的目的。
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通过建立各个单元的输入、输出能量平衡关系式，计算系统中每个单元每个部分的能量，整合系统能耗，分析系统各模块能耗占比。图2是热脱附系统热平衡图，计算时以20 ℃为基准温度。
在加热单元中，设定进口土壤含水率、土壤温度、出口土壤温度。能量输入端是回转窑消耗天然气热值，能量输出端是烟气焓值[13]、水蒸气焓值、出口高温土壤带走的热量。热平衡方程如式(1)所示。
式中：Q1为天然气燃烧热，MJ·t−1；Q2为水分吸热，MJ·t−1；Q3为烟气热焓，MJ·t−1。Q4为回转窑散热，MJ·t−1；Q5为洁净土壤热量，MJ·t−1。
旋风除尘单元热平衡方程如式(2)所示。
式中：Q6为旋风除尘散热损失，MJ·t−1；Q7为考虑旋风除尘器热损失后烟气和水蒸气的剩余热量，MJ·t−1。
在二燃室中，高温烟气、过热蒸汽混合物进入燃烧室，经天然气为燃料的燃烧器加热[14]，由急冷塔将烟气温度迅速冷却。热平衡方程如式(3)所示。
式中：Q8为二燃室天然气燃烧热，MJ·t−1；Q9为二燃室热损耗，MJ·t−1；Q10为二燃室后烟气和水蒸气总热量，MJ·t−1。
冷却室热平衡方程如式(4)所示。
式中：Q11为急冷损耗，MJ·t−1；Q12为排烟损耗，MJ·t−1。
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本研究以湘潭某典型土壤直接热脱附工程为例，对热脱附系统进行热平衡计算。选取具有代表性的工况作为计算条件，其中土壤初始含水量为20%，过量空气系数为1.2，系统漏风率为10%，二燃室温度为1 000 ℃[15-16]。加热单元、旋风除尘单元、二燃室均考虑散热损失。由于土壤中不同污染物析出所需温度不同，故分别计算了清洁土壤温度为500 ℃和320 ℃的2种工况。根据式(1)和式(2)，对于现有工艺进行了热平衡计算，求出系统各部分能耗及所占比例，绘制直接热脱附能量占比计算图(如图3和图4所示)。在洁净土壤加热至500 ℃工况下，总能耗为3 710 MJ·t−1。对于整个系统而言，能源输入端加热单元占比49%，二燃室占比51%，500 ℃洁净土壤系统能耗占比9.0%，急冷室系统能耗占比54.5%，除尘排烟系统能耗占比24.2%。在洁净土壤加热至320 ℃工况下，总能耗为3 273 MJ·t−1。加热单元占总能量输入37%，二燃室占总能量输入63%，320 ℃洁净土壤系统能耗占比6.5%，急冷室系统能耗占比55.1%，除尘排烟系统能耗占比26.1%[17]。
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通过分析热平衡计算结果[18]可发现，直接热脱附装置节能能耗空间较大。其中急冷室消耗整个系统55.1%的能量，是最主要的耗能单元，可将1 000 ℃高温烟气冷却到200 ℃，前后温度差可达到800 ℃。将这部分热量利用起来，可极大地改善直接热脱附系统能源利用率，从而减小系统总能耗[19]。
在原有热脱附装备中加装烟气热回用模块和土壤预干燥模块，在二燃室末端加装热交换器，通过循环传热介质将烟气余热传送给土壤预干燥单元[20]。通过换热器将二燃室的末端烟气温度从1 000 ℃降低到500 ℃左右，传热介质通过循环管道将热量输送给土壤预干燥机作为干燥的热源。将进入加热单元前的土壤加热至100 ℃以上，使土壤中的水分蒸发。由于水的比热容很大，故进入回转窑加热单元的土壤含水率下降就意味着土壤温度上升所需的热量大幅降低。干燥完成后的低温热水再回到水气换热器冷端水进口，通过循环管路实现了热量由二燃室到预干燥机的高效转移，保证了二燃室余热的高效利用[21]。为防止热水过热，在其输送管路上安装调温换热器对热水温度进行调控，冷却水来自急冷塔的急冷水箱。循环管道中的热水虽然是循环使用，但使用过程中由于管道密封不到位等问题会造成循环水损耗，因此，需要在管路上加装补充水箱，以保证循环管道的正常运行。盘式连续干燥机和回转窑干燥机都可以用于土壤预干燥，分别适用于不同工况。在使用盘式连续干燥机且换热介质为水的条件下，设计了如图5所示的具有余热利用模块的直接热脱附系统。
图6为加装节能装置后热脱附能量平衡图。计算条件为初始土壤含水量为20%，过量空气系数为1.2，二燃室温度为1 000 ℃，清洁土壤温度为320 ℃。计算结果表明，加装节能降耗装置后，系统能耗可从3 273 MJ·t−1降低到2 610 MJ·t−1，节能效率达到了20%。
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通过热平衡计算，得出了不同含水率的土壤在不同出土温度下的能耗结果。不同含水率能耗对预干燥节能效果的影响见图7。可以看出，随着土壤湿度从5%上升到25%，系统能耗上升了2.5倍左右，说明土壤含水率对热脱附加热单元能耗影响很大。如图8所示，土壤预干燥装置将土壤水分从20%降低到15%时，降低了20%总能耗。土壤预干燥装置将土壤水分从20%降到10%时，可降低热脱附装置总能耗35%~42%，节能效果非常显著。
二燃室后水气换热器余热占比与预干燥所需能量的关系见图9。可以看出，土壤预干燥热效率为50%时，二燃室后烟气余热足够用于减少10%左右的土壤水分。由于采用了热水循环干燥方式，土壤干燥热效率可提高至85%~90%(只有散热损失)，烟气余热足够用于减少17%左右的土壤水分。当土壤处理速率为30 t·h−1时，烟气余热远大于土壤进行预干燥去除5%土壤水分所需的热量。在热源热量足够的情况下，需要考虑的问题就集中在选择合适的干燥机组将热量高效、稳定地传递给土壤以及选择合适的传热介质，安全、高效地完成烟气热回用装置和土壤预干燥装置间的循环热传导[22-23]。
对于连续处理土壤速率达到30 t·h−1的直接热脱附装置而言，考虑到干燥机体积、成本、连续工作稳定性，选择将湿度20%的污染土壤去除5%水分的预干燥方案，可带来20%左右的节能效果。
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预干燥工序要求土壤处理量为30 t·h−1，并且能使土壤含水量从20%降低到15%。目前，国内干燥工艺成熟、种类多样，其中盘式连续干燥工艺和回转窑干燥工艺由于其对土壤处理量大，水分脱除效率高，基本可满足工况要求[24]。
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盘式干燥机可实现对土壤的预干燥，且具有水蒸气蒸发量大、设备集成度高、占地面积小、装置简单、现场安装要求低、能耗低、烟尘少的优点[25]。考虑到干燥机的运输难度和运行稳定性问题，干燥设备的干燥面积不宜大于300 m2，设备重量不宜超过50 t，否则会增加运输和现场安装难度[26]。在满足干燥面积和设备重量的条件下，盘式干燥机处理速率约为15 t·h−1。因此，当土壤处理量较大时，至少需要2台干燥设备同时进行预干燥，设备投资较高。盘式干燥机对进料的要求较为苛刻[27]。盘式干燥机严格要求进料粒径控制在50 mm以下。土壤粒径较大时容易导致设备干燥能力下降，土块在设备中堆积，最终堵塞设备。因此，采用盘式干燥机对土壤破碎筛分工艺要求较高[28]。
简言之，作为土壤预干燥设备，盘式干燥机适合土壤处理速率为15 t·h−1左右、土壤粒径小于50 mm的工况。由于水-烟气换热器的换热系数大，采用水作为换热介质可大幅度降低换热器尺寸，便于实现装置的模块化和快速移动。
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回转窑干燥机加热介质在回转窑中空的筒体内对筒内湿物料进行热传导[29]。物料进入窑体，在扬料板和筒体自身转动的作用下，不断被翻动的同时向窑头滚动前进[30]。回转窑内扬料板将湿物料扬起，不断翻转，从而增大湿物料与热空气的换热面积，使水分更容易蒸发，干燥后的物料在窑尾排出[31]。
回转窑干燥机对物料的适应性较强，但回转窑没有紧凑的换热面，换热介质只能选择传热效率低的空气，故传热效率较低，导致物料的干燥时间相对较长[32]。在干燥相同物料量时，设备体积相对庞大，不利于设备的模块化运输与组装。
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1)土壤预干燥工序可降低污染土壤所含水分被加热至300 ℃以上所吸收的能量；烟气热回用装置可回收部分高温烟气，冷却过程消耗热量。
2)利用烟气热回用装置将二燃室高温烟气余热能量通过循环传热管道输送给土壤预干燥装置，可达到余热利用的效果，提高能源利用率。通过对比二燃室后水气换热器余热能量与预干燥所需能量间关系，计算出在预干燥工序去除土壤水分17%以下时，烟气余热量足够用于干燥土壤。与现有热脱附工艺相比，加入改进方案的热脱附工艺的能耗水平显著降低，节能效果达到20%。
3)在2种预干燥装置中，盘式干燥机传热效率高，但其结构复杂，长时间连续工作时有设备堵塞风险，要求土壤的粒径小于50 mm，土壤处理量偏小。回转窑干燥机与盘式干燥机相比，干燥性能稍差，但其对土壤没有太苛刻的要求，可作为盘式连续干燥方案的备选。
有机污染土壤异位直接热脱附装置节能降耗方案
Energy-saving and consumption-reducing scheme for direct thermal desorption of organic contaminated soil
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摘要: 以异位直接热脱附技术的原理、适用范围、工艺流程、优缺点等为基础，建立了输入、输出能量平衡关系式并进行了热平衡计算；针对该工艺能耗过高的问题，分析了系统各部分能耗，提出了节能降耗方案。通过烟气热回用装置，将二燃室后高温烟气余热能量经循环管道输送给土壤预干燥装置，将有机污染土壤含水率降低，从而减少系统总能耗。结果表明：经过热力计算，土壤水分预干燥量越大，系统节能效果越好；烟气余热足够用于土壤预干燥减少17%左右土壤水分的要求。通过土壤预干燥装置将土壤水分从20%降低到15%，可使直接热脱附装置降低能耗20%以上。Abstract: With the implementation of the policies ‘relocation of industrial enterprises in the old city to the suburbs’ and ‘re-planning of residential land for residential use’ in our country, the possible environmental heath problems resulting from the organic pollution sites left during the relocation of high pollution chemical enterprises need to be resolved, it is urgent to carry out the contaminated soil remediation. Ex-situ direct thermal desorption is one of the main techniques for contaminated soil remediation. Based on the principles, application scope, process flow, advantages and disadvantages of the ex-situ direct thermal desorption technology, the input and output energy balance equations were established and the heat transfer balance was calculated. Aiming at the high energy consumption, the energy consumption of each part was analyzed and the energy saving plan was raised. The flue gas reusing device was used to transfer the waste heat energy from the high-temperature flue gas after the second combustion chamber to the soil pre-drying device through the circulating pipeline. The moisture content of the organic polluted soil decreased, and the total energy consumption of the system was significantly reduced. According to the thermodynamic calculation, the more moisture of the soil decreased, the more energy could be saved. Flue gas waste heat was enough to reduce soil moisture by about 17% for soil pre-drying. According to the analysis, due to the limited continuous drying capacity of soil, the reduction of soil moisture from 20% to 15% with the soil pre-drying device could reduce the energy consumption by more than 20% for the direct thermal desorption device. The feasibility, advantages and disadvantages, and application scope of the disc continuous dryer and the rotary kiln dryer as the soil pre-drying device were compared. This study provides the reference for the selection of direct thermal desorption and energy-saving devices.
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党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央将科技创新摆在国家发展全局的核心位置。我国科技事业迎来前所未有的重大历史机遇。2018年，我国研究与试验发展(research and development，R&D)经费支出占国内生产总值(GDP)的比例达2.18%，超过欧盟15国的平均水平，投入总量居世界第2位[1]。随着高校、科研院所研究人员和科研任务的持续增加，实验室产生的废液、废水、废气亦与日俱增，其对环境的影响也不容忽视。如果实验室废弃物不能得到有效处置，将会给生态环境、人民群众的生活及社会带来极大的安全隐患和负面影响。若对产废源头进行减量化、降危化处理，并将废弃物进行妥善处置、合理分类及资源化利用、充分循环，从而构建“绿色实验室”环境安全体系，则将带来显著的环境效益、社会效益和经济效益。
实验室产生的危险废液，作为一类特殊的液态废物，已被列入《国家危险废物名录》[2]。由于其特有的性质，一旦处理措施欠妥，则将对人群健康和生态环境带来巨大隐患。实验室废液中污染物成分复杂且浓度高，往往具有腐蚀性、毒性及易燃性等危险特性，不同组分的检测、化学行为、去除机制等相关研究均有较高难度。实验室排出的废水同样值得高度关注。我国很多高校和科研院所的实验室受到场地、经费等多方面因素限制，没有独立排水系统或专业的污水处理设备，其直接排入市政污水管网后，将对土壤、空气、水环境等均造成长期的负面影响。
本文讨论实验室环境安全体系的构建，着眼于实验室产生的废液、废水的安全管理，在分析部分国家先进管理经验的基础上，梳理了我国高校、科研院所实验室产生的危险废弃物及目前存在的问题，提出了开展实验室废液减量化、降危化研究和加强实验室废水回用研究及应用的策略，以期为我国建设资源节约型、环境友好型的“绿色实验室”提供参考。
1. 我国实验室危险废液、废水安全管理存在的问题
1)制度不完善或落实不到位，实验废弃物未能规范处置。我国针对实验室危险废物、废水等的污染防治规范、标准、指南尚不完善，不能完全指导实验人员、实验室管理者解决实际工作中遇到的诸多问题。科研单位普遍缺乏专职、专业管理人员和管理机构，从标准化、规范化角度安全管理实验室危险废弃物，不能及时指导实验人员按规定分类、处置实验室产生的废弃物。
按照国家和地方相关要求，高校和科研院所正在积极完善实验室在危废管理方面的制度，但具体落实和责任体系尚存在差异。有的单位虽然制订了相关规章制度，但并未结合实际制订细则，缺乏可操作性，致使制度落实不到位。对实验人员没有统一的管理标准，特别是对学生、一线实验人员缺乏培训，监督责任落实不到位，只能靠个人的理解，导致执行程度不一致。部分环保意识较差的实验人员，直接将废液随意放置、不按属性分类，甚至存在直接倒入下水道或垃圾桶的现象。
2)废液产量持续增加，处置费用日益剧增。在日常科研工作中，实验室产生的危险废弃物具有数量大、种类多、成分复杂等特点。这些废液主要为有机溶剂、重金属-有机废液和废酸/废碱。
依据《国家危险废物名录》和《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，实验室产生的危险废弃物主要由具有HW49(研究、开发和教学活动中，化学和生物实验室产生的废物)和HW03 (生产、销售及使用过程中产生的失效、变质、不合格、淘汰、伪劣的药物和药品)等危险废物经营许可资质的公司收置处理。目前，各产废单位产生的危险废液均由有资质的第三方机构收集、处置。随着科研任务的增加，废液产生量也持续增加，部分高校产生量和处置费用已经大幅提高[3]。
危险废液处置公司多采用焚烧或水泥窑协同的方式处置。然而，实验室产生的含重金属(如Hg、Cr等)、含砷危险废液处置难度大、成本高，无法使用焚烧法处理，导致危废处置公司收取高昂的清运费，甚至拒绝清运此类废液。
3)处置单位清运不及时，产废单位安全隐患大。近年来，随着我国对科研工作支持力度的增大，高校和科研院所研究任务持续增多。与此同时，实验室使用的试剂、药品数量和种类不断增加，实验室废弃物成分复杂、处理难度大，给生态环境造成的影响日渐凸显。
虽然各产废单位极力疏解存量，但未来一段时期仍然存在产废量与处理能力不相适应的矛盾。以北京市为例，在京高校、科研院所众多，但目前可以处理实验室危险废液(HW49)的企业数量极少。同时，受到首都产业结构调整等诸多因素影响，处置单位处理废液的能力受到限制，经常不能及时处置。以上原因导致产废单位危废清运不及时，实验室和危废库房长期大量存放，极大地增加了安全隐患。
4)实验室废水未得到有效处理，对环境有潜在不良影响。部分高校和科研院所没有设置单独的实验室排水管道，或没有安装实验室废水处理设施，实验室排出的废水未经处理及检测，即与生活污水混合后直接排入市政污水管道。这种现象常存在于较早建设的园区，在新建园区也未得到重视。通过对部分科研院所出水口的检测，一类污染物(总汞、总砷、总镉、总铅、总铬等)重要指标均有不同程度超标。
2. 部分国家实验室环境安全体系
2.1 美国实验室环境安全管理
美国高校和科研院所通常会设置环境健康与安全管理部门，这些部门人员通常提供环境、卫生健康、安全等方面的服务。由化学、生物学、卫生及安全相关专家组成，可以做到权责明确、责任到人，相关工作可以高效运行。美国的高校和科研院所对实验室废弃物处置主要遵循美国环境保护署(USEPA)的相关文件，对实验室废弃物的全生命周期都有相关规定进行指导和约束，规定的内容具有较强的实际操作性及指导性。研究人员可以按照相关规定，将废弃物送到回收地点或直接在实验室被处置，每一步都有明确具体的、切实可行的要求 [4]。
《资源保持和恢复法案》(Resource Concervation and Recovery Act，RCEA)为管理各类废弃物提供了框架性的依据，提出了“从摇篮到坟墓”理念。废弃物的产生部门有责任对其进行合理处置，从产生到处置进行全程监管，对废弃物的分类、存放、清运、处置等都有明确的要求。同时，也给予各研究机构依据实际情况决策的权利，允许其根据要求，选择合理有效的废弃物处置方法，鼓励实验室之间合理再利用化学废弃物，从而减少排放总量。
2.2 荷兰实验室环境安全管理
荷兰很多大学设有健康安全可持续部门[5]，为研究人员提供生命健康、安全和可持续发展等方面的服务，同时也提供辐射、转基因、环境安全问题的建议和指导。荷兰高校中的后勤部门负责普通废弃物的回收，设备管理部门负责危险废弃物和仪器的回收。荷兰大学、研究机构的实验室废弃物管理遵循欧盟颁布的法规《废弃物指令》(Waste Directive，2008/98/EC)和《危险废弃物指令》(the Hazardous Waste Directive，91/689/EEC)。
2.3 日本实验室环境安全管理
日本的高校、研究机构依据本国环境保护相关法律制定适合机构自身的实验室废弃物管理制度[6]。日本的相关法律主要指《废弃物管理和清扫法》。该法规对废弃物的分类、保管、收集、搬运、申报、处罚等均进行了较为详细的规定。日本有关废弃物处理的规定中，主要有“排出者责任”和“原点处理”两项基本原则。“排出者责任”原则是指废弃物的排出者对废弃物的产生、收集、搬运、处置均担负相应的责任；“原点处理”原则即对产生废弃物的源头进行有效处理。
日本高校大多设置了管理环境事务的机构，称为“环境保护中心”(后简称“环保中心”)。环保中心与各类研究所、管理部门平行设置，其管理委员由各院系的教授和准教授兼任。环保中心的职责主要包括4项：制定废弃物分类收集、搬运、处理的准则；对收集至环保中心的废液进行处理；对校内排放污水进行分析和检测；开展环境保护工作宣传、培训等相关工作。
日本高校对校内排水系统的管理非常重视。实验室排水系统与生活污水系统是相互独立的。实验室废水须经过处理、检测，符合排放标准后方可排放。高校的环保中心会承担不同种类的废液处理或处置。大部分废液尽量在环保中心处理，无法处理的废液则委托第三方有资质专业公司处理。
3. 绿色实验室环境安全体系的构建对策与建议
1)细化管理制度，完善管理流程。高校和科研院所等产废单位应按照国家、主管部门的要求，结合自身实际，制订行之有效的规章制度，并加以督促落实。对相关人员开展安全、环保等方面的培训。借鉴先进管理经验，成立专门负责实验室环境、健康和安全的机构，负责督促实验人员对各项规章制度的落实情况，并协调专业从事实验室危险废物、废液、废水无害化处置机构。
根据《北京市危险废物污染环境防治条例》[7]要求，北京市危险废物污染环境防治坚持预防为主、源头减量、全过程控制和污染担责的原则。任何单位和个人都应当采取措施，减少危险废物的产生量，降低危险废物的危害性。设立实验室的企业、学校、科研机构及其他相关单位应当建立健全实验室产生的危险废物管理制度，加强对危险废物的管理，依法收集、贮存、运输、利用、处置实验室危险废物，将危险废物处置费用纳入教学活动、科研项目预算，明确负责实验室危险废物管理的机构或者人员。实验室应当建立危险废物管理台账，危险废物管理人员应当定期对贮存设施、场所进行检查。同时，鼓励和支持危险废物污染环境防治科学技术的研究和应用，引导公众积极参与危险废物污染环境防治，使经济社会发展与环境保护相协调。
2)开展实验室废液降危减量化研究，实现“原点处理”。目前，高校、研究所、企业等各类产废单位的废液处置主要委托具有相关运营资质的企业收集、处置，而没有自建设施、设备进行处理，主要包括政策和技术等2方面原因。一是政策尚未完全明确。对于自行对本单位产生的危险废物进行处置和利用的政策尚未完全明确。生态环境部关于《危险废物经营许可证管理办法(修订草案)(征求意见稿)》[8](以下简称《办法》)目前仍处于征求意见阶段。《办法》中允许产生危险废物的单位在其厂区(场所)内，自行或者委托第三方专业机构对本单位产生的危险废物进行利用或者处置。二是技术实现难度较大。实验室废液处理相对于废水处理其对工艺技术要求较高，还没有可市场化、产业化、安全性高的服务机构提供相关技术服务。特别是工业强酸、强碱等苛刻废液的检测、处理仍存在技术瓶颈，如果不经过处理直接排放，将严重危害生态环境和人员健康。
坚持“节约资源和保护环境”作为我国的一项基本国策，倡导社会形成绿色发展方式和生活方式。对危废降危化、减量化、资源化处理，是构建资源节约型社会的一项举措。自“十三五全国危险废物规范化管理督查考核工作方案”实施以来，围绕危险废液规范化管理的措施陆续出台，科学、合理、有效的废液处置技术是各项政策法规顺利执行的重要保证。开展危废减量化、无害化处理，进而实现资源回收利用，将废液中的有价组分进行资源化回收，同时实现废液的回用，既有利于减少废液处理成本，又能降低对生态环境的潜在风险及危害，是对“无废城市”[9]建设理念的有效探索。亟需通过实验室危险废液处置的关键技术突破和创新，促进废液处置技术的研究向着构建资源节约型社会的目标发展，并为建设“美丽中国”和“无废城市”提供技术保障。
我国部分研究机构已开展废液降危化、减量化技术研究和处理设施的研制。中国科学院生态环境研究中心提出“分类预处理+二级处理+末端吸附”的废液降危减量化处理思路，研制了“实验室废液处置与达标排放一体化设备”，危险废液减量效果明显[10]；扬州大学结合实际情况初步构建成一套较为完善的实验室废液处置体系[11]；南开大学为了鼓励实验室教师自行解决处理好实验室产生的危险废物，成功研制了可放置于实验室的废液处理装置[12]。
3)加强科研单位园区废水处理，实现再生水循环利用。对实验室排水系统进行改造或在园区设置有效的集中处理和检测装置非常重要。通过研发小型化、独立、高效的废水处置设备，可以补充已建成实验室在废水处理方面的不足。例如，有的高校和科研院所缺少独立的排水系统，或者有独立排水系统但装置不足以满足市政排污需求，可以应用处置设备对实验室废水进行处理，处理后作为再生水用于园区绿化，对水资源保护、节约都有很重要的价值，从而产生一定的社会效益和经济效益。
4)提倡安全、绿色、节约的科研文化。实验室经常会产生有害废物或污染物。有数据显示，全球范围内的实验室每年会产生5.5×109 kg的塑料垃圾[13]，实验室产生的化学污染和生物污染给生态环境承载能力造成极大负担。与普通办公室相比，单位面积的实验室要多消耗10倍的能量和至少4倍的水。在日常实验过程中，要提高节约意识，如尽可能使用玻璃器皿、充分利用塑料制品；关掉非工作状态仪器；经常对实验室进行整理；建立仪器设备共享体系等。
4. 结语
在我国高校和科研院所建设绿色实验室具有重要意义。“绿色实验室”不只是节能、环保、安全的概念，而且完全可以通过技术手段将这一概念量化。实验室废液、废水安全管理产生的环境效益、社会效益、经济效益正是将“绿色实验室”这一概念量化的具体体现。绿色实验室与“无废城市”“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念一致，是建设“美丽中国”的有效实践。
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图 3 直接热脱附能量占比(清洁土壤温度500 ℃，能耗3 710 MJ·t-1)
Figure 3. Energy ratio of direct thermal desorption (clean soil temperature of 500 ℃, energy consumption of 3 710 MJ·t-1)
图 4 直接热脱附能量占比(清洁土壤温度320 ℃，能耗3 273 MJ·t-1)
Figure 4. Energy ratio of direct thermal desorption (clean soil temperature of 320 ℃, energy consumption of 3 273 MJ·t-1)
图 5 加入节能降耗模块后的直接热脱附系统流程图
Figure 5. Flow chart of direct thermal desorption system after energy-saving module addition
图 6 加装节能装置后热脱附能量占比图(清洁土壤温度320 ℃，能耗2 610 MJ·t-1)
Figure 6. Thermal desorption energy ratio after energy-saving devices installation(clean soil temperature of 320 ℃, energy consumption of 2 610 MJ·t-1)
图 7 不同含水率对土壤能耗的影响
Figure 7. Effect of different water content on soilenergy consumption
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