淺析高校實驗廢水的處理

王寒 張舜（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 410128)

引言

實驗技能是高校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的基本功，也是本專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本技能。環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)所涉及的內(nèi)容比較寬泛，它包含了環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理與保護等。該專業(yè)公共課程包括了必修的四大化學(xué)，即無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)。化學(xué)是一門實驗性很強的專業(yè)，它的很多教學(xué)要在環(huán)境工程實驗室完成，達到教學(xué)與實驗充分的融合。化學(xué)實驗在進行過程中，要用到很多水清洗容器和儀器、用作溶劑和衛(wèi)生用水及其他用途等。《教育部國家環(huán)境保護總局關(guān)于加強高等學(xué)校實驗室排放管理的通知》中明確指出將排污納入環(huán)境監(jiān)測范圍[1]，實驗室廢水的排放已成為各高校面臨的嚴(yán)峻問題。以下就環(huán)境工程實驗室廢水處理方法及污染防治措施提出幾點意見。

一、環(huán)境工程實驗室廢水成分

根據(jù)實驗室廢水中所含的成分分為有機廢水和無機廢水。

1.無機廢水

無機廢水中所含的污染成分主要有重金屬、酸堿鹽、酸堿、氯離子、氰化物、硫化物等。重金屬主要是鎘、汞、鉛、銅、鉻、鈣、鐵等。酸堿鹽是各種強酸弱酸與強堿弱堿反應(yīng)的產(chǎn)物，如NaCL、KNO3等。強酸包含鹽酸、硝酸、硫酸等。強堿有NaOH、KOH等[2]。

2.有機廢水

有機廢水中常見的污染物基本來自有機溶劑，它包括酚類、醚類、醇類以及苯類等。酚類主要包括苯酚、對苯二酚以及萘酚等。醚類主要包括乙醚等。醇類主要是甲醇和乙醇。

二、廢水的危害

環(huán)境工程綜合實驗室中的廢水污染成分復(fù)雜、危害嚴(yán)重，如果不經(jīng)處理而直接排放，廢水經(jīng)下水管進入河流會造成學(xué)校周圍居民生活用水、農(nóng)作物灌溉用水的污染，嚴(yán)重影響社會環(huán)境。揮發(fā)性有機物質(zhì)會刺激學(xué)生及教師皮膚，通過皮膚接觸和呼吸進入體內(nèi)危害身體健康。以下從各成分單獨分析。

1.無機物質(zhì)的危害

重金屬中汞的危害程度最大，它可使人的呼吸道、神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞，它可以由呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)以及皮膚直接進入人體，嚴(yán)重時可危及生命。其它重金屬危害程度僅次于汞，食入體內(nèi)亦可使人中毒而死。鎘經(jīng)呼吸道進入人體后，造成積累性中毒，能導(dǎo)致肺氣腫，損害腎功能，腎小管吸收不全，過多的鈣長期受損失而得不到補充，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和骨骼軟化[3]。驗室常用的酸堿有H2SO4、HCl、H NO3、NaOH 、KOH 、Na2CO3等若直接排放，會造成系統(tǒng)PH改變，PH過低顯酸性，當(dāng)PH＜5時會腐蝕金屬管道；PH＞7呈堿性，水酸堿性過高或者過低均能破壞生態(tài)系統(tǒng)，影響城市污水處理。氰化物分離出的氰離子（CN_）能夠抑制人細(xì)胞內(nèi)酶的活性使組織細(xì)胞不能利用血液中的O2而造成內(nèi)窒息[4]。

2.有機物質(zhì)的危害

實驗室廢水所包含的有機物中酚類、醚類、醇類均容易揮發(fā)且具有毒性。其中酚類毒性最大，它是一種細(xì)胞原漿毒[5]，其毒性與細(xì)胞原漿中的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng),具有致癌、致畸、致突變毒性,飲用含酚的水可引起神經(jīng)系統(tǒng)的各種疾病，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致人中毒死亡。甲醇無論是經(jīng)過呼吸還是飲用進入人體，輕者使人體神經(jīng)系統(tǒng)遭到破壞，重者可導(dǎo)致人死亡。

三、實驗廢水處理方法

高校實驗室廢水量較少，但危害性極大，其排放還具有一定的間歇性。根據(jù)污染物的組成不同采取不同的處理措施與方法。根據(jù)上述廢水中的物質(zhì)分析，采用以下集中處理方法。

1.無機廢水處理

（1）重金屬的處理

對于含有較多重金屬的實驗室無機廢水，一般采用絮凝沉淀法或者硫化物沉淀法。不同的重金屬離子采用不同的絮凝劑，本文分析的廢水中所含的金屬可以再弱堿條件下除去。反應(yīng)式如下：

硫化物沉淀法是在弱堿條件（PH 8～10）下加入硫化鈉，用碳酸鈉調(diào)節(jié)PH值。反應(yīng)式如下：

除以上兩種方法外，重金屬離子處理還有吸附法等。吸附法是將廢液濃度稀釋后，加入過量的活性炭，調(diào)節(jié)PH值到6，充分?jǐn)嚢柽^濾，濾除濾渣。

（2）硫氰化物的處理

氰化物有劇毒，我國氰化物的最高排放標(biāo)準(zhǔn)(以CN-計)為0.5mg／L【5】。可以用Na2S203溶液進行處理，使其生成毒性較低的硫氰酸鹽，之后再用熱水沖洗，也可用F eSO4、KM nO4、NaClO2等與其反應(yīng)代替Na2S203，如果氰化物廢液濃度低，用NaOH調(diào)節(jié)PH值至10以上呈強堿性，再加入KM nO4使CN-氧化分解，之后再行排放。

硫化物的處理可采用吸附法，向?qū)嶒炇覐U水中加入一定量的吸附劑，利用其比表面積大、吸附能力強的特點使硫化物吸附出去[6]。另外空氣氧化法也是去除硫化物的一種方法，利用空氣中的氧將二價硫離子氧化成無毒的硫代硫酸鹽和硫酸鹽，反應(yīng)式如下：

與吸附法相比空氣氧化法較簡單。

2.有機廢水處理

酚類可以在氧化劑最用下氧化為無毒物質(zhì)，低濃度的含酚實驗室廢水可加入NaClO2或者漂白粉等氧化劑，在堿性條件下使酚氧化為CO2和H20。操作中要注意控制PH在7～9之間為宜，加入氧化劑的量為廢液中含酚量的十倍，加入一定量高錳酸鉀維持反應(yīng)后顏色為粉紅色為宜。高濃度的含酚實驗廢水可以用乙酸丁酯進行萃取，之后再用少量的NaOH溶液反萃取，注意調(diào)節(jié)PH。部分有機廢液可以回收，回收的有機溶劑應(yīng)先在分液漏斗中洗滌，將洗后的有機溶劑進行蒸餾或分餾處理加以精制、純化，供實驗重復(fù)使用。在對實驗沒有影響的情況下盡量將用過的溶劑回收，反復(fù)使用。對可溶于水的有機物，例如：甲醇、乙醇、醋酸等溶劑，因能被細(xì)菌作用易于分解，故這類溶劑的稀溶液，經(jīng)用大量的水稀釋之后，即可進行排放。無法回收的有機廢液一般可以采用焚燒法、活性碳吸附法、溶劑提取法、氧化分解法、水解法以及生物化學(xué)法[7]。

四、防范措施

根據(jù)實驗廢水性質(zhì)和高校實驗室現(xiàn)狀，本課題提出以下幾點防范措施：

1.建立廢水處理池

將實驗廢水集中排放、集中處理。建立本校實驗廢水排放池，根據(jù)自身廢水性質(zhì)應(yīng)進行分類處理、收集廢液。廢水池的建立可有效防止污水外流污染周邊水質(zhì)。排放模式如下：

實驗廢水→實驗室初步處理→排放至集水池沉淀→物理化學(xué)方法處理→排放至污排

2.環(huán)境安全管理

加強實驗室環(huán)境安全管理意識，尤其是實驗室廢水安全排放的意識與責(zé)任，建立獨立、完善的實驗室廢水排放系統(tǒng)和廢水處置制度。

3.合理設(shè)置教學(xué)模式，推行清潔式廢水生產(chǎn)

從源頭上控制有毒廢水的產(chǎn)生，開展清潔式生產(chǎn)是控制環(huán)境工程實驗室廢水污染的有效手段，它能在污染產(chǎn)生之前就予以削減，能真正有效地控制廢液的產(chǎn)生和危害，同時減之后治理的負(fù)擔(dān)。具體方法如下：

（1）采用多媒體教學(xué)

利用電腦軟件模擬整個實驗過程，讓學(xué)生感同身受、身臨其境，實驗過程不采用大量化學(xué)試劑，這樣就避免了實驗廢水的產(chǎn)生以及實驗廢水帶來的危險。

（2）用無毒試劑代替有毒試劑

從源頭避免有毒廢液的產(chǎn)生，如乙酰氯的相關(guān)性質(zhì)實驗已取消，醋酸酐因是制冰毒的二級原料，酐的水解實驗由醇的水解實驗代替等。

（3）合理的課程設(shè)計

將實驗藥品循環(huán)利用，這就要求環(huán)境工程試驗課程設(shè)計合理恰當(dāng)，即達到上一實驗的生成物是下一實驗的反應(yīng)物，這樣做可以節(jié)省藥品，減少污染。學(xué)生在練習(xí)溶液配制時可以配制酸、堿溶液而酸堿溶液又可用來做酸、堿中和滴定試驗，把實驗中的廢酸、廢堿都收集起來，既減少了對環(huán)境的污染又避免對下水道的腐蝕，廢物得到二次回收利用。如廢酸、次氯酸鈉等可用于實驗樓、學(xué)生公寓衛(wèi)生間的衛(wèi)生清洗，在存放揮發(fā)性酸的試劑柜里放置廢堿，可以消除酸氣，既改善了實驗室環(huán)境廢物又得到利用。

（4）試驗過程“微型化”

在進行環(huán)境工程實驗時，可以將實驗過程中的容器及藥品“微型化”，同樣一個實驗我們可以容器由500ml改為50ml，將藥品同比例縮減配制出同樣濃度的試劑，即我們通常所說的“小量化實驗”，整個操作步驟試驗方法不變，既不影響鍛煉學(xué)生的實驗技能又節(jié)約藥品、減少污染物的排放。

4.廢水處理后的效果

經(jīng)過以上處理方法和防范措施每周取集水池里處過的實驗室廢水進行化驗，部分指標(biāo)與國家排放標(biāo)準(zhǔn)[10]對比如下：

表1 實驗室廢水處理后水質(zhì)與國家標(biāo)準(zhǔn)對比

可見經(jīng)過以上處理方法得到的水質(zhì)達到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)，處理方式得當(dāng)有效，值得借鑒推廣。

結(jié)束語

在環(huán)境工程實驗教學(xué)中，很多高校忽視了對實驗廢水的管理，對廢液進行很少的處理，從而導(dǎo)致實驗廢水污染周邊環(huán)境。本實驗研究課題為實驗廢水污染防治措施，對減少實驗廢水有毒有害物質(zhì)排放，使其達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)提出了合理的治理和防范措施。由于實驗廢水中含有多種組份 ，本課題組采用分類收集 ，分類處理，在處理方法上采用了廢水處理領(lǐng)域的成熟工藝，如絮凝法、酸堿鹽沉淀法、吸附法、氧化分解法、蒸餾回收法、以及焚燒法等，達到了良好的效果。對保護實驗室周邊水質(zhì)、環(huán)境有積極意義。

[1]梅光泉.重金屬廢水的危害及治理[J].微量元素與健康研究，2004，21（4）：54-56.

[2]趙睿新.環(huán)境污染化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[3]李鐵龍，金朝暉，宣曉梅,等.實驗室廢水處理初探[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2004.6：73—76.

[4]王敏，鄭素芹，段穎.實驗室中對汞及其含汞廢液的處[J].黑龍江醫(yī)藥科學(xué)，2001，24（3）：85.