實驗室廢水處理現狀及研究進展

劉君，邱敬賢，鄧剛

（1.航天凱天環保科技股份有限公司，長沙 410100；2.長沙環保（服務）工業技術研究院，長沙 410100）

近年來，世界各國對有效處理或適當處置化學工業、學術機構和政府部門廢棄物的理解已不斷加深[1]。但對來自各種實驗室的廢水（包括研究、教育、工業和農業等科研院所）還沒有足夠重視[2]。實驗室廢水是研究、教學和實驗活動過程中產生的廢物，還包括實驗室洗滌用水、冷卻水、清潔地面用水、消毒水等，甚至包括大量未使用的實驗試劑，其被認為污染最嚴重的廢水之一[3]。在我國，實驗室廢水排放尚缺乏具體的標準和相應的處理措施，未經處理直接將實驗室廢水通過排水管道排入下水道或廢棄藥劑直接混進實驗室廢棄物中進行處理是科研院所實驗室最常見的做法。但此類廢水呈現出多樣性，成分復雜多變，含有毒化學物質、有機化合物、重金屬、細菌等，會對生態環境和人體健康帶來嚴重的危害。廢水的最終歸宿通常是處理回用或達標排放，廢水處理通常是通過物理、化學、生物作用，如過濾、中和、沉淀、降解等減少或去除有毒有害物質。

目前，國內外實驗室廢水綜合處理的成熟工藝技術還未見報道，其不同于工業廢水有穩定的排放周期或污染物，實驗室廢水隨不同實驗室或同一實驗室所從事的科研課題不同而不同，且科研人員的實驗項目隨著創新思維而改變，故各類實驗室廢水有其自身的特點：一次性排放量少、間斷性強、成分復雜、瞬時多變等[4]，對環境污染也有多方面，如各種酸、堿、重金屬鹽、有機物等對人體和環境都有害。因此，實驗室廢水的處理不僅是科研人員的職責，也是科研管理的一個重要方面，在實現科研創新的同時不要給社會造成危害。因此，建立一種經濟可行的實驗室廢水處理方法已成為一項緊迫的環境問題。

1 實驗室廢水種類

因不同實驗室或同一實驗室所從事的科研課題不同，且科研人員的實驗項目隨著創新思維而改變導致實驗廢水種類復雜多變。根據實驗室廢水中所含主要污染物的性質，大致可以分為有機廢水、無機廢水、含病原微生物廢水和綜合廢水。1）有機廢水中含有常用的在環境中難降解的有機溶劑，如苯、酚、多氯聯苯、多環芳烴等；2）無機廢水主要含重金屬、氰化物、硫化物、酸堿等；3）含病原微生物實驗廢水主要是微生物實驗廢水、細胞實驗廢水、解剖臺沖洗廢水等；4）綜合廢水是指廢水中含有前三種廢水中的兩種或兩種以上的廢水，且含量均很高。目前，大多數實驗室排出的廢水為未經分類的綜合廢水。

2 實驗室廢水處理技術

目前，實驗室廢水處理技術很少，已存在的流程工藝主要是物理方法、物理化學法和化學氧化法以及上述方法的聯合工藝[5～8]。

2.1 實驗室有機廢水處理技術

很多有機物作為溶劑、表面活性劑、染料等在實驗室中得到廣泛應用[4]。實驗室有機廢水處理方法可以借鑒其它有機廢水的處理方法，主要包括生物法和物化法。但實驗室有機廢水毒性強、難降解，B/C比低，生物處理效果很難達到要求。對有機物濃度高的實驗室廢水，應先進行有機溶劑回收處理后，再用化學方法處理[9]；以實驗室有機廢水為研究對象，通過普通蒸餾回收廢水中的有機溶劑，采用Fenton氧化法處理廢水，實驗結果表明：Fenton氧化法可有效降低廢水中的有機物，是一種實驗室有機廢水進行處理的可行方法[3，9，10]。Dong等[11]采用超臨界氧化技術對其進行研究，處理后出水能滿足《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）的要求。但化學法因其處理費用昂貴受到限制，物理法中的吸附法由于其簡單，費用相對低而被廣泛推廣。常用的吸附劑主要有活性炭、硅藻土、粉煤灰、焦炭、分子篩等。王強[12]采用磷酸硅鋁分子篩處理實驗室有機廢物表明，處理后的廢水能達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（CJ 343-2010）的要求。屈軍艷等[13]探索了各種海南植物廢棄物制備的活性炭對實驗室有機廢水的處理能力，通過比較研究，發現甘蔗渣制的活性炭處理有機廢水的效果最佳，為后續有機廢水吸附劑的選擇提供了參考依據。

2.2 實驗室無機廢水處理技術

2.2.1 重金屬廢水

實驗室廢水中的重金屬離子主要來自實驗室開展的無機實驗、分析檢測或其他科研工作，故其種類、存在形態及含量隨不同的實驗項目而異[14]。通常采用化學沉淀法、吸收法、離子交換法、電化學處理法、膜過濾法等方法處理[4]。王煥英[15]采用離子交換法富集回收實驗室廢水中重金屬離子，材料是強酸性陽離子樹脂，鋅和鉛的去除率分別為98.7%和97.6%，處理效果明顯。含汞、鉛廢水的處理通常使用化學沉淀法，如硫化物沉淀法，常用藥劑為硫化鈉。但使用硫化鈉成本較高，且用量控制很重要。華北有色地質勘查局燕郊中心實驗室[16]采用硫化沉淀法和絮凝共沉淀法處理實驗室無機廢水中的砷，通過比較得出選擇絮凝共沉淀法處理效果更優，且操作簡單、價格低廉，是該類廢水較好的處理方法。

2.2.2 含氰廢水

實驗室含氰廢水還沒有成熟的處理工藝，但是可以借鑒已有的含氰廢水處理工藝技術，如氯堿法、電解法、鐵屑內電解法、臭氧氧化法、高溫分解法等，但電解法費用高，臭氧法耗能大，液氯法在運輸儲存上有不安全因素[17]。故低濃度的含氰廢水主要采用氯堿法，氯堿法是在堿性條件下，采用次氯酸鈉、漂白粉、液氯等氯系氧化劑將CN-氧化分解，使有毒CN-轉化成CO2和N2。廣州有色金屬研究院[17]采用次氯酸鈉兩段氧化+活性炭吸附聯合工藝對含氰廢水進行了除氰試驗，出水標準能達到《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）和《工業企業設計衛生標準》（ZB21-2010）的要求。

2.2.3 含堿廢水

酸堿是實驗室最普遍、使用最頻繁的藥劑，故產生的酸堿廢水也成為了實驗室廢水中排放量最大的一種，若不回收或處理，將嚴重腐蝕市政管網或相應構筑物及儀器設備；進入水環境，則會改變水體的pH值，危害水體的自凈作用，破壞自然生態，導致水生資源的減少或毀滅。當酸堿廢水中僅含有H+和OH-時，可以采用酸堿中和的方式進行處理，使pH值達到6.5～8.5，即可排放。

2.3 含病原微生物實驗廢水

微生物實驗室涉及大量病毒、細菌和真菌，這些微生物的危害程度、傳播途徑、存活期各不相同，尤其是生物安全實驗過程中產生的實驗廢水含有病毒、細菌和真菌等傳染性物質，因此病源微生物實驗廢水必須確保達到國家生物安全標準[18]。有害微生物滅活的方式多種多樣，但通過分析這些病毒、細菌和真菌等分類特征、生存狀態、依存環境，最有效、簡便的方法是高溫高壓滅菌。故含病原微生物實驗廢水應先收集通過高溫高壓滅活預處理后，進入正常實驗室廢水處理工藝流程。

2.4 綜合廢水處理技術

目前，大多數實驗室廢水是綜合廢水，含有各種酸、堿、重金屬鹽和有毒有害污染物等。因其成分復雜，不能使用單一處理技術使其達標排放。趙麗等[19]采用兩級絮凝-活性炭吸附法處理實驗室無機廢水，該廢水中存在重金屬、揮發酚、硫化物和苯胺等，結果表明，硫酸亞鐵與聚合氯化鋁結合的二級絮凝方法能有效降低廢水中的重金屬和硫化物等污染物濃度；活性炭對苯胺和硫化物的去除效果最佳，還有效降低了廢水的濁度和色度。環境保護部華南環境科學研究所[20]就某科研單位實驗室廢水處理工程提出了技術方案并已運行，采用了“混凝沉淀-接觸氧化-過濾-人工濕地”組合處理工藝，出水水質能達到廣東省地方標準《水污染排放限值》（DB 44/26-2001）中的一級排放標準。由此可知，組合工藝技術為實驗室綜合廢水處理實際應用奠定了基礎。

3 存在的問題和防范措施

3.1 存在的問題

1）環保意識薄弱。長久以來，科研人員將關注重心放在了實驗進程和結果上，忽視了實驗過程中給環境帶來的危害，實驗室廢水處理沒有得到足夠的重視；2）缺乏管理部門的監管和實驗室廢水排放標準。在沒有管制和科研經費緊張的情況下，科研人員并不希望把資金投入廢水處理過程；3）缺乏實驗室完善管理體系。實驗室廢水量少分散，對實驗過程中產生的副產物未做明確收集處理的要求。這些問題都導致目前尚沒有嚴格的實驗室廢水處理工藝。

3.2 防范措施

1）要加強科研人員和科研院所領導的環保意識，在注重科研創新成果給社會帶來利益的同時，也要考慮其造成的負面影響。盡可能減少實驗室藥劑的使用和浪費，對可回收藥劑進行回收循環利用；2）完善實驗室廢水排放標準和監管制度，使其能達標排放；3）完善實驗室管理體系，對產生的廢液分類收集后按要求處理。因實驗室廢水分散、量少的特殊性，適合采用一體化設備對其進行處理，采用工藝簡單、能耗少、占地面積小、自動化程度高的實驗室廢水處理設備必然成為日后研究的主要方向。一種綜合廢水處理工藝可作為參考（見下圖）。

實驗室綜合廢水處理工藝流程

4 結語

實驗室廢水總量不大，但由于其具有周期性強、瞬時排放濃度較高、排污集中、有毒物質濃度較高等特點，必須選擇合適的污水處理工藝進行處理，并確認符合《污水排入城市下水道水質標準》（CJ343-2010）后再排放。但其量小、分散，采用工藝簡單、高效、低成本、操作方便的分散式污水處理一體化設備將成為實驗室廢水處理的發展趨勢，同時也具有推廣應用價值。