自制裝置用于大學化學實驗室的廢液預處理

趙 靜 施巧芳 吳 俊

(揚州大學 化學化工學院，江蘇 揚州 225002)

化學類實驗是國內各綜合性大學和工科院校諸多專業學生的必修課程。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》要求不斷提高學生的實踐創新能力，鼓勵學生主動實踐，開展實驗，從實踐中學習[1]。我校化學化工學院根據要求增加了大學階段化學類實驗的實踐內容，在一定程度上增加了化學試劑的使用數量，從而導致實驗室廢液量的增大。其次，隨著大學擴招及化學類實驗教學內容的不斷改進，參加上述實驗課程的學生人數逐年增加，也使得實驗室產生越來越多的化學實驗廢液，由此產生的環境污染及安全問題不可忽視[2]。

1 自制廢液預處理裝置的必要性

我校化學化工學院實驗教學產生的廢液，不僅COD值高，且成分復雜，一般含有無機腐蝕性物質，如酸、堿等廢液；還有有機酸類、無機鹽離子、一些重金屬離子、其他羧基、羰基、羥基、氨基、芳環、酚類、醚類等有機化合物。實驗室產生的這些化學廢液大多具有毒性、腐蝕性、爆炸性、易燃性等多種危害性，處理不當會造成嚴重的安全事故[3，4]。

2011年以來，我校環境科學與工程學院自制了一整套大型的實驗室廢液處理裝置，并承擔了全校各校區的廢液集中處理工作[5]。但鑒于化學化工學院廢液的特殊性(高濃度有機物，高COD，金屬離子成分復雜等)，雖然學院一般對廢液進行預分類收集，但未經預處理的廢液仍然對學校廢液處理裝置造成嚴重的負面影響，經常造成該裝置堵塞、生物毒化脫落等不正常現象，引起其間斷性停工檢修和維護。因此，設計開發一套有針對性的化學廢液預處理裝置，通過該裝置對化院實驗教學廢液進行預處理，增強廢液的可生化性，減小其對學校廢液處理裝置的沖擊負荷，提高化學廢液的整體處理效率。

2 裝置設計思路

針對上述問題，我們自主設計開發了一套專門針對化學廢液的預處理裝置，如圖1(示意圖)和圖2(實物圖)所示。

圖1 化學廢液預處理裝置示意圖

圖2 化學廢液預處理裝置實物圖

本自制裝置采用間歇式處理方式。化學廢液主要經過化學-物理作用進行預處理，該裝置涉及三個處理單元，主要設計思路有以下幾點。

(1)中和混凝罐(圖1中圖例1)：主要對化學廢液進行pH值調整，同時盡可能除去廢液中存在的重金屬離子、實現固液分離。

(2)臭氧超聲罐(圖1中圖例2)：該罐體采用雙層夾心式設計，即夾層內部安裝超聲發生器，并主要安裝于罐體的中下部分，多個超聲發生器均勻分布，使超聲作用能夠均勻的作用于廢液處理，最大可能發揮其效能。同時考慮到超聲產生的噪聲影響，在夾層內部(靠外部分)加裝一層隔音層，達到吸波的作用，增強該裝置的操作舒適度，改善工作環境。

(3)撬裝可移動設計：所有罐體通過耐腐蝕管道連接，管道采用螺紋連接，增強其可維護性及可修理性。同時采用撬裝設計，保證裝置具有可移動性，便于進行異地廢液處理，具有更好的普適性。

(4)自動化控制方式：裝置設計為配合儀表進行現場手動控制和PLC自動控制，這樣現場發現設備故障時可以快速地切斷故障設備的運行，在整個系統中，保證系統其它無關聯設備的正常運轉。這樣可以保證裝置的穩定運行。

3 裝置取得成效

該自制的化學廢液預處理裝置自投入實用階段以來，主要在以下三方面取得了良好的成效：

(1)化學廢液處理效果。該裝置可將廢液中存在的重金屬離子、金屬離子形成沉淀，實現固液分離。通過對廢液的處理結果檢測表明，裝置對Cr、Co、Ca、Fe等金屬離子的總體去除率在90%～97%之間，有效減少了廢液中的金屬離子含量，增強了其可生化性。其次，通過超聲和臭氧聯合作用提高廢液處理效率，大幅降解了廢液中的有毒有機物含量。對有機廢液處理結果表明，該裝置對廢液中的COD去除總效率達75%～87%，達到了充分降低COD的效果。

(2)教學及科研效果：本自制裝置不僅解決了實驗教學中涉及的化學類廢液的預處理問題，能夠滿足化學學科專業實驗教學的要求，同時還豐富了相關教學內容，提高了化學實驗室建設水平。該裝置還為化學化工類大學生科創競賽、挑戰杯等實驗項目提供了實驗實踐平臺。

(3)普適性效果：該裝置涉及的臭氧+超聲氧化對本校各類廢液(不僅僅是化學類廢液)均具有良好的氧化降解處理作用，能有效降低其COD值，提高可生化性。因此不僅化學化工學院受益，其他涉及廢液的學院也具有可操作性，即該裝置具有很好的普適性。目前該裝置已申報專利(一種采用超聲-臭氧協同降解實驗室化學廢液的預處理裝置，申請號：202022666783.0)。

4 結語

隨著全社會環保及安全要求的迅速提高，大學實驗室化學廢液的收集及預處理對我國所有高校來說都是一項全新的任務及挑戰。教師根據實際需要，設計并開發有針對性的化學廢液處理裝置，不僅具有良好的創新性、實踐性，更體現獨創性(市場上購買不到此類產品)，也是教學及科研相結合的研制成果。將該裝置用于實際教學，不僅提高了化學廢液的整體處理效果，增強了學生的工程設計及環保理念，而且激發了學生的創新意識和探索求知欲，提高了教學效果及科研能力。