高校化學(xué)實驗室廢水處理綠色化探索與實踐

王鵬偉，王繼芬

（1.上海第二工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，上海 201209；2.上海先進熱功能材料工程技術(shù)研究中心，上海 201209）

高等院校實驗室的化學(xué)廢液量大，成分復(fù)雜，處理不當(dāng)會對環(huán)境安全和人體健康造成嚴(yán)重危害。考慮到專業(yè)公司的工作成本也較高。在大專院校研究和建設(shè)綠色化學(xué)實驗室，不僅有助于促進實驗教學(xué)和學(xué)生對綠色建筑的興趣，而且有助于促進化學(xué)這門學(xué)科的長期發(fā)展。因此本文針對高校化學(xué)實驗室廢水處理綠色化的措施進行探究。

1 高校化學(xué)實驗室廢水的危害

1.1 酸、堿廢水廢液的危害

如果大學(xué)化學(xué)實驗室的廢水在使用后直接從水管中排出，會腐蝕水管壁并損壞排水管。如果直接排入河流，它可以改變水的pH，危及水生生物的生命；如果用于食品目的，這種廢水廢液給人類和牲畜身體健康帶來的嚴(yán)重影響很難預(yù)測。站在長遠的角度來看，這種廢水廢液也將對生態(tài)平衡及水體的自凈造成嚴(yán)重破壞。

1.2 有機廢水廢液的危害

某些從高校化學(xué)實驗室中排出去的廢水含有能夠污染環(huán)境的溶液和有機物質(zhì)，這些物質(zhì)對人類健康非常有害。例如，意外攝入含有甲醛的水會導(dǎo)致失明，即使其中只含有千分之幾的甲醛；意外攝入含有吡啶或氯仿的溶液會損害身體的神經(jīng)中樞；如果過量或長期攝入，會導(dǎo)致免疫力下降、功能受損，甚至死亡。

1.3 含重金屬廢水廢液的危害

高校化學(xué)實驗室還會排出含有重金屬的廢水廢液，而這些廢水廢液會造成極高的社會風(fēng)險，從抽樣調(diào)查的廢水中發(fā)現(xiàn)的重金屬便包括了鉻、鈷、鎘、鉛、汞、砷、銅和鎳。在這些金屬中，汞是最危險的，對人類所產(chǎn)生的毒性可達到最高值，而在室溫下，蒸發(fā)的汞會借由人們的呼吸進入身體，積累在人體內(nèi)很難清除的部位。它與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的某些酶發(fā)生反應(yīng)，可導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)紊亂，如過量食用會造成腦組織損傷，甚至死亡。

2 處理高校化學(xué)實驗室廢水的方法

2.1 活性炭吸附和還原法

使用活性炭進行廢水處理在處理含有重金屬離子的廢水和處理含有氯和礦物質(zhì)的廢水方面有非常好的效果。在活性炭的處理中，它不僅可以被視為一種化學(xué)成分，還可以被視為一種吸附劑。在pH<3的酸性條件下，活性炭可以還原高斯的三價鍵，進而能夠發(fā)揮較為顯著的重金屬離子吸附和有氯和礦物質(zhì)的廢水處置效果。此外，考慮到活性炭較高的吸附性特征，高校化學(xué)實驗廢水處置還可以在活性炭吸附鉻幾乎飽和后，向活性炭中加入酸性溶液，待六價銘離子被還原為單價針離子后，用適當(dāng)?shù)某恋韯⒊恋砦锿耆コＦ渌鬯绾需F銹和氯氣的污水，也可以用這種方式處理。除了這些物質(zhì)外，化學(xué)實驗室廢物中常見的有機烷烴、有機酸和溶劑廢物也可以通過活性點火來清理和掩埋。首先，有機相被分離，然后通過活化過程使有機相完全被吸附。活性吸附法主要是指去除用其他物理和化學(xué)方法無法去除的微量有機物。由于活性炭是一種常見的吸附劑，工藝簡單，成本低，易于維修，所以活性炭在廢水處理中的應(yīng)用廣泛。

2.2 沉淀法

沉淀法主要用于處理含有各種重金屬離子的實驗室廢水，一般用于實驗污水處理的沉淀法有兩種。第一種沉淀方法是氧化還原法，主要用于六價和其他物質(zhì)的還原。在這種方法中，在清除污染物之前，借助氧化還原反應(yīng)，毒性物質(zhì)的毒性會從高向低轉(zhuǎn)化。作為第二種沉淀法的凝固沉淀被用于無機、礦物和無機實驗室。絮凝助劑通常是聚合氯化鐵、聚合氯化鋁或聚合硅酸鹽，形成氫氧化物沉淀，以去除重金屬離子形式的污染物。這些絮凝劑有著作優(yōu)勢，比如分散和安全地去除油漆、改善濁度和去除藻類。

2.3 納米材料光催化處理

納米光催化方法有助于通過減少二級石灰的積累和再生吸附劑和絮凝劑來處理廢水。二氧化鈦納米顆粒和氧化鋅納米催化劑被廣泛用于光催化降解，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)和高活性。光催化的工作原理是：電子的光子進入通帶，形成電子-空穴對，激發(fā)光催化劑。這些空穴與光引發(fā)劑表面的羥基自由基反應(yīng)，產(chǎn)生羥基自由基，可以完全氧化和降解水中的有機污染物，由此產(chǎn)生的物質(zhì)通常是無害的。化學(xué)家們通過使用懸浮的二氧化鈦納米催化劑，展開了對電石廢水進行處理的相關(guān)實驗，經(jīng)過3h的催化后，實現(xiàn)了84%的重金屬離子去除率。

2.4 微生物化學(xué)法處理

微生物絮凝劑有一個特殊的功能，有一些物質(zhì)在溶液中很難分解，它可以讓這些物質(zhì)和懸浮固體產(chǎn)生沉淀與絮凝。微生物絮凝劑在廢水處理方面有非常廣泛的應(yīng)用，也提供了非常好的發(fā)展機會。研究人員在培養(yǎng)皿中培育出復(fù)雜的細菌，以生產(chǎn)微生物絮凝劑，石油化工廢水的濁度去除率提高了93.45%、處理石油的有效率53.42%、COD去除率20.98%。這表明，微生物化學(xué)方法在處理石油化工廢水方面是有效的。

2.5 超臨界水氧化技術(shù)

水中有機氧化物的氧化需要在特定溫度狀況中實現(xiàn)，通常是在臨界水溫和壓力的溫度被超出時，此時其他的無毒物質(zhì)及小分子便會氧化而成，利用這種方法，可將高達100%的石灰和99%COD有效去除。超臨界水氧化技術(shù)目前已成功用于處理苯酚、酒精、鹵化脂肪、芳香族、硝基苯、尿素、化學(xué)武器等。輻照技術(shù)也可用于處理廢水。電子束和高能光通常被用來處理更難處理的廢水流。該技術(shù)還可單獨用于廢水處理，另外還可以結(jié)合其他的工藝將水的處理效率進一步提升，將水中的病原體和細菌去除，從而對排放的化學(xué)廢水進行有效處理。

3 實驗室廢水的管理與削減措施

3.1 選擇合適的容器，分類收集處理

由于高校化學(xué)實驗室往往使用多種化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)物又有不同的性質(zhì)，因此選擇排放實驗室廢水廢液時，必須考慮到廢水的不同化學(xué)性質(zhì)，以及儲存地點和方法。通常發(fā)現(xiàn)實驗室的特殊容器被用來儲存和密封液體廢棄物，容器上往往會貼有標(biāo)簽，將儲存處理廢水的時間及其性質(zhì)進行標(biāo)注，對于濃度高且有毒和不可逆的有機溶液，應(yīng)進行特殊處理，并報請環(huán)保部門批準(zhǔn)，轉(zhuǎn)入具有相應(yīng)處理資質(zhì)和能力的設(shè)施進行處理；對實驗室污水處理設(shè)施，應(yīng)專門設(shè)計污水管道進行排放和處理。經(jīng)過預(yù)處理后，每個實驗室的廢水被均勻地排放到一個配備有凈化設(shè)施的池子中，污水得到進一步的處理，同時會有相關(guān)部門處理移交的污染物。另外為了能夠?qū)μ幚憝h(huán)節(jié)進行實時監(jiān)測，實驗室應(yīng)當(dāng)配備在線監(jiān)測工具，以便實時核查不達標(biāo)的污染和污水的清潔度。

3.2 優(yōu)化實驗內(nèi)容，改進實驗方法

在進行化學(xué)實驗時，必須遵循特定的順序，使每個反應(yīng)的產(chǎn)物盡可能地用于后續(xù)的實驗，對反應(yīng)過程和每個實驗環(huán)節(jié)所應(yīng)遵循的順序展開相應(yīng)的智能設(shè)計，通過智能修改實驗內(nèi)容，以便將過去的實驗產(chǎn)物盡可能地用于后續(xù)的試劑。

應(yīng)盡量減少實驗試劑的使用量，以保證實驗的效率，這也減輕了廢水處理系統(tǒng)的負擔(dān)。開展化學(xué)實驗是為了讓學(xué)生有機會通過觀察化學(xué)現(xiàn)象加深對化學(xué)原理的理解。因此，要想節(jié)省實驗設(shè)計的成本，除了獲取更多的化學(xué)信息外，還要將化學(xué)試劑和材料的應(yīng)用減少，通過借鑒其他學(xué)校的經(jīng)驗，高校化學(xué)實驗室可將實驗縮小或微型化，做到低成本實驗的同時，將對環(huán)境的影響降低。

高校還應(yīng)當(dāng)對學(xué)生和教授積極鼓勵，支持他們對微型的實驗儀器進行開發(fā)研究并投入至實驗使用中。試劑用量小、廢棄物處理少的小型化實驗，減少污染并降低實驗所需成本，使綠色化學(xué)實驗的目的真正實現(xiàn)，同時還能夠?qū)W(xué)生們的環(huán)境保護意識有效提高。

3.3 全面推行清潔實驗

為了能夠在后期更好地處理高校化學(xué)實驗室排放的廢水廢液，一定要十分詳盡地對廢水廢液進行分類，應(yīng)當(dāng)注意的是分類過于繁雜會給科研及實驗人員增加工作壓力，因為要想做到毫無錯誤的分類幾乎不可能，甚至可能出現(xiàn)分類混合的情況，從而使后期對廢水廢液的處理難度增加。為了減少處理實驗室廢液所耗費的人力物力，同時將廢液順利回收，必須盡快制定出科學(xué)合理的分類原則，還要制定出安全、經(jīng)濟、方便的回收方案。

由于化學(xué)實驗涉及許多試劑的使用，可以通過用毒性較低或污染較小的試劑取代高污染或有毒的試劑來改進這些試劑。為了改善實驗室設(shè)備，有必要確保使用精確和準(zhǔn)確的實驗室設(shè)備，同時，規(guī)范實驗內(nèi)容和程序，減少污染的停留時間。目前，我國正在將綠色化學(xué)的概念積極推廣，為了盡早實現(xiàn)這一目標(biāo)，高校化學(xué)實驗室可展開清潔實驗。

3.4 積極開創(chuàng)微型實驗

微型實驗是為了將實驗中所使用的試劑數(shù)量、時間和對環(huán)境的污染減少而采用的一種微型化實驗，由于試劑的使用量減少，對人體和環(huán)境的污染傷害也會降低。為了將化學(xué)實驗的安全可靠性進一步提高，高校可選擇使用無毒無害的試劑對有毒試劑進行替代。

4 高校化學(xué)實驗室廢水的綠色化管理方法

4.1 從源頭抓起，嚴(yán)控廢液產(chǎn)量

高校要提升全校師生對化學(xué)實驗室使用過程中的環(huán)保意識，加大對化學(xué)實驗室廢液處理的宣傳工作，讓教師與學(xué)生都能夠重視問題，清楚認(rèn)識到處理實驗室化學(xué)廢液的重要性與必要性。從源頭上嚴(yán)格控制廢液產(chǎn)量，主動學(xué)習(xí)規(guī)范管理實驗室廢液的規(guī)章制度以及方式方法，在化學(xué)實驗、科研等活動中更加嚴(yán)謹(jǐn)操作行為，師生共同參與化學(xué)實驗室廢液處理與管理工作中，構(gòu)建起積極、自主的良好氛圍，提升高校化學(xué)實驗室廢液處理的及時性、規(guī)范性、有效性，更好地體現(xiàn)高校化學(xué)實驗室使用價值。

例如，高校可以構(gòu)建起線上宣傳結(jié)合線下宣傳的融媒體宣傳模式，一方面在師生大會等面對面的活動場合宣傳化學(xué)實驗室廢液處理相關(guān)內(nèi)容，通過會議上的問答游戲、問卷調(diào)查等手段，掌握并分析高校師生對化學(xué)實驗室廢液的處理現(xiàn)狀，以此為依據(jù)，從實際情況可入手制定并落實后續(xù)的宣傳工作。另一方面在高校微信官方公眾號等新媒體平臺上，圖文并茂呈現(xiàn)湖泊受到的嚴(yán)重污染現(xiàn)狀，痛心的畫面震撼了教師與學(xué)生心靈，喚醒其責(zé)任意識和自覺性，師生主動執(zhí)行化學(xué)實驗室廢液管理的各項規(guī)章制度，從細節(jié)做起，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求處理化學(xué)廢液，顯著提升了化學(xué)廢液處理效率與排放合格率。

4.2 建設(shè)專業(yè)隊伍，健全設(shè)備設(shè)施

高校要打造高素質(zhì)的、專業(yè)的化學(xué)實驗室廢液管理工作隊伍，在此過程中提高錄用標(biāo)準(zhǔn)，引入高素質(zhì)的人才，加強對化學(xué)廢液管理員和處理員的思想教育培訓(xùn)、技能培訓(xùn)、業(yè)務(wù)培訓(xùn)、規(guī)章制度培訓(xùn)等工作，使其可以滿足崗位職責(zé)，在達到上崗考核標(biāo)準(zhǔn)后方可中正式投入工作。需注意的是，化學(xué)廢液管理人員的培訓(xùn)與考核不能只在崗前進行，工作過程中也要增加培訓(xùn)機會，使其積極接受再教育，與時俱進接受新思想、新處理方法、新管理模式，借鑒國內(nèi)外著名高校化學(xué)實驗室的廢液處理可靠經(jīng)驗，將其引入本校化學(xué)廢液處理工作中。通過健全工作人員的考核評價體系，及時發(fā)現(xiàn)工作人員存在的廢液管理及處理不足之處，以問題為導(dǎo)向進行個性化培養(yǎng)，不斷提升工作人員綜合素質(zhì)與廢液處理能力，順應(yīng)時代進步趨勢發(fā)展優(yōu)秀的廢液處理工作隊伍。

新時期背景下，高校化學(xué)實驗室廢液處理工作不能僅由人工勞動方式完成，還需要引入先進的設(shè)備設(shè)施與信息技術(shù)，才能夠極大提高廢液處理效率與處理效果，同時給予處理人員更有力的安全保障，避免其身體健康受到影響。所以，高校要在此方面投入更多的資金，引入并不斷完善化學(xué)廢液處理所使用的設(shè)備設(shè)施、軟件、數(shù)據(jù)庫等，為化學(xué)廢液的現(xiàn)代化處理創(chuàng)造便利、高效、安全、可靠的實施條件。

4.3 實施獎懲措施，提高監(jiān)督水平

隨著我國素質(zhì)教育的不斷深入，高校近年來的擴招促進學(xué)校規(guī)模不斷擴大，化學(xué)實驗室的使用頻率也極大增加，促進了化學(xué)廢液的產(chǎn)量與排放量增長，如果沒有加強對此的監(jiān)督工作，未制定和實施獎懲措施，很容易出現(xiàn)化學(xué)廢液排放不規(guī)范的情況。所以，高校要提高監(jiān)督化學(xué)廢液排放的工作力度，根據(jù)化學(xué)專業(yè)教師與學(xué)生數(shù)量、實驗室使用情況、廢液產(chǎn)量等制定與之相符的獎懲措施，靈活依據(jù)情況變化調(diào)整獎懲方法，在監(jiān)督、獎勵、懲處的重重作用下，保證并最大限度地提升廢液處理質(zhì)量。高校要面向大眾開放化學(xué)實驗室廢液處理的監(jiān)督渠道，讓各界參與到監(jiān)督化學(xué)廢液處理中，強化輿論作用的影響力，構(gòu)建公開、透明的化學(xué)實驗室廢液處理體系。

5 結(jié)束語

加強大學(xué)化學(xué)實驗室的環(huán)保意識，符合創(chuàng)建自然導(dǎo)向和環(huán)境友好型社會的主要思想，代表了大學(xué)教育改革的一個新興趨勢。將綠色實驗的內(nèi)容、師生綠色化學(xué)理念不斷完善和更新，同時對建設(shè)綠色化學(xué)實驗室的方法積極探索，是當(dāng)今化學(xué)工作者的責(zé)任和義務(wù)。當(dāng)前要想建立真正環(huán)保的高校化學(xué)實驗室，依然需要繼續(xù)解決諸多問題，相關(guān)高校及院系師生一定要對此保持關(guān)注。