環境科學實驗室廢液“綠色化”管理探索與實踐

吳巖，杜立宇，肖亦農，黨秀麗，王展，鄒洪濤

(沈陽農業大學 土地與環境學院，遼寧 沈陽 110866)

0 引言

目前社會對高校學生動手實踐能力的要求愈來愈高，高校實驗課程也隨之增加，實驗室的種類、數量與規模不斷壯大，但也導致了實驗室污染物產生量的增加[1]。

據不完全統計，目前全國本科院校中生物和化工類的專業實驗室達700 多所，這些實驗室承擔了大量的本科生實踐教學培養工作及科學研究工作[2]，在運行過程中產生的廢液排放量雖然相較于企業較小，但是也會對環境造成一定的危害。一些實驗室的下水道與城市管網相通，污染物如果不經過處理就排入下水道，很容易引入下水道污染，對周邊水源、大氣和土壤造成危害，甚至污染地下水，影響人體健康[3-5]。因此，對高校化學實驗室廢液處理的“綠色化”改革意義重大。

1 環境科學實驗室廢液特點

本校環境科學專業每年開設實驗項目18 個，廢液種類繁多，根據產生的廢液類型可分為酸堿廢液、有機廢液和重金屬廢液。(1)酸堿廢液：主要是硫酸、鹽酸、高氯酸、磷酸、氫氧化鈉、氨水。例如在“水中砷的測定”實驗中，需要在酸性條件下進行反應，每個樣品需要加入6 mL的(1+1)H2SO4，共3 個班級進行實驗，需要的硫酸量很大；在“水中COD”測定中需要加入30 mL 的H2SO4-AgSO4液體，為純硫酸，酸性強。以上實驗結束后會產生大量酸性廢液，如果排入環境中，會影響水中動植物的生長。(2)有機廢液：主要是苯酚、甲醛、三氯甲烷、丙酮。例如在“葉綠素測定”實驗中，需要用到90% 的丙酮，濃度很高；在“揮發性酚測定”中需要用到苯酚；在“水中砷測定”的實驗中，需要用到大量的甲醛吸收液。這些有機溶劑如果不經過處理隨意排放到下水道，會影響人體健康，導致疾病產生。(3)重金屬廢液：主要是鉻、鎘、砷、汞的污染物。例如鉻主要來自“水中總鉻的測定”實驗中配制標準曲線時用到的鉻標液；鎘主要來自觀察動物在重金屬環境中的急性毒性的“急性毒性實驗”；砷主要來自“水中砷測定”“土壤對砷的吸附作用”實驗中的砷標液；汞主要來自“水中氨氮的測定”實驗中需要用到含有碘化汞的納氏試劑。這些重金屬污染物屬于一類污染物，極易對環境中的動植物及人體產生危害。

2 實驗室廢液“綠色化”管理的意義

綠色化學是美國最早提出的一門新興學科，這個概念的提出是21 世紀可持續發展對全球環境的調整[6]。綠色化學又稱環境無害化學、環境友好化學、清潔化學，即減少或消除危險物質的使用和產生的化學品和過程的設計。它的理念是基于源頭控制，從實驗的設計環節，就盡可能地不使用或者少使用對環境有污染的藥品。

綠色化學是維護生態環境的化學，從長遠的發展觀點看，放棄有污染的傳統化學實驗、探索傳統化學實驗的綠色化，是本科生實驗尤其是畢業論文實驗研究工作的必然趨勢[7]。環境科學實驗室需要測定水體及土壤中的各種污染物，必然會用到很多化學試劑，其中包括有毒有害試劑，如果沒有一些替代的實驗方法或其他措施，或者對實驗藥品使用不規范、不合理，對廢液、廢物沒有采取有效的處理措施，可能會造成實驗室的嚴重污染。

在本科生教育環節，要將“綠色化”實驗室管理的意義融入其中，使其成為實踐課程的重要組成部分，并且作為成績組成計入實驗教學總分。這一管理方法對學生將來的畢業設計、讀研、就業都有極大的促進作用，對培養具有環保意識和責任感的高素質人才具有非常重要的意義。

3 科學實驗室廢液“綠色化”管理實踐探索

3.1 改革實驗項目，減少廢液產生

環境科學實驗室要按照ISO4001 環境管理理念要求，根據污染預防、持續改進的目標，努力建立清潔實驗室[8]。對環境科學學科的實驗項目操作進行改革，盡量避免使用有毒試劑，既能達到教學效果，培養具有創新能力的人才，又可以減少廢液的產生，達到“雙贏”。

在學校教學改革項目的支持下，本專業基于廢液的“綠色化”管理理念，指導學生在上課過程中使用藥品時，遵守藥品使用的“5R 原則”，即減量使用或盡可能少用(reduce)、循環使用(recycle)、重新使用(reuse)、再生使用(regenerate)、拒用危險品(reject)或采用替代品(replace)[9]。實驗項目的測定盡量選擇無毒試劑進行教學，例如“大氣中二氧化硫的測定”實驗，國家標準方法是使用四氯汞鉀吸收液測定，但由于汞是劇毒物質，因此可改成“甲醛吸收法”，用低濃度的甲醛吸收液同樣可以達到良好的教學效果。

3.2 開展環保教育，控制廢液流向

目前部分人員環保意識淡薄，很多學生甚至教師對于廢液的種類不了解，缺乏專業知識，不能區分不同廢液的處理方式。針對這種情況，實驗教學人員和實驗室管理人員應定期進行危險廢物安全管理培訓，確保教師對廢液問題有專業的認識和重視。并且在學生進入實驗室進行實驗課之前，對其進行相應培訓，不僅要詳細講解廢液的處理方式，還要通過視頻、圖片等形式，讓學生直觀了解到廢液處理不當造成的安全事故和災難，促使學生在實驗室中細心謹慎、主動思考、高度重視，增強其環保意識。目前環境科學專業已經全面實行“綠色實驗室”安全教育機制，學生培訓后進行考核，合格后才能進入實驗室進行實驗學習，該措施實施后取得了良好效果，值得大力推廣。

3.3 建立回收制度，科學回收廢液

對于實驗室廢液的管理，國家環?？偩钟?004 年已將實驗室污染納入環境監控范圍，教育局也在2005 年下達了《關于加強高等學校實驗室排污管理的通知》[10]。目前學校設置了廢液處理辦法，要求實驗室在無法自行處理廢液時，將廢液科學回收，學校每學期集中收集一次，交給有資質的公司進行回收處理。

在實驗項目產生廢液時，可以先進行實驗室內處理，例如酸堿類廢液可指導學生進行酸堿中和，中和達標后可正常排放。而對無法自行處理的有機廢液、重金屬廢液、劇毒廢液等，必須進行回收。目前環境科學實驗室都設置了危險廢液區域，對不同的廢液進行分類回收，并貼好標簽。此外，將廢液的回收操作納入學生的實驗課考核中，作為平時成績進行管理，這種考核機制增強了學生的環保意識，保證了廢液回收的順利進行。

4 基于實驗室廢液“綠色化”管理下創新型人才的培養

實驗室廢液“綠色化”管理理念旨在培養具有分析問題和解決問題能力的創新型人才，要求學生在環保理念建立的同時，積極研究廢液的處理方法。

4.1 實驗試劑微量化

實驗試劑微量化是指以盡可能少量用反應容器和試劑來進行實驗課中原理和技術的學習，即實驗項目在達到教學效果的基礎上，盡量減少藥品的用量。例如，在進行比色法時，可以將定容使用的50 mL 容量瓶更換為25 mL 容量瓶，并將反應藥品的用量減半，達到在試劑用量最少的條件下取得實驗效果的目的。

另外，一些實驗項目可以利用虛擬仿真技術進行輔助教學，對某些含有劇毒藥品的實驗項目或者特殊的化學實驗，可以利用仿真模擬實驗達到實驗效果，這對實驗室的“綠色化”管理具有重要意義，也為高校實驗教學開辟了新領域。在進行仿真實驗時，學生可以通過虛擬操作，在仿真環境中選擇本實驗所需的設備和藥品，并根據實驗的原理和操作步驟，進行試劑的合理調配，實現實驗過程的仿真操作，以達到教學效果。這種方法不僅可以讓學生學習到基礎的實驗知識，掌握必備的實驗原理和技能，還可以大大減少實驗藥品的污染和廢氣的污染，對高校實驗室“綠色化”管理具有較強的促進作用。

4.2 建立綠色化為導向的人才培養機制

培養環境科學本科生專業的實踐動手能力，是當今社會對環境科學專業提出的要求，為了培養具有獨立思考能力和動手操作能力的高素質人才，可以在驗證性實驗的基礎上，開設綜合性的實驗項目。驗證性的實驗項目主體是教師，以教師講授實驗原理和具體實驗步驟為主。而綜合性的實驗項目則需要學生根據已經學過的理論知識，從實驗目的出發，通過查閱資料設計出合理的實驗步驟，并完成實驗操作，例如基于廢液的“綠色化”處理理念，可以設置處理廢液的實驗項目。環境科學的實驗項目主要是測定水中各個污染物的含量，在項目測定后，可以將廢液收集起來，利用所學知識對重金屬廢液、有機廢液、酸堿廢液分別進行相應的廢液處理。

另外，學?？梢酝ㄟ^大學生創新創業訓練項目、“互聯網+”大學生創新創業大賽、本科生畢業實習等途徑，培養學生的動手實踐能力，讓學生參與到教師的課題中，接觸前沿的學科領域，為學生將來走上工作崗位打下堅實基礎。

5 結語

高校環境科學實驗室的廢液量較多且種類繁多，如果處理不當將造成極大的危害。實驗室廢液的“綠色化”管理對高校本科生的培養是至關重要的，學校應高度重視廢液處理，從源頭開始，加強每個環節的管理，達到實驗室廢液的真正“綠色化”，保證高校師生的安全及環境的可持續發展。