高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理綠色化探索與實(shí)踐

陳藝敏，陳建福，蘇火煌，黃慧珍

?

高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理綠色化探索與實(shí)踐

陳藝敏，陳建福，蘇火煌，黃慧珍

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 食品與生物工程系，福建 漳州 363000）

高校實(shí)驗(yàn)室污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，對(duì)周?chē)h(huán)境和人體健康造成不利的影響。在概述化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水治理的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，提出防治與治理相結(jié)合的措施，采用氣浮法、厭氧生物濾池和活性炭吸附法治理實(shí)驗(yàn)室廢水，實(shí)現(xiàn)本系化學(xué)實(shí)驗(yàn)室綠色化。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水；實(shí)驗(yàn)綠色化；廢水治理

1 高校實(shí)驗(yàn)室廢水排放與危害

隨著高校的擴(kuò)招和科研項(xiàng)目的增加，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的需求越來(lái)越多，各類(lèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)數(shù)目不斷增加，從實(shí)驗(yàn)室中產(chǎn)生的“三廢”（廢氣、廢水和廢渣）的排放也相對(duì)增多。實(shí)驗(yàn)室實(shí)際上是一類(lèi)典型的小型污染源，高校實(shí)驗(yàn)室“三廢”排放具有成分復(fù)雜、污染點(diǎn)面廣、量少、時(shí)間不確定、難于集中等特點(diǎn)。

高校實(shí)驗(yàn)室廢水的排放周期不定，排放水量也無(wú)規(guī)律性，且所含污染物的成分較為復(fù)雜。實(shí)驗(yàn)室排放的廢棄物按化學(xué)性質(zhì)可分為有機(jī)廢物和無(wú)機(jī)廢物兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)廢水主要包括酸堿廢水、含重金屬（如Hg、Cr、Pb等）的廢水,含硫化物的廢水和鹵素離子的廢水等。而有機(jī)廢物以有毒物質(zhì)多（如酚類(lèi)、苯胺類(lèi)物質(zhì)等）、易燃易爆物多（如含過(guò)氧基的有機(jī)物等）這兩個(gè)特點(diǎn)使有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題更為突出。實(shí)驗(yàn)室的廢水量雖然相對(duì)較小，但是如果不加處理就對(duì)外排放，將對(duì)環(huán)境造成極大的污染,所以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室污染的防治與治理刻不容緩。目前在高校實(shí)驗(yàn)室仍經(jīng)常出現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)室對(duì)產(chǎn)生的廢水僅僅是簡(jiǎn)單的處理，甚至不作任何處理就直接排入下水道。

不經(jīng)過(guò)處理直接排放到城市下水道的實(shí)驗(yàn)室廢水，會(huì)對(duì)江河湖泊和地下水造成嚴(yán)重的污染，進(jìn)而造成對(duì)魚(yú)類(lèi)和土壤的污染。無(wú)機(jī)廢水中的酸堿廢液排入水體會(huì)影響水生生物的生產(chǎn)和漁業(yè)生產(chǎn)，排入農(nóng)田會(huì)使土壤酸化或鹽堿化，危害農(nóng)作物。重金屬?gòu)U水主要有：鉛、汞、鎘、鉻、砷等離子，這些物質(zhì)如果一次性大量地?cái)z入，就會(huì)造成人體急性中毒；小量多次攝入，長(zhǎng)期可造成人體致畸、致癌、致突變。有機(jī)廢水排入水體后可引起生態(tài)效應(yīng)，導(dǎo)致生物在種類(lèi)和數(shù)量上的變化，和溶解氧效應(yīng)，造成水質(zhì)惡化而危及水生生物的生存[1]。因而加強(qiáng)高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理,研究化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水綜合治理的方法,以及培養(yǎng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí)勢(shì)在必行。

2 實(shí)驗(yàn)室廢物治理的研究現(xiàn)狀

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室污染問(wèn)題，一方面，不少學(xué)者提出了“綠色化學(xué)”的概念[2~5]。它的核心是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中盡量減少或消除使用和生產(chǎn)有害物質(zhì)。在高校實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)減少化學(xué)試劑的用量、開(kāi)展微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)、拒用危險(xiǎn)試劑，使用替代品等來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。以甲苯的水蒸氣蒸餾實(shí)驗(yàn)為例，用乙醇代替甲苯進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，避開(kāi)使用甲苯這種有毒、對(duì)空氣污染大的試劑。對(duì)于要用有毒、有輻射源危險(xiǎn)、易燃易爆的藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以采用仿真實(shí)驗(yàn)，利用計(jì)算機(jī)內(nèi)的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件來(lái)進(jìn)行。也有學(xué)者提出[6]，要真正解決高校實(shí)驗(yàn)室的污染問(wèn)題，更重要的是提高學(xué)生的環(huán)境意識(shí)，認(rèn)真落實(shí)環(huán)保規(guī)章制度，在實(shí)驗(yàn)中貫徹綠色化學(xué)的概念。

另一方面，對(duì)實(shí)驗(yàn)室污染物提出一些處理方法。主要的實(shí)驗(yàn)室廢水處理措施包括活性炭吸附法[7]、絮凝沉淀法[7]、酸堿中和法[8]、離子交換法[9]、活性污泥法[9]、焚燒法[9]等進(jìn)行處理，使其良性循環(huán)。其中酸堿中和法、絮凝沉淀法、離子交換法主要用于去除廢水中的無(wú)機(jī)污染物，活性污泥法、焚燒法用于去除廢水中的有機(jī)污染物，而活性炭吸附法用于對(duì)出水要求較高的二級(jí)處理。實(shí)驗(yàn)室廢水的處理應(yīng)該根據(jù)廢水性質(zhì)有針對(duì)性地進(jìn)行分類(lèi)處理，盡可能降低處理難度。由于實(shí)驗(yàn)室廢水的成分復(fù)雜，不能預(yù)期只用一種方法就能去除所有的污染物，應(yīng)該用幾種方法組合來(lái)處理。

3 實(shí)驗(yàn)室廢水處理的探索和實(shí)踐

我系實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室污染物主要以廢水為主，包括無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的酸堿廢水，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的含鹵素、含苯等有機(jī)化合物的廢水，以及環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的含鉻、含汞等重金屬離子廢水。為了治理實(shí)驗(yàn)室廢水，我們采取了防治和治理相結(jié)合的措施。

實(shí)驗(yàn)室廢水防治從減少污染的源頭做起，將減量化、資源化和無(wú)害化作為實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。減量化即教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，對(duì)于產(chǎn)生污染的藥品，在可以達(dá)到預(yù)期目的條件下，減少藥品使用量。在化學(xué)試驗(yàn)中推行微量與半微量相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)方案，減少污染物的排放量。微量化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試劑用量為常量的1/10到1/1000，可以大大減少實(shí)驗(yàn)室廢物排放量并減少實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)開(kāi)支。資源化即加強(qiáng)廢水廢渣的回收利用，使用可以循環(huán)利用的藥品。例如讓學(xué)生回收實(shí)驗(yàn)剩下的化學(xué)藥品或回收廢水中的貴重金屬如銀等，以便下次實(shí)驗(yàn)使用。無(wú)害化即用無(wú)毒無(wú)害的藥品代替有毒有害物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如在測(cè)量污水中COD含量的實(shí)驗(yàn)中，采用污染小的高錳酸鉀法代替污染大的重鉻酸鉀法。對(duì)有毒污染性大的實(shí)驗(yàn)考用仿真實(shí)驗(yàn)或低毒實(shí)驗(yàn)代替。我系已經(jīng)采用計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)和玻璃仿真系統(tǒng)的模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)部分實(shí)驗(yàn)無(wú)污染的操作。

實(shí)驗(yàn)室廢水治理首先從廢水的分類(lèi)收集做起。目前，主要分為酸堿廢水、含重金屬離子的廢水和有機(jī)廢水。在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)置廢液桶，統(tǒng)一收集處理，再集中放到危險(xiǎn)廢物儲(chǔ)存室的大收集桶中。學(xué)校實(shí)驗(yàn)樓設(shè)有專門(mén)的危險(xiǎn)廢物獨(dú)立儲(chǔ)存間，并分類(lèi)存放，危險(xiǎn)廢物做有明顯的標(biāo)識(shí)。

收集到的廢水作為環(huán)境監(jiān)測(cè)和治理專業(yè)學(xué)生很好的學(xué)習(xí)和實(shí)習(xí)操作素材。當(dāng)收集到的酸堿廢水達(dá)到5L時(shí)，送至環(huán)評(píng)實(shí)驗(yàn)室，由學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行酸堿中和實(shí)驗(yàn)。當(dāng)pH試紙檢查到廢水的pH達(dá)到中性時(shí)，才排放到下水道中。對(duì)于其余的實(shí)驗(yàn)室廢水，學(xué)校購(gòu)買(mǎi)了實(shí)驗(yàn)室污水處理專用設(shè)備，包括氣浮實(shí)驗(yàn)設(shè)備、厭氧生物濾池和活性炭吸附設(shè)備（見(jiàn)圖1~3），作為學(xué)生學(xué)習(xí)和作為處理實(shí)驗(yàn)室廢水的設(shè)施。

圖1 氣浮實(shí)驗(yàn)設(shè)備

圖2 厭氧生物濾池

圖3 活性炭吸附設(shè)備

氣浮法凈水是當(dāng)前國(guó)際上新的污水處理方法之一，它的工作原理是在壓力下，將大量空氣溶于水，形成溶氣水，作為工作介質(zhì)，通過(guò)釋放器驟然減壓快速釋放，產(chǎn)生大量微細(xì)氣泡。微細(xì)氣泡與混凝反應(yīng)污水中的凝聚物粘附在一起，使絮體比重小于1而浮于水面，從而使污染物從水中分離出去，達(dá)到凈水的目的。該裝置包括配電箱、平流氣浮槽(25L)、溶氣罐、溶氣水加壓泵、氣體和液體流量計(jì)、進(jìn)水離心泵和原水桶（50L）。主要用于去除的水中COD、色度、油脂、以及少量（含量在50mg/L以下）重金屬如鉻、鋅、銅、鎳、鉛等。

厭氧生物濾池是一種內(nèi)部裝填有微生物載體（即濾料）的厭氧生物反應(yīng)器。厭氧微生物部分附著生長(zhǎng)在濾料上，形成厭氧生物膜，部分在濾料空隙間懸浮生長(zhǎng)。污水流經(jīng)掛有生物膜的濾料時(shí)，水中的有機(jī)物擴(kuò)散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解轉(zhuǎn)化為沼氣，凈化后的水通過(guò)排水設(shè)備排至池外，所產(chǎn)生的沼氣被收集利用。該裝置包括配電箱、1根有機(jī)玻璃管（帶5個(gè)側(cè)采樣口）、有機(jī)玻璃三相分離器、拉稀環(huán)填料、氣體收集瓶、恒溫水箱、離心泵和原水桶（50L）。主要用于凈化有機(jī)污水，去除水中的COD。

活性炭吸附裝置是利用活性炭的物理吸附、化學(xué)吸附等性能去除污水中多種污染物的方法。該裝置包括配電箱、2根有機(jī)玻璃管（帶5個(gè)側(cè)采樣口）、反沖洗泵、原水桶（50L）和活性炭。活性炭用木屑、果殼、褐煤等含碳物質(zhì)為原料，經(jīng)碳化和活化制成。活性炭吸附廣泛用于給水處理及污水二級(jí)處理出水的深度處理，其主要優(yōu)點(diǎn)是處理程度高，效果穩(wěn)定，如輔以其他處理措施，可以達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，但是處理費(fèi)用高昂。處理工藝流程為先經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單分離，把污水中的有機(jī)相分離出來(lái)，再經(jīng)過(guò)活性炭二級(jí)吸附，COD的去除率可達(dá)到93%，同時(shí)還吸附部分重金屬離子。活性炭能去除水中產(chǎn)生臭味的物質(zhì)和有機(jī)物，如酚、苯、氯、農(nóng)藥、洗滌劑、三鹵甲烷等，對(duì)污水脫色。此外，對(duì)銀、鎘、鉻酸根、氰、銻、砷、鉍、錫、汞、鉛、鎳等重金屬離子也有吸附能力。

實(shí)驗(yàn)室所產(chǎn)生的廢水經(jīng)過(guò)這三種污水處理設(shè)備的處理，可以達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，可以直接排放，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。

4 結(jié)語(yǔ)

我系對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢水的防治與治理，去除了水中的有害污染物，大大改善了廢水對(duì)環(huán)境可能造成的不利影響。同時(shí)，也為其他高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室綠色化提供了很好的參考。今后，我們除了繼續(xù)完善廢水治理技術(shù)外，還要展開(kāi)對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢氣和廢渣的治理行動(dòng)，使得實(shí)驗(yàn)室“三廢”都實(shí)現(xiàn)綠色化。

[1] 孟慶祥.實(shí)驗(yàn)室污染的防治及治理[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009（6）：161-162.

[2] 繆春寶.強(qiáng)化環(huán)保意識(shí)，實(shí)施“綠色”有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[J]. 廣州化工，2009，37（6）：222-223.

[3] 趙鵬，曾明榮，吳翠玲.高校實(shí)驗(yàn)室污染與綠色化實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的探討[J]. 廣州化工，2010，38（9）：197-198.

[4] 黃丹，范崇光.論有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2001，20（5）：33-34.

[5] 張群.高職有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的實(shí)踐與探討[J].職業(yè)教育研究，2007（7）：119-120.

[6] 李金玲，李光德，鐘杰.高校環(huán)境實(shí)驗(yàn)室污染問(wèn)題的處理[J].河北化工，2009，32（8）：73-74.

[7] 高強(qiáng).高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理[J].科學(xué)大眾?科學(xué)教育，2009（8）：113-114.

[8] 蔣維，鐘兆平，邊智紅，張蕾.化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理方法的探討[J].資源環(huán)境與工程，2006，20（6）：812-814.

[9] 李茂蓮.高校實(shí)驗(yàn)室污染問(wèn)題的對(duì)策探討[J].航海教育研究，2007（3）：111-112.

Exploration and Practice on Greenness of the High School Chemical Laboratory Wastewater Treatment

CHEN Yi-min，CHEN Jian-fu，SU Huo-huang，HUANG Hui-zhen

（Zhangzhou institute of technology, Department of Food and Biology Engineering，F(xiàn)ujian Zhangzhou 363000）

The high school laboratory pollution is becoming more and more serious and bringing bad influence on the environment and human health. Based on the overview of researches on chemical laboratory wastewater treatment, a measure by combining prevention and treatment such as flotation, anaerobic biofilter and activated carbon adsorption is proposed in order to achieve chemical laboratory greenness.

Chemical laboratory waste water; Experimental greenness; Wastewater treatment

X703

A

1673-1417（2013）02-0030-04

2012－12－15

福建省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（JB11310），漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院科技計(jì)劃項(xiàng)目（ZZY1202）

陳藝敏（1979－），女，福建漳州人，助教，碩士，從事環(huán)境科學(xué)與工程研究工作。

（責(zé)任編輯：季 平）