實驗室廢液的收集與處理技術研究

姜雨生，謝凱，唐丹平，田巍，肖曉峰，高曉穎

1.北京金隅紅樹林環保技術有限責任公司，北京　102402 2.北京市固體廢物和化學品管理中心，北京　100089

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實驗室廢液的收集與處理技術研究

姜雨生1，謝凱1，唐丹平2，田巍1，肖曉峰2，高曉穎2

1.北京金隅紅樹林環保技術有限責任公司，北京102402 2.北京市固體廢物和化學品管理中心，北京100089

實驗室廢液的收集處理是實驗室廢物管理中的難點。通過總結實踐經驗、深入調研、開展試驗等方式，系統地調研了國內外有關實驗室廢液的收集和處理處置技術。提出了實驗室廢液的分類方法和流程；研究了實驗室廢液用包裝容器的材質、尺寸、外形等要求；以及分揀和打包流程。分析了實驗室廢液的預處理手段，并通過對物理化學法、生物法、焚燒法等進行技術比選，指出了當前實驗室廢液處理的優勢技術。

實驗室廢液；分類方法；收集；處理

實驗室中的危險廢物一般包括實驗室排出的廢液、使用過的化學試劑殘渣和過期的化學試劑等，含有或直接沾染危險廢物的廢棄包裝物、容器，清洗雜物和過濾介質，以及具有感染性、病理性等的廢物。其中，實驗室排出的廢液(實驗室廢液)占絕大部分，因其隱蔽性強、易引起嚴重二次污染，是整個實驗室危險廢物管理工作的重點和難點。美國、日本等發達國家對實驗室廢液的管理起步較早，已形成了一套卓有成效的管理體系：從管理源頭上對實驗室廢液進行嚴格分類收集，在此基礎上優先考慮綜合利用；無綜合利用價值的在實驗室或產廢單位內部集中自行處理處置；無法自行處理處置的交給專業處置公司填埋或焚燒[1-8]。

長期以來，我國治污的對象主要是工礦企業等排污大戶，對實驗室廢液的污染治理關注較少。但我國產生實驗室廢液的實驗室數量龐大，廢液種類繁多，收集、處理技術能力比較薄弱，造成實驗室廢液管理和處理的混亂局面，環境污染和風險日益突出。彭實等[9-12]對國內外實驗室廢液管理情況進行了較為廣泛的調查，結果顯示，從源頭分類到最終的處理處置，我國對實驗室廢液的管理還有明顯差距。

針對這種情況，國家將“推動非工業源危險廢物利用處置工作，開展實驗室廢物分類收集、預處理和集中處置試點”工作列入《“十二五”危險廢物防治規劃》中，為改善實驗室危險廢物環境管理工作提供了直接動力。筆者依托專業危險廢物經營單位，根據北京市實驗室危險廢物經營實際的情況，通過全過程跟蹤實驗室廢液的收集和處理、產廢單位入戶調研、問卷調查、文獻檢索、開展試驗等多種方式，對實驗室廢液的收集和處理技術開展了研究，以期為我國實驗室廢液收集與處理能力的提高提供技術支持。由于感染性和病理性的實驗室廢液需按照醫療廢物進行管理，故未在本文的研究范圍。

1　實驗室廢液的特性

各種以科研、教學、檢測功能為目的的實驗室廣泛分布于城市各處，由于產生源繁雜和實驗室自身建設的原因，造成實驗室廢液具有以下特點：1)種類繁多、形態復雜。由于教學、科研、檢測內容的需要，即便是一項試驗中，通常也會用到多種化學試劑，往往一個試驗就會產出含多種有害物的廢液或多種廢液。2)單一種類數量少、變化大。大多數情況下，科研類的實驗室不會重復單一種類試驗，大部分試驗次數和試驗量有限，教育、科研為目的的試驗隨著學校課業、科研課題的安排而變化。3)分散性、件數多。實驗室廢液大多是少量、間斷性產生，廢液被零散裝在多個小型容器中。4)具有毒性、腐蝕性、爆炸性、易燃性等多種危害性。5)具有隱蔽性。實驗室廢液的產生、收集以及特性等情況都是由試驗者本人所掌控，其他人很難及時了解詳細信息。若試驗人員環境保護意識不強、工作習慣不好，就會造成有意、無意的無組織排放或危害特性信息的缺失，導致監督和管理存在困難。

實驗室廢液的這些特點決定了其管理非常復雜，必須嚴格控制好收集和處理的各環節，才能避免潛在的環境污染和安全隱患[13]。

2　實驗室廢液的收集

實驗室廢液的收集主要是指由產廢單位完成的分類、包裝，以及由處置單位完成的分揀和打包等過程，是實驗室廢液源頭化管理的核心，也是預處理和處置工作的基礎。合理的收集能夠降低后續工作的難度、降低整體成本和風險。但是，目前我國實驗室廢液的特點和源頭的管理不善，使實驗室廢液的規范收集非常困難，存在潛在的環境污染和安全風險。實驗室廢液的收集分為分類、包裝、分揀和打包等過程。

2.1分類

實驗室廢液種類繁多，為便于管理和處理，需要在安全、經濟、易操作的基礎上將能夠采用相同處理方式的實驗室廢液歸為一類。目前，我國實驗室廢液的分類比較盲目和混亂，給后續的處理帶來很大困擾。

綜合考量實驗室廢液的收集、貯存、運輸和處置全過程的安全性、經濟性和易操作性，并參考國內外成熟的分類方法和流程[1-8]，筆者提出實驗室廢液應按照2級分類管理：一級分類體現廢液的主要特性，具體分為劇毒廢液、有機廢液、無機廢液三大類；二級分類在一級分類的基礎上根據相容性、貯存要求、對處理設施的影響及污染控制規定進一步細分(圖1)。

圖1　實驗室廢液的分類及流程Fig.1　Classification method and process of laboratory waste liquid

2.1.1劇毒廢液

在我國《危險化學品目錄》中列為劇毒的或超過其劇毒化學品判定界限的廢液危害性極大，需要比其他廢液管理更加嚴格，處理成本和收費也更高。因此，將認定為具有劇毒性的物質分為一類，在運輸、貯存和預處理處置中應特別注意。

2.1.2有機廢液

由于鹵素對焚燒設施的影響比較大，少量的鹵素就能引起焚燒設施不穩定或排放超標情況的發生。因此，將含鹵素和不含鹵素的廢液進行區分，以便于控制鹵素投加速率，穩定焚燒設施工況和排放。

含鹵有機廢液包括氯仿、氯代甲烷、二氯甲烷、四氯化碳、甲基碘等；或含芳香族鹵素化合物(如氯苯、苯甲氯等)。

非含鹵有機廢液包括不含脂肪族鹵素化合物或芳香族鹵素化合物，如乙腈。

2.1.3無機廢液

氰化物的危險性較高，需特別注意，并單獨分類處置。汞是揮發性重金屬，焚燒時可以隨煙氣排放，因此要單獨分類，一般采用物化方法進行單獨處理。

(1)含氰廢液：含有少量游離氰或者氰化物的廢液(毒性達不到劇毒判定界限)。

(2)含汞廢液：含重金屬汞的廢液，如含硫酸汞等。

(3)重金屬廢液：含重金屬錳、鉻、鎘、鉛、鋁、鎂、銀、銅等的廢液。根據情況可細分為含不同重金屬廢液。

(4)廢酸：不含以上特性且具有酸性的廢液。

(5)廢堿：不含以上特性且具有堿性的廢液。

(6)其他：上述特性以外的廢液。

如同時含有上述分類中2種或2種以上有害物的廢液，按照上述分類流程從上至下判斷，歸入優先出現的分類中。

2.2包裝

實驗室廢液管理中，包裝容器混亂的問題比較突出，主要體現在容器材質、尺寸、顏色、外形等方面缺乏統一性。實際使用的容器有廢試劑瓶、產廢單位自行購買的專用包裝容器、處置單位提供的專用周轉包裝容器，具體包括各種規格的塑料桶、鐵皮桶、廢試劑瓶、飲料瓶、礦泉水瓶等。調研數據顯示，北京市多數單位混合使用上述3類容器裝廢液：有70.8%的產廢單位會購買容器用于盛裝實驗室廢液；有56.9%的產廢單位會將廢試劑瓶用作廢液容器；有25.6%的單位會使用處置單位提供的周轉包裝容器。

在收集到的廢液中，約20%使用廢試劑瓶包裝，50%用5～30 L塑料桶包裝，另外30%采用其他容器。其中，廢試劑瓶材質一般為小于4 L的玻璃瓶，而在實際操作中，出于對廢液利用和降低包裝容器成本的考慮，大量使用500和1 000 mL的廢試劑瓶。但使用玻璃容器存在以下問題：1)易碎；2)容積太??；3)運輸需要更多防護，增加人力、物力；4)粘有原標簽，干擾廢液識別。因此，除特殊原因外，玻璃容器不應作為危險廢液包裝容器。塑料桶材質一般為5～30 L的高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯等。實際收集中主要存在的問題：1)塑料桶的尺寸、外形區別較大，堆垛困難；2)采用的容器材質不合理，不滿足化學相容性要求。用聚丙烯、聚氯乙烯桶裝有機廢液的情況較多。

為保證收集、運輸、貯存安全，綜合考慮包裝容器的安全性、易操作性、經濟性，應從材質、尺寸、外形等方面著手對包裝容器進行深入研究。

(1)材質：高密度聚乙烯與實驗室中常見的廢酸液、廢堿液、無機重金屬廢液、廢油等都具有很好的相容性，與大部分有機溶劑相容性也較好，通用性較強，是較適宜的實驗室廢液包裝容器材質。

(2)尺寸：以20 L廢液為例。采用25 L桶時，所占空間小于0.03 m3，裝卸時只需要一次搬運；采用500 mL容器時，需50個，打包后所占空間約0.1 m3，裝卸時可能需要多次搬運。如以成年男性單次搬運20 kg左右的貨物較為宜，當20或25 L容器中放入80%廢液后，質量約為10～30 kg(廢酸一般較重，有機溶劑較輕)，適合單次搬運作業。因此，包裝容器尺寸選擇20～25 L比較合適。

(3)外形：通過為期6個月對實際收集工作的跟蹤統計顯示，在搬運20～25 L包裝容器作業中，發生傾倒的情況5次，傾倒的全部為底面為矩形的容器(傾倒時沿長邊方向)；而底面呈正方形的容器堆疊穩固，未發生傾倒事故。另外，在貯存和運輸時，由于空間有限，必然會遇到需要包裝容器堆疊的情況，因此要求容器的上下兩面能夠匹配堆疊要求。

對不同種類的實驗室廢液，建議采用不同的包裝容器：1)將20～25 L高密度聚乙烯桶作為主要的實驗室廢液包裝容器，用于盛裝有機、無機廢液，且由處置單位統一提供，保證桶的規格相同，便于統一回收、發放，清洗后周轉使用；2)小于4 L的廢試劑瓶和200 L的閉口桶作為輔助容器，分別用于少量廢液和大量廢液情況；3)劇毒類廢液應盡量減少與人接觸次數，建議使用小于1 L的容器，盛裝量小于容器的14，以防發生傾倒、破損時引發的單次事故和降低單個容器引起的危害。

2.3分揀和打包

為確保運輸、貯存和處理的安全和便利，需要處置單位在收集廢液時對實驗室廢液的分類和包裝進行仔細檢查，必要時進行加固、密封、打包或重新包裝。

對于20～25 L高密度聚乙烯桶，需要檢查是否破損，封口是否嚴密。必要時，及時進行封口密封或更換容器。

對于小包裝的實驗室廢液(廢試劑瓶或其他小容器盛裝的廢液)，要進行檢查和打包。

檢查容器是否破損、封口是否嚴密、標簽是否符合相關標準，必要時進行封口密封或更換容器；標簽不符合相關標準，無法提供必要的廢液信息的，及時核實并更換；無標簽廢液為不明廢液，按照劇毒管理規定執行管理流程。

打包是將多個相同特性的小包裝廢液放入大的硬紙箱中，統一固定后封箱，避免零散的小包裝增加管理成本。打包必須認真分揀，確保放入同一紙箱的廢液的特性相同，杜絕不相容廢液放入同一紙箱的情況發生。容器在箱內要整齊、正置碼放，且只能碼放一層(禁止堆疊)，容器周邊的空隙用紙板或其他非堅硬物品填塞加固，確保運輸中實驗室廢液容器之間不會直接碰撞。

3　實驗室廢液的處理處置技術

3.1實驗室廢液的預處理

預處理的主要目的是使實驗室廢液更好地滿足處置系統的要求，便于輸送的同時降低對處置系統的不利影響。

(1)混配。20～25 L高密度聚乙烯桶中的廢液一般為有機廢液、無機廢液(廢酸液、廢堿液、無機重金屬廢液等)。為滿足處理處置時廢液輸送的連續性，需將廢液混配到更大的容器(如噸箱或儲罐)中，使用過的包裝容器清洗后重復使用。為保證安全，混配只針對相容的廢液，不相容的(如酸和堿)不進行混配?；炫淝?，通過標簽確定是否相容，若無法從標簽判斷，則要取樣進行小型試驗確定相容性。

混配使用專門的混配裝置，裝置由接收槽、導流槽、混合箱、攪拌裝置、檢測裝置及廢氣凈化系統組成。廢液從接收槽倒入，沿導流槽緩慢流入混合箱，在攪拌裝置中充分混合，混配過程時刻關注檢測裝置和混合箱內狀態。若出現冒煙、嚴重發熱、沸騰，檢測裝置讀數異常等情況，應馬上停止。

(2)除雜。試驗發現，混配后的廢液中不可避免地出現許多固態物質，主要是廢液混入的雜質(如試紙、手套等)、凝固的膠體、沉淀物等，容易堵塞液體泵，因此，廢液需要過濾除雜。除雜主要通過篩網過濾、靜置沉淀等簡單方式將固態、半固態物質從廢液中分離出去。

(3)二次打包。二次打包是針對固態廢物或紙箱中的廢試劑瓶裝廢液，為減少貯存空間和運輸安全性，將能通過同一種方式處理的小件廢物二次打包為大件。二次打包時，將小件廢物平整碼放于木質、塑料或金屬托盤，便于打包后整體運輸。長期實踐證明，碼放以不超過3層為宜，且廢物包裝不可超出托盤四邊。為保證運輸時不散落，使用寬膠帶纏繞固定，纏繞時每層至少要纏繞2圈方可滿足運輸需求。

(4)其他。通過預處理手段有針對性地去除對某處理技術、工藝有害的組分。如焚燒處置時，對廢物進行脫氯、脫汞等預處理。

對劇毒類以及其他需要特殊管理的實驗室廢液無需進行預處理。因該類廢液與人接觸時間越短、貯存時間越短、處理的工序越少越好，應在保證包裝完整性的前提下，盡快處理。

3.2實驗室廢液處理處置技術比選

實驗室廢液的處理處置技術主要有物理化學法、生物法、焚燒法等[14]。根據廢液特性或預處理后廢液的特性，選擇具體處理方式。

物理化學法對無機廢液處理效果較好，對廢酸液、廢堿液、含重金屬廢液等可采用絮凝沉淀法、硫化物沉淀法、氧化還原中和沉淀法、鐵氧體沉淀法等物化方法[15]。生物法一般用于處理特定的有機廢液，如去除COD、BOD等[16]。但是，針對實驗室廢液的物理化學法和生物法在實際操作中都存在不少問題。

(1)適用范圍窄。2種方法多是針對特定有害成分有效，而目前我國的實驗室廢液分類混亂，成分復雜，無法保證方法適用性。

(2)生產組織難。由于實驗室廢液單一種類數量少、不同批次成分差異大的特點，生產組織難以進行。

(3)流程復雜。由于廢液成分的復雜性和方法的局限性，一種廢液往往需要通過多種處理流程才能完成對不同有害成分的處置要求，造成工藝流程多，增加了處置的復雜性。

(4)無法完成最終處置。大多數物理化學法和生物法處理后的廢液、廢渣依然屬于危險廢物，需要進一步的處理和處置。

(5)二次污染風險大。處理過程中的廢液、廢渣、廢氣往往具有很大危害性，若不妥善處置，會帶來很大的二次污染風險和安全隱患。

相對而言，焚燒法的適用性較強、處理較為徹底，目前正被更加廣泛地采用。如在日本某些高校，校內建設物化處置系統和焚燒處置系統，分別處置無機廢液和有機廢液。比較典型的是京都大學，校內處置設施的處置能力約200 ta，其中80%的廢液是無機廢液，通過焚燒系統處置[7]。但在我國，研究機構自行建設焚燒處置設施在政策、選址、運行成本等方面都存在很大困難，一般會將廢物交給有資質的專業處置單位處置。

焚燒法主要分為專業焚燒爐和水泥窯協同處置2種技術。其中，專業焚燒爐規模相對較小，投加點選擇不多，廢液組分的變化對爐排放及穩定性影響很大[17]。在我國實驗室廢液分類、包裝混亂的情況下，要使用專業焚燒爐焚燒廢液需要經過復雜的預處理才能滿足進爐要求，增加了專業焚燒爐焚燒處置的成本。在前端管理比較盲目、隨意、混亂的情況下，近年來水泥窯協同處置技術逐漸被重視，為復雜實驗室廢液的處理帶來了更好的選擇。北京市對水泥窯協同處置技術應用較早，近幾年，每年產生的大約1 500 t的實驗室廢液絕大部分應用水泥窯協同處置技術進行處置。通過采取預處理、配伍以及調節入窯速率等措施，實驗室廢液利用水泥窯協同處置后的排放完全滿足標準要求。同時，處置成本遠低于采用天然氣為燃料的專業焚燒爐。

總體來說，水泥窯協同處置和專業焚燒爐處置技術相比，水泥窯協同處置技術的焚燒溫度高、停留時間長、二次污染風險低、沒有廢渣排出、尾氣排放安全性高、建設和運營成本低，特別是處置實驗室廢液時，水泥窯協同處置的熱工穩定性高、對預處理要求低、投加點多的優勢更加明顯，在多個比選指標下都占據明顯優勢(表1)。

表1　專業焚燒爐和水泥窯協同處置技術比選指標[18-19]

3.3實驗室廢液的水泥窯協同處置技術

預處理后的液態、固態和半固態廢物都可以使用水泥窯協同處置，在新型干法水泥窯中，適合廢物處理的投加位置一般有窯門罩、分解爐和窯尾煙室，如圖2所示[20]。

圖2　廢物在水泥窯中的投加位置Fig.2　The cement kiln waste adding positions

從圖2可以看出，利用水泥窯協同處置實驗室廢液時，根據其形態、包裝、特性等特征確定廢液的入窯點和輸送方式為：1)混配后的廢液可以通過液體泵送方式從窯門罩、分解爐噴射入窯；2)混配產生的廢渣、半固態廢物可以通過污泥泵等設備從窯尾投加入窯；3)小型容器包裝的實驗室廢液及其包裝物從窯尾通過人工投加入窯焚燒。

4　結語

實驗室廢液收集和處理能力的提高需要從源頭管理到最終處置技術的共同發展。源頭上做好分類、包裝，能夠為后續的貯存、運輸和處理奠定良好基礎，降低整個過程的成本。采用靈活和具有優勢的預處理和處置技術，是消納復雜實驗室廢液的根本。只有同時做好廢液的前端分類、包裝，以及最終的預處理和處置，才能切實促進實驗室廢液污染防治技術能力發展。

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Study on Collection and Disposal Technology of Laboratory Hazardous Liquid

JIANG Yusheng1, XIE Kai1, TANG Danping2, TIAN Wei1, XIAO Xiaofeng2, GAO Xiaoying2

1.Beijing Jinyu Mangrove Environmental Protection and Technology Co., Ltd, Beijing 102402, China 2.Beijing Municipal Solid Waste and Chemical Management Center, Beijing 100089, China

The collection and disposal of laboratory waste liquid are important and difficult parts for hazardous waste management in laboratory. Based on summarizing the practical experience, in-depth survey and conducting experiments, the collection and disposal technologies of laboratory waste liquid were systematically investigated. The classification method and process were proposed, and requirements of the material, size and shape of the packaging container, the sorting and packing process of disposal unit, and the method of pre-processing were analyzed. Finally, the superiority disposal technologies were pointed out based on comparing existing technologies such as physiochemical methods, biological methods and incineration methods.

laboratory waste liquid; classification method; collection; disposal

2016-03-09

姜雨生(1979—)，女，高級工程師，博士，主要從事危險廢物收集及處理處置技術研究，rainborn@126.com

X703

1674-991X(2016)05-0447-06

10.3969j.issn.1674-991X.2016.05.066