關于實驗室廢水處理方法的探討

馮文池

(山東省青島第五十八中學，山東 青島 266100)

隨著中學教學質量的不斷提高，化學課的教學模式從教室中的單一理論傳授逐漸轉變至教學和實驗相結合，學生動手操作的實驗內容也隨之增加。隨著環保意識增強，綠色化學教育已成為化學教育的重點，對實驗室逐步增加的廢水進行處理尤為重要。廢水中含有的重金屬離子、砷化物、六價鉻等有毒物質會嚴重危害人體健康，而且廢水的不完全回收以及錯誤回收也會對環境造成污染。所以，尋找一種高效、綠色、經濟的回收處理方法已經刻不容緩。

1 實驗室廢水產生的途徑和分類

1.1 實驗室廢水產生的途徑

實驗室廢水的產生主要來自學校的實驗室和科研單位的實驗室。由于實驗中存在物質的過量使用、不完全回收和錯誤回收，導致排出的液體中存在污染物質。

1.2 實驗室廢水的分類

根據污染程度可將廢水分為高濃度實驗室廢水和低濃度實驗室廢水。高濃度實驗廢水主要指實驗中所用溶劑、洗滌劑、離心液等。例如，在探究鹵素單質的活潑性試驗中，利用四氯化碳作為溶劑萃取，用氯氣氧化生成碘單質。此實驗之后的四氯化碳溶劑即為高濃度實驗廢水。低濃度實驗廢水主要指冷卻水和低毒性的液體[1]。例如，探究過氧化氫化學性質的實驗中，如果過氧化氫沒有完全分解，剩余的過氧化氫就會成為低毒性液體被排放，被排放的過氧化氫會繼續分解為氧氣和水，此為低毒液體。根據廢水中所含成分可以將實驗室廢水分為金屬離子型、無機非金屬型、有機型廢水。金屬離子型廢水主要含有重金屬離子、重金屬絡合物、一般金屬離子。例如實驗，向含有SO42-的溶液中滴加用硝酸酸化的氯化鋇溶液,有白色沉淀生成。這個實驗廢水中不免含有重金屬鋇離子；再例如實驗，電鍍實驗產生的廢水，易生成重金屬絡合物。以上兩個實驗產生的廢水均屬于金屬離子型廢水。無機非金屬型廢水主要含有酸、堿、鹵素離子。例如，在進行酸堿中和滴定的實驗中，若過量滴定，錐形瓶中溶液就存在過量的酸或堿，產生無機非金屬型廢水。有機型廢水主要含有苯、酚類物質、醚、有機溶劑(汽油、四氯化碳等)。例如實驗，在盛有苯酚的試管中滴入幾滴三氯化鐵溶液,振蕩，溶液顯紫色。這個實驗產生的廢水中含有苯酚，屬于有機型廢水。

2 實驗室廢水的處理原則

在處理實驗室廢水的過程中，需要遵循以下幾原則：

2.1 因“水”制宜

實驗室廢水的種類根據其所含成分可以分為許多種，每種廢水中的成分都具有其自身的理化性質，應該遵循其特有的理化性質，選擇最適合它的處理方法，以得到比較理想的、環保的、經濟的效果，這就是所說的因“水”制宜。

2.2 盡可能地提高回收率

回收率是指回收的離子量與溶液中這種離子的總量的比值。回收率越高，表明廢水中離子回收的效果越好。努力提高回收率既可以減少經濟損失，又可以達到保護環境的目的。

2.3 避免其他成分的二次污染

在實驗室廢水的回收中，如果不可避免的要使用其他化學藥品，一定要注意用量，防止這種化學藥品中的成分進入廢液，跟隨廢液一同排出，造成新的污染。

3 目前實驗室廢水的處理方法

3.1 金屬離子型廢水的處理

目前處理金屬離子型廢水的方法主要為絮凝沉淀法。絮凝沉淀法是指利用Zn2+、Fe2+、Mn2+等離子進行pH的調節以及鹽類的水解，使離子形成難溶的氫氧化物沉淀，并將沉淀物除去的方法[2]。這種方法不僅能夠沉淀金屬離子，而且還有脫色等效果。但是因實驗室廢水量較小，溶液當中存在離子物質的量也較小，因此，加入絮凝沉淀劑的量不好控制，過量加入會導致引入新的離子，加入量不足則原離子回收不全。

對于六價鉻等具有還原性的離子，還可以使用氧化還原的方法將之除去。目前實驗室除去六價鉻的常用方法是用硫酸亞鐵與六價鉻反應，使六價鉻變為三價鉻，再用氫氧化鈉調節pH，使之變成氫氧化鉻沉淀。過濾后清液可直接排出，再灼燒氫氧化鉻使之變成三氧化二鉻并回收。以上步驟的方程式為式(1)、式(2)和式(3)。

6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+K2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O

(1)

Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓

(2)

(3)

3.2 無機非金屬型廢水的處理

由于無機非金屬型廢液中含有的大多是酸、堿、鹵素離子，所以根據因“水”制宜的原則，對于酸廢液或堿廢液，采用的是中和法。中和法的一般離子方程式為式(4)。

H++OH-=H2O

(4)

最終溶液的酸堿度可以用廣泛pH試紙或pH計檢測。當溶液的pH值達到6～9時即可排放。對于鹵素離子型廢液，通常采用先氧化再萃取的方法除去。例如：處理含溴離子廢水時，首先將氯氣通入溶液中，待溶液變黃后再加入有機溶劑(如四氯化碳)萃取。由于溴在有機溶劑內的溶解度遠大于在水中的溶解度，所以可以用有機溶劑萃取。反應方程式如式(5)。

Cl2+2Br-=2Cl-+Br2

(5)

3.3 有機型廢水的處理

對于有機型廢水，目前廣泛采用的技術為焚燒法。由于有機物本身大多具有可燃性，且焚燒后產生二氧化碳和水，這些可直接排放。對于焚燒產生二氧化硫的有機物，則先脫硫，后排放[3]。有機型廢水種類很多，焚燒的溫度也不同，但總體來說焚燒溫度范圍為900～1200℃[4]。這種方法是一種有效的廢水處理方法，在國外應用較好，但在國內還需要進一步研究。在焚燒過程中產生大量的溫室氣體，加劇地球的溫室效應，而且，目前這種方法還不經濟，這些問題需要科技人員深入地研究。

4 實驗室廢水處理新方法探討

4.1 通電還原法處理金屬離子型廢水

采用通電還原法處理金屬離子型廢水是一種比較有效的金屬離子型廢水處理方法。前文提到，目前金屬離子型廢水的處理方法主要為絮凝沉淀法，由于實驗室廢水的量較小，加入絮凝劑的同時很可能會引入雜質離子。而采用通電還原法處理金屬離子型廢水，能夠有效避免引入新的雜質離子。以下為電解硫酸銅回收銅的舉例。

在廢液中加入活性碳電極，通以直流電，在陽極發生氫氧根離子的氧化反應，式(6)。

4OH--4e-=2H2O+O2↑

(6)

在陰極發生銅離子的還原反應，式(7)。

Cu2++2e-=Cu

(7)

電解總方程式為式(8)。

(8)

在反應中應該適時地將碳棒上的銅晶體除去，以便于更好的進行反應。利用通電還原法回收的銅的純度高達99.98%，而且在電解過程中陰極基本無氫氣放出[5]，剩下的硫酸可以回收利用也可以中和排放，這屬于“環境友好型”技術。

通電還原法處理金屬離子型廢水的不足之處是需要耗費電能，如何減少耗電量，需要進一步研究，但只要解決了能耗問題，通電還原處理金屬離子型廢水的方法就值得推廣。

4.2 活性炭吸附法處理有機型廢水

活性炭吸附法處理有機型廢水具有一定的優越性。前文提到，處理有機型廢水的方法目前主要為焚燒法，焚燒法具有廣闊的發展前景，但是也會排出大量的溫室氣體，加劇地球的溫室效應。而采用活性炭吸附法處理有機型廢水可以有效解決該問題。活性炭因其具有的巨大比表面積，所以具有很強的吸附功能。實驗表明，當活性炭投入量為90g/L，25℃(室溫)，20min時，活性炭對苯酚類化合物、多環芳烴和苯的同系物吸附效果最好，達到了吸附飽和狀態[6]。除此之外，活性炭還對以其他方法難以去除的顏色、異味等都有很好的去除效果。活性炭來源較廣，有木質、果殼、煤質、石油類以及礦物質活性炭等等，而且可以再生，使用起來比較經濟。由此可見，活性炭對于實驗室常用的苯類和酚類有機試劑具有很好的吸附效果，是一種比較經濟的廢水處理方法。

5 結束語

處理實驗室廢水非常重要，但更重要的是要根據廢水的實際情況選擇合適的處理方法。根據廢水特有的性質，因“水”制宜。廢水等污染物的科學處理是當今擺在國人面前的一個重要問題，需要不斷探討并加以改進。采用通電還原法處理金屬離子型廢水和采用活性炭吸附法處理有機型廢水是今后處理實驗室廢水的兩個有效途徑，前景廣闊，在創新中發展，在實踐中求真，相信隨著科學的進步，通電還原法和活性炭吸附法處理實驗室廢水將得到長足發展，為環保做更大的貢獻。