高校化學實驗室廢水處理綠色化探索與實踐

王鵬偉，王繼芬

（1.上海第二工業大學 資源與環境工程學院，上海 201209；2.上海先進熱功能材料工程技術研究中心，上海 201209）

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

1 高校化學實驗室廢水的危害

1.1 酸、堿廢水廢液的危害

如果大學化學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重影響很難預測。站在長遠的角度來看，這種廢水廢液也將對生態平衡及水體的自凈造成嚴重破壞。

1.2 有機廢水廢液的危害

某些從高校化學實驗室中排出去的廢水含有能夠污染環境的溶液和有機物質，這些物質對人類健康非常有害。例如，意外攝入含有甲醛的水會導致失明，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中樞；如果過量或長期攝入，會導致免疫力下降、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險，從抽樣調查的廢水中發現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，對人類所產生的毒性可達到最高值，而在室溫下，蒸發的汞會借由人們的呼吸進入身體，積累在人體內很難清除的部位。它與中樞神經系統中的某些酶發生反應，可導致神經系統紊亂，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，進而能夠發揮較為顯著的重金屬離子吸附和有氯和礦物質的廢水處置效果。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，用適當的沉淀劑將沉淀物完全去除。其他污水，如含有鐵銹和氯氣的污水，也可以用這種方式處理。除了這些物質外，化學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，毒性物質的毒性會從高向低轉化。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，具有穩定的化學性質和高活性。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，激發光催化劑。這些空穴與光引發劑表面的羥基自由基反應，產生羥基自由基，可以完全氧化和降解水中的有機污染物，由此產生的物質通常是無害的。化學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實驗，經過3h的催化后，實現了84%的重金屬離子去除率。

2.4 微生物化學法處理

微生物絮凝劑有一個特殊的功能，有一些物質在溶液中很難分解，它可以讓這些物質和懸浮固體產生沉淀與絮凝。微生物絮凝劑在廢水處理方面有非常廣泛的應用，也提供了非常好的發展機會。研究人員在培養皿中培育出復雜的細菌，以生產微生物絮凝劑，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

水中有機氧化物的氧化需要在特定溫度狀況中實現，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、化學武器等。輻照技術也可用于處理廢水。電子束和高能光通常被用來處理更難處理的廢水流。該技術還可單獨用于廢水處理，另外還可以結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

由于高校化學實驗室往往使用多種化學物質，這些物質通過化學反應產生的反應物又有不同的性質，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性質，以及儲存地點和方法。通常發現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簽，將儲存處理廢水的時間及其性質進行標注，對于濃度高且有毒和不可逆的有機溶液，應進行特殊處理，并報請環保部門批準，轉入具有相應處理資質和能力的設施進行處理；對實驗室污水處理設施，應專門設計污水管道進行排放和處理。經過預處理后，每個實驗室的廢水被均勻地排放到一個配備有凈化設施的池子中，污水得到進一步的處理，同時會有相關部門處理移交的污染物。另外為了能夠對處理環節進行實時監測，實驗室應當配備在線監測工具，以便實時核查不達標的污染和污水的清潔度。

3.2 優化實驗內容，改進實驗方法

在進行化學實驗時，必須遵循特定的順序，使每個反應的產物盡可能地用于后續的實驗，對反應過程和每個實驗環節所應遵循的順序展開相應的智能設計，通過智能修改實驗內容，以便將過去的實驗產物盡可能地用于后續的試劑。

應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的負擔。開展化學實驗是為了讓學生有機會通過觀察化學現象加深對化學原理的理解。因此，要想節省實驗設計的成本，除了獲取更多的化學信息外，還要將化學試劑和材料的應用減少，通過借鑒其他學校的經驗，高校化學實驗室可將實驗縮小或微型化，做到低成本實驗的同時，將對環境的影響降低。

高校還應當對學生和教授積極鼓勵，支持他們對微型的實驗儀器進行開發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，使綠色化學實驗的目的真正實現，同時還能夠將學生們的環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，應當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合理的分類原則，還要制定出安全、經濟、方便的回收方案。

由于化學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。為了改善實驗室設備，有必要確保使用精確和準確的實驗室設備，同時，規范實驗內容和程序，減少污染的停留時間。目前，我國正在將綠色化學的概念積極推廣，為了盡早實現這一目標，高校化學實驗室可展開清潔實驗。

3.4 積極開創微型實驗

微型實驗是為了將實驗中所使用的試劑數量、時間和對環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，對人體和環境的污染傷害也會降低。為了將化學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 高校化學實驗室廢水的綠色化管理方法

4.1 從源頭抓起，嚴控廢液產量

高校要提升全校師生對化學實驗室使用過程中的環保意識，加大對化學實驗室廢液處理的宣傳工作，讓教師與學生都能夠重視問題，清楚認識到處理實驗室化學廢液的重要性與必要性。從源頭上嚴格控制廢液產量，主動學習規范管理實驗室廢液的規章制度以及方式方法，在化學實驗、科研等活動中更加嚴謹操作行為，師生共同參與化學實驗室廢液處理與管理工作中，構建起積極、自主的良好氛圍，提升高校化學實驗室廢液處理的及時性、規范性、有效性，更好地體現高校化學實驗室使用價值。

例如，高校可以構建起線上宣傳結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實驗室廢液處理相關內容，通過會議上的問答游戲、問卷調查等手段，掌握并分析高校師生對化學實驗室廢液的處理現狀，以此為依據，從實際情況可入手制定并落實后續的宣傳工作。另一方面在高校微信官方公眾號等新媒體平臺上，圖文并茂呈現湖泊受到的嚴重污染現狀，痛心的畫面震撼了教師與學生心靈，喚醒其責任意識和自覺性，師生主動執行化學實驗室廢液管理的各項規章制度，從細節做起，嚴格按照標準要求處理化學廢液，顯著提升了化學廢液處理效率與排放合格率。

4.2 建設專業隊伍，健全設備設施

高校要打造高素質的、專業的化學實驗室廢液管理工作隊伍，在此過程中提高錄用標準，引入高素質的人才，加強對化學廢液管理員和處理員的思想教育培訓、技能培訓、業務培訓、規章制度培訓等工作，使其可以滿足崗位職責，在達到上崗考核標準后方可中正式投入工作。需注意的是，化學廢液管理人員的培訓與考核不能只在崗前進行，工作過程中也要增加培訓機會，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，借鑒國內外著名高校化學實驗室的廢液處理可靠經驗，將其引入本校化學廢液處理工作中。通過健全工作人員的考核評價體系，及時發現工作人員存在的廢液管理及處理不足之處，以問題為導向進行個性化培養，不斷提升工作人員綜合素質與廢液處理能力，順應時代進步趨勢發展優秀的廢液處理工作隊伍。

新時期背景下，高校化學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備設施與信息技術，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廢液處理所使用的設備設施、軟件、數據庫等，為化學廢液的現代化處理創造便利、高效、安全、可靠的實施條件。

4.3 實施獎懲措施，提高監督水平

隨著我國素質教育的不斷深入，高校近年來的擴招促進學校規模不斷擴大，化學實驗室的使用頻率也極大增加，促進了化學廢液的產量與排放量增長，如果沒有加強對此的監督工作，未制定和實施獎懲措施，很容易出現化學廢液排放不規范的情況。所以，高校要提高監督化學廢液排放的工作力度，根據化學專業教師與學生數量、實驗室使用情況、廢液產量等制定與之相符的獎懲措施，靈活依據情況變化調整獎懲方法，在監督、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量。高校要面向大眾開放化學實驗室廢液處理的監督渠道，讓各界參與到監督化學廢液處理中，強化輿論作用的影響力，構建公開、透明的化學實驗室廢液處理體系。

5 結束語

加強大學化學實驗室的環保意識，符合創建自然導向和環境友好型社會的主要思想，代表了大學教育改革的一個新興趨勢。將綠色實驗的內容、師生綠色化學理念不斷完善和更新，同時對建設綠色化學實驗室的方法積極探索，是當今化學工作者的責任和義務。當前要想建立真正環保的高校化學實驗室，依然需要繼續解決諸多問題，相關高校及院系師生一定要對此保持關注。