實驗室廢液處理方法比較

李亞婷 牛艷芬

關鍵詞： 廢液處理 處理方法 有機廢液 無機廢液

近年來，我國各地檢測實驗室的數量日漸增加，在檢測過程中，實驗室不可避免地會產生廢液，而這些廢液往往具有腐蝕性、毒性且具有不易降解等特點。此外，由于企事業單位的實驗室設在城區和居民區附近，而實驗室的下水道與居民的下水道相連，所以一旦對實驗室中排放的廢液缺乏合理的處理技術和措施，這些廢液就有可能會直接排放到室外，并通過地下道形成交叉污染。因此，實驗室廢液必須采取適當的措施進行處理，在傳統處理方法的基礎上，探討廢液處理的新方法，達到無毒排放，以減少對環境的污染。

1 廢水處理主要方法

1. 1 廢水的分類

按照主要污染源的類型，工業廢水又可以分為生產廢水和生活垃圾。生產廢水所包括的范圍很廣泛，主要包括工業廢水、醫藥廢水和農業污水等，其中工業廢水按照不同的標準可以劃分為不同的類別。（1）按照工業廢水的主要污染物特性進行劃分，無機廢水主要是指基于含有無機物質為主的工業廢水，而有機廢水則主要是指基于有機物質為主的工業廢水。如無機鹽、磷肥、氮肥、硝酸、硫酸及純堿等工業所排放的廢水，都屬無機廢水；檸檬酸、酒精、制糖、造紙等工業所排放的廢水也都是有機工業廢水類。（2）按照工業中的主要生產過程與處理內容分類，如冶金工業廢水、農藥廢水、造紙生產廢水、制革廢水、化學肥料廢水、紡織印染廢水、煉焦煤氣廢水、化學染料廢水、金屬酸洗廢水等。（3）根據廢水中所含污染物的主要成分加以劃分，如酸性廢水、含油廢水、含硫廢水、堿性廢水、含鎘廢水、含鉻廢水、含氰廢水、含汞廢水、含醛廢水、含酚廢水、含有機磷廢水和放射性廢水等。生活廢水是居民在日常生活中排放的廢水，是由不同形態的無機物和有機物組成的復雜混合物，包括漂浮和懸浮的不同固體顆粒、膠狀和凝膠狀擴散物、純溶液。

根據污水的質性劃分，將水質的污染劃分為人為污染和自然污染，在實際生活中，人為污染對水體造成的影響是很大的。依據污染雜質的不同，通常分成化學性污染、物理性污染和生物性污染這三類。污染物主要來源于以下6 個方面：（1）未采取任何處理措施而直接向外排放的工業廢水；（2）未經嚴格處理而直接向外排放的生活廢水；（3）因大量使用化肥、除草劑和農藥而形成的農田廢水；（4）堆積在河流周圍的生活垃圾和工業廢渣；（5）水土流失；（6）礦山廢水。

1. 2 廢水的處理方法

1.2.1 生產廢水處理方法

當前國內生產企業處理工業廢水常見的方法主要可分為物理處理法、生物處理法和化學處理法3 種[1]。

通過不斷探索研究，目前，國內現已開發出離子交換樹脂法、混凝沉淀法等新型的工業廢水處理方法。離子交換樹脂法主要是通過離子交換樹脂含有活性基團的高分子材料來處理工業廢水中的污染物，可以高效回收工業廢水中的重金屬。混凝沉淀法主要是利用混凝劑來處理與凈化工業廢水，通過采用無機高分子絮凝劑的聚鋁鹽可以有效處理工業廢水中的污染物，對水體pH 值的影響相對較小，從而能夠高效恢復水體本身的顏色[2]。

1.2.2 生活廢水處理方法

農村生活廢水主要可以通過以下方法處理。

（1）生物處理技術。主要依靠微生物的新陳代謝來凈化農村生活廢水，該工藝需要用地面積少，產生的污泥量較少，沖擊負荷能力較強，處理水質水量波動較大的農村廢水效果很好。（2）生態處理技術。利用微生物、土壤、動植物之間產生的一系列物理、化學、生物學的反應來降解農村廢水中的污染物的一種廢水處理技術。（3）生物生態組合技術。結合生物處理技術和生態處理技術，前置生物處理利用微生物可以有效去除有機物和部分營養物質，后部分生態處理則是進一步脫磷除氮，優勢互補，從而進一步提高出水水質，并確保出水水質穩定。此方法具有一定的局限性，需要綜合考慮當地的經濟條件、土地資源等條件[3]。

城市生活廢水可以通過以下方法處理。

（1）采用物理處理方式。根據不同地區、城市規模和污染的嚴重程度確定采用哪種處理方法。一般來講，小型城鎮及低污染地區通常采用人工格柵法和浮上分離法；對于一些大型的城鎮和污染嚴重的區域，可采用機械格柵法、沉淀池法。篩網法、離心分離法和其他物理方法，在大多數的城市都是可行的。（2）采用生物處理方式。微生物、浮游物、化學物質等都會對水體造成污染，用物理處理法難以處理這些污染源，通常會采用生物處理法，如氧化塘法、活性污泥法、生物厭氧處理法等，利用微生物所產生的酶分解、氧化生物污染物和化學物質，從而達到凈化水質的目的[4]。

2 實驗室廢液的來源、分類及處理原則

2. 1 實驗室廢液的來源

實驗室廢液主要有以下3 種來源。

（1）過期的各種試劑。檢測分析過程中使用的各種化學檢測試劑配置后都有一定的有效期，過期或未使用的化學試劑稱為廢液，如實驗室常用的純酸洗液、過期的鉻酸廢液和砷標準溶液等。（2）樣品分析后形成的廢液。例如：重金屬檢測樣品的消解液中往往含有一定濃度的重金屬和酸性物質；CODcr 回流后的滴定液；制作標準曲線及樣品分析殘留液；酚二磺酸分析硝酸鹽氮后的含氨反應液；農藥殘留檢測過程中各種提取、濃縮環節使用到的有機溶液等。（3）微生物檢測完成后，產生各種細菌的固體和液體培養基。很多細菌在常溫下都能繁殖，但需要經過生物滅菌和無害化處理后丟棄，否則可能會造成細菌的擴散和滋生，對環境造成極大的污染。

2. 2 實驗室廢液的分類

根據不同的分類標準，實驗室廢液的分類也存在著很大的差異。根據污染物的危害程度，劃分為無污染廢液（如NaCl 等鹽類）、低濃度廢液（主要是清洗器具的潤洗液和洗滌廢液）和高濃度廢液（試驗中使用危害性較大的有毒試劑，如廢酸、廢堿等）。根據組成和特點，可分為無機類廢液（一般是指含有汞、銅、鉛等重金屬和重金屬鉻化物，酸堿、氰化物、硫化物、鹵素離子及其他無機離子等）、有機類廢液（如多氯聯苯、有機酸、醚類、表面活性劑、有機磷化合物、酚類等）和微生物廢棄物（微生物檢測過程中用于細菌生長的各種液體和固體培養基）[5-6]。

2. 3 實驗室廢液處理原則

實驗室廢液具有排放量相對較少、成分復雜、不連續等特性[7]，這類廢液在處理的過程中應遵循以下原則[8]。

2.3.1 安全性原則

由于有些廢液本身具有劇毒、易燃、易腐蝕等特點，所以，這類廢液在處理時要把安全性因素充分考慮在內，對于易產生化學反應或不相容的廢液要分開儲存、處理，以確保廢液處置的安全。

2.3.2 分類處理原則

實驗室廢液的特點存在著很大的不同，需要依據不同類型的廢液特點，來選擇經濟、便捷、簡單的處理方法。

2.3.3 節能環保原則

在處理實驗室廢液時，應堅持廢液回收再循環利用的原則，通過轉化實驗，使有害的廢液轉為無害的物質。

3 實驗室廢液處理方法

3. 1 傳統的實驗室廢液處理方法

處理無機廢液多采用硫化物沉淀法、絮凝沉淀法、氧化還原中和沉淀法和活性炭吸附法；對于有機廢液，多采用焚燒法、溶劑萃取法、水解法、氧化分解法和生化法，治療方法[9]；對于微生物廢棄物，一般的細菌培養基經過高溫高壓滅菌即可破壞生長繁殖活動的條件，可以保證不會對環境造成污染。實驗室采用的傳統廢液處理工藝耗時長、效率低下、反應劇烈，且實驗廢渣處理程序復雜。處理廢渣的過程還需要大量的高純度的固體或液體試劑，要想達到完全無毒的理想狀態是一個極大的挑戰，即使經過處理，廢液仍然是一個嚴重的風險因素。此外，由于處理過程中污染氣體的負面特性，也會對作業人員的安全造成威脅。

3. 2 實驗室廢液處理新方法探討

3.2.1 離子交換樹脂法

離子交換樹脂法處理廢水的基本原理是：含有活性功能基團的離子交換樹脂與廢水中的重金屬離子交換，可實現金屬離子的回收。該方法具有處理效果好、有效物質可回收、高效快捷等特性。不過在實際的廢水處理中，因為受交換劑、成本及其他各種因素的影響，其對廢水處理的范圍非常有限；另外，由于該方法對廢水的預處理要求較高，因此不適合大規模的工業廢水處理[10-11]。

3.2.2 電解還原法

目前金屬離子型廢水的處理方法大多為絮凝沉淀法，由于實驗室廢水量較小，在添加絮凝劑時，可能會引入雜質離子，然而，通過電解還原法處理，金屬離子型廢水能夠有效避免引入新的雜質離子[12]。電解還原法主要是利用電極氧化和還原產物與廢水中的有害物質發生化學反應，產生不溶于水的沉淀物，從而分離去除有害物質。在電解處理過程中，廢水中H+被大量消耗，OH-濃度增加，廢水從酸性逐漸轉變到堿性，進而生成Cr（OH）3和Fe（OH）3等物質沉淀下來：

Cr3++3OH-→Cr（OH）3↓

Fe3++3OH-→Fe（OH）3↓

把沉淀物質與水分離開，可以消除鉻離子及凈化廢液。然而，處理水中的廢金屬離子若采用電解還原法，將消耗大量的電能及材料，致使成本代價較大。如果向廢水中加入一定量的食用鹽，盡管電能的消耗明顯降低，但在廢水中的含鹽量卻逐漸增多，這樣即使廢水處理過，也無法正常使用。所以，電解還原法的應用范圍存在著局限性。

3.2.3 鐵鹽-石灰法

鐵鹽-石灰法是當前國內廢水物化處理中使用最為頻繁的方法，本身具有許多優勢，不但能夠高效處理廢水中的Cd、Cr、As 等物質，并具有經濟效益高、成本低、投資小等多重優點[13]。鐵鹽石灰法在使用過程中，廢水中會生成Fe（OH）3 和Fe（OH）2，將水中的膠體物質聚集、吸附。同時，在去除廢水中的Cd 和Cr 時，鐵鹽還可以作為共沉淀劑處理廢水中的Cr6+，效果非常好。這種方法存在的弊端是使用過后會產生大量的沉渣，但其使用的范圍更廣。

3.2.4 O3氧化法

實驗室廢水可以利用臭氧作為氧化劑，利用氧化劑的氧化性作用對廢水中的有毒有害物質進行消毒。因為臭氧具有強氧化能力，能氧化化學氧化和生物氧化不易處理的其他污染物，對除臭、殺菌、脫色、降解有機物和無機物等有重要作用，比化學防治速度快，處理工藝簡單，不會出現二次污染問題，還能增加水中的溶解氧。因此，該方法廣泛應用于環保、化工等領域，但生產臭氧的電耗很高，成本也很高。

3.2.5 化學混凝法

實驗室廢水可通過添加絮凝劑進行處理，利用混凝劑的吸附架橋作用，壓縮雙電層及網捕作用，破壞膠體的穩定性，使較小的懸浮物與膠體可以聚集在一起形成沉淀，進而實現將泥水分離的效果，從而有效去除水中的多種高分子有機物，裝置簡易，運行簡便，且容易維護正常運行，處理效果好，但該方式運行成本相對昂貴，處理后殘留渣量很大。

3.2.6 活性炭吸附法

處理有機廢水最常用的方法是焚燒法[14]，該方法有著廣闊的發展前景，不過也會產生大量的溫室氣體，從而加劇了地球的溫室效應，而采用活性炭吸附法處理有機廢水則可以有效解決這一問題。和彬彬等人[15]通過實驗表明，在25 ℃（室溫）的條件下，當活性炭投入量為90 g/L，效果最好，達到了吸附飽和狀態。此外，活性炭還對其他方法難以去除的顏色和臭味也有很好的去除功效。活性炭原料來源廣泛，常見的有木質、果殼、煤質、石油類和礦物質活性炭等，它們可以再生，使用成本低。可見，活性炭對實驗室常用的苯類和酚類有機試劑具有良好的吸附效果，這是一種比較經濟的廢水處理方式。

4 結論

綜上所述，通過針對性的處理方法，節省處理廢液成本，提升處理廢液的綜合效益是實驗室目前需要不斷探索的問題。

（1）處理有機廢液最常用的方法是焚燒法，雖然焚燒法具有廣闊的發展前景，但也會釋放大量的溫室氣體，加劇地球的溫室效應，若廢液量較少的情況下，可采用焚燒法。活性炭吸附法可以有效地解決有機廢液量大的問題，活性炭對于實驗室常用的苯類和酚類有機試劑具有良好的吸附效果，這是一種相對經濟的有機廢液處理方法。

（2）處理無機廢液可選擇離子交換樹脂法和鐵鹽-石灰法，離子交換樹脂法不但可以除去重金屬離子，而且還可以回收重金屬，具有可以處理廢液中的酸、減少酸霧和霧霾等特點，從而逐步改善我國的環境問題，離子交換技術是一項新型的高效節能技術，具有廣闊的應用前景；鐵鹽-石灰法的處理效果和綜合性能也較為突出，處理成本低，經濟效益高。