實驗室廢水的處理研究

摘要：隨著我國高等教育質量與科創水平的提升，科研項目資金投入不斷增加，越來越多的科學研究在實驗室中開展。實驗通常需要用到多種化學試劑，會產生大量含有毒有害物質的實驗室廢水。實驗室廢水水質波動大，成分復雜，若不經嚴格管控和系統處理就隨意排放，會對周邊環境和居民健康造成極其惡劣的影響。因此，本文深入分析實驗室廢水的常規處理方法，并根據其特點提出一套切實可行的實驗室廢水處理工藝，以使出水水質符合《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級標準。

關鍵詞：實驗室廢水；處理工藝；危害

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）03-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.03.049

Abstract： With the improvement of the quality of China's higher education and the level of scientific and technological innovation， the investment in scientific research projects is increasing， and more and more scientific research is carried out in laboratories. Experiments usually require a variety of chemical reagents， which will produce a large amount of laboratory wastewater containing toxic and harmful substances. The quality of laboratory wastewater fluctuates greatly and its composition is complex， if it is discharged without strict control and systematic treatment， it will cause extremely adverse impact on the surrounding environment and the health of residents. Therefore， this paper deeply analyzes the conventional treatment methods of laboratory wastewater， and proposes a set of practical and feasible laboratory wastewater treatment process according to its characteristics， so that the effluent quality meets the Class Ⅰ standard of the \"Integrated Wastewater Discharge Standard\" （GB 8978—1996）.

Keywords： laboratory wastewater; treatment process; harm

隨著我國工業化進程的推進、科技水平的飛速提升及高新技術產業的快速崛起，化學化工類實驗室的數量與日俱增。此類實驗室主要集中于各大高校、科研機構、檢測機構及相關企業的研發部，實驗需要用到各類化學試劑，會產生大量含有毒有害物質的實驗室廢水[1]。與有固定污染物和穩定排放周期的工業廢水不同，實驗室廢水產生源分散、水質成分復雜、排放周期不定，廢水不僅含有常見的有機溶劑、洗滌劑等有機物，還含有各種酸、堿、重金屬鹽以及許多成分尚未界定的中間體、副產物等，若不經處理直接排放，會對周邊居民和環境造成嚴重危害[2-4]。因此，要采取有針對性的措施處理實驗室廢水，以確保在排放前能清除其所含的有毒有害物質，使其達到相關污水排放標準。

1 實驗室廢水的特性

實驗室廢水主要來源于3個方面。一是未使用的過期試劑及實驗剩余的廢棄試劑；二是實驗過程中所產生的廢液、廢水及多余的反應產物；三是清洗各類儀器和設備、清潔實驗室、消毒等所產生的廢水。根據污染程度，可將實驗室廢水分為高濃廢水、低濃廢水和無污染水等。其中，各種高濃洗滌溶液、實驗儀器和設備的潤洗液、一般失效試劑等均屬于高濃廢水；反應產物、實驗儀器和設備的低濃洗滌廢水、低濃失效試液和清潔實驗室衛生的用水等均為低濃廢水；各種調節溫度的用水、減壓抽濾用水和其他清潔水等均屬于無污染水的范疇。根據所含主要污染物的性質，可將實驗室廢水分為有機廢水和無機廢水[5]。其中，無機實驗室廢水主要含有重金屬離子、重金屬絡合物、鹵素離子、硫化物、酸、堿、氰化物等物質；有機實驗室廢水主要含有常見的有機溶劑、有機磷化合物、酚類、有機酸、脂類、醛類、醚類、石油類、鹵代物等物質。

2 實驗室廢水的處理思路

2.1 酸堿廢水的處理

酸堿廢水通常利用中和法進行處理，通過向廢水中添加一定量的中和試劑，將廢水的pH調控在6～8。處理時，要注意區分普通酸堿廢水和含重金屬等有毒有害離子的酸堿廢水，前者中和處理后即可排放，而后者進行中和反應后還需要進一步處理。此外，為了節約酸堿中和試劑，還可將酸性廢水與堿性廢水進行互混中和，以實現實驗室廢水的中和處理。對于pH小于7的廢水，常利用CaO、Ca（OH）2、蘇打等進行中和；對于pH大于7的廢水，可通過稀鹽酸溶液或酸性氣體CO2、SO2等進行中和。

2.2 有機廢水的處理

實驗室有機廢水通常含有大量的有機溶劑和實驗殘液。對于濃度不高、產生量較小的有機廢水，可利用活性炭吸附法進行處理，其化學需氧量（COD）的去除率可超過90%，且活性炭能同時吸附去除部分重金屬離子。對于高濃度有機廢水，可先通過萃取法將所含有機物與水有效分離，再對分離的有機物進行進一步處理。若有機廢水存在有回收利用價值的有機物，則可利用蒸餾法將有價值的組分分離提純并再利用。通常，可通過芬頓法或類芬頓法將廢水中所含的有機物氧化降解成小分子物質，其中，電芬頓法具有操作簡便、產泥量少、處理效果佳、一體化程度高等優點。此外，還可利用混凝沉淀法對實驗室廢水進行預處理。

2.3 含重金屬離子廢水的處理

含重金屬離子的實驗室廢水可利用物理吸附法、反滲透、離子交換、萃取法、生物絮凝法、電解法、活性污泥吸附法、化學沉淀法以及納米材料與微生物復合材料等進行有效的處理。其中，化學沉淀法在實驗室中極易操作，使得氧化還原和絮凝沉淀法相結合在含重金屬離子廢水的預處理中應用十分廣泛。例如，在處理含Zn2+、Cu2+、Mn2+等重金屬離子的廢水時，先利用酸性溶液或堿性溶液將其pH調至8～10，然后添加一定量的Na2S，通過重金屬離子與S2-反應生成硫化物沉淀，以達到去除廢水中重金屬離子的目的。

2.4 含砷化物、氰化物、硫化物等成分廢水的處理

在處理含砷化物的實驗室廢水時，先要將廢水的pH調至3～4，為沉淀反應提供有利的酸堿環境，然后添加一定量的Na2S，通過As3+與S2-的沉淀反應生成As2S3，從而去除廢水中的砷化物。在處理含氰化物和硫化物的廢水時，通常采用氧化還原法。前者需要先將pH調至8.5～11.0，再加入氫氧化物使其反應生成沉淀，以更好地促進氰化物與氫氧化物的反應，從而有效清除氰化物。后者通常利用雙氧水將硫化物氧化并轉化為無毒物質，然后將廢水的pH調至6～8再進行排放。

2.5 綜合廢水的處理

實驗室綜合廢水通常所含污染物的濃度較低，但成分十分復雜，含有各種酸、堿、有機物、重金屬鹽、病原微生物等，故該類廢水的處理相對煩瑣。可先通過鐵碳微電解去除廢水中的重金屬離子、色度，將有機大分子催化降解，對有毒、有害的有機物破解有毒官能團，提升綜合廢水的可生化性。接著，添加一定量的堿式氯化鋁或硫酸鋁等混凝劑進行混凝、攪拌、沉淀，將懸浮物分離。然后，利用序批式活性污泥法（SBR）反應池進行生物降解，使廢水水質達到排放要求，還可利用臭氧氧化工藝進行深度處理，進一步降低廢水的COD、殺滅病原微生物。

3 實驗室廢水處理工藝設計

廢水處理方法對廢水處理效果有決定性作用，若方法選擇不當，則會使處理效果不及預期，甚至會對廢水造成二次污染，同時會造成資源浪費。因此，在設計實驗室廢水的處理工藝之前，必須全面了解廢水的產生情況和水質情況，對不同類型的實驗室廢水依據其化學性質進行分類收集，秉持科學、嚴謹的態度對各類廢水進行分析、鑒定，然后根據各類廢水的主要成分和大致含量，因水而異，制定不同的處理方案。

3.1 工藝流程

本文設計了“實驗室廢水分類+鐵碳微電解+混凝沉淀+SBR+臭氧氧化”的廢水綜合處理工藝，主要處理對象為實驗室高濃度危險廢水（有機廢水、酸堿廢水、重金屬廢水）和實驗室綜合廢水。該工藝包含廢水預處理、混合液物化處理、生化處理等步驟。首先，將實驗室廢水分類收集在對應的儲罐中，然后，有機廢水和綜合廢水通過鐵碳微電解+混凝沉淀+SBR+臭氧氧化工藝去除，重金屬離子通過化學沉淀法去除，酸堿廢液分類儲存作為調節pH的試劑。各類實驗室廢水分別收集在對應的玻璃鋼結構儲存罐中，其分為有機廢水儲罐、綜合廢水儲罐、無機酸性廢水儲罐、無機堿性廢水儲罐，含Cd、Co、Zn、Pb、Hg、As、Mn廢水儲罐，含Ni、Cu、Fe廢水儲罐和含Ag廢水儲罐。其中，有機廢水儲罐和綜合廢水儲罐的底部均連有計量泵且均與鐵碳微電解池連接，鐵碳微電解池出水處連接混合調節池；含Cd、Co、Zn、Pb、Hg、As、Mn廢水儲罐，含Ni、Cu、Fe廢水儲罐和含Ag廢水儲罐底部出水口連接重金屬廢水泵且與化學沉淀罐連接，化學沉淀罐出水也進入混合調節池。混合調節池內調節水質水量，調節池出水在重力作用下自流進入混凝池。混凝池采用中孔穿流，在混凝池中加入石灰乳調節池內pH，然后加入助凝劑聚丙烯酰胺（PAM）和聚合氯化鋁（PAC）輔助沉降，混凝池的上清液出水進入SBR反應池，將污染物進行生物降解，然后通過接觸池進行臭氧氧化處理，水質達標后排放至城市污水管網。混凝沉淀池、沉淀罐和SBR反應池的底部沉泥均收集到污泥池，經濃縮壓濾成泥餅后外運。

3.2 處理效果

該實驗室廢水綜合處理系統在只流入綜合廢水的情況下正常運行2個月，在運行過程中，每兩天對該系統進水口和出水口的COD指標進行檢測分析，結果如圖1所示。由圖1（a）可知，不同時段下實驗室綜合廢水的COD波動幅度較大，09：00實驗室綜合廢水的污染物濃度普遍較低，而14：30和20：00實驗室綜合廢水的污染物濃度要遠高于09：00。在60 d測試期內，09：00、14：30和20：00的COD濃度平均值分別為90.33 mg/L、352.95 mg/L、405.71 mg/L。由圖1（b）可知，經該實驗室廢水綜合處理系統處理，不同時間段下出水口的COD濃度遠低于進水口的COD濃度，09：00、14：30和20：00的出水口COD濃度平均值分別為23.16 mg/L、36.52 mg/L、33.59 mg/L。這表明，該廢水處理系統對實驗室廢水中的污染物有非常好的去除效果，且出水口水質十分穩定。

在60 d測試期內，不同時間段下該廢水處理系統對所流入的實驗室綜合廢水的COD去除率及其對應的進水口和出水口的COD濃度如圖2所示。由圖2可知，在系統穩定運行的60 d內，進水口COD濃度介于52.65～579.31 mg/L，出水口COD濃度介于5.22～66.95 mg/L，《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級標準規定出水COD濃度不得超過100 mg/L，這表明，不論處于哪個時間段，該廢水處理系統的出水COD濃度均可達到一級標準，且對COD有較穩定的去除性能。此外，由圖2（d）可知，該廢水處理系統對所流入的實驗室綜合廢水的COD去除率為48.53%～96.39%，09：00、14：30和20：00的去除率平均值分別為71.79%、89.20%和91.54%。其中，09：00對應的去除率最低，其原因為09：00進水口COD濃度最低，下限在52.65 mg/L左右，而該廢水處理系統出水口的COD濃度下限在5.22 mg/L左右，COD濃度的下降空間相較于另外兩個時間段要小得多，故去除率較小。

4 結論

為解決實驗室廢水的達標排放問題，本文深入分析實驗室廢水的常規處理方法，結合以往經驗，根據其特點設計一套實驗室廢水綜合處理工藝，并考察該處理系統現場應用的可行性。結果表明，在系統穩定運行的60 d內，出水口COD濃度介于5.22～66.95 mg/L，符合《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）的一級標準，且09：00、14：30和20：00的COD去除率平均值分別為71.79%、89.20%和91.54%，說明該廢水處理系統對COD有較穩定的去除能力。本研究對于我國實驗室廢水綜合處理工藝的設計和系統開發具有一定參考價值。

參考文獻

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