高校化学实验室废水处理绿色化探索与实践

陈艺敏，陈建福，苏火煌，黄慧珍



高校化学实验室废水处理绿色化探索与实践

陈艺敏，陈建福，苏火煌，黄慧珍

（漳州职业技术学院 食品与生物工程系，福建 漳州 363000）

高校实验室污染问题日益严重，对周围环境和人体健康造成不利的影响。在概述化学实验室废水治理的研究现状基础上，提出防治与治理相结合的措施，采用气浮法、厌氧生物滤池和活性炭吸附法治理实验室废水，实现本系化学实验室绿色化。

化学实验室废水；实验绿色化；废水治理

1 高校实验室废水排放与危害

随着高校的扩招和科研项目的增加，对化学实验室的需求越来越多，各类化学实验室建设数目不断增加，从实验室中产生的“三废”（废气、废水和废渣）的排放也相对增多。实验室实际上是一类典型的小型污染源，高校实验室“三废”排放具有成分复杂、污染点面广、量少、时间不确定、难于集中等特点。

高校实验室废水的排放周期不定，排放水量也无规律性，且所含污染物的成分较为复杂。实验室排放的废弃物按化学性质可分为有机废物和无机废物两大类。无机废水主要包括酸碱废水、含重金属（如Hg、Cr、Pb等）的废水,含硫化物的废水和卤素离子的废水等。而有机废物以有毒物质多（如酚类、苯胺类物质等）、易燃易爆物多（如含过氧基的有机物等）这两个特点使有机化学实验对环境污染问题更为突出。实验室的废水量虽然相对较小，但是如果不加处理就对外排放，将对环境造成极大的污染,所以加强实验室污染的防治与治理刻不容缓。目前在高校实验室仍经常出现将实验室对产生的废水仅仅是简单的处理，甚至不作任何处理就直接排入下水道。

不经过处理直接排放到城市下水道的实验室废水，会对江河湖泊和地下水造成严重的污染，进而造成对鱼类和土壤的污染。无机废水中的酸碱废液排入水体会影响水生生物的生产和渔业生产，排入农田会使土壤酸化或盐碱化，危害农作物。重金属废水主要有：铅、汞、镉、铬、砷等离子，这些物质如果一次性大量地摄入，就会造成人体急性中毒；小量多次摄入，长期可造成人体致畸、致癌、致突变。有机废水排入水体后可引起生态效应，导致生物在种类和数量上的变化，和溶解氧效应，造成水质恶化而危及水生生物的生存[1]。因而加强高校化学实验室管理,研究化学实验室废水综合治理的方法,以及培养学生的绿色环保意识势在必行。

2 实验室废物治理的研究现状

针对实验室污染问题，一方面，不少学者提出了“绿色化学”的概念[2~5]。它的核心是在实验过程中尽量减少或消除使用和生产有害物质。在高校实验中可通过减少化学试剂的用量、开展微型化学实验、拒用危险试剂，使用替代品等来实现这一目标。以甲苯的水蒸气蒸馏实验为例，用乙醇代替甲苯进行实验，避开使用甲苯这种有毒、对空气污染大的试剂。对于要用有毒、有辐射源危险、易燃易爆的药品进行实验时，可以采用仿真实验，利用计算机内的虚拟实验软件来进行。也有学者提出[6]，要真正解决高校实验室的污染问题，更重要的是提高学生的环境意识，认真落实环保规章制度，在实验中贯彻绿色化学的概念。

另一方面，对实验室污染物提出一些处理方法。主要的实验室废水处理措施包括活性炭吸附法[7]、絮凝沉淀法[7]、酸碱中和法[8]、离子交换法[9]、活性污泥法[9]、焚烧法[9]等进行处理，使其良性循环。其中酸碱中和法、絮凝沉淀法、离子交换法主要用于去除废水中的无机污染物，活性污泥法、焚烧法用于去除废水中的有机污染物，而活性炭吸附法用于对出水要求较高的二级处理。实验室废水的处理应该根据废水性质有针对性地进行分类处理，尽可能降低处理难度。由于实验室废水的成分复杂，不能预期只用一种方法就能去除所有的污染物，应该用几种方法组合来处理。

3 实验室废水处理的探索和实践

我系实验实训室污染物主要以废水为主，包括无机化学实验室产生的酸碱废水，有机化学实验室产生的含卤素、含苯等有机化合物的废水，以及环境监测实验室产生的含铬、含汞等重金属离子废水。为了治理实验室废水，我们采取了防治和治理相结合的措施。

实验室废水防治从减少污染的源头做起，将减量化、资源化和无害化作为实验目标。减量化即教师在实验设计中，对于产生污染的药品，在可以达到预期目的条件下，减少药品使用量。在化学试验中推行微量与半微量相结合的实验方案，减少污染物的排放量。微量化学实验的试剂用量为常量的1/10到1/1000，可以大大减少实验室废物排放量并减少实验室经费开支。资源化即加强废水废渣的回收利用，使用可以循环利用的药品。例如让学生回收实验剩下的化学药品或回收废水中的贵重金属如银等，以便下次实验使用。无害化即用无毒无害的药品代替有毒有害物质进行实验。例如在测量污水中COD含量的实验中，采用污染小的高锰酸钾法代替污染大的重铬酸钾法。对有毒污染性大的实验考用仿真实验或低毒实验代替。我系已经采用计算机仿真实验和玻璃仿真系统的模拟实验，实现部分实验无污染的操作。

实验室废水治理首先从废水的分类收集做起。目前，主要分为酸碱废水、含重金属离子的废水和有机废水。在各个实验室设置废液桶，统一收集处理，再集中放到危险废物储存室的大收集桶中。学校实验楼设有专门的危险废物独立储存间，并分类存放，危险废物做有明显的标识。

收集到的废水作为环境监测和治理专业学生很好的学习和实习操作素材。当收集到的酸碱废水达到5L时，送至环评实验室，由学生在老师的指导下，进行酸碱中和实验。当pH试纸检查到废水的pH达到中性时，才排放到下水道中。对于其余的实验室废水，学校购买了实验室污水处理专用设备，包括气浮实验设备、厌氧生物滤池和活性炭吸附设备（见图1~3），作为学生学习和作为处理实验室废水的设施。

图1 气浮实验设备

图2 厌氧生物滤池

图3 活性炭吸附设备

气浮法净水是当前国际上新的污水处理方法之一，它的工作原理是在压力下，将大量空气溶于水，形成溶气水，作为工作介质，通过释放器骤然减压快速释放，产生大量微细气泡。微细气泡与混凝反应污水中的凝聚物粘附在一起，使絮体比重小于1而浮于水面，从而使污染物从水中分离出去，达到净水的目的。该装置包括配电箱、平流气浮槽(25L)、溶气罐、溶气水加压泵、气体和液体流量计、进水离心泵和原水桶（50L）。主要用于去除的水中COD、色度、油脂、以及少量（含量在50mg/L以下）重金属如铬、锌、铜、镍、铅等。

厌氧生物滤池是一种内部装填有微生物载体（即滤料）的厌氧生物反应器。厌氧微生物部分附着生长在滤料上，形成厌氧生物膜，部分在滤料空隙间悬浮生长。污水流经挂有生物膜的滤料时，水中的有机物扩散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解转化为沼气，净化后的水通过排水设备排至池外，所产生的沼气被收集利用。该装置包括配电箱、1根有机玻璃管（带5个侧采样口）、有机玻璃三相分离器、拉稀环填料、气体收集瓶、恒温水箱、离心泵和原水桶（50L）。主要用于净化有机污水，去除水中的COD。

活性炭吸附装置是利用活性炭的物理吸附、化学吸附等性能去除污水中多种污染物的方法。该装置包括配电箱、2根有机玻璃管（带5个侧采样口）、反冲洗泵、原水桶（50L）和活性炭。活性炭用木屑、果壳、褐煤等含碳物质为原料，经碳化和活化制成。活性炭吸附广泛用于给水处理及污水二级处理出水的深度处理，其主要优点是处理程度高，效果稳定，如辅以其他处理措施，可以达到饮用水标准，但是处理费用高昂。处理工艺流程为先经过简单分离，把污水中的有机相分离出来，再经过活性炭二级吸附，COD的去除率可达到93%，同时还吸附部分重金属离子。活性炭能去除水中产生臭味的物质和有机物，如酚、苯、氯、农药、洗涤剂、三卤甲烷等，对污水脱色。此外，对银、镉、铬酸根、氰、锑、砷、铋、锡、汞、铅、镍等重金属离子也有吸附能力。

实验室所产生的废水经过这三种污水处理设备的处理，可以达到国家规定的排放标准，可以直接排放，不会对环境产生污染。

4 结语

我系对实验室废水的防治与治理，去除了水中的有害污染物，大大改善了废水对环境可能造成的不利影响。同时，也为其他高校进行实验室绿色化提供了很好的参考。今后，我们除了继续完善废水治理技术外，还要展开对实验室废气和废渣的治理行动，使得实验室“三废”都实现绿色化。

[1] 孟庆祥.实验室污染的防治及治理[J].实验室科学，2009（6）：161-162.

[2] 缪春宝.强化环保意识，实施“绿色”有机化学实验[J]. 广州化工，2009，37（6）：222-223.

[3] 赵鹏，曾明荣，吴翠玲.高校实验室污染与绿色化实验开发的探讨[J]. 广州化工，2010，38（9）：197-198.

[4] 黄丹，范崇光.论有机化学实验的绿色化[J].实验室研究与探索，2001，20（5）：33-34.

[5] 张群.高职有机化学实验绿色化的实践与探讨[J].职业教育研究，2007（7）：119-120.

[6] 李金玲，李光德，钟杰.高校环境实验室污染问题的处理[J].河北化工，2009，32（8）：73-74.

[7] 高强.高校化学实验室废水处理[J].科学大众•科学教育，2009（8）：113-114.

[8] 蒋维，钟兆平，边智红，张蕾.化学实验室废水处理方法的探讨[J].资源环境与工程，2006，20（6）：812-814.

[9] 李茂莲.高校实验室污染问题的对策探讨[J].航海教育研究，2007（3）：111-112.

Exploration and Practice on Greenness of the High School Chemical Laboratory Wastewater Treatment

CHEN Yi-min，CHEN Jian-fu，SU Huo-huang，HUANG Hui-zhen

（Zhangzhou institute of technology, Department of Food and Biology Engineering，Fujian Zhangzhou 363000）

The high school laboratory pollution is becoming more and more serious and bringing bad influence on the environment and human health. Based on the overview of researches on chemical laboratory wastewater treatment, a measure by combining prevention and treatment such as flotation, anaerobic biofilter and activated carbon adsorption is proposed in order to achieve chemical laboratory greenness.

Chemical laboratory waste water; Experimental greenness; Wastewater treatment

X703

A

1673-1417（2013）02-0030-04

2012－12－15

福建省教育厅科技计划项目（JB11310），漳州职业技术学院科技计划项目（ZZY1202）

陈艺敏（1979－），女，福建漳州人，助教，硕士，从事环境科学与工程研究工作。

（责任编辑：季 平）