高校生物实验室废弃物的控制与处理

樊家荣，李 赓

（合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥230602）

高校实验室是从事实践教学、科学研究、技术研发的重要基地，实验教学是对学生进行技能训练、科技创新和综合素质能力培养的重要课堂。我国有数以万计个生物类实验室，每天有大批学生在做各种各样的生物实验，使用种类繁多的化学试剂，在实验过程中产生大量的废弃物。实验过程中自然产生的废弃物，既有一类污染物重金属盐类，又有酸碱化合物、有机溶剂等二类污染物。以生物实验为例，所产生的废弃物具有以下特点：a.种类复杂，包含有生物和非生物的化学废弃物；b.毒性大，有致病的病毒和菌类，还有醇、醛、苯、酚等及衍生物；c.富集性强，少量有毒物随残渣一起排进环境，在生物体内逐步积累后会对环境和人体健康造成严重影响；d.传染疾病，废弃物中的病原微生物在环境内会引发动物或人发病[1]。

据了解，长期以来许多实验室没有进行严格地处置，便直接排入下水道或扔进了垃圾箱。究其原因，对生物实验过程中产生的废弃物未能引起大家的重视，个人图省事，认为一个实验或一个实验室污染物排放量微小，带来的污染在数量与强度方面并不严重。其实，随着科学技术的进步，生物实验室的教学以及科研活动日益频繁，排放的废弃物对人体和环境已构成了越来越大的潜在威胁。由于这种污染的效应具有滞后性，往往在污染发生的当时不易被预料和察觉；经费投入不足，实验室缺少处理废弃物的公共平台，有些废弃物处置起来成本高工作量大，如Hg2+、Ag+的回收等；实验室排水系统与生活污水排放系统没有分开，造成了对环境污染；有处置危险废弃物资质的机构不足，有的废弃物送到专业机构处理路途遥远费用很高；我国高校对实验室废弃物安全管理缺少法律、法规约束，实验室废弃物的检查、排放等缺少规范。有的学校安全管理制度形同摆设，缺乏对废弃物处理监管机制。

2005年7月26日教育部与原国家环保总局就联合下发《关于加强高等学校实验室排污管理的通知》[2]，严禁把废气、废液、废渣和废弃化学品等污染物直接向外界排放。高校是培养人才的摇篮，有效防治实验废弃物对实验人员和环境安全的危害，建设绿色校园，提高学生的环境保护意识，责任义不容辞。

本文针对生物实验过程中产生废弃物的情况，结合我们在实践中积累的经验，谈谈如何加以控制和处理，为高校同类实验室管理和废弃物处置提供有益的借鉴。

1 如何有效防控废弃物的产生

1.1 制定废弃物管理规章制度

1.有毒有害试剂专人管理。为保持生物实验室的绿色化，规定有毒有害试剂专人购买、管理，实验教学人员根据教学计划才能领取必要的试剂，详细登记领取人的姓名、领取时间、试剂的名称、用量及使用时间，在实验室日志中记录试剂配制，实验后处理情况。

2.实行环保责任制。规定实验人员对各自所承担的实验负责，对实验中产生的有毒有害废弃物，必须按照规定的程序处理。

3.专人负责检查。按有毒有害试剂领取登记跟踪进行检查，并将检查结果进行评比公示，作为教师绩效工资发放和学生实验成绩评分的依据之一。

1.2 建设标准化实验室

生物系新建实验室均安装有强排风系统、通风橱及通风管道、换气扇，有的实验室安装有空气净化过滤器等。另有专门的灭菌室，高压蒸汽灭菌锅时刻保持良好的运行状态，对含有害生物的废弃物随时可进行灭活处理。

1.3 从源头上控制废弃物产生

1.3.1 实验内容优化

在制定实验教学计划时，组织全系教师对实验项目进行审查、优化，避免交叉重复实验，减少一些有毒有害试剂用量多的验证性实验。每学期结束前组织实验教学人员对下一学期实验教学进行周密计划，将用到同一种试剂的实验安排在同一时间段，防止试剂过期重新配制造成浪费和污染。

1.3.2 提高试剂利用率

每次学生实验试剂准备，按照实验学生数和分组情况，计算出每种试剂需要的量，试剂分装根据实验的人数、药品用量和性质等因素来考虑，选用适宜的试剂瓶和时间分装，如生物实验需要用到很多种染色液，这些染色液都有一定毒性，如染色体的改良品红，染细胞骨架的考马斯亮兰、革兰氏染色用的结晶紫、碘液、番红等，每次用量少，用棕色小滴瓶装，染色时只需取1-2 滴，用后集中密闭4℃冰箱避光保存，每种染色剂能使用多次，甚至几届学生；当需要配制大量的溶液时，首先配制成相应的母液，使用时再稀释为工作液，如植物组织培养用的大量元素、微量元素、铁盐、有机物等，先配制成母液，配制培养基时按所需要的量量取；分子生物学实验用的一些试剂，价格贵，精确度要求高，用量少，一次配制少量，误差又大，如，Tris-HCl、PBS Buffer、Solution III 等，采用高压蒸汽灭菌后保存，能延长使用时间，一次可适当配制多一点，减少误差、工作量和过期试剂排放。

1.3.3 试剂替代

实验采用无毒、无害或低毒、低害的试剂，替代毒性大、危害严重的试剂，如核酸检测实验以往用EB（Ethidium bromide,溴化乙锭），EB 可以嵌入核酸碱基分子中，导致错配，许多人认为溴化乙锭是强诱变剂，具有高致癌性。现采用低毒的GoldenViewTM代替溴化乙锭 （EB），在琼脂糖电泳检测DNA 时，GoldenViewTM与核酸结合后能产生很强的荧光信号，其灵敏度与EB 相当，使用方法与之完全相同。又如凝胶脱色以往用甲醇和乙酸，实验时有很浓难闻的药品味，现采用水浴加热，用0.5mol/LNaCl 溶液脱色也可以起到很好的效果。如植物组织培养实验，以往外植体表面消毒常用0.1%的HgCI2溶液，Hg2+在各种重金属离子中毒性最大，现采用2%的次氯酸钠溶液浸泡15-20min 或10-12%的过氧化氢浸泡10-15min 进行外植体表面消毒，可达到同样的消毒效果。

1.3.4 微型实验

微型实验试剂用量少，开设实验的成本降低，配制试剂工作量减轻，每位学生都能动手操作得到锻炼机会，实验产生的污染物随之减少，逐渐成为实验的主流。如生化粗脂肪的定量提取实验，原来采用的是500ml 的装置，需要用一满瓶乙醚，现采用了150ml 的索氏提取器，试剂用量减少为原来的三分之一； 又如生化的经典实验凯氏定氮法测定物质中氮的含量，传统的凯氏蒸馏仪所需试剂较多，现如今采用微量凯氏蒸馏仪，试剂的消耗降为原来的四分之一；荧光测试时，使用微量皿，试剂用量是普通皿的十分之一；植物细胞骨架标本制备与观察实验，用1%Triton X-100 抽提、3%戊二醛固定、0.2%考马斯亮蓝染色，以往用50ml 烧杯进行实验，实验室弥散着很浓的药品味，现在抽提、固定、染色这几步实验在10ml 带盖的称量瓶中进行。试剂用量只是先前的五分之一，挥发的有毒气体较少，操作也比原来方便，实验效果更佳。

1.3.5 试剂共用

实验室专人负责化学试剂采购与保管，对于易挥发、潮解、氧化、分解或易与二氧化碳反应的试剂，建立共用平台，每次以最少量购置集中管理，一瓶用完后再买，减少一些试剂失效；有些试剂一次使用量很少，买来一瓶试剂用2-3年，还剩大半瓶就过期了的现象常见。如巯基乙醇，一瓶500ml，一次只用几毫升，几个实验室试剂共用，可防止一些试剂过期排放。对现有实验项目进行变通，以尽量少的试剂、耗材和仪器，来完成更多的实验项目，达到不同的实验目的。如植物细胞有丝分裂，减数分裂标本制备与观察，植物多倍体人工诱导，植物染色体组型分析等实验，均可用改良品红染液，每次染色只需1-2 滴，4-5人共用一小滴瓶，30ml 能用5-8年，改良品红放置越久，染色效果越好，现配现用染色效果还不佳。又如显微镜的擦镜液以往用二甲苯，副作用大，现采用无水乙醇与乙醚按3∶7 体积混合，擦镜效果很好，擦镜液每次用量不多，但易挥发污染实验室环境，现由显微镜管理人员配制密闭保存，上课老师借用后归还，500mL 擦镜液能用1-2年。

1.3.6 试剂回收利用

如生物化学纸层析法分离鉴定氨基酸实验，展层剂和平衡溶剂含有机溶剂正丁醇，每次实验后，把展层剂和平衡溶剂回收，下次实验再用，节约并减排。又如COD 为水中有机物污染的综合指标，污水中COD 测定实验,使用大量的硫酸银,而银盐价格较为昂贵,从COD 测定废液中利用氯化钠和浓硫酸回收硫酸银,既节约了经费开支,又避免对环境二次污染。让学生参与回收，还培养了学生节约、环保的意识，锻炼动手操作能力。

1.3.7 计算机模拟实验

大型仿真互动平台建设与应用，减少了废弃物的排放。根据用人单位对应用型人才的需求，生物工程类专业都开设了仪器分析课程，精密分析仪器台套数少，如原子吸收分光光度计、气相色谱、高压液相色谱等，很难达到每个同学都能熟练操作的目的。通过大型仿真互动平台，学生们先可以在计算机上对精密仪器的整套操作流程进行模拟，对实验操作进行测试，对精密仪器的使用过程先有了一定的了解后，再分组对精密仪器进行实际操作，既减少了仪器、耗材与试剂的损耗，又使每个同学都得到了操作锻炼。仿真互动平台还可以进行实验方法的编辑，能模拟实验室内大部分实验仪器的操作，学生可以先在该平台上进行模拟操作，考核通过后再在实际仪器上进行操作。

1.3.8 采用新技术

有些玻璃器皿很难洗涤干净，利用超声波洗涤顽固污迹，速度快、功效高、免用洗涤剂污染少。超声波还可把有毒有机物降解为毒性小甚至无毒的小分子，不会造成二次污染。超声波和微波在天然植物药用成分提取中应用非常好，得到的产物化学成分结构和性质不会改变，因破碎细胞是一个物理过程，浸提过程中也无化学反应发生，还具有省时节能产率高等优点。如利用微波提取极性化合物，用水为溶剂萃取时比索氏提取效果好。

2 怎样正确处理实验室废弃物

废弃物排放国家有严格的标准[3]，对于实验过程中不可避免产生的废弃物，先分类收集、存放，针对废气、废液、废渣等废弃物定时分别采用废物回收、酸碱中和、氧化还原、焚烧等方法处理，将危险减至最小。

2.1 废气的处理

废气由实验过程中产生的如硫化物、碳化物、氨等，有液体药品的挥发物如甲醛、戊二醛、甲醇、巯基乙醇、乙醚等。若不慎扩散到实验室和周围环境中，轻者会引发实验人员及周围人群的呼吸道感染，重者可引起中毒甚至窒息。凡有废气产生的实验，有专人不间断地检测实验产生废气的含量。少量有毒废气如醇、酮等有机溶剂挥发物，可通过强排风管道、通风橱管道经空气稀释直接向高空中排放[4]。大量的有毒气体采取降低其毒性再排出，如可燃性气体CO、碳氢化合物等，进行充分燃烧后排放。对于N、S、P 等酸性氧化物气体，用导管通入碱液中，使其被吸收中和后再排出。对于有回收利用价值的气体，如NH3直接通入稀HCl 中，使其生成NH4Cl 用来浇花草。

2.2 废液的处理

废液主要包含实验后剩余的过期试剂、无机酸碱、有机试剂、重金属离子溶液等，若不经处理直接排放会造成水体污染，致使水体的生物种类减少，自净能力减弱等。实验废液种类相对较多，先分类收集，标明种类、收集时间，一个星期处理1 次。

2.2.1 含酸、碱废液处理

对于酸、碱废液多数采取以废治废的方法，用相应的碱、酸废液进行相互中和。如废无机酸用Na2CO3或Ca(OH)2的水溶液中和，也可用其它废碱液中和至pH6.5-7.5，再用大量水冲稀排放。

2.2.2 含CN-废液处理

部分采用强氧化剂还原使其脱毒，如氰化物剧毒，HCN 人的口服致死量为50 毫克[5]，若把含CN-废液倒入废酸缸中是极其危险的，遇酸产生极毒的HCN 气体，瞬时可使人丧命。对含CN-废液，先加入1mol/L NaOH 溶液调pH 值为10 以上，再加入过量的3%KMnO4溶液，使CN-被氧化分解。

2.2.3 含重金属离子废液处理

含重金属离子废液，被国家列为一类污染物[5]，Hg2+在各种重金属离子中，毒性最大，居于之首，排放量不得超过0.05mg/L； 含Hg2+盐的废液可先调节pH 至8-10，再加入过量Na2S 使其生成HgS，然后加入FeSO4，生成的Fe2S3能吸附悬浮于水中的HgS微粒进行沉淀可回收利用，清液可排放弃去。

2.2.4 含有机溶剂废液处理

对于有机溶剂使用量大的实验，废液采取蒸馏法回收，不仅减少对环境污染，还具有一定的利用价值。整个回收过程都在通风橱中进行，回收的有机溶剂纯度较高的，可供实验室重复使用。

2.2.5 综合废水处理

互不作用的废液混合后可用铁粉处理，先调节pH 为3-4，加入铁粉，搅拌半小时，用碱调pH 至9左右，继续搅拌10 分钟，加入高分子混凝剂进行沉淀，清液可排放，对最终不可排放的液体废弃物由各实验室人员收集，集中存放，送交有处理资质的污水处理厂处理。

2.3 固体废弃物处理

固体废弃物主要来源于生物实验用的动、植物尸体，固态培养基、菌株及相关制品、损坏的器具等。如未经严格的处理而直接外排会使有害微生物及毒素扩散传播。所有的生物样本培养物、经技术处理，使其达到生物学安全标准[5]。实验废弃的细胞、组织一律先加入漂白剂灭活之后才能倒入下水道，废弃的具有感染性尖锐器具、培养基和培养物、菌株及相关制品，经高温高压蒸汽灭菌后倒入垃圾箱；所有带菌的动植物尸体和组织经焚烧处理。

实验室污染物治理工作任重道远，需完善废弃物管理规章制度，人人提高环保意识，对各自所承担的实验负责，从源头上控制污染物产生，一旦有废弃物产生，当即采取相应的处理方法，尽量减少对环境污染，共建绿色安全的校园。

近些年许多高校在开放实验室建设方面有显著进展。实验室开放在很大程度上是对传统实验模式的改革和创新,为学生提供一个开放的、宽松的实验和研究的环境。培养学生创新思维、科学素质和动手能力，为毕业后服务社会打下基础。学生可以自己设计实验项目，在实验时间上可以灵活安排，多利用课余时间和双休日、节假日，实验材料和试剂可以自己准备。但学生对实验多缺乏预见性，指导教师监管难度加大，存在一些严重的安全隐患，最突出的就是有毒有害的实验废气、废液、废渣的排放量成倍增加，对环境危害的程度加大，是急待解决的问题。实验室开放不仅仅是对实验场地、实验设备、仪器等开放，对实验材料和试剂诸方面要求更高，指导教师要严格审查实验内容，明确地教导学生遵守规则，规范操作，减少废弃物排放。同时对学生加强实验安全教育，培养自觉保护环境、造福人类的高尚品质，提高学生的环保意识和防范能力。对新进入实验室的学生、必需进行安全与环保培训，掌握正确处理实验废弃物的方法，并通过考核合格后才能进入实验室开展实验。

[1]杨怡姝，等.大学生物学实验室的生物安全问题探讨[J].实验技术与管理，2011，5（28）：188-189.

[2]郭桂英，郑继平.高校生物实验室污染物现状与治理[J].实验室研究与探索，2013，4（32）：231-232.

[3]陈雅莉，张晓东.浅谈高校实验室废液的安全管理[J].高校实验室工作研究，2013，1:65-66.

[4]黄凌云.高校生物实验室废弃物的危害与防治措施[J].高校实验室工作研究，2012，113(3):88-89.

[5]孙英杰,赵由才.危险废物处理技术[M].北京:化学工业出版社,2006:5-25.