实验室废水的危害及处理

张 伟

(昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明650051)

0 引 言

化工业的发展对社会的进步起了重要的推动作用，人们在看到成果的同时也不能忽视由此带来的环境污染问题。各种大小实验室排出的废气、废渣、废水积少成多，严重污染了大气、水质和土壤，破坏生态平衡，威胁人类健康。解决处理这些污染是绿色化学、保护环境的重要措施，对人类的生存和经济的发展起到积极的作用。

1 实验室废水的危害

在实验过程中及实验完成后会产生对人体和环境有害的多种废液、废渣、废气。容易造成环境污染的有害气体就有20多种，如NO2、SO2、CO等;废液如废弃的H2SO4、HCl及清洗玻璃器皿产生的污水等;废渣如各种固体废弃物。这些气体和排放的废液、废渣直接或间接地对环境造成了污染，危害人类的健康。

化学实验产生的废水进入河流或地下水等水体中，使水和水体的物理、化学性质发生变化而降低了水体的使用价值，使工业、农业、生活用水受到了严重影响。水体污染严重危害人体健康，甚至会致癌、致畸、致突变。据世界卫生组织报告显示，全世界75%左右的疾病与水质不良有关。常见的消化疾病、糖尿病、痛风、致癌、结石病、心血管病、伤寒、肠胃炎、腹泻、霍乱、痢疾和传热性肝炎等多达50种疾病的发生与传播都和直接饮用污染水有关。全世界每年由于水污染导致死亡的儿童有5 000万;心血管病患者有3 500万;结石病患者有7 000万;肝炎患者有9 000万;3 000万人死于肝癌和胃癌。

1.1 有害无机污染物

主要是指 Hg、Zn、Ni、Cr、Cu、Cd、Pb、Mn 等重金属离子和砷化物、氰化物、氯化物、硫化物等，产生这些废水的主要原因是由于这些元素化学实验次数较多，废水排放量较大，随着废水的排放而进入天然水体，从而导致水体的污染。

由于重金属进入水体后不会自动消失，而且特别容易在生物体内积累，因此重金属污染物一般具有潜在的危害性，它们对生物环境和人体健康的危害非常巨大。重金属的污染物与有机污染物不同，水中的微生物难于使之分解消化，经过“虾吃浮游生物、小鱼吃虾、大鱼吃小鱼”的富集，浓度逐级加大，而人正处于食物链的终端，通过食物或者饮水，将有毒物摄入体内。这些有害物不易排泄，会在人体内积蓄，引起慢性中毒。在生物体内的某些重金属又可能被微生物转化为毒性更大的有机化合物。例如:Pb会引起肾病、神经痛、麻风病等;废水排放的无机汞，会引起神经中毒症、精神絮乱、疯狂、痉挛乃至死亡。在物理、化学、生物因素的作用下，转化成甲基汞为主要类型的有机形态，更易于被动植物摄食、吸收、积累，最终导致人类发生包括肢体感觉障碍、运动失调、语言障碍、视野缩小和听力障碍等症状的综合性神经病变，即“水俣病”。Cr是毒性较高的元素之一，废水中的Cr主要以重铬酸根离子或铬酸根离子形式存在，会引起肾脏功能絮乱、癌变等。其中六价铬的毒性最大，对皮肤有刺激可致溃烂，进入呼吸道会引起发炎和溃疡，同时还是一种致癌物质，所以国家规定废水中六价铬的排放标准必须＜0．5 mg/L;Cu可以迅速抑制动物的呼吸而减弱动物运动、摄食和繁殖功能，甚至造成动物的死亡。Hg、Cd等也有类似的危害。重金属污染物的毒害不仅与其摄入机体内的数量有关，而且与其存在形态有密切关系。不同形态的同种金属化合物其毒性可以有很大差异。例如:烷基汞的毒性明显大于二价汞离子的无机盐。Cd中毒会引起骨髓变形、腰背痛、中毒、红血球病变等;As会在人体内积累，引起神经炎、急性中毒甚至死亡，属致癌类(皮肤癌)之一。化合物中有机砷的毒性最大，其次为AsO2、AsO3-4;钡盐中的BaSO4因其溶解度小而无毒性，BaCO2虽难溶于水，但能溶于胃酸，所以和BaCl2一样有毒。

污染物中氰化物的毒性是很强的，致死量为0．05～0．12 g。氰化物以各种形式存在水中，所有氰化物及衍生物都剧毒，而且中毒作用非常迅速，能使中枢神经系统瘫痪，使呼吸酶及血液中血红蛋白中毒，从而使机体窒息。氰化物会使水产生杏仁味，水中含量不得超过0．05 mg/L。N和P会使水中的藻类疯长覆盖水面隔绝水面与大气的富氧，加上藻类自身死亡与腐化，消耗溶解氧，使水中的鱼类等死亡，逐渐淤积，造成水体富营养化、水体老化。

1.2 有机污染物

化学实验排放的废液中含有大量的酚、蛋白质、脂肪、有机酸碱等有机物质，对微生物有毒害和抑制作用，分解时需消耗水中的溶解氧。天然水体中溶解氧含量一般为5～100 mg/L，当大量耗氧有机物排入水体后，使水中溶解氧急剧减少，水体出现恶臭，破坏水中生态系统，对渔业生产和居民生活用水的影响甚大。

2 实验室管道的布置

(1)实验室污水按污水性质、成分及污染的程度可设置不同的排水系统，被化学药剂污染且对人体有毒有害的污水应设置独立的排水管道，这些污水经局部处理方可排入室外排水管网。

(2)实验室内由于化验盆、洗涤盘等卫生器具和其他用水设备数量较多且分散，所以相应的室内排水支管、干管也较多。因此布置室内管道时，要求管道能相对集中、铺设整齐，便于施工安装和运行维修;尽量减少管道转弯，以降低管内阻塞的可能性;主干管要尽量靠近设备排水量最大、杂质较多(应设置滤网)的排水点设置。

(3)管道敷设以最短距离沿墙、柱、墙角、柱角、天棚、走廊等设置，管道应尽量避免穿越放置有精密仪器、仪表、电气设备等的房间或卫生要求较高的房间。

(4)在化学实验室、纯水室等应设置地漏，防止水管爆裂或水龙头漏水等情况时能够及时排水，以免实验室浸泡和仪器设备损坏。

(5)实验室的排水管材要采用抗腐蚀性能好的材料，如适用于排出酸性、碱性废水的陶土管等。

(6)实验室的废水是在试验操作过程中各种器皿、仪表、工具、手套的洗涤及设备冷却时产生的，这些废水应按其性质、成分等采取不同的处理方式。污染程度轻的废水可以处理后回收利用;污染程度重的必须经过适当处理后再排至外部排水管网;基本没受污染的可以直接排至外部排水管网。例如:一般设备冷却水仅水温有所升高，这类废水可以回收利用;无有毒物质的洗涤用水经简单处理还可重复使用;有的废水含有毒有害物质、放射性物质，则须经适当处理使之符合国家规定的排放标准，才可排入水体或外部排水管网。

(7)留意管道的监测与检漏。此外，还应注意污染物通过下水道与居民区管道形成交叉污染。

采取合理的管道布置，可以使废水有效快速地排出(参照《GB18466-2005污水综合排放标准》等)，避免再次交叉污染也利于下一步的水处理工作。

3 实验室废水的处理方法

3.1 中和法

含稀酸和稀碱的废水，采用互相中和、药剂中和、过滤中和3种方法，使溶液的pH值达到6～8后直接排入下水道。

(1)酸性废水处理方法:①利用碱性废水进行中和，使混合废水pH值接近中性。②在酸性废水中投加中和剂(石灰、石灰石、白云石、苏打、苛性钠)。③酸性废水通过碱性滤层过滤中和。④离子交换法。

(2)碱性废水处理方法:①利用酸性废水进行中和，在碱性物质中投放酸性中和剂。②向碱性废水中鼓入烟道废气(酸性气体CO2及SO2)。③利用水体中CO2中和酸性废水。

3.2 化学沉淀法

向工业废水中投加某种化学物质，使之与其中某些溶解物质产生反应，生成难溶盐沉淀下来，这种方法即为化学沉淀法。化学沉淀法有:氢氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、钡盐沉淀法3种。

氢氧化物沉淀法适用于金属离子生成氢氧化物使之去除，该方法要注意pH值的操作;硫化物沉淀法使金属形成硫化物达到沉淀效果，该种方法去除更加彻底;钡盐沉淀法主要用于含六价铬的废水，采用的沉淀剂有 BaCO3、BaCl2、Ba(NO3)2、Ba(OH)2等。

含 Hg、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn 等重金属离子的废液，先在其中加入NaOH，使pH值为8～10时，加入Na2S使其生成硫化物沉淀，静置分离后，将溶液调至pH值为6～8后排入下水道，少量废渣可埋于地下。

含砷化物的废液，可在废液中加入酸使pH值为3～4，再加入Na2S使废液中的As转化为As2S3沉淀，静置分离后，将溶液调至pH值调为6～8后排入下水道，废渣埋于地下。

含Ag的化合物废液，在废液中加入Na2S溶液，使其生成Ag2S沉淀，静置分离后，将溶液pH值调至6～8后排入下水道，废渣埋于地下。

3.3 氧化还原法

药剂氧化还原法是通过向废水中投加氧化剂或还原剂，氧化或还原废水中的有毒有害物质，使其转变为无毒无害或者毒性小的新物质的方法。

(1)含氰化合物的废液，在废液中加入碱，使其pH值为8．5～11时，废液中的金属离子转化为氢氧化物沉淀后，静置分离，在溶液中加入过量NaCl溶液或漂白粉，使氰化物氧化分解后排放。

(2)含S、氰、苯酚等有机废液，在废液中加入H2O2溶液，使其有毒有味的化合物被氧化为无害物质，将溶液的pH值调为6～8后排放。

(3)含Cr化合物的废液，可先用H2SO4酸化使pH值为3～4，然后加入5% ～10%的FeSO4溶液，使废液中的六价铬还原为三价铬，然后加入石灰，降低酸度，调至溶液的pH值为8～9，三价铬离子形成Cr(OH)3沉淀，静置分离后，调节溶液pH值为6～8后排放，废渣埋于地下。

3.4 臭氧氧化

臭氧的氧化能力极强，含氰、酚的废水都可以用该法处理。

3.5 电解

废水通过电解反应，废水中的有毒物质在阳极和阴极分别进行氧化还原反应，结果产生新物质沉积于电极表面或沉淀下来或生成气体从水中排出，从而降低了废水中有毒物质的浓度。

4 结 语

废水的处理方法一般有物理法、化学法、生物法。物理法主要利用截留法、分离法去除废水中的悬浮物质和漂浮物;化学法主要利用化学反应来处理废水中的溶解物质或胶质物质;生物法的作用是去除废水中的胶体和溶解中的有机物质。上述3种基本处理方法各有其特点和适用条件。在废水排入地面水体中要按排放要求来确定处理程度，同时应结合水体的自净能力，根据有害物质和溶解氧的指标来确定水体的容许负荷，即排入水体的容许浓度。

化学是一门以实验为基础的学科，实验是必不可少的，实验时要采取一些方法和措施尽量地降低对环境造成的影响和危害，可以从以下几点去考虑:①推广使用微型化学实验仪器，节约药品，减少污染;②降低药品浓度，提高实验效果，减少环境污染;③尽可能在密闭条件下进行，吸收尾气;④循环使用溶剂并充分利用反应产物;⑤实验操作规范化，妥善处理化学实验的废弃物。其中废水的处理应从管道的布置和水处理两方面着手。这些措施对实行绿色化学、保护环境及人类健康、实现可持续发展起到极大的推动作用。

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