关于实验室废水处理方法的探讨

冯文池

(山东省青岛第五十八中学，山东 青岛 266100)

随着中学教学质量的不断提高，化学课的教学模式从教室中的单一理论传授逐渐转变至教学和实验相结合，学生动手操作的实验内容也随之增加。随着环保意识增强，绿色化学教育已成为化学教育的重点，对实验室逐步增加的废水进行处理尤为重要。废水中含有的重金属离子、砷化物、六价铬等有毒物质会严重危害人体健康，而且废水的不完全回收以及错误回收也会对环境造成污染。所以，寻找一种高效、绿色、经济的回收处理方法已经刻不容缓。

1 实验室废水产生的途径和分类

1.1 实验室废水产生的途径

实验室废水的产生主要来自学校的实验室和科研单位的实验室。由于实验中存在物质的过量使用、不完全回收和错误回收，导致排出的液体中存在污染物质。

1.2 实验室废水的分类

根据污染程度可将废水分为高浓度实验室废水和低浓度实验室废水。高浓度实验废水主要指实验中所用溶剂、洗涤剂、离心液等。例如，在探究卤素单质的活泼性试验中，利用四氯化碳作为溶剂萃取，用氯气氧化生成碘单质。此实验之后的四氯化碳溶剂即为高浓度实验废水。低浓度实验废水主要指冷却水和低毒性的液体[1]。例如，探究过氧化氢化学性质的实验中，如果过氧化氢没有完全分解，剩余的过氧化氢就会成为低毒性液体被排放，被排放的过氧化氢会继续分解为氧气和水，此为低毒液体。根据废水中所含成分可以将实验室废水分为金属离子型、无机非金属型、有机型废水。金属离子型废水主要含有重金属离子、重金属络合物、一般金属离子。例如实验，向含有SO42-的溶液中滴加用硝酸酸化的氯化钡溶液,有白色沉淀生成。这个实验废水中不免含有重金属钡离子；再例如实验，电镀实验产生的废水，易生成重金属络合物。以上两个实验产生的废水均属于金属离子型废水。无机非金属型废水主要含有酸、碱、卤素离子。例如，在进行酸碱中和滴定的实验中，若过量滴定，锥形瓶中溶液就存在过量的酸或碱，产生无机非金属型废水。有机型废水主要含有苯、酚类物质、醚、有机溶剂(汽油、四氯化碳等)。例如实验，在盛有苯酚的试管中滴入几滴三氯化铁溶液,振荡，溶液显紫色。这个实验产生的废水中含有苯酚，属于有机型废水。

2 实验室废水的处理原则

在处理实验室废水的过程中，需要遵循以下几原则：

2.1 因“水”制宜

实验室废水的种类根据其所含成分可以分为许多种，每种废水中的成分都具有其自身的理化性质，应该遵循其特有的理化性质，选择最适合它的处理方法，以得到比较理想的、环保的、经济的效果，这就是所说的因“水”制宜。

2.2 尽可能地提高回收率

回收率是指回收的离子量与溶液中这种离子的总量的比值。回收率越高，表明废水中离子回收的效果越好。努力提高回收率既可以减少经济损失，又可以达到保护环境的目的。

2.3 避免其他成分的二次污染

在实验室废水的回收中，如果不可避免的要使用其他化学药品，一定要注意用量，防止这种化学药品中的成分进入废液，跟随废液一同排出，造成新的污染。

3 目前实验室废水的处理方法

3.1 金属离子型废水的处理

目前处理金属离子型废水的方法主要为絮凝沉淀法。絮凝沉淀法是指利用Zn2+、Fe2+、Mn2+等离子进行pH的调节以及盐类的水解，使离子形成难溶的氢氧化物沉淀，并将沉淀物除去的方法[2]。这种方法不仅能够沉淀金属离子，而且还有脱色等效果。但是因实验室废水量较小，溶液当中存在离子物质的量也较小，因此，加入絮凝沉淀剂的量不好控制，过量加入会导致引入新的离子，加入量不足则原离子回收不全。

对于六价铬等具有还原性的离子，还可以使用氧化还原的方法将之除去。目前实验室除去六价铬的常用方法是用硫酸亚铁与六价铬反应，使六价铬变为三价铬，再用氢氧化钠调节pH，使之变成氢氧化铬沉淀。过滤后清液可直接排出，再灼烧氢氧化铬使之变成三氧化二铬并回收。以上步骤的方程式为式(1)、式(2)和式(3)。

6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4=3Fe2(SO4)3+K2SO4+Cr2(SO4)3+7H2O

(1)

Cr3++3OH-=Cr(OH)3↓

(2)

(3)

3.2 无机非金属型废水的处理

由于无机非金属型废液中含有的大多是酸、碱、卤素离子，所以根据因“水”制宜的原则，对于酸废液或碱废液，采用的是中和法。中和法的一般离子方程式为式(4)。

H++OH-=H2O

(4)

最终溶液的酸碱度可以用广泛pH试纸或pH计检测。当溶液的pH值达到6～9时即可排放。对于卤素离子型废液，通常采用先氧化再萃取的方法除去。例如：处理含溴离子废水时，首先将氯气通入溶液中，待溶液变黄后再加入有机溶剂(如四氯化碳)萃取。由于溴在有机溶剂内的溶解度远大于在水中的溶解度，所以可以用有机溶剂萃取。反应方程式如式(5)。

Cl2+2Br-=2Cl-+Br2

(5)

3.3 有机型废水的处理

对于有机型废水，目前广泛采用的技术为焚烧法。由于有机物本身大多具有可燃性，且焚烧后产生二氧化碳和水，这些可直接排放。对于焚烧产生二氧化硫的有机物，则先脱硫，后排放[3]。有机型废水种类很多，焚烧的温度也不同，但总体来说焚烧温度范围为900～1200℃[4]。这种方法是一种有效的废水处理方法，在国外应用较好，但在国内还需要进一步研究。在焚烧过程中产生大量的温室气体，加剧地球的温室效应，而且，目前这种方法还不经济，这些问题需要科技人员深入地研究。

4 实验室废水处理新方法探讨

4.1 通电还原法处理金属离子型废水

采用通电还原法处理金属离子型废水是一种比较有效的金属离子型废水处理方法。前文提到，目前金属离子型废水的处理方法主要为絮凝沉淀法，由于实验室废水的量较小，加入絮凝剂的同时很可能会引入杂质离子。而采用通电还原法处理金属离子型废水，能够有效避免引入新的杂质离子。以下为电解硫酸铜回收铜的举例。

在废液中加入活性碳电极，通以直流电，在阳极发生氢氧根离子的氧化反应，式(6)。

4OH--4e-=2H2O+O2↑

(6)

在阴极发生铜离子的还原反应，式(7)。

Cu2++2e-=Cu

(7)

电解总方程式为式(8)。

(8)

在反应中应该适时地将碳棒上的铜晶体除去，以便于更好的进行反应。利用通电还原法回收的铜的纯度高达99.98%，而且在电解过程中阴极基本无氢气放出[5]，剩下的硫酸可以回收利用也可以中和排放，这属于“环境友好型”技术。

通电还原法处理金属离子型废水的不足之处是需要耗费电能，如何减少耗电量，需要进一步研究，但只要解决了能耗问题，通电还原处理金属离子型废水的方法就值得推广。

4.2 活性炭吸附法处理有机型废水

活性炭吸附法处理有机型废水具有一定的优越性。前文提到，处理有机型废水的方法目前主要为焚烧法，焚烧法具有广阔的发展前景，但是也会排出大量的温室气体，加剧地球的温室效应。而采用活性炭吸附法处理有机型废水可以有效解决该问题。活性炭因其具有的巨大比表面积，所以具有很强的吸附功能。实验表明，当活性炭投入量为90g/L，25℃(室温)，20min时，活性炭对苯酚类化合物、多环芳烃和苯的同系物吸附效果最好，达到了吸附饱和状态[6]。除此之外，活性炭还对以其他方法难以去除的颜色、异味等都有很好的去除效果。活性炭来源较广，有木质、果壳、煤质、石油类以及矿物质活性炭等等，而且可以再生，使用起来比较经济。由此可见，活性炭对于实验室常用的苯类和酚类有机试剂具有很好的吸附效果，是一种比较经济的废水处理方法。

5 结束语

处理实验室废水非常重要，但更重要的是要根据废水的实际情况选择合适的处理方法。根据废水特有的性质，因“水”制宜。废水等污染物的科学处理是当今摆在国人面前的一个重要问题，需要不断探讨并加以改进。采用通电还原法处理金属离子型废水和采用活性炭吸附法处理有机型废水是今后处理实验室废水的两个有效途径，前景广阔，在创新中发展，在实践中求真，相信随着科学的进步，通电还原法和活性炭吸附法处理实验室废水将得到长足发展，为环保做更大的贡献。