实验室废水处理现状及研究进展

刘君，邱敬贤，邓刚

（1.航天凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100；2.长沙环保（服务）工业技术研究院，长沙 410100）

近年来，世界各国对有效处理或适当处置化学工业、学术机构和政府部门废弃物的理解已不断加深[1]。但对来自各种实验室的废水（包括研究、教育、工业和农业等科研院所）还没有足够重视[2]。实验室废水是研究、教学和实验活动过程中产生的废物，还包括实验室洗涤用水、冷却水、清洁地面用水、消毒水等，甚至包括大量未使用的实验试剂，其被认为污染最严重的废水之一[3]。在我国，实验室废水排放尚缺乏具体的标准和相应的处理措施，未经处理直接将实验室废水通过排水管道排入下水道或废弃药剂直接混进实验室废弃物中进行处理是科研院所实验室最常见的做法。但此类废水呈现出多样性，成分复杂多变，含有毒化学物质、有机化合物、重金属、细菌等，会对生态环境和人体健康带来严重的危害。废水的最终归宿通常是处理回用或达标排放，废水处理通常是通过物理、化学、生物作用，如过滤、中和、沉淀、降解等减少或去除有毒有害物质。

目前，国内外实验室废水综合处理的成熟工艺技术还未见报道，其不同于工业废水有稳定的排放周期或污染物，实验室废水随不同实验室或同一实验室所从事的科研课题不同而不同，且科研人员的实验项目随着创新思维而改变，故各类实验室废水有其自身的特点：一次性排放量少、间断性强、成分复杂、瞬时多变等[4]，对环境污染也有多方面，如各种酸、碱、重金属盐、有机物等对人体和环境都有害。因此，实验室废水的处理不仅是科研人员的职责，也是科研管理的一个重要方面，在实现科研创新的同时不要给社会造成危害。因此，建立一种经济可行的实验室废水处理方法已成为一项紧迫的环境问题。

1 实验室废水种类

因不同实验室或同一实验室所从事的科研课题不同，且科研人员的实验项目随着创新思维而改变导致实验废水种类复杂多变。根据实验室废水中所含主要污染物的性质，大致可以分为有机废水、无机废水、含病原微生物废水和综合废水。1）有机废水中含有常用的在环境中难降解的有机溶剂，如苯、酚、多氯联苯、多环芳烃等；2）无机废水主要含重金属、氰化物、硫化物、酸碱等；3）含病原微生物实验废水主要是微生物实验废水、细胞实验废水、解剖台冲洗废水等；4）综合废水是指废水中含有前三种废水中的两种或两种以上的废水，且含量均很高。目前，大多数实验室排出的废水为未经分类的综合废水。

2 实验室废水处理技术

目前，实验室废水处理技术很少，已存在的流程工艺主要是物理方法、物理化学法和化学氧化法以及上述方法的联合工艺[5～8]。

2.1 实验室有机废水处理技术

很多有机物作为溶剂、表面活性剂、染料等在实验室中得到广泛应用[4]。实验室有机废水处理方法可以借鉴其它有机废水的处理方法，主要包括生物法和物化法。但实验室有机废水毒性强、难降解，B/C比低，生物处理效果很难达到要求。对有机物浓度高的实验室废水，应先进行有机溶剂回收处理后，再用化学方法处理[9]；以实验室有机废水为研究对象，通过普通蒸馏回收废水中的有机溶剂，采用Fenton氧化法处理废水，实验结果表明：Fenton氧化法可有效降低废水中的有机物，是一种实验室有机废水进行处理的可行方法[3，9，10]。Dong等[11]采用超临界氧化技术对其进行研究，处理后出水能满足《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）的要求。但化学法因其处理费用昂贵受到限制，物理法中的吸附法由于其简单，费用相对低而被广泛推广。常用的吸附剂主要有活性炭、硅藻土、粉煤灰、焦炭、分子筛等。王强[12]采用磷酸硅铝分子筛处理实验室有机废物表明，处理后的废水能达到《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ 343-2010）的要求。屈军艳等[13]探索了各种海南植物废弃物制备的活性炭对实验室有机废水的处理能力，通过比较研究，发现甘蔗渣制的活性炭处理有机废水的效果最佳，为后续有机废水吸附剂的选择提供了参考依据。

2.2 实验室无机废水处理技术

2.2.1 重金属废水

实验室废水中的重金属离子主要来自实验室开展的无机实验、分析检测或其他科研工作，故其种类、存在形态及含量随不同的实验项目而异[14]。通常采用化学沉淀法、吸收法、离子交换法、电化学处理法、膜过滤法等方法处理[4]。王焕英[15]采用离子交换法富集回收实验室废水中重金属离子，材料是强酸性阳离子树脂，锌和铅的去除率分别为98.7%和97.6%，处理效果明显。含汞、铅废水的处理通常使用化学沉淀法，如硫化物沉淀法，常用药剂为硫化钠。但使用硫化钠成本较高，且用量控制很重要。华北有色地质勘查局燕郊中心实验室[16]采用硫化沉淀法和絮凝共沉淀法处理实验室无机废水中的砷，通过比较得出选择絮凝共沉淀法处理效果更优，且操作简单、价格低廉，是该类废水较好的处理方法。

2.2.2 含氰废水

实验室含氰废水还没有成熟的处理工艺，但是可以借鉴已有的含氰废水处理工艺技术，如氯碱法、电解法、铁屑内电解法、臭氧氧化法、高温分解法等，但电解法费用高，臭氧法耗能大，液氯法在运输储存上有不安全因素[17]。故低浓度的含氰废水主要采用氯碱法，氯碱法是在碱性条件下，采用次氯酸钠、漂白粉、液氯等氯系氧化剂将CN-氧化分解，使有毒CN-转化成CO2和N2。广州有色金属研究院[17]采用次氯酸钠两段氧化+活性炭吸附联合工艺对含氰废水进行了除氰试验，出水标准能达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）和《工业企业设计卫生标准》（ZB21-2010）的要求。

2.2.3 含碱废水

酸碱是实验室最普遍、使用最频繁的药剂，故产生的酸碱废水也成为了实验室废水中排放量最大的一种，若不回收或处理，将严重腐蚀市政管网或相应构筑物及仪器设备；进入水环境，则会改变水体的pH值，危害水体的自净作用，破坏自然生态，导致水生资源的减少或毁灭。当酸碱废水中仅含有H+和OH-时，可以采用酸碱中和的方式进行处理，使pH值达到6.5～8.5，即可排放。

2.3 含病原微生物实验废水

微生物实验室涉及大量病毒、细菌和真菌，这些微生物的危害程度、传播途径、存活期各不相同，尤其是生物安全实验过程中产生的实验废水含有病毒、细菌和真菌等传染性物质，因此病源微生物实验废水必须确保达到国家生物安全标准[18]。有害微生物灭活的方式多种多样，但通过分析这些病毒、细菌和真菌等分类特征、生存状态、依存环境，最有效、简便的方法是高温高压灭菌。故含病原微生物实验废水应先收集通过高温高压灭活预处理后，进入正常实验室废水处理工艺流程。

2.4 综合废水处理技术

目前，大多数实验室废水是综合废水，含有各种酸、碱、重金属盐和有毒有害污染物等。因其成分复杂，不能使用单一处理技术使其达标排放。赵丽等[19]采用两级絮凝-活性炭吸附法处理实验室无机废水，该废水中存在重金属、挥发酚、硫化物和苯胺等，结果表明，硫酸亚铁与聚合氯化铝结合的二级絮凝方法能有效降低废水中的重金属和硫化物等污染物浓度；活性炭对苯胺和硫化物的去除效果最佳，还有效降低了废水的浊度和色度。环境保护部华南环境科学研究所[20]就某科研单位实验室废水处理工程提出了技术方案并已运行，采用了“混凝沉淀-接触氧化-过滤-人工湿地”组合处理工艺，出水水质能达到广东省地方标准《水污染排放限值》（DB 44/26-2001）中的一级排放标准。由此可知，组合工艺技术为实验室综合废水处理实际应用奠定了基础。

3 存在的问题和防范措施

3.1 存在的问题

1）环保意识薄弱。长久以来，科研人员将关注重心放在了实验进程和结果上，忽视了实验过程中给环境带来的危害，实验室废水处理没有得到足够的重视；2）缺乏管理部门的监管和实验室废水排放标准。在没有管制和科研经费紧张的情况下，科研人员并不希望把资金投入废水处理过程；3）缺乏实验室完善管理体系。实验室废水量少分散，对实验过程中产生的副产物未做明确收集处理的要求。这些问题都导致目前尚没有严格的实验室废水处理工艺。

3.2 防范措施

1）要加强科研人员和科研院所领导的环保意识，在注重科研创新成果给社会带来利益的同时，也要考虑其造成的负面影响。尽可能减少实验室药剂的使用和浪费，对可回收药剂进行回收循环利用；2）完善实验室废水排放标准和监管制度，使其能达标排放；3）完善实验室管理体系，对产生的废液分类收集后按要求处理。因实验室废水分散、量少的特殊性，适合采用一体化设备对其进行处理，采用工艺简单、能耗少、占地面积小、自动化程度高的实验室废水处理设备必然成为日后研究的主要方向。一种综合废水处理工艺可作为参考（见下图）。

实验室综合废水处理工艺流程

4 结语

实验室废水总量不大，但由于其具有周期性强、瞬时排放浓度较高、排污集中、有毒物质浓度较高等特点，必须选择合适的污水处理工艺进行处理，并确认符合《污水排入城市下水道水质标准》（CJ343-2010）后再排放。但其量小、分散，采用工艺简单、高效、低成本、操作方便的分散式污水处理一体化设备将成为实验室废水处理的发展趋势，同时也具有推广应用价值。