分析化学实验废液管理的研究进展

2020-01-16曾琪

四川职业技术学院学报 2019年6期

曾琪

（四川职业技术学院建筑与环境工程系，四川遂宁 629000）

引言

“化学废液”指的是实验室废弃物中的一般化学废液和剧毒化学废液。废液按照污染程度可以分为高浓度和低浓度实验废液；按照所含主要污染物的性质分为有机、无机及生物实验废液[1]。《国家危险废物名录》（2016版）中规定，“在开发和教学活动中，化学和生物实验室产生的废物都属于危险废物”，因此分析化学实验过程产生的废液应该按照危险废物来进行管理[2]。根据教育部《关于开展高等学校实验室危险品安全自查工作的通知》（教技司[2015]265号）文件和《教育部办公厅关于加强高校实验室安全工作的通知》（教高厅[2017]2号）文件，高等学校需要对化学实验废弃物进行分类管理，并通过有资质的企业来进行处置。因此，本文系统总结了有关化学实验废液处理方法和技术的研究，探讨了目前高校分析化学实验废液管理存在的问题及解决措施，为化学实验废液处理技术及工艺的进一步发展提供参考资料。

1 化学实验废液管理研究现状

化学实验会产生较多的废液，其危害性很大，不能随便倾倒，必须经过适当的处理。目前，绝大部分学校制定了化学实验室管理制度，但是并没有制定化学实验废液的处理标准及细则；同时由于学校化学实验室废液的处理量达不到经济规模，缺乏专业技术人员来执行废液管理的相关工作，国内绝大部分高校都没有自己的废液处理流程和设施。因此，很多化学实验室对产生的废液不加任何处理就直接排入下水道或环境水体中，这将对周边的水、大气、土壤等环境造成极严重的危害，损害人类的身心健康。而化学废液不加处理暂存于校园则会形成校园内安全隐患，师生可能处于严重污染或有致癌性的校园环境中，影响师生身心健康。因此，高等学校化学实验室废液管理需要各级各部门加强重视，对化学废液的管理与技术及工艺进行不断的探索。

1.1 化学废液的分类及危害

化学实验过程中会产生较多的废液，主要是实验过程中剩余的试剂、溶剂、贮备液、标准溶液和器皿的洗涤水以及混合物和过期药品试剂等，根据实验内容的不同可能含有酸、碱、六价铬、银、铅、锌等有毒有害甚至剧毒的物质[3]。其常见的分类及危害如下：

1.1.1 酸、碱废液及其危害

化学实验各类酸、碱的用量较大。当废液呈酸性时，若未经严格处理从实验室直接进入到生活排水管网系统有可能会腐蚀管道，使管道容易断裂。当含量较高的酸碱废液直接排放到江河湖泊，则会污染河流、污染环境，对水生生物及家畜家禽，甚至是人类自身健康都可能造成不可估计的影响。因此，将含有酸碱废液随意排放不仅会对环境造成污染和破坏，而且也是一种资源的浪费。

1.1.2 有机废液及其危害

化学实验室废液中的有机物成分复杂，主要为有机溶剂、油脂类，有的可能还含有毒的芳香族化合物和杂环化合物。有机废液色度高，有异味，如由于生物降解作用，有机废液会使受纳水体缺氧甚至厌氧，多数水生物将死亡，从而产生恶臭，恶化水质环境。对人体健康危害严重，如人体饮用含有千分之几毫克甲醇的水，就会导致眼睛失明。有机废液会在自然环境中不断累积、储存，最后在生物体内富集，危害人体健康。

1.1.3 重金属废液及其危害

实验室废液中的重金属可能有汞、镉、铅、钴、铜、砷、镍、铬等，不能被生物降解为无害物。重金属废液进入水体后，除部分被水生物、鱼类吸收外，其他大部分易被水中有机和无机胶体及微粒物所吸附，再经聚集沉降沉积于水体底部。它在水中浓度随水温、PH值等不同而发生变化，冬季水温低，重金属盐类在水中溶解度小，水体底部沉积量大，水中浓度小；夏季水温升高，重金属盐类溶解度大，水中浓度高。因此，重金属废液污染水体后，危害持续时间长。

1.2 化学废液管理的研究现状

日本高校是校园废污处理最成功的模式。东京大学、京都大学对化学实验废液的管理专门制定了一系列措施，如规定了化学废液分类的方法；规范了化学废液处置流程，建立了化学废液信息管理系统；设立了化学实验室专用废液排放系统；对实验室排出的废液进行监测；加强宣传和教育等[4]。

国内部分研究者对化学废液的管理进行了不同的探索[5-7]。崔艳平[8]针对分析化学实验室常见的三种含铬、锰、银的重金属废液的处理进行了研究，利用重金属不同的理化性质选择合理的方式来对废液进行处理，但由于其废液处理过程操作复杂，成本较高而需要进一步改进。唐欢等对化学实验室常见的含铬[9]、汞、铅的重金属废液处理方法进行了研究，用化学还原法对含铬废液进行了处理，用硫化物沉淀法对含汞、铅的废液进行了处理。刑楠楠从化学实验内容的选择应该绿色化[10]、减少实验试剂的用量、推广连续性的实验内容三个方面提出了高校分析化学实验室废液的管理建议。段睿等对分析化学四大滴定实验中产生的含锰废液[11]、铅铋混合液、含银废液的处理方法进行了探讨，对实验教学提出了建议并强调了绿色化学的重要性。

2 分析化学实验室废液处理探讨

对分析化学废液而言，由于废液成份的不确定性以及混合之后带来的潜在危险性，所以应首先考虑在发生源对废液进行处理，即“原点处理”。“原点处理”的原则是指要尽量在废弃物产生的源头就近对其进行处理。目前，我院环境监测与治理专业开设了分析化学实验课程，随着招生规模的扩大，18环境专业学生人数增加到130多人，对实验药品、试剂及仪器设备的需求量猛增，实验过程产生的废液也相应猛增。因此如何有效地减少分析化学实验室废液的排放量及对废液进行妥善处理是教学过程中应该重视并探讨的问题。

2.1 将废液知识引入课程

将有关废液的知识增加到分析化学实验的基础知识里面，实验室需建立一套完整的化学废液管理制度及实施细则，同时建立与之配套的管理机构和监管体系，使化学废液管理能够依据管理制度有效地开展。通过教师课堂教学及学生课后查资料，不仅使学生学到了废液管理相关知识，还提高了学生的环保意识。如可以结合教学实验增加趣味小实验，如可做一定浓度的废酸液对金属管道的腐蚀实验，一定浓度的有机废液对金鱼的毒害性实验等，让学生直观了解到废液对人类健康和环境的危害，从而不仅让他们认识到养成良好实验习惯的重要性，还有效提高了大家的环境保护意识。

表1 分析化学实验教学内容及学时分配

2.2 实验教学内容改革探讨

分析化学实验有严格规范的基本操作要求，要求学生在理解和掌握分析化学基本理论知识的基础上，重点训练学生的基本操作技能。因此，在保证教学效果和实验效果的前提下，针对高职院校学生的特点合理选择实验教学内容，去除毒性大的教学实验，采取措施减少化学废液的产生。尽量推行微型实验，尽可能少地使用药品和试剂，如将50mL滴定管换成25mL，在移液管、吸量管、滴定管的基本操作技能训练中可用自来水代替试剂进行操作练习；采用链式实验法，合理选择实验内容，将污染物回收作为另一实验的原材料，如0.1mol/L NaOH溶液的配制和标定实验、0.1mol/LHCl溶液的配制和标定实验中的剩余酸碱溶液可用于后续滴定终点的操作技能训练；采用理实一体教学，利用多媒体软件播放教学实验操作，不但具有直观、形象的特点，还可以让学生们反复观看，有利于节约药品试剂，削减或消除实验过程对环境造成的污染；对许多涉及药品用量、浓度的实验进行探索和改进，如工业氢氧化钠中NaOH和Na2CO3含量的测定实验中，将准确称取9.5g试样改为准确称取1.3～1.5g试样，最多可以节约药品1090克；在药片或水果中维生素C含量的测定实验中，将准确称取粉末0.2g改为准确称取粉末0.1g，可以节约3瓶维生素C药片等。分析化学实验教学内容设置见表1。

2.3 化学实验废液管理探讨

教育部和高等学校要高度重视实验室环境安全，具有先进的环保理念，建立严格的管理制度。对化学实验过程中产生的酸碱废液应首先考虑回收和综合利用。当酸碱废液浓度较高时，含酸废液含酸量达到4%以上、含碱废液含碱量达到2%以上时，就存在回收和综合利用的价值。工业上可以用以制造硫酸亚铁、石膏、化肥，或供其他工厂使用，实验室可用来作为其他实验的试剂。浓度低于4%的酸液和浓度低于2%的碱液，其回收利用的意义不大，可以考虑中和处理。

对化学实验废液通过分类收集可以提高废物回收利用和无害化处理水平，分类收集时要在容器的标签上注明必要的信息，包括废液主要成份、实验名称、收集时间、负责人以及联系方式等作为废液处理的依据，同时可以提高处理质量和效率。一般性洗涤用水可直接排放，实验器皿的洗涤水和实验残液的排放则通过分类收集集中进行处理，这样可有效减少废液处理量，降低处理装置的运行成本，处理后的清水可作为冲洗用水。实验室废水与生活废水不能全部混在一起排入城市污水管网，因此，有必要对高校化学实验室的排水系统进行改造，设立化学实验室废液排放专用管道，并在专用管道上安装必要的检测及处理装置。

学校统一购买需要的化学药品试剂，从源头上管理并控制化学药品的总量，减少安全和污染隐患的存在。全国化学教学开设的实验项目基本相同，能够产生大量废液的有二十几项，针对这些实验项目产生的废液开展处置方法和工艺的研究，有助于减少化学废液排放的总量。