环境实验废液安全处置及实验绿色化探索

李成未

(河南财政金融学院 环境经济学院，河南 郑州 450046)

0 引言

环境科学专业开设有化学类和专业类等多门实验课程，实验项目内容多，化学试剂和检测水样消耗量大，给废液的处理造成一定的难度，也是各高校亟待解决的问题之一。随着我国各行各业的快速发展，对环境保护也愈发重视，国家对高校及科研院所的资金投入不断增加，对实验室废液的监管力度也在不断加强[1-3]。由于这些废液毒性高、腐蚀性强，部分还有易燃、易爆、易挥发特性，若不经处理直接排放，势必对江、河、湖、水库或海洋等水资源以及土壤等造成污染[4-8]。

许多高校、科研院所开始重视实验室的废物排放问题，对实验室产生的废气、废固、废液制定了相关处理方法[9]。近几年，教育部也出台了一系列文件，要求加强管理高校实验室“三废”、噪声、辐射等污染的防治工作。由此可见，实验室废物管理已逐渐成为实验室管理的一项重要内容，其在实验室管理中所占比重将越来越大，如何做好这项管理工作，已成为各个高校必须考虑的一部分内容[10]。本文从环境实验课程实际出发，分析实验废液处置现状，探讨实验废液管理与处置的方法、常用的废液绿色处理技术以及实验教学项目绿色化的途径，以达到保护环境的目的。

1 废液处置现状

1.1 废液成分复杂多样化

环境科学是在自然科学和人文社会科学等基础上发展起来的交叉学科，其实验课程如基础无机实验、有机实验、分析实验、物化实验、环境监测实验、环境工程实验、固体废弃物实验等占比较大，实验项目多，废液产生量大，含有多种化学物质。废液是一种含有多种成分的复杂的混合物，因此其处理难度较大。按其实验项目产生废液成分分类，可分为有机类、无机类和生物类废液[11]。

1.2 废液来源

实验室废液的主要来源有5个方面：一是实验教学各实验项目的实验产品，有无机、有机类等废液，种类较多；二是残留标准溶液和过期的试剂，例如分光度法、原子荧光法等一些仪器分析方法，具有毒性的标液配置需用高浓度母液，这些母液超出所需后的残留即属于实验室废液范畴；三是对工业企业排放的各种废水、医院排放废水和生活污水等的采样检测后剩余的废水水样，可能含有有毒物质，亦为实验废液；四是环境监测样品分析过程中样品处理前、中、后有可能产生待处理的废液；五是实验过程中对使用的仪器设备清洗产生的废水，若是残留较多的有害物质亦属实验废水。

1.3 废液处理现状

环境类专业实验及环境监测涉及化学、化工、农业、生物、食品、园艺等相关专业，内容覆盖范围广，实验所需试剂量大，实验规模小，种类多，废液成分复杂，实验所产生的污染物也逐年增多。由于多数实验室对废液管理缺乏足够的重视，造成废液处理技术缺乏。废液处置制度和标准执行不力，缺少相关法律法规的约束，制度执行大打折扣，并且受场地、资金等条件的限制，治理措施较少，缺少实验室废水处理设备，导致废液未进行处置直接排放，进而破坏生态环境[8,12]。因此，实现高校环境类实验废液的绿色化处置，实验项目绿色化，降低环境污染，提高学生的环保意识和可持续发展意识，具有重要的意义。

2 实验废液管理与处置

2.1 废液的收集

由于环境实验室废液具有成分复杂、种类多、浓度不稳定等特点，对各实验项目废水单独收集和处置有较大困难，为便于废液的处理和回收，应进行分类收集、按类存放。对于新建或改造的实验室，应加设废水处理装置。废水收集常采用分类收集法，即根据废液性质和用途进行分类收集，如酸碱性、有机类、无机类、是否含重金属等；有时也把性质相似或者处理方法相同的废液进行分类收集[1]。

2.2 废液的贮存

实验室废液要独立存放，远离热源，避免高温，防日晒和雨淋，贮存地点气体流通，应有排液和防渗设施。贮存容器应选择合适的材料，避免发生化学反应造成泄漏或燃烧和爆炸，并在容器明显位置标注废物的类型和性质。收集的废液应由专人定期管理和进行登记，及时检查废液贮存量，超出可容纳量的2/3时，要立即处理，避免发生严重危害。

2.3 废液的处置和回收

根据废水种类，可以分批次在实验室废水处理设施中进行处置，检测指标达标后排放。实验室无废水处理设施的，应在进行分类收集后，按国家规定程序可转移给有资质的专业处置公司进行处置。新建环境实验室或是有条件改造的实验室应根据实验废液的种类和特点，配套建设废水处理设施。无论是自行处理还是转移处理，都应在收集、转移的过程中妥善管理废液，避免二次污染的产生[13]。

对废试剂、浓度较高的种类较为单一的废液进行回收利用，不仅可以减少废液总量，节约处置费用，还可提高物质利用率。废液回收可作为实验人员的科研项目进行研究，对于较为成熟的废液的回收，也可作为学生课程实验项目之一进行安排。试剂的回收利用应尽量采用蒸馏、萃取、吸附等方法，避免或减少加入其他药品，防止新污染物产生。回收的试剂经检测合格后可再次使用。另外，高校可根据实际开设一些设计性实验，大学生的创新项目，或者本科毕业论文课题等处理各种废液，以锻炼学生的创新和科研能力。

3 常见废液处理的有效方法

3.1 酸、碱废液处理

酸、碱废液是实验室产生较多的废弃物之一。对于处理无机废酸、废碱最基本、最有效的方法就是中和反应，生成水和无机盐后，稀释排放。例如处理无机废酸时，可用Na2CO3、Ca(OH)2或NaOH中和；处理无机废碱时，用盐酸或稀硫酸中和，之后用大量水冲洗。假如废酸和废碱混合后反应不剧烈，可以边搅拌变混合，充分反应后稀释排放[1]。

3.2 有毒重金属废液处理

处理重金属废液的途径有两种：一是将离子态的重金属通过氧化还原反应转变成难溶的化合物或单质，通过沉淀法或上浮法将其除去；二是通过物理方法对其浓缩和分离。化学沉淀法就是向含有重金属废液中加入强碱或硫化物，使其与重金属离子反应，生成难溶的氢氧化物或硫化物沉淀后分离，从而达到净化效果，缺点是有时会存在二次污染问题。采用生物吸附剂的低成本吸附方法已被确定为代替活性炭处理低浓度重金属废水的有效且经济的方法[3]。除此之外，还有凝胶和絮凝法、电化学处理法、离子交换法、膜分离法等。

3.3 含硫等废液处理

实验室中产生的大部分含硫废液(包括含有硫化物、硫酸、亚硫酸、单质硫、硫化氢)可以用H2O2氧化生成硫酸盐，根据浓度大小采用浓缩再利用。也可采用硫酸亚铁和氢氧化钠沉淀法处理废液，将二者加入废液后，调至微碱性(pH=8～9)，过滤硫化铁沉淀即可排放。吸附法是处理含汞废液的常用方法之一，一般采用过量的活性炭作为吸附剂，加入至pH值约为6、汞浓度稀释至1 mg/L以下的废液中，加入氯化钠，恒温震荡数小时，过滤活性炭即可除去废液中有机汞。

3.4 含氰废液的处理

对于含氰废液，可在强碱条件(可加氢氧化钠溶液调至pH>10)下，根据氰浓度大小选择适当强氧化剂(如高锰酸钾、次氯酸钠、漂白粉等)，即可使氰分解，达标后排放。

3.5 有机废液处理

有机溶剂的种类繁多，产生的废液成分较为复杂，对一些用量大、浓度高的有机溶剂可回收利用。焚烧法是处理多种类型浓度较高的有机废液的有效方法；除此方法之外，对于含低浓度有机磷的废液，可经水解后吸附处理；若有机废液中含有氧化剂、还原剂、酸、碱、无机盐类，先中和至中性，对水层进行氧化分解或吸附或萃取进行处理，有机层可焚烧；氧化分解、吸附、萃取等处理含酚类、石油、油脂的废液有效。

4 实验教学项目绿色化探索

4.1 实验教学融入“绿色化学”理念

“绿色化学”以原子经济性和“5R”(reduction，reuse，recycling，regeneration，rejection)为核心，充分利用反应物中的各个原子，不产生副产物和废弃物，实现废物的“零排放”。高校在实验课教学中，将“绿色化学”理念融入实验课程，精心组织编排教学内容，让学生在设计实验时，尽可能采用无毒无害的原料代替有毒有害原料，通过精心设计实验流程，使原子经济性最大化，从源头消除污染。

4.2 优化实验内容

把原子经济性和“5R”理念融入实验内容，优化实验过程。尽可能用最少的化学试剂和最短的反应时间达到最佳的实验效果，优化实验内容和改进实验仪器、装置，使实验废物排放量较大的实验转变为少污染或无污染，从而达到理想的实验效果。例如，对于乙酸乙酯的制备实验，可以采用分子筛催化剂或者无机及固体酸来替代浓硫酸催化剂，以提高反应收率，并且可降低催化剂的分离和提纯难度，且在反应的过程中不会造成环境污染，所以符合“绿色化学”理念。尽可能利用高效液相、气相、各种类型的分光度计等仪器分析技术代替传统化学方法进行检测，有效减少废液的产生。

4.3 推行实验小型化

小型化实验是指投入较少的试剂以完成实验既定目标，达到实验渴望值的实验方法，它符合“绿色化学”理念。具有节省化学试剂、反应时间短、能耗低、废物排放少，并能改善实验环境防止环境污染的特点。这种小型实验方式也是当前很多高校中较为流行的一种实验教学模式，也是实验改革的核心之一[14]。

4.4 实验项目序列化

实验项目序列化的核心是多个实验项目的原料和产品顺序衔接、实验连续化设计。在环境科学专业实验中，特别是基础类化学实验，大多为验证性实验，一般是实验项目之间互不关联，虽然学生验证了理论课上学到的合成原理和方法，但由于每个实验之间缺乏连续性，造成学生综合分析和解决问题的能力得不到有效提高，并且每次实验结束得到的产物往往都被作为废液而收集到容器中等待处置，实验产品得不到有效的利用，实验废液污染环境，带来安全隐患。实验项目序列化可把孤立的实验串联起来，将实验的产品循环利用，避免大量化学试剂的消耗和废液回收处置带来的污染和资金消耗，实验的绿色化程度也将极大提高。

4.5 尽可能采用仪器分析实验技术

随着科学技术与仪器设备的不断发展，仪器分析技术日益广泛地应用于许多领域内的科研、教学、物质检测等。例如，具有试剂用量少、反应条件温和、产率高、无污染等优点的超声波技术和微波技术，被广泛应用到基础化学实验中，对比传统实验方法，学生能真正感受到新技术的优点。在环境监测实验中，尽可能采用仪器分析技术代替传统化学方法进行监测，例如高效液相、气相、各种类型的分光度计等，是实验“绿色化”的有效手段之一[14-16]。

4.6 开设虚拟仿真实验

随着计算机、互联网和人工智能技术的快速发展，虚拟仿真实验教学在化学、化工、环境、食品、建筑等多学科得到广泛使用。虚拟仿真实验能使实验覆盖的范围、人员的感受、实验的效果以及实验的安全性都得到极大提高。它不仅能展现抽象的概念形象化，危险、复杂、难控制实验过程安全化，而且可直观展示不可逆的实验过程，以及宏观和微观的实验变化过程。通过课堂实验演示，可以安全、直观地展示出来，而且实验种类丰富，无器材、试剂损耗，安全可靠，绿色环保[17-18]。

4.7 实验项目综合化

在实验课程中，适当增加设计性和综合性实验项目，可锻炼学生查阅文献、设计实验路线、优化实验控制指标、评估方案优劣、治理污染的能力。将“绿色化学”和环境保护理念融入这些实验项目中，合理利用和回收实验产生的废弃物，以实现实验项目绿色化。

5 结论

实验室废液种类多、成分复杂、有毒有害，未经处理排放，严重影响水体和土壤环境，造成环境污染、危害人类健康。在实验室建设中，应对实验废液合理分类、安全回收、适当处置，采取有效方法处理常见废液，实验教学过程中积极推行废液处理绿色技术，新建实验室应规划和设计废液处理系统。

根据实验产生废液的特点和实验教学大纲要求，结合自身实际，挖掘潜力，全方位多手段完成实验教学任务，达到实验项目绿色化、保护环境的目的。实现废液回收利用及实验绿色化教学改革，积极倡导“绿色化学”和环保理念，大力推行实验内容的优化、实验项目小型化和序列化，以及不断强化仪器分析实验技术，投入较多资金建设虚拟仿真实验室等，培养具有创新精神和环保意识的高素质应用型人才。