融入绿色工程教育助力实验室“三废”无害化处理

冯之冲，张 悦，b，庄英萍，常雅宁，姜 郡，包家铭

（华东理工大学a.生物工程学院；b.生物工程学院发酵工程实验教学中心，上海 200237）

0 引言

绿色工程教育，是将绿色环保的理念和传统的工程教育结合起来，旨在培养相关工程人才的同时，提高他们的绿色环保意识，实现可持续发展。早在20世纪60年代，西方许多国家就意识到了绿色发展的重要性和必要性，就已有一些比较系统的绿色工程教育体系。而在我国，虽然许多大学提出绿色发展、可持续发展的理念，也尝试过相关的实践和研究，但总体来说并没有引起足够重视，没有得到良好的推进。传统的工程教育主要关注工程技术为人类社会带来的经济、政治等方面的价值，忽视了其对环境、资源等方面的负面影响。随着社会的发展，人们也越来越意识到绿色环保的重要性。绿色工程教育的内涵包括了以下两个方面：①通过开设绿色教育的相关课程，唤起学生的绿色环保意识，使他们树立起人与自然和谐相处，可持续发展的生态价值观和以人为本的社会价值观。② 工程是人类适应自然，改造自然的过程，将传统的工程教育与现代的绿色生态观结合起来，形成体系化教育，用于培养相关人才，建设资源节约型、环境友好型社会。绿色工程教育的特征有4点：①以人为本的教育观，以培养人才为出发点，参与工程改造，以造福人类为最终目的。因此以人为本中的“人”有两层概念，一层指接受教育的人，使其获得工程技术和绿色环保意识，一层指人类社会，绿色工程是为了人类更好、更久地在地球上生存。②可持续发展的工程观，即培养学生在不破坏环境和危害子孙后代的情况下利用资源，改造社会。③科学与人文交融的教学观，即在教育过程中将过程技术与人文社会结合起来，使得科学与人文交融，培养具有人文情怀和环保意识的技术工程师。④ 人与自然和谐发展的生态观。人不是地球的主宰，而是地球的一部分，诞生于自然，依赖于自然，因此，在发展过程中，要遵循自然规律，与自然和谐共处［1］。十八届五中全会以来，绿色发展成为我国发展目标之一，因此，绿色工程教育显得尤为重要，学校要把绿色和教育结合起来，从学生抓起，培养其绿色环保意识，增强其生态保护责任感，努力把中国建设成富强美丽的社会主义现代化强国［2-4］。

对于高校理工科类的专业来说，实验教学是培养方案中必不可少的部分，教学培养目标中明确指出要掌握先进的实验技能，同时设立了全国大学生创新创业训练计划、寒暑假社会实践、各种实验相关的短学期课程、学科竞赛、专业实习等一系列有助于提高学生实验动手能力的项目。实验教学作为学生将理论应用于实践的重要方式，有利于学生更准确、更直观、更有效地理解和记忆各种理论基础，效率远高于简单机械地死记硬背。同时，实验教学作为理工科专业的教学特色之一，可以广泛提高被教育者的专业兴趣，使其更加专注地投入到相关专业的学习中去。实验教学唯一的不足之处就在于过程中会产生大量的实验垃圾即实验“三废”，污染环境且危害安全。实验“三废”具体指在实验教学、科研时产生的废气、废液以及固体废弃物。废气即实验过程中因实验试剂的分解、反应、挥发所产生的气体，分为刺激性有毒气体和窒息性气体两大类。废液即实验过程中产生的液体废弃物，包括一般性废水（主要源于清洗仪器，含少量化学物质）和实验性废水（实验过程中产生的废弃化学试剂）。固体废弃物的范围很广，包括各种废弃实验仪器、实验材料、固体试剂等［5］。不同于一般的生活垃圾，实验“三废”由于含有各种化学物质，如果处理不好，可能会造成化学污染、生物污染等多种污染，部分易燃易爆的废气废固还可能导致火灾、爆炸等严重事故［6］。

1 高校实验“三废”的处理现状

实验“三废”本身具有复杂性和不确定性，目前高校对于实验“三废”的处理存在着分类不合理、标识不清晰、监管不到位、处理机构少、处理成本高等诸多问题。近年来，我国不断重视环境污染，逐渐意识到妥善处理实验“三废”的重要性和必要性，政府、企业和各高校也在逐步探索处理体系的构建［7-8］，采取了很多措施，对实验“三废”进行整治，得到了较好的改善，但是，教学规模的不断扩大，实验、实践课程的不断增加，科研项目数量和规模的不断发展，带来的不仅仅是教育的繁荣和科技的进步，还有实验废物的污染问题和有毒、有害材料的安全隐患［9］。

1.1 目前的处理方式不科学

废气相对来说是实验“三废”中最容易被忽视的，其大多产生于化学实验室，其中污染和危害性比较大的气体，比如氯气、氨气、一氧化氮等有毒或腐蚀性气体，实验室大多经过简单处理甚至直接通过通风橱、排气扇排至室外，长此以往，会对大气带来严重的污染［10］。废液废固则相对可见，实验室也基本都会有专门的废液废固收集桶，但是也有不少实验室相对不够重视，存在收集桶满了不能及时处理更换，学生环保意识弱，实验时直接丢弃或倒入下水道等现象。废液废固来源广种类多，各类实验室都会产生且如果不进行有效分类和前期处理，仅仅是简单的收集，然后填埋、焚烧或者倾倒，会造成更大的环境破坏和资源浪费［11-12］。

1.2 必要的监管体系不健全

在实验室师生的环保意识、节约意识、时间分配不够时，必要的监管就显得尤为重要，但目前很多实验室的监管并未完善，奖惩体系也不完善，为省时省力不恰当处理实验废物的情况屡有发生。

1.3 处理的专项资金不充足

学校投入实验室的资金大多用于科研投入、实验室建设、相应实验仪器设备的维护和更新上，在实验“三废”的处理方面投入甚少，加上目前我国环保专业处理机构稀缺，处理方法落后，因此处理成本高，处理难度大，出现实验室有心处理、机构无力接收等现象［13-14］。

2 实验“三废”实现源头减量和无害化处理

绿色工程教育与实验教学融合，从源头上减少实验“三废”的排放，贯彻“以防为主，防治结合”方针。针对参与实验“三废”的五个层面，即学生、老师、高校、政府、企业，深入进行内在关联性分析，以“学生产生-老师管理-高校设计-政府主导-企业处理”为主线，设计了学生、老师、高校、政府、企业“五位一体，一环相贯”的源头减量和无害化处理，即学生综合企业的处理要求按照老师的指导在产生后进行分类，老师综合高校的处理方案指导学生的同时完成管理工作，高校综合政府教育部门的主导方针设计方案并且培训老师，政府综合现有企业的处理能力管理高校（见图1）。

图1 “五位一体，一环相贯”思路图

2.1 学生—提高环保与安全意识

学生是实验的实施者，也是实验“三废”产生者。针对化工、化学、生工、药学、机械等产生实验“三废”多的专业，为学生设置绿色工程教育相关的必修或者选修课程，观看相关实验视频，对其开展绿色工程教育，使其了解实验废物的分类收集，增强其环保和安全意识的同时让其在实验前了解实验中的潜在危险，在进行实验时能够更加得心应手，减少实验错误和实验资源的浪费，减少安全隐患。

2.2 老师—利用微信小程序强化实验用品管理

老师对实验用品的管理，包括对未用物品的妥善保存、对在用物品的合理使用和对已用物品的“三废”分类，即实验室的用品在储存期、使用期及变成“三废”后都由老师管理，费时费力。随着共享经济的发展和深入，高校实验室实施信息化管理，为提高“三废”处理效率，实验室利用微信小程序里的“统计助手”，以实验员为主要填报人，在实验室有剩余的，无法长期保存的实验材料、实验试剂或不易处理的实验余料时，登记在案，并设置消息提醒，供有需要的其他对口实验室接收使用，实现校内互通有无、资源共享。具体通过微信小程序里的“统计助手”创建统计表单，按照自己的要求设置各项统计所需信息，如姓名及手机号、单位及地址、共享实验材料信息、回收实验材料信息等，设置结果参与者可见并发布于实验室群内，操作界面如图2所示。

图2 微信小程序“统计助手”操作界面

2.3 高校—精简优化设计绿色无污染实验

高校是实验设计的主体，着眼于对实验课程的优化，分别从学校和学院的视角出发梳理专业内容：①精简一些重复、不必要或者实验材料污染性大、实验过程危险性大的实验。② 分组进行复杂、难度大的实验，这样既锻炼了学生的分工合作能力，又减少了实验的产生次数，节约了实验资源。③缩减实验的体量，开发微型迷你实验项目，在确保实验完整性与实验效果的基础上，可以减少实验材料的用量、减少资源浪费和环境污染。④ 改变传统实验模式，结合虚拟现实（VR）技术，进行虚拟仿真实验。近年来随着科技的进步和5G的发展，VR进入了人们的学习生活中，应用VR可进行高污染、高危险、难实现的实验，同时实现实验零污染、零消耗，类似游戏的操作和界面还能极大地激发学生的实验兴趣，学校间还能通过增加账号实现资源共享［15］。

2.4 政府—制订“三废”处理的政策法规

政府作为枢纽和主导者，应出台相应政策法规，加大对实验“三废”治理的扶持力度，鼓励相关企业和人才主动加入实验“三废”的研究与利用中去。同时，政府需要加强监管力度，尽快建立以政府主导的政府监管——实验室收集——企业治理体系，将实验“三废”变废为宝，减少环境污染和资源浪费［16-17］。

2.5 企业—协作共建“三废”处理体系

当前我国专业处理机构稀缺，处理成本高，且相关人员意识薄弱，对很多实验室的废弃资源只进行简单处理后便直接丢弃，造成资源浪费的同时，也带来了很多环境问题。相关企业应与高校实验室建立合作关系，由企业出资金，高校实验室出技术和人才，研究新型高效的实验“三废”处理方法，降低处理难度，减少处理成本，构建以专业为导向的处理体系。

实践表明，决定“三废”产量的3个因素是实验课数量、实验组数、每组的产量。为减少实验室“三废”污染，实行无害化处理，学校实行多种举措。①将部分有毒有害实验采用虚拟仿真或者使用虚拟现实（VR）技术，减少实验课污染或无污染。② 开展绿色微量实验，减少试剂和废弃物产生。在实验过程中，通常发现，学生得到20ml的产物，但是最终比色皿测定吸光值往往只需要5ml，其余均浪费了。在微量移液非常普及和小体积容器种类非常多的当下，大多数实验试剂减半也可以看到实验结果、达到实验目的，甚至可以利用酶标仪开发用量更少的小反应体系，或者其他微型迷你实验。③实行信息化管理，达到试剂共享共存。在微信小程序“统计助手”的协助下，剩余试剂被利用，余量内部共享即为减少污染。考虑到单一种类或者少数种类废液较之多数种类可以大大降低企业处理难度和风险，提高处理效率和无害化可能，高校实验室主管部门牵头开展废液精细分类，各实验室合并存放管理，包括设立固定存放场所、实验老师轮流值班、利用上述微信小程序预约和统计。④实施多种形式无害化处理。按学期或者半学期对本科实验教学固定的废液种类逐一审查，确定回收能力和回收方式，例如对于硫、磷等酸性氧化物气体，可通入碱液吸收后排出；对于含有汞的废气可通入高锰酸钾溶液吸收；对于含汞废液可加入过量硫化钠沉淀，再加入硫酸亚铁共沉淀，然后静置分离后排放，回收残渣。

3 结语与展望

实验室承载着培养国家前沿技术和科研人员的重任，实验室的卫生、安全、实验“三废”处理、实验人员的人身安全和实验室的正常使用同样重要，也与我国环境的综合整治息息相关。高校实验室主管部门在国家环境保护总局下发的《关于加强高等学校实验室排污管理的通知》的通知的指导下，积极组织各实验室，减少产量、精细分类、与处理企业精准对接，保证实验室安全有序地使用，促进国家科技的进步和资源的合理利用，在保持高速发展的同时不破坏环境，实现人与自然和谐相处。

·名人名言·

自然科学的理论不能离开实验的基础。“劳心者治人，劳力者治于人”的重理论、轻实验的落后思想，对发展中国家的科学青年有很大的害处。

——丁肇中