自制装置用于大学化学实验室的废液预处理

赵 静 施巧芳 吴 俊

(扬州大学 化学化工学院，江苏 扬州 225002)

化学类实验是国内各综合性大学和工科院校诸多专业学生的必修课程。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》要求不断提高学生的实践创新能力，鼓励学生主动实践，开展实验，从实践中学习[1]。我校化学化工学院根据要求增加了大学阶段化学类实验的实践内容，在一定程度上增加了化学试剂的使用数量，从而导致实验室废液量的增大。其次，随着大学扩招及化学类实验教学内容的不断改进，参加上述实验课程的学生人数逐年增加，也使得实验室产生越来越多的化学实验废液，由此产生的环境污染及安全问题不可忽视[2]。

1 自制废液预处理装置的必要性

我校化学化工学院实验教学产生的废液，不仅COD值高，且成分复杂，一般含有无机腐蚀性物质，如酸、碱等废液；还有有机酸类、无机盐离子、一些重金属离子、其他羧基、羰基、羟基、氨基、芳环、酚类、醚类等有机化合物。实验室产生的这些化学废液大多具有毒性、腐蚀性、爆炸性、易燃性等多种危害性，处理不当会造成严重的安全事故[3，4]。

2011年以来，我校环境科学与工程学院自制了一整套大型的实验室废液处理装置，并承担了全校各校区的废液集中处理工作[5]。但鉴于化学化工学院废液的特殊性(高浓度有机物，高COD，金属离子成分复杂等)，虽然学院一般对废液进行预分类收集，但未经预处理的废液仍然对学校废液处理装置造成严重的负面影响，经常造成该装置堵塞、生物毒化脱落等不正常现象，引起其间断性停工检修和维护。因此，设计开发一套有针对性的化学废液预处理装置，通过该装置对化院实验教学废液进行预处理，增强废液的可生化性，减小其对学校废液处理装置的冲击负荷，提高化学废液的整体处理效率。

2 装置设计思路

针对上述问题，我们自主设计开发了一套专门针对化学废液的预处理装置，如图1(示意图)和图2(实物图)所示。

图1 化学废液预处理装置示意图

图2 化学废液预处理装置实物图

本自制装置采用间歇式处理方式。化学废液主要经过化学-物理作用进行预处理，该装置涉及三个处理单元，主要设计思路有以下几点。

(1)中和混凝罐(图1中图例1)：主要对化学废液进行pH值调整，同时尽可能除去废液中存在的重金属离子、实现固液分离。

(2)臭氧超声罐(图1中图例2)：该罐体采用双层夹心式设计，即夹层内部安装超声发生器，并主要安装于罐体的中下部分，多个超声发生器均匀分布，使超声作用能够均匀的作用于废液处理，最大可能发挥其效能。同时考虑到超声产生的噪声影响，在夹层内部(靠外部分)加装一层隔音层，达到吸波的作用，增强该装置的操作舒适度，改善工作环境。

(3)撬装可移动设计：所有罐体通过耐腐蚀管道连接，管道采用螺纹连接，增强其可维护性及可修理性。同时采用撬装设计，保证装置具有可移动性，便于进行异地废液处理，具有更好的普适性。

(4)自动化控制方式：装置设计为配合仪表进行现场手动控制和PLC自动控制，这样现场发现设备故障时可以快速地切断故障设备的运行，在整个系统中，保证系统其它无关联设备的正常运转。这样可以保证装置的稳定运行。

3 装置取得成效

该自制的化学废液预处理装置自投入实用阶段以来，主要在以下三方面取得了良好的成效：

(1)化学废液处理效果。该装置可将废液中存在的重金属离子、金属离子形成沉淀，实现固液分离。通过对废液的处理结果检测表明，装置对Cr、Co、Ca、Fe等金属离子的总体去除率在90%～97%之间，有效减少了废液中的金属离子含量，增强了其可生化性。其次，通过超声和臭氧联合作用提高废液处理效率，大幅降解了废液中的有毒有机物含量。对有机废液处理结果表明，该装置对废液中的COD去除总效率达75%～87%，达到了充分降低COD的效果。

(2)教学及科研效果：本自制装置不仅解决了实验教学中涉及的化学类废液的预处理问题，能够满足化学学科专业实验教学的要求，同时还丰富了相关教学内容，提高了化学实验室建设水平。该装置还为化学化工类大学生科创竞赛、挑战杯等实验项目提供了实验实践平台。

(3)普适性效果：该装置涉及的臭氧+超声氧化对本校各类废液(不仅仅是化学类废液)均具有良好的氧化降解处理作用，能有效降低其COD值，提高可生化性。因此不仅化学化工学院受益，其他涉及废液的学院也具有可操作性，即该装置具有很好的普适性。目前该装置已申报专利(一种采用超声-臭氧协同降解实验室化学废液的预处理装置，申请号：202022666783.0)。

4 结语

随着全社会环保及安全要求的迅速提高，大学实验室化学废液的收集及预处理对我国所有高校来说都是一项全新的任务及挑战。教师根据实际需要，设计并开发有针对性的化学废液处理装置，不仅具有良好的创新性、实践性，更体现独创性(市场上购买不到此类产品)，也是教学及科研相结合的研制成果。将该装置用于实际教学，不仅提高了化学废液的整体处理效果，增强了学生的工程设计及环保理念，而且激发了学生的创新意识和探索求知欲，提高了教学效果及科研能力。