浅谈高校化学化工类实验废弃物减量措施

＊谷静连 王秀娟 尤新强* 李玲 施小芳

（1.福州大学石油化工学院 福建 350108 2.河北省地矿局第四水文工程地质大队 河北 061000）

引言

化学工业作为基础工业，在经济发展过程中起着举足轻重的作用，生产和生活的各个方面都离不开化工产品。近几十年来从石油、天然气的开发及合理利用，到再生能源的开发，以及新型材料的研发等，都需要化学化工新技术来实现，而诸多化学化工新技术来源于高校实验室。近些年来，高等教育不断扩招，高校科研能力不断提升，承担的国家和地方项目数量也不断增多，教学和科研活动频繁，实验的种类和数量也不断提升，使得高校实验室危险化学品的种类和用量不断增大，进而化学化工类废弃物的数量也逐渐增大，比如大连大学2015年、2016年废弃物有2t多，而仅仅2年后，废弃物增加1倍多，扩大至5t[1]。高校化学化工类实验废弃物具有易挥发、毒性大、腐蚀性强、易致癌等风险。面对总量如此多且增长迅速的化学化工类废弃物，如未经妥善处理，极易造成环境污染，危害人类健康[2-3]。与工业废弃物相比，高校化学化工实验室产生的废弃物具有种类多、形态复杂、稳定性差等特点，进而容易导致一系列安全和环境污染隐患[4]。并且化学化工类废弃物处置费用高昂，对高校的财政造成一定负担，反过来又会影响对化学化工类废弃物的安全处置工作。而解决以上问题的关键是减少高校实验室化学化工类废弃物的产生量。如何有效的减量是各高校亟待解决的问题。

1.高校化学化工类废弃物的主要来源和现状

高校化学化工类废弃物主要来自两个方面：本科教学实验和科研实验。为了培养本科生的动手实践能力，化学化工类专业会针对本科生开设相关的实验课程，如福州大学化学工程与工艺专业针对本科生开设了化工原理实验、化工排除障碍型实验和化工综合实验，这些实验课程不可避免的会产生化学化工类废弃物。科研实验是各高校的重要组成部分，科研成果的优劣作为衡量高校学术水平的重要指标之一，使得各高校对科研实验的投入逐年增大，另外，部分科研实验室还会与企业合作，承接横向课题的研究工作，科研实验量逐渐增大，由此产生的化学化工类废弃物也随之增多。以福州大学石油化工学院泉港校区为例，近几年来，产生的化学化工类废弃物包括液体废弃物、固体废弃物和过期化学品。其中液体废弃物的量最大，包括酸碱性废液、含一般溶剂的有机废液、含卤素类的有机废液、含氮类的有机溶液、含油脂类的有机废液、含高分子化合物的废液等，种类繁多且成分复杂。

并且近三年内该校区化学化工类废弃物每年的增长速率达到了60%～79%（见表1），增长速率相当快。如果不进行安全管理和处置，极易造成环境污染，危害师生身体健康。在预防为主的指导思想下，降低化学化工类废弃物的产生量，从源头上控制废弃物的产生，是进行废弃物安全管理和处置，降低学校财政负担的最有效的手段。如何实现化学化工类废弃物的减量，成为各高校需要认真思考并妥善解决的问题。

表1 福州大学石油化工学院泉港校区化学化工类废弃物产生情况

2.减少高校化学化工类废弃物产生量的措施

(1)开发绿色化学化工实验，从源头减少废弃物产生量

绿色化学是指用化学的技术和方法减少或杜绝对人类健康、社会安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生[5]。与传统化学相比较，绿色化学提出的目标和任务是主动预防环境污染，而不是被动治理环境污染。所以，追求化学化工实验绿色化，可以从源头上减少实验室废弃物的产生量，从先污染后治理变为预防为主，非常有利于对环境和人类健康的保护。绿色化学实验对化学药品的使用遵循“5R”原则，即减量（Reduce）、重复使用（Reuse）、拒用（Rejection）、回收（Recycling）和再生（Regeneration）。如何有效的贯彻实施这一原则，可以从以下两方面入手。

①培养师生绿色化学化工理念

态度决定行为，要想开发绿色化学化工实验，首先要培养师生绿色化学化工理念。任课教师需要系统地学习绿色化学的理论知识和最新研究成果，并渗透到整个教学过程之中，培养学生的绿色化学化工理念。用绿色化学化工的理念，指导实验内容的选择、合成方法和途径的选择、实验装置和步骤的设计以及对传统实验工艺的改进[6]，以达到减少化学化工类废弃物产生量的目的。

②精选实验内容

传统的化学化工本科教学实验，比较注重训练学生的基本操作技能和对实验原理的掌握，往往忽略了废弃物的危害。为了减少废弃物的排放，需要任课教师精选实验内容，优化实验设计，利用绿色化学的理念考察实验过程的每一个环节，在保证教学效果的前提下，更换实验项目或者对实验进行合理改进，尽量选用无毒无害的试剂和原料，筛选最佳反应途径。比如“醋酸甲酯合成反应动力学”实验，催化剂浓硫酸可以改用酸性阳离子交换树脂，减少有害废液的排放。避免开设毒性大、消耗大、污染严重、废弃物处理困难的实验项目。例如：“苯胺的制备实验”可以用“溴乙烷的制备实验”来代替，从而避免苯、硝基苯的使用[7]。设计串联实验，上一个实验的产物可以作为下一个实验的原料，废弃物循环利用，“N,N-双羟乙基十二烷基酰胺的合成”和“洗发香波的制备”可以串联。

高校的科研实验多为创新性实验，在研究课题的选择上更具灵活性，实验开始之前，运用绿色化学的理念全面审视所选课题，该实验是否采用了毒性大的原料？是否有难处理的中间副产物生成？是否产生了大量的化学化工类废弃物？反应过程是否易燃易爆？如若存在，及时更改实验设计或更换研究课题，减少废弃物的产生。由于创新实验不确定性因素较多，所以整个实验期间，需要密切关注三废的产生，及时调整实验方案。

(2)推广微化学化工实验，降低试剂用量及废弃物排放量

微型化学实验是在可能的实验条件下，用尽可能少的试剂，在微型化的实验装置中进行的实验，药品使用量为常规实验的几十分之一到千分之一不等，可以有效的减少废弃物的产生[8-9]，非常适用于本科教学实验，用尽可能少的试剂获得所需的实验现象，减少废弃物的排放，比如微量法合成l-溴丁烷，与常规法相比较，试剂用量仅有二十分之一，减少了废液的产生[9]。而微化工技术[9-10]是指在微米或亚微米尺度上进行化学反应和化工分离过程的技术，其关键是微通道设备的设计与开发。微化工具有反应条件均一、传热传质性能好、安全性高等优点，可以极大降低反应时间，可以直接放大，从而解决了传统化工实验能耗高污染大等许多难题。福州大学于2018年成立了“福州大学-康宁反应器应用认证实验室”，该实验室采用康宁AFR技术，可以为化学化工等专业的师生进行流动化学微反应的教学实验，同时还可以进行可行性实验验证以及化学反应工艺过程的开发。该实验室已经开设了通过Wittig反应制备4,4’-二硝基二苯乙烯的教学实验，开发了苯乙烯环氧化连续流工艺等实验项目。与传统的间歇式反应器相比较，康宁反应器极大的提高了传质和换热效率，降低了三废的排放。

(3)开发化学化工类废弃物回收实验，培养学生实践创新能力

本科教学实验相对比较固定，有利于化学化工类废弃物的分类收集，进而回收利用。可以将化学化工类废弃物的回收开发成综合型、设计型本科教学实验或创新实验，不仅可以回收利用已产生的废弃物，还有助于培养学生的环保意识和综合素质。部分高校已经在实施这一理念并且效果良好，宁夏大学基础化学实验中心[11]面向学生开展了“含银废液的回收与利用”和“乙醇-环己烷废液的回收与利用”等项目，大幅降低了废液的处理量和原材料的采购量，同时也培养了学生实践应用能力和创新能力。

(4)推广虚拟仿真实验，实现教学过程零排放

虚拟仿真实验即利用计算机多媒体技术对化学化工实验的实验原理、仪器装置和实验过程进行虚拟仿真模拟，利用计算机做实验，通过文字、声音、图像、动画等诸多信息来观察实验结果[12]。随着网络技术的不断进步，虚拟仿真实验作为一种新型的实验教学手段已慢慢进入课堂实验教学。虚拟仿真实验不仅可以生动地展示实验过程，使学生对实验内容和原理有一个形象直观的认识，了解违规操作可能带来的后果，培养提高安全实验的意识；更重要的是，避免了化学试剂和仪器设备的投入，从而实现了实验教学过程中零排放和零污染，避免了实验室污染。虚拟仿真实验对于某些药品消耗和排污量大、易燃易爆、操作过程不易控制、采用有毒有害试剂等高风险的实验尤其具有优越性，既可以保证实验教学过程的安全进行，又可以减少实验室三废的排放，从源头上维护实验室环境。笔者所在学院已经开设了几门虚拟仿真实验课程，课堂反馈效果良好，比如化工单元操作虚拟仿真实验，吸收解吸综合拓展3D虚拟仿真实验，乙酰乙酸乙酯的制备，三氯化六铵合钴（Ⅲ）的制备等，既保证了教学效果，又避免了实验废液的排放。

(5)建立资源共享平台，提高药品利用率

各高校目前普遍存在的共性问题之一：药品过期。大多是由于采购计划不合理、实验方案的改变或者研究方向的变更等诸多原因，导致某种药品试剂过剩而过期，很多过期药品甚至未开封，不仅造成了资源浪费，还加重了废弃物处理的成本。过期药品试剂已经成为高校实验室废弃物的重要组成部分。然而某一实验室不需要的药品试剂，有可能是其它实验室需要的。可以与学院内部、学校内部亦或同城各高校之间共享药品信息，让过剩药品在各实验室之间流通起来，充分消化利用。因此，可以利用校园网络资源和信息化技术，在同城各高校之间建立大学药品试剂联盟，共享过剩的药品试剂信息，从而减少过期药品试剂的产生量。

(6)开发信息化管理系统，加强废液监控管理

目前大部分高校的实验室废弃物管理工作，主要采用传统的纸质申请单审批的模式，该模式的时效性较低，数据存储不够便捷，一些高校实验室管理人员建议并开发了不同的信息化管理系统来进行实验室废弃物的管理工作，提高了管理工作效率、方便数据存储、便于数据分析。禤智东等[13]针对目前高校实验室废弃物信息化管理程度较低的现状，结合南方医科大学的实际情况，进行了实验室废弃物申报系统的建设，该系统由申报信息填报模块、申报信息查询模块、后台管理模块3个部分组成。该系统的成功建设，不仅有助于提高实验人员分类回收废弃物的意识，了解实验室废弃物的种类及各类回收方式，还便于对各实验室废弃物产生情况进行监控，对废弃物产生数据进行深度分析，为废弃物减量工作的开发提供数据支撑。张青青等[14]针对目前高校实验室废液分类不合理、标识不规范、监管不到位等问题设计并开发了高校实验室废液信息化管理系统，该系统包括入库模块、预约模块、出库模块和统计模块四部分。该系统的建立，不仅使得实验室废液的管理更规范，提高了处置效率；更重要的是优化了废液信息的统计分析，实现了废液信息的动态监管，保证了数据的有效性和可追溯性，为后续制定和完善实验室废液分类标准，加强废液管理提供有效支撑。

3.结语

做好高校化学化工类实验废弃物的安全管理和处置工作，保护环境和师生身体健康，是构建平安校园的重要组成部分，而减少化学化工类实验废弃物的产生量是其中的关键环节。因此校、院、实验中心和实验室各级部门的管理人员应进一步树立绿色环保理念，激发师生参与废弃物减量研究工作的主动性，积极推进开发绿色化学化工实验、推广微化学化工实验、开发化学化工类废弃物回收实验、推广虚拟仿真实验、建立资源共享平台和开发信息化管理系统等措施，并落实到日常的教学科研活动中，降低废弃物的产生量，从源头上控制废弃物的产生，从而为废弃物的安全管理和处置打下坚实的基础。对推进化学化工类实验室的绿色实验室建设以及生态校园建设具有重要的意义。