高校化学实验室废水处理绿色化探索与实践

王鹏伟，王继芬

（1.上海第二工业大学 资源与环境工程学院，上海 201209；2.上海先进热功能材料工程技术研究中心，上海 201209）

高等院校实验室的化学废液量大，成分复杂，处理不当会对环境安全和人体健康造成严重危害。考虑到专业公司的工作成本也较高。在大专院校研究和建设绿色化学实验室，不仅有助于促进实验教学和学生对绿色建筑的兴趣，而且有助于促进化学这门学科的长期发展。因此本文针对高校化学实验室废水处理绿色化的措施进行探究。

1 高校化学实验室废水的危害

1.1 酸、碱废水废液的危害

如果大学化学实验室的废水在使用后直接从水管中排出，会腐蚀水管壁并损坏排水管。如果直接排入河流，它可以改变水的pH，危及水生生物的生命；如果用于食品目的，这种废水废液给人类和牲畜身体健康带来的严重影响很难预测。站在长远的角度来看，这种废水废液也将对生态平衡及水体的自净造成严重破坏。

1.2 有机废水废液的危害

某些从高校化学实验室中排出去的废水含有能够污染环境的溶液和有机物质，这些物质对人类健康非常有害。例如，意外摄入含有甲醛的水会导致失明，即使其中只含有千分之几的甲醛；意外摄入含有吡啶或氯仿的溶液会损害身体的神经中枢；如果过量或长期摄入，会导致免疫力下降、功能受损，甚至死亡。

1.3 含重金属废水废液的危害

高校化学实验室还会排出含有重金属的废水废液，而这些废水废液会造成极高的社会风险，从抽样调查的废水中发现的重金属便包括了铬、钴、镉、铅、汞、砷、铜和镍。在这些金属中，汞是最危险的，对人类所产生的毒性可达到最高值，而在室温下，蒸发的汞会借由人们的呼吸进入身体，积累在人体内很难清除的部位。它与中枢神经系统中的某些酶发生反应，可导致神经系统紊乱，如过量食用会造成脑组织损伤，甚至死亡。

2 处理高校化学实验室废水的方法

2.1 活性炭吸附和还原法

使用活性炭进行废水处理在处理含有重金属离子的废水和处理含有氯和矿物质的废水方面有非常好的效果。在活性炭的处理中，它不仅可以被视为一种化学成分，还可以被视为一种吸附剂。在pH<3的酸性条件下，活性炭可以还原高斯的三价键，进而能够发挥较为显著的重金属离子吸附和有氯和矿物质的废水处置效果。此外，考虑到活性炭较高的吸附性特征，高校化学实验废水处置还可以在活性炭吸附铬几乎饱和后，向活性炭中加入酸性溶液，待六价铭离子被还原为单价针离子后，用适当的沉淀剂将沉淀物完全去除。其他污水，如含有铁锈和氯气的污水，也可以用这种方式处理。除了这些物质外，化学实验室废物中常见的有机烷烃、有机酸和溶剂废物也可以通过活性点火来清理和掩埋。首先，有机相被分离，然后通过活化过程使有机相完全被吸附。活性吸附法主要是指去除用其他物理和化学方法无法去除的微量有机物。由于活性炭是一种常见的吸附剂，工艺简单，成本低，易于维修，所以活性炭在废水处理中的应用广泛。

2.2 沉淀法

沉淀法主要用于处理含有各种重金属离子的实验室废水，一般用于实验污水处理的沉淀法有两种。第一种沉淀方法是氧化还原法，主要用于六价和其他物质的还原。在这种方法中，在清除污染物之前，借助氧化还原反应，毒性物质的毒性会从高向低转化。作为第二种沉淀法的凝固沉淀被用于无机、矿物和无机实验室。絮凝助剂通常是聚合氯化铁、聚合氯化铝或聚合硅酸盐，形成氢氧化物沉淀，以去除重金属离子形式的污染物。这些絮凝剂有著作优势，比如分散和安全地去除油漆、改善浊度和去除藻类。

2.3 纳米材料光催化处理

纳米光催化方法有助于通过减少二级石灰的积累和再生吸附剂和絮凝剂来处理废水。二氧化钛纳米颗粒和氧化锌纳米催化剂被广泛用于光催化降解，具有稳定的化学性质和高活性。光催化的工作原理是：电子的光子进入通带，形成电子-空穴对，激发光催化剂。这些空穴与光引发剂表面的羟基自由基反应，产生羟基自由基，可以完全氧化和降解水中的有机污染物，由此产生的物质通常是无害的。化学家们通过使用悬浮的二氧化钛纳米催化剂，展开了对电石废水进行处理的相关实验，经过3h的催化后，实现了84%的重金属离子去除率。

2.4 微生物化学法处理

微生物絮凝剂有一个特殊的功能，有一些物质在溶液中很难分解，它可以让这些物质和悬浮固体产生沉淀与絮凝。微生物絮凝剂在废水处理方面有非常广泛的应用，也提供了非常好的发展机会。研究人员在培养皿中培育出复杂的细菌，以生产微生物絮凝剂，石油化工废水的浊度去除率提高了93.45%、处理石油的有效率53.42%、COD去除率20.98%。这表明，微生物化学方法在处理石油化工废水方面是有效的。

2.5 超临界水氧化技术

水中有机氧化物的氧化需要在特定温度状况中实现，通常是在临界水温和压力的温度被超出时，此时其他的无毒物质及小分子便会氧化而成，利用这种方法，可将高达100%的石灰和99%COD有效去除。超临界水氧化技术目前已成功用于处理苯酚、酒精、卤化脂肪、芳香族、硝基苯、尿素、化学武器等。辐照技术也可用于处理废水。电子束和高能光通常被用来处理更难处理的废水流。该技术还可单独用于废水处理，另外还可以结合其他的工艺将水的处理效率进一步提升，将水中的病原体和细菌去除，从而对排放的化学废水进行有效处理。

3 实验室废水的管理与削减措施

3.1 选择合适的容器，分类收集处理

由于高校化学实验室往往使用多种化学物质，这些物质通过化学反应产生的反应物又有不同的性质，因此选择排放实验室废水废液时，必须考虑到废水的不同化学性质，以及储存地点和方法。通常发现实验室的特殊容器被用来储存和密封液体废弃物，容器上往往会贴有标签，将储存处理废水的时间及其性质进行标注，对于浓度高且有毒和不可逆的有机溶液，应进行特殊处理，并报请环保部门批准，转入具有相应处理资质和能力的设施进行处理；对实验室污水处理设施，应专门设计污水管道进行排放和处理。经过预处理后，每个实验室的废水被均匀地排放到一个配备有净化设施的池子中，污水得到进一步的处理，同时会有相关部门处理移交的污染物。另外为了能够对处理环节进行实时监测，实验室应当配备在线监测工具，以便实时核查不达标的污染和污水的清洁度。

3.2 优化实验内容，改进实验方法

在进行化学实验时，必须遵循特定的顺序，使每个反应的产物尽可能地用于后续的实验，对反应过程和每个实验环节所应遵循的顺序展开相应的智能设计，通过智能修改实验内容，以便将过去的实验产物尽可能地用于后续的试剂。

应尽量减少实验试剂的使用量，以保证实验的效率，这也减轻了废水处理系统的负担。开展化学实验是为了让学生有机会通过观察化学现象加深对化学原理的理解。因此，要想节省实验设计的成本，除了获取更多的化学信息外，还要将化学试剂和材料的应用减少，通过借鉴其他学校的经验，高校化学实验室可将实验缩小或微型化，做到低成本实验的同时，将对环境的影响降低。

高校还应当对学生和教授积极鼓励，支持他们对微型的实验仪器进行开发研究并投入至实验使用中。试剂用量小、废弃物处理少的小型化实验，减少污染并降低实验所需成本，使绿色化学实验的目的真正实现，同时还能够将学生们的环境保护意识有效提高。

3.3 全面推行清洁实验

为了能够在后期更好地处理高校化学实验室排放的废水废液，一定要十分详尽地对废水废液进行分类，应当注意的是分类过于繁杂会给科研及实验人员增加工作压力，因为要想做到毫无错误的分类几乎不可能，甚至可能出现分类混合的情况，从而使后期对废水废液的处理难度增加。为了减少处理实验室废液所耗费的人力物力，同时将废液顺利回收，必须尽快制定出科学合理的分类原则，还要制定出安全、经济、方便的回收方案。

由于化学实验涉及许多试剂的使用，可以通过用毒性较低或污染较小的试剂取代高污染或有毒的试剂来改进这些试剂。为了改善实验室设备，有必要确保使用精确和准确的实验室设备，同时，规范实验内容和程序，减少污染的停留时间。目前，我国正在将绿色化学的概念积极推广，为了尽早实现这一目标，高校化学实验室可展开清洁实验。

3.4 积极开创微型实验

微型实验是为了将实验中所使用的试剂数量、时间和对环境的污染减少而采用的一种微型化实验，由于试剂的使用量减少，对人体和环境的污染伤害也会降低。为了将化学实验的安全可靠性进一步提高，高校可选择使用无毒无害的试剂对有毒试剂进行替代。

4 高校化学实验室废水的绿色化管理方法

4.1 从源头抓起，严控废液产量

高校要提升全校师生对化学实验室使用过程中的环保意识，加大对化学实验室废液处理的宣传工作，让教师与学生都能够重视问题，清楚认识到处理实验室化学废液的重要性与必要性。从源头上严格控制废液产量，主动学习规范管理实验室废液的规章制度以及方式方法，在化学实验、科研等活动中更加严谨操作行为，师生共同参与化学实验室废液处理与管理工作中，构建起积极、自主的良好氛围，提升高校化学实验室废液处理的及时性、规范性、有效性，更好地体现高校化学实验室使用价值。

例如，高校可以构建起线上宣传结合线下宣传的融媒体宣传模式，一方面在师生大会等面对面的活动场合宣传化学实验室废液处理相关内容，通过会议上的问答游戏、问卷调查等手段，掌握并分析高校师生对化学实验室废液的处理现状，以此为依据，从实际情况可入手制定并落实后续的宣传工作。另一方面在高校微信官方公众号等新媒体平台上，图文并茂呈现湖泊受到的严重污染现状，痛心的画面震撼了教师与学生心灵，唤醒其责任意识和自觉性，师生主动执行化学实验室废液管理的各项规章制度，从细节做起，严格按照标准要求处理化学废液，显著提升了化学废液处理效率与排放合格率。

4.2 建设专业队伍，健全设备设施

高校要打造高素质的、专业的化学实验室废液管理工作队伍，在此过程中提高录用标准，引入高素质的人才，加强对化学废液管理员和处理员的思想教育培训、技能培训、业务培训、规章制度培训等工作，使其可以满足岗位职责，在达到上岗考核标准后方可中正式投入工作。需注意的是，化学废液管理人员的培训与考核不能只在岗前进行，工作过程中也要增加培训机会，使其积极接受再教育，与时俱进接受新思想、新处理方法、新管理模式，借鉴国内外著名高校化学实验室的废液处理可靠经验，将其引入本校化学废液处理工作中。通过健全工作人员的考核评价体系，及时发现工作人员存在的废液管理及处理不足之处，以问题为导向进行个性化培养，不断提升工作人员综合素质与废液处理能力，顺应时代进步趋势发展优秀的废液处理工作队伍。

新时期背景下，高校化学实验室废液处理工作不能仅由人工劳动方式完成，还需要引入先进的设备设施与信息技术，才能够极大提高废液处理效率与处理效果，同时给予处理人员更有力的安全保障，避免其身体健康受到影响。所以，高校要在此方面投入更多的资金，引入并不断完善化学废液处理所使用的设备设施、软件、数据库等，为化学废液的现代化处理创造便利、高效、安全、可靠的实施条件。

4.3 实施奖惩措施，提高监督水平

随着我国素质教育的不断深入，高校近年来的扩招促进学校规模不断扩大，化学实验室的使用频率也极大增加，促进了化学废液的产量与排放量增长，如果没有加强对此的监督工作，未制定和实施奖惩措施，很容易出现化学废液排放不规范的情况。所以，高校要提高监督化学废液排放的工作力度，根据化学专业教师与学生数量、实验室使用情况、废液产量等制定与之相符的奖惩措施，灵活依据情况变化调整奖惩方法，在监督、奖励、惩处的重重作用下，保证并最大限度地提升废液处理质量。高校要面向大众开放化学实验室废液处理的监督渠道，让各界参与到监督化学废液处理中，强化舆论作用的影响力，构建公开、透明的化学实验室废液处理体系。

5 结束语

加强大学化学实验室的环保意识，符合创建自然导向和环境友好型社会的主要思想，代表了大学教育改革的一个新兴趋势。将绿色实验的内容、师生绿色化学理念不断完善和更新，同时对建设绿色化学实验室的方法积极探索，是当今化学工作者的责任和义务。当前要想建立真正环保的高校化学实验室，依然需要继续解决诸多问题，相关高校及院系师生一定要对此保持关注。