湖南人文科技學(xué)院化學(xué)與材料科學(xué)系
有關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室污水處理的實(shí)施方案
隨著中國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的需求越來越多，實(shí)驗(yàn)室實(shí)際上是一類典型的小型污染源，建設(shè)的越多，污染的總量越大。因?yàn)闅v史的原因，許多化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的排水管道與居民的排水管道相通，污染物通過下水道形成交叉污染，最后流入江河中或者滲入地下，對(duì)水資源的危害不可估量。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)和相應(yīng)環(huán)保法規(guī)的不斷完善，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理已成為化學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理體系的考核項(xiàng)目之一。因此，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理，有著十分重要的意義。
1 實(shí)驗(yàn)室廢水來源及種類
實(shí)驗(yàn)室污水主要來自化學(xué)與材料科學(xué)系、生命科學(xué)系的科研和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室。 主要包括各類廢棄酸堿及有毒有機(jī)化合物、重金屬、氰化物、病原微生物等。不同的廢水，污染物組成不同， 處理方法和程度也不相同。實(shí)驗(yàn)室污水的處理本著分類收集， 就地、及時(shí)地原位處理，簡(jiǎn)易操作， 以廢治廢和降低成本的原則。一般來說 ，實(shí)驗(yàn)室廢水可以按照下列方式分類。
1. 1 按照污染程度分類
按照污染程度可以分為高濃度實(shí)驗(yàn)室廢水和低濃度實(shí)驗(yàn)室廢水。其中高濃度實(shí)驗(yàn)廢水包括一般液態(tài)失效試劑 (廢酸、廢堿、廢有機(jī)溶劑等 ) ，液態(tài)實(shí)驗(yàn)廢棄產(chǎn)物或副產(chǎn)品 (樣品分析殘液、液體產(chǎn)品和副產(chǎn)品等 ) ，劇毒藥物實(shí)驗(yàn)后的洗滌液。低濃度實(shí)驗(yàn)廢水包括實(shí)驗(yàn)器皿和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的低濃度洗滌水 ，一般的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物 ，低毒低濃度的廢試劑 ，實(shí)驗(yàn)室清潔衛(wèi)生用水及冷卻用水等。
1. 2 按照污染物性質(zhì)分類
根據(jù)廢水中所含主要污染物性質(zhì)，可以分為實(shí)驗(yàn)室有機(jī)和無機(jī)廢水兩大類。無機(jī)廢水主要含有重金屬、重金屬絡(luò)合物、酸堿、強(qiáng)堿、氰化物、砷化物、硫化物、鹵素離子以及其他無機(jī)離子等。有機(jī)廢水含有常用的有機(jī)溶劑、有機(jī)酸、醚類、多氯聯(lián)苯、有機(jī)磷化合物、酚類、石油類、油脂類物質(zhì)。相比而言，有機(jī)廢水比無機(jī)廢水污染的范圍更廣，帶來的危害更嚴(yán)重。
生物性廢水多來自于生物安全實(shí)驗(yàn)室 ，污染物包括培養(yǎng)液 ，培養(yǎng)基及實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)的液體生物標(biāo)本，還有少量實(shí)驗(yàn)器皿及動(dòng)物籠沖刷水，其污染物以致病菌為主 ，不含重金屬離子，可生化性好，病原微生物含量大。
2 實(shí)驗(yàn)室廢水的處理方法
2. 1 實(shí)驗(yàn)室廢水污染物成分的判定
實(shí)驗(yàn)室廢水具有排放總量不確定，污染物成份復(fù)雜的特點(diǎn) ，不同的實(shí)驗(yàn)廢水，污染物成分不同，其處理方式也不同。廢水中污染成分的判定有兩種方 法：物流分析法和實(shí)際測(cè)定法。物流分析法就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)試劑的性質(zhì)、用量，大體確定實(shí)驗(yàn)廢水的組成。當(dāng)廢水性質(zhì)不明時(shí) ，采用實(shí)際測(cè)定法通過實(shí)驗(yàn)來確定。實(shí)驗(yàn)廢水往往包含了實(shí)驗(yàn)過程中所有物質(zhì)的組成元素，弄清實(shí)驗(yàn)機(jī)理和過程，就可以大體探明廢水中的主要組成物質(zhì)，從而為選擇合理的廢水處理方法打下良好的基礎(chǔ)。
2. 2 實(shí)驗(yàn)室污水處理方法概述
目前， 國(guó)內(nèi)外還未見報(bào)道有成熟的工藝和方法能將實(shí)驗(yàn)室污水綜合處理到達(dá)標(biāo)排放的標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)室污水的治理不能等同于工業(yè)污水處理，而是采用多單元處理流程系統(tǒng)或是有針對(duì)性地進(jìn)行分類處理，盡可能地降低處理難度，使處理費(fèi)用較低，操作比較簡(jiǎn)單。實(shí)驗(yàn)室有機(jī)廢水處理方法可以借鑒其它有機(jī)廢水的處理。一般來說有機(jī)廢水處理技術(shù)主要包括生物法和物化法。對(duì)有機(jī)物濃度高、毒性強(qiáng)、水質(zhì)水量不穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)室廢水，生物法處理效果不佳， 而物化法對(duì)此類廢水的處理表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)藥品回收、對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢棄物進(jìn)行分類處理及回收循環(huán)再利用，不僅能減小對(duì)環(huán)境的污染，而且能減少化學(xué)藥品的浪費(fèi)。對(duì)高濃度實(shí)驗(yàn)室有機(jī)廢水，將其中的有機(jī)溶劑如醇類、酯類、有機(jī)酸、酮及醚等回收循環(huán)使用后，再用化學(xué)方法處理; 對(duì)濃度高、毒性大且無法回收的有機(jī)廢水，需要進(jìn)行集中焚燒處理。
2. 2. 1
氧化還原中和沉淀法
此類方法多適用于含六價(jià)鉻和具有還原性的有毒物質(zhì)及金屬的有機(jī)化合物。主要用于處理含氰、含酚、含硫化物的廢水。常見的工藝過程是向廢水中加入氧化劑，經(jīng)過氧化還原反應(yīng)后，使高毒性的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低毒性的物質(zhì)，再經(jīng)過混凝、沉淀將其從反應(yīng)體系中除去。C r6 +和 C r3 +的無機(jī)物最高允許排放量分別為0. 5 mg /L 和 3. 0 mg /L。含鉻的廢液可用鐵、鋅等作還原劑，用廢堿液中和沉淀后，轉(zhuǎn)化為難溶鹽除去。
2. 2. 2
硫化物沉淀法
這種方法適用于含汞、鉛等金屬的呈酸性的實(shí)驗(yàn)廢水。一般是向廢水中加入硫化鈉，生成難溶于水的金屬硫化物，然后與 Fe (OH )3共沉淀而分離出去。
2. 2. 3
絮凝沉淀法
絮凝沉淀法不僅是處理許多工業(yè)企業(yè)污水中重
金屬的有效方法，也是實(shí)驗(yàn)室廢水處理的一種可行方法。這種方法適用于含重金屬較多的實(shí)驗(yàn)廢水，加入合適的絮凝劑，在弱堿性條件下可以形成絮狀沉淀，有效去除廢水中的重金屬離子，降低廢水的化學(xué)需氧量 ( COD )。
2. 2. 4
活性炭吸附法
用于處理物理、化學(xué)方法不能處理的微量呈溶解狀態(tài)的有機(jī)實(shí)驗(yàn)廢水。有機(jī)實(shí)驗(yàn)廢水含有大量的廢溶劑、實(shí)驗(yàn)殘液、有機(jī)酸等。其濃度高、排放量少的特點(diǎn)很適合活性炭吸附法處理。處理工藝流程為先把廢水中的有相分離出來 ，再用活 性炭吸附， COD的去除率可達(dá) 93%。
2. 2. 5
焚燒法
每種處理方式都有其特定的處理性能，都不是萬能的。焚燒法一般適用于形成乳濁液之類的廢液。但要特別注意避免燃燒產(chǎn)生的毒氣造成二次污染。例如，對(duì)于只含有 C， H， O元素的有機(jī)廢物在燃燒時(shí)一般不會(huì)造成二次污染，而含有鹵素 N， S等元素的有機(jī)廢物焚燒時(shí)將會(huì)釋放多種有害氣體。
2. 2. 6
生物實(shí)驗(yàn)廢水的處置方法
處理生物實(shí)驗(yàn)廢水常用的方法是熱力消毒滅菌和化學(xué)藥劑消毒滅菌。熱力消毒滅菌法是通過高溫加熱使廢水溫度達(dá)到或超過某些有害微生物存活溫度的最高極限，殺死細(xì)菌，以確保排出廢水的安全。化學(xué)藥劑消毒滅菌法則是利用各種化學(xué)藥劑對(duì)廢水中的有害微生物進(jìn)行殺菌消毒處理，目前常用的消毒工藝有臭氧消毒、氯消毒、堿消毒等。在實(shí)際操作中，可以采用熱力和化學(xué)藥劑相結(jié)合的消毒滅菌方式，安全有效地處理生物安全實(shí)驗(yàn)室的廢水。
廢液中有害物質(zhì)的處理方法主要是通過物理過程和化學(xué)反應(yīng)等，將有害物回收或分解、轉(zhuǎn)化生成其它無毒或低毒的化合物。下面是一些有害廢棄物的處理方法。
1. 含砷廢液的處理
三氧化二砷是劇毒物資，其致死劑量為
0.1g
。在溶液中的濃度不得超過5×10-5%。處理時(shí)可利用硫酸鐵在堿性條件下形成氫氧化鐵沉淀與砷的化合物共沉淀和吸附作用，將廢水中的砷除去。注意，Fe3+和As3+的摩爾比約為10∶1，pH 值在9左右效果最好，充分?jǐn)嚢韬箪o置過夜，分離沉淀，排放廢液。
Fe3++ 3OH-= Fe(0H)3↓
As3++ 3OH-= As(0H)3↓
可用鉬藍(lán)法或二乙基二硫代氨基甲酸銀法測(cè)定砷的含量。
2.含鉻廢液的處理
Cr(Ⅵ)有劇毒，在溶液中的濃度不得超過5×10-5%?？稍谒嵝?/span>(調(diào)pH值為2～3)含鉻廢液中，加入約10 %的硫酸亞鐵溶液， Fe2+能把Cr(Ⅵ) 還原為Cr3+。然后用熟石灰或堿液調(diào)溶液的pH 為6~8 (防止pH大于10時(shí)Cr(OH)3轉(zhuǎn)變成Cr(OH)4-) ，加熱到
80℃
左右，靜置過夜，分離沉淀，排放廢液。
Fe2++ 2OH-= Fe(0H)2↓
Fe3++ 3OH-= Fe(OH)3↓
Cr3++ 3OH-= Cr(OH)3↓
3.含氰化物廢液的處理
氰化物有劇毒，在溶液中的濃度不得超過1.0×10-4%。我們利用CN-離子的強(qiáng)配位性采用絡(luò)合法即普魯士藍(lán)法處理含氰化物的廢液。先在廢液中加入堿液調(diào)pH為7.5~10.5，然后加入約10 %的硫酸亞鐵溶液，充分?jǐn)嚢?，靜置后分離沉淀，排放廢液。
Fe2++ 6CN-= [Fe(CN)6]4-
2Fe2++ [Fe(CN)6]4-= Fe2[Fe(CN)6] ↓
4.含汞廢液的處理
含汞廢液的毒性極大，其最低濃度不得超過5.0×10-7% ，若廢液經(jīng)微生物等的作用后會(huì)變成毒性更大的有機(jī)汞?？捎?/span>Na2S 把Hg2+轉(zhuǎn)變成HgS，然后使其與FeS 共沉淀而分離除去。
Hg2+ + S2-= HgS ↓
Fe2++ S2-= FeS ↓
注意: 要防止Na2S 過量生成[ HgS2]2-絡(luò)離子?？上仍诤瘡U液中加入與Hg2+濃度等摩爾的Na2S?9H2O ，經(jīng)充分?jǐn)嚢枋?/span>Hg2+生成難溶的HgS，再加入1.0×10-3%FeSO4，使Fe2+與過量的Na2S生成FeS沉淀，將懸浮的HgS共沉淀。靜置后分離沉淀，排放廢液。
5.含鉛廢液的處理
含鉛廢液的濃度不得超過1.0×10-4%?？捎脷溲趸锕渤恋矸ㄌ幚?。先用堿液調(diào)pH值為11，把Pb2+轉(zhuǎn)變成難溶的Pb(OH)2沉淀，然后加鋁鹽凝聚劑Al2(SO4)3使生成Al(OH)3沉淀，此時(shí)pH值為7-8，即產(chǎn)生Al(OH)3和Pb(OH)2共沉淀。靜置澄清后分離沉淀，排放廢液。
Pb2++ 2OH-= Pb(OH)2↓
Al3++ 3OH-= Al(OH)3↓
6.六價(jià)鉻
六價(jià)鉻廢水一般存在于皮革揉制、電鍍、鉻黃染料廢水及冷卻水(阻蝕劑)中，是一種致癌物質(zhì)，化驗(yàn)室的含六價(jià)鉻廢水水量小、鉻濃度低(<20mg／I)，在這種情況下，可先將六價(jià)鉻還原為，三價(jià)鉻后再用堿(氫氧化鈉)進(jìn)行沉淀，如選用硫酸亞鐵作還原劑，廢水PH控制在8__9范圍，選用亞硫酸鈉作還原劑，廢水pH控制在2—3范圍，其他還原劑還有二氧化硫、亞硫酸氫鈉、連二亞硫酸鈉等，可根據(jù)情況選用。
7.鎘
90％鎘的應(yīng)用于電鍍、顏料、合金及電池等，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站化驗(yàn)室含鎘廢水實(shí)用的方法有沉淀法，吸附法。使用沉淀法，沉淀劑有氫氧化物、硫化物、聚合硫酸鐵，使用氫氧化物，pH控制在10以上，可達(dá)滿意效果；使用硫化物PH控制在9以上；使用聚合硫酸鐵pH控制在8.5～9.5范圍。吸附法，可使用活性炭、風(fēng)化煤、磺化煤作吸附劑。
8.酚
隨著石油化工、塑料、合成纖維、焦化等工業(yè)的迅速發(fā)展，各種含酚廢水也相應(yīng)增多，酚的毒性較高，使用活性炭作吸附劑是一種可行的方法。對(duì)于其他有毒有害有機(jī)廢水，化驗(yàn)員也可用此方法。
9.有機(jī)回收與利用
實(shí)驗(yàn)用過的有機(jī)溶劑有些可回收，可先在分液漏斗中洗滌有機(jī)溶劑，根據(jù)有機(jī)溶劑中所含溶解物不同，采用不同洗滌劑進(jìn)行洗滌后，再用水洗滌，然后干燥。再通過蒸餾進(jìn)行精制，純化。如四氯化碳，若含有雙硫腙，則可用H2SO4洗滌一次，再用水洗兩次，經(jīng)無水氯化鈣干燥后，蒸餾收集76~
78℃
餾分。烴、酮、醛、醇、酯等有機(jī)物也可在燃燒爐中處理，溫度為800~
850℃
時(shí)可完全燃燒或分解，產(chǎn)生的氣體用堿液洗滌。
化學(xué)與材料科學(xué)系
2017.3.6
