基础无机化学实验室产生的废液的处理探究

房川琳，李俊玲，邹 清，李 静

(四川大学 基础化学实验教学中心，四川 成都 610064)

四川大学近年来一直积极探索化学实验的教学改革，新开设了多项综合性、创新性、研究性的实验教学项目。在各项新旧实验教学项目的开设中，无机化学实验教学内容所占的学时比例较大。每学年完成十余万人学时的本科学生培训课程，化学药品的使用量大，如果直接排放实验所产生大量废液及制得的产物无疑会对环境带来污染。为此，在实验教学中，需要注意积极引导学生建立绿色化学的概念，利用化学知识从源头上减少或从过程与结果中调控实验对环境的污染。在实验课程开设中，实验方案的优化、实验药品使用的节约与合理化无疑能从源头上降低实验对环境的污染。与此同时，培养学生正确地处理与合理地利用实验中产生的大量废液，更能全面地调控实验的整个进程对环境的影响。本文将重点探究实验过程中产生的废液的回收利用与无害处理，以期通过本文项目的开展强化学生的环境保护意识，同时培养学生良好的实验习惯与实验操作能力，以及探究与发现问题、解决问题的能力。

1 实验部分

1.1 实验设计思路

本项目拟通过从每学期开展的近30个无机实验项目中选择相对污染严重的4个实验项目，即s区、p区、d区、ds区化合物的性质测定，对这4次实验中产生的废液进行分类回收，标记并妥善保存。在教师的指导下，学生3～4人一组针对不同的废液，依据理论原理(《室外排水设计规范》(GBJ 14—87))设计实验方案，进行回收利用与无害处理。并将本实验作为学期末学生考核评定依据的一部分，在考查学生基础实验技能掌握情况的同时，对学生的实验素养及环保意识进行培养与强化。

1.2 主要仪器与试剂

1.2.1 主要仪器

包含离心机(TGL-16，蜀科)；电子天平(LT502E，常熟市天量仪器有限责任公司)；电热恒温鼓风干燥箱(101-2A，北京中兴伟业仪器有限公司)；水循环式真空泵(SHB-3，郑州江城科工贸有限公司)和电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)(IRIS Adv，Thermo Fisher Scientific)。

1.2.2 主要试剂

包含铁粉、铁粒、铜粉、碳酸钠、生石灰、浓氨水、氢氧化镁、氢氧化钠、盐酸、硝酸、磷酸钠、硫酸铝、硫酸钙、硫酸亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠和硫化钠，均为成都市科龙化工试剂厂生产，所有试剂均为分析纯。

1.3 实验步骤

1.3.1 废液的分类收集

在本实验项目针对的4个实验中，s区、p区、d区、ds区化合物的性质测定中涉及的部分废液如表1所示。

表1 s、p、d、ds区化合物的性质测定中涉及的部分废液

从表1统计结果可知，无机实验室废水主要含有重金属、重金属络合物等。根据平时用量登记表可知，Hg的排放量位居首位，其次，Pb、Cr、Ag的排放量分别位居其后。这四类污染物构成了重金属类中的首要污染源[1-2]。另外，酸、碱废液在无机化学中实验中也极为常见。

学生根据自行收集的多类废液(主要为Hg、Pb、Cr、Ag和酸碱废液等)，3～4人一组针对其中1～2类，提前根据所学知识，查阅相关文献资料，了解此类废液回收和处理的现状，依据理论原理设计实验方案，在教师的指导下进行方案优化处理，随后在期末检测周进行实践。

1.3.2 各类废液处理方案确定

通过查阅文献，综合考虑实验室能够提供的药品及设备，优选出以下几项针对主要废液的处理方案。

1)含Hg废液的处理[3]。

图1 含Hg废液的处理方案

2)含Pb废液的处理[4-5]。

图2 含Pb废液的处理方案

3)含Cr废液的处理[6]。

图3 含Cr废液的处理方案

4)含Ag废液的处理[7]。

图4 含Ag废液的处理方案

注意:由于[Ag(NH3)2 ]+具有爆炸性,因此上述各步操作需定量进行。

5)酸碱废液的处理。

酸碱废液的处理多采用酸碱中合法或直接稀释法[8]。各实验室产生的废酸、废碱除可再利用的以外，可进行酸碱中和生成无毒性盐类溶液，然后再排放至下水管。浓度高的酸碱废液，平时分开贮存、定期混合再进行中和处理。中和后的酸、碱废液调节pH值在6.5～8.5 间，达到排放标准后方可排放。另外，清洗玻璃器皿等仪器的废液，因经大量水洗涮，浓度小，可直接排放至下水管。

除上述几类的废液处理之外，还有针对Cu、Cr、F、氰、无机卤化物等多种废液的处理方案，学生可作为选做实验在课余时间联系老师进行实践。

1.3.3 处理后废液排放达标检测

由于课堂学时及基础无机实验室仪器设备的限制，处理后废液排放达标检测实验作为学生的课后项目展开。目前，学院仪器中心的电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)可进行化学元素的分析检测，特别是对重金属元素的分析，其检出限低，灵敏度高，是本次项目课后进行废液处理达标检测的最佳选择方案。学生将处理前后的废液中相应重金属元素分别进行ICP-AES检测，以确定是否达到排放标准[9-10]。

中和后的酸、碱废液pH值在6.5～8.5间，达到排放标准后方可排放。另外，对于其他酸碱废液的处理排放标准，可参考pH、色度、硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮等多项指标进行综合监测，以确定是否达到排放标准[11]。

2 结果与讨论

2.1 处理后废液排放达标检测结果

处理前后的废液中相应重金属元素分别进行ICP-AES检测，结果如表2所示(共统计10组学生的测试结果范围)。

表2 处理前后的废液中相应重金属元素进行ICP-AES检测结果

经处理后废液排放达标检测，上述各项废液经处理后均达到了《污水综合排放标准》(GB8978—1996)。

酸碱废液按照pH值在6.5～8.5间的排放标准，进行严格把控，达到排放标准后方可排放。

2.2 处理后废液回收利用

在上述废液处理实验中，重金属污染物大多是以固体的形式析出，经过滤分离可得到对应的重金属化合物或重金属单质。如银单质，可进一步回收利用。作为贵金属，回收银具有较高的经济效益和社会价值。

2.3 实验方案的可行性分析

学生在查阅资料、设计实验方案、实验操作和实验总结等过程中，教师全程进行指导与配合。学生根据对实验内容的理解，与教师协商，根据目前实验室提供的药品与器材，对实验内容可作适当调整，既保障了实验的顺利开展，同时保证了学生创造性思维的展开。

3 结束语

该项目新增为学生能力测试实验，实验中以多种方案展开，打破了传统实验课堂模式。实验方案中的原料均来自多项实验收集的废液，不但减少了实验成本和对环境的损害，同时加强了学生对其他实验产生的废液的妥善处理能力，更有利于培养学生的实验素养与强化学生的环保意识。在今后的实验中，可以结合废水的无害处理与回收利用，同时从实验源头入手，如在实验和教学中选用微波溶样、微型实验、计算机模拟等新的实验技术[12]，从多方面调控实验对环境产生的污染。