高校实验室化学废液处理方法的比较研究

李 春 田 军 丁立军 张 超 盛显良

1.内蒙古农业大学理学院 内蒙古呼和浩特 010018

2.内蒙古农业大学教务处 内蒙古呼和浩特 010018

3.神华鄂尔多斯煤制油分公司 内蒙古鄂尔多斯 017209

高校化学实验室是高校师生开展教学实验、科学研究的重要场所。实验过程中会产生大量的化学废液，主要有分析残液、反应溶液、洗液等[1]。一方面，高校基础教学实验开设的化学实验项目相对固定，由此产生的化学废液的种类相对固定。但是随着高校招生规模的逐年扩大和实践教学力度的不断加强，导致学生实验人时数增多，必将产生大量的化学废液。以理学院化学实验室为例，该实验室承担着全校本科基础化学实验，学校每年投入20万元的实验药品费，全年的实验教学任务约266 600人时数，实验产生的化学废液量巨大。另一方面，科学研究的内容覆盖面广、药品试剂的种类多，故而排出的化学废液种类繁多、成分复杂且变化大。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[2]，处理不当会产生严重的安全事故。虽然高校教师、实验技术人员以及参与化学实验的学生大多有着较强的环保意识[3]，但国家和地方政府部门对高校实验室化学废液的排放缺乏严格的监管和具体的指导，许多高校实验室的规章制度建设也不完善，缺乏处理设施等。同时，一些高校没有或少有废液处理专项经费，而有资质回收处置高校各类化学废液的机构或企业稀少且处理费用连年高涨[4]，最终导致高校师生随意倾倒化学废液或只是采取了简单的直排或稀释排放化学废液的现象较为普遍。然而这些未经净化处理的化学废液直接排入下水道必然会严重污染水源和土壤，有些通过食物链富集进入人体而造成毒害作用[5]，对环境和人类健康造成的危害不可估量。

因此，加强高校对实验室产生的化学废液进行无害化处理的工作刻不容缓。对高校实验室化学废液的传统处理方法和有资质的废弃物处理公司处理方法进行了论述，特别是对新型的废液处理装置的工艺流程和特点进行了较为详细的介绍。并将目前高校实验室化学废液的3种处理方案进行了比较研究，希望为高校实验室的化学废液处理提供参考和借鉴。

1 传统的高校实验室自行处理化学废液的方法

高校实验室产生的有毒有害化学废液根据其性质一般可分为两类：无机类废液和有机类废液。在对这些废液运用传统实验方法自行处理方面，国内一些学者进行了许多有针对性的研究和探索并取得了较好的效果。

1.1 无机类的废液处理

无机类的化学废液主要指含酸碱废液、含金属离子废液以及其他无机废液等。

1.1.1 含酸碱废液的处理

常用混合中和法[6]和直接稀释法[7]处理酸碱类废液。

1.1.2 含金属离子(铁、钴、镍、铜、锌、银、钡、锰、镉、铅、锡、铋、铬)废液的处理

常见处理方法有：碱液沉淀法、螯合沉淀法、硫化物沉淀法、沉淀法等除去铜、锌、锰、铁、钴、镉、镍、锡、铅、铋、钡[8-10]，用置换法除去含银废液[11]，用铁氧体法、电解法、钡盐法等除去Cr(Ⅵ)[12,13]。

1.1.3 含砷、汞、氰化物(极毒)及含卤废液的处理

常用共沉淀法除去含砷废液[14]，用硫化法、金属还原法除去含汞废液[13,15]，用强氧化剂氧化法、双氧水氧化法除去含氰化物废液[13]。对含F-废液，调节pH=8.5，加Ca(OH)2形成CaF2沉淀；对含Br-，I-废液，次氯酸钠氧化处理Br-，I-后，用四氯化碳萃取得Br2，I2的四氯化碳溶液，回收保存[13]。

1.2 有机类的废液处理

有机类的化学废液包括烃类(含卤代烃)、醇类、酚类、醛酮类、酯类、醚类、羧酸及其衍生物类。处理方法主要有如下几种。

1.2.1 焚烧法

可燃性有机物废液具有易挥发、易燃烧等特点。如烃类、醇、醚、酮、酯等，可以通过焚烧法处理[7,10]。

1.2.2 回收利用法

实验后的同类有机溶剂回收后，利用其沸点的差异，经过重新蒸馏或分馏提纯后可以回收使用。难溶于水的有机废液，经过分液操作后可以回收使用[3,15]。

1.2.3 絮凝沉淀法、生物化学法

常用到具有较强网捕、架桥功能、沉降性能的聚合氯化铝(PAC)类无机高分子混凝剂和聚丙烯酰胺(PAM)类有机高分子混凝剂。有机废液中加入混凝剂后，使悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用下生成絮状体且在沉降过程中互相碰撞凝聚加速沉淀，实现快速分层和去除悬浮物的目的[8,16]。

将废液与活性污泥混合并加以曝气处理，利用污泥中的细菌氧化有机废液，如去除COD，BOD等。对含有甲醇、乙醇、乙酸、植物性油脂等的稀溶液，可用此生物法进行处理[17]。

1.2.4 有机溶剂回收装置设计

依据实验室废液情况，综合设计一体化的有机废液回收利用装置，以便及时回收处理有机溶剂[18]。

但上述的实验室废液处理技术具有一定的局限性[19]，如适用范围窄，只是针对特定有害成分的实验废液处理才有效，实验室化学废液种类、数量不同，生产组织难，也无法完成最终处置。

2 选择有资质的废弃物处理公司处理化学废液

高校实验室将无法自行处理的高毒害废液或是处理起来费时费力的废液交由有资质的废弃物处理公司处理[7]。首先，高校有关部门选择地方政府批准成立的有资质的化学废弃物回收处置机构，再派人到高校所在地环保厅(局)和有资质专业公司所在地的环保厅(局)办理每批次废弃物处理的相关手续，做好废弃物交由专业公司处理的前期工作。对于废液具体处置的流程如图1所示，其中分类收集由高校化学废液实验室完成，把能够体现废液主要特性并可以采用相同处理方式的实验室废液归为一类，严禁发生剧烈化学反应的废液混合收集[14]。废液收集后置于指定的包装器皿中，如各种规格的实验室废试剂瓶、塑料桶及处置单位提供的专用周转包装容器等[19]。标签应书写规范、字迹清晰，提供必要的废液信息(废液所含成分的化学名称、毒性等级等)[13]。运输集中指将已经分类收集、包装完好、标签清楚无误的所有实验室化学废液统一运输转移至安全的贮存地点。“贮存”由高校负责，学校需要提供安全的贮存空间(通风、避光、远离热源等)，尽量排除安全隐患的存在。“转运”主要由有资质的公司负责，高校有关部门配合，实验室人员现场再次对废弃物的种类、数量、标识等进行核查，将废液转移运输至废液处理场所。最终“处理”则由有资质的专业公司独立负责，完成废液的彻底处置。

然而政府部门批准成立的有资质的废弃物处理公司各地区甚少，其分类处理废液费用较高。那些被我国《危险化学品目录》列为剧毒的或超过其剧毒化学品判定界限的废液，其处理成本和收费更高。如果高校实验化学废液都交由有资质的公司处理显然不太现实。因此，探索与借鉴废液处理的新技术、新型装置势在必行。

图1 有资质的废弃物处理公司化学废液处置流程

3 采用新型废液处理装置的工艺流程和应用实践

废液处理装置采用分类集中、系统的处理方式，一般设置若干个处理点(设备、反应器等)，利用物理的、化学的和生物的方法处理不同类型的化学废液，使处理后的废液关键指标达到《污水排入城市下水道水质标准》[8]。废液处理装置具有系统处理不同类型化学废液效果良好、运行成本相对较低等优点。近年来，许多学者纷纷投入到对高校实验室废液处理装置的研究和探索中来。2005年，南开大学投入5万元研制了可放在实验室的小型废液处理装置[20]。2009年，扬州大学环境科学与工程学院自制了一套实验室废液处理装置，并承担起了全校实验室的废液处理工作[21,22]。

2017年，延边大学建设和应用实践了扬州大学研发的新型废液处理装置。该新型的实验室废液处理装置采用“分类预处理+物化处理+生化处理”的工艺流程(如图2所示)。各实验室废液分类收集转运至废液处理装置所在地，分类注入废液存储罐，然后分别泵入分类预处理反应器(酸罐，碱罐，H2O2罐，钙盐罐、铁盐罐、PAM罐，PAC罐，MCP罐)，根据废液性质由计算机终端输入处理程序，用于发生中和反应、氧化还原反应、沉淀反应及混凝沉淀反应。各类废液依次经过氧化还原预处理后排入废水存储槽，再泵入物化处理装置进行pH调整、微电解及沉淀等物化处理，然后与生活污水混合后泵入生化处理装置进行生化处理，最终形成的沉淀、絮体排出浓缩压饼处置，上清液则检测达标后排入下水道。

图2 实验室废液处理工艺图

废液处理工艺设备装置由独立的电气控制系统(全自动控制过程模式)调控各参数变化。自动控制部分包含工控总态系统、现场控制单元、水质传感器采控。该装置的八个药剂罐“对症下药”涵盖了无机类废液和有机类废液处理的关键所在(处理要点同本文1.1和1.2部分)，小型化的废液处理装置通过工艺单元的独立运行或任意组合运行便可实现实验室废液的及时集中分类处理。延边大学新型的废液处理装置废液最大收集存贮量为8 m3/次(四类废液)，废液最大处理量60 m3/年。扬州大学和延边大学的新型废液处理装置应用实践检测结果显示：废液处理后可以达到《污水排入城市下水道水质标准》(CJ343-2010)。该装置具有功能性强、造价低、操作方便、处理效果好、运行成本低等特点，适用于高校实验室化学废液处理。

4 实验室化学废液处理方案的对比

在这里，对“自建一套‘扬大式、延边大学式’新型的实验室废液处理装置”方案与“有资质的废弃物处理公司”方案以及传统的自行处理实验室化学废液方案作了优缺点及经济性比较(见表1)。就经济性而言：自建实验室废液处理装置处理废液的方案虽然首次投入资金较多，但建成之后，后期运行管理、维护、维修费用较低，从长远来看，“自建实验室废液处理装置处理废液方案”的总费用将远低于“有资质的废弃物处理公司处理废液的方案”。就安全性、易操作性、便捷性、优缺点等方面整体综合分析比较，自建新型的实验室废液处理装置优势明显。

表1 高校实验室化学废液3种处理方案的比选

5 结语

高校实验室产生的大量化学废液严重污染环境并且危害人类健康，亟待妥善处理。目前，高校实验室实验人员分类收集化学废液后可以采取的处理方案有：采用传统的实验方法自行处理，请有资质的公司定期启动废液的回收处置项目，高校探求自建小型化、性价比高、安全可靠、操作性强的‘扬大式、延边大学式’新型的废液处理装置。本文通过对以上三种不同的废液处理方案在安全性、易操作性、优缺点和经济性等方面的综合比较研究，期望各高校可结合自身的实际情况选择出适合自己的实验室化学废液处理方案。而新型的废液处理装置及其应用实践表明：该装置是一套较为经济有效而又普遍适用的实验室化学废液处置模式，更加值得各高校调研借鉴和应用实施。