实验室废液处理方法比较

李亚婷 牛艳芬

关键词： 废液处理 处理方法 有机废液 无机废液

近年来，我国各地检测实验室的数量日渐增加，在检测过程中，实验室不可避免地会产生废液，而这些废液往往具有腐蚀性、毒性且具有不易降解等特点。此外，由于企事业单位的实验室设在城区和居民区附近，而实验室的下水道与居民的下水道相连，所以一旦对实验室中排放的废液缺乏合理的处理技术和措施，这些废液就有可能会直接排放到室外，并通过地下道形成交叉污染。因此，实验室废液必须采取适当的措施进行处理，在传统处理方法的基础上，探讨废液处理的新方法，达到无毒排放，以减少对环境的污染。

1 废水处理主要方法

1. 1 废水的分类

按照主要污染源的类型，工业废水又可以分为生产废水和生活垃圾。生产废水所包括的范围很广泛，主要包括工业废水、医药废水和农业污水等，其中工业废水按照不同的标准可以划分为不同的类别。（1）按照工业废水的主要污染物特性进行划分，无机废水主要是指基于含有无机物质为主的工业废水，而有机废水则主要是指基于有机物质为主的工业废水。如无机盐、磷肥、氮肥、硝酸、硫酸及纯碱等工业所排放的废水，都属无机废水；柠檬酸、酒精、制糖、造纸等工业所排放的废水也都是有机工业废水类。（2）按照工业中的主要生产过程与处理内容分类，如冶金工业废水、农药废水、造纸生产废水、制革废水、化学肥料废水、纺织印染废水、炼焦煤气废水、化学染料废水、金属酸洗废水等。（3）根据废水中所含污染物的主要成分加以划分，如酸性废水、含油废水、含硫废水、碱性废水、含镉废水、含铬废水、含氰废水、含汞废水、含醛废水、含酚废水、含有机磷废水和放射性废水等。生活废水是居民在日常生活中排放的废水，是由不同形态的无机物和有机物组成的复杂混合物，包括漂浮和悬浮的不同固体颗粒、胶状和凝胶状扩散物、纯溶液。

根据污水的质性划分，将水质的污染划分为人为污染和自然污染，在实际生活中，人为污染对水体造成的影响是很大的。依据污染杂质的不同，通常分成化学性污染、物理性污染和生物性污染这三类。污染物主要来源于以下6 个方面：（1）未采取任何处理措施而直接向外排放的工业废水；（2）未经严格处理而直接向外排放的生活废水；（3）因大量使用化肥、除草剂和农药而形成的农田废水；（4）堆积在河流周围的生活垃圾和工业废渣；（5）水土流失；（6）矿山废水。

1. 2 废水的处理方法

1.2.1 生产废水处理方法

当前国内生产企业处理工业废水常见的方法主要可分为物理处理法、生物处理法和化学处理法3 种[1]。

通过不断探索研究，目前，国内现已开发出离子交换树脂法、混凝沉淀法等新型的工业废水处理方法。离子交换树脂法主要是通过离子交换树脂含有活性基团的高分子材料来处理工业废水中的污染物，可以高效回收工业废水中的重金属。混凝沉淀法主要是利用混凝剂来处理与净化工业废水，通过采用无机高分子絮凝剂的聚铝盐可以有效处理工业废水中的污染物，对水体pH 值的影响相对较小，从而能够高效恢复水体本身的颜色[2]。

1.2.2 生活废水处理方法

农村生活废水主要可以通过以下方法处理。

（1）生物处理技术。主要依靠微生物的新陈代谢来净化农村生活废水，该工艺需要用地面积少，产生的污泥量较少，冲击负荷能力较强，处理水质水量波动较大的农村废水效果很好。（2）生态处理技术。利用微生物、土壤、动植物之间产生的一系列物理、化学、生物学的反应来降解农村废水中的污染物的一种废水处理技术。（3）生物生态组合技术。结合生物处理技术和生态处理技术，前置生物处理利用微生物可以有效去除有机物和部分营养物质，后部分生态处理则是进一步脱磷除氮，优势互补，从而进一步提高出水水质，并确保出水水质稳定。此方法具有一定的局限性，需要综合考虑当地的经济条件、土地资源等条件[3]。

城市生活廢水可以通过以下方法处理。

（1）采用物理处理方式。根据不同地区、城市规模和污染的严重程度确定采用哪种处理方法。一般来讲，小型城镇及低污染地区通常采用人工格栅法和浮上分离法；对于一些大型的城镇和污染严重的区域，可采用机械格栅法、沉淀池法。筛网法、离心分离法和其他物理方法，在大多数的城市都是可行的。（2）采用生物处理方式。微生物、浮游物、化学物质等都会对水体造成污染，用物理处理法难以处理这些污染源，通常会采用生物处理法，如氧化塘法、活性污泥法、生物厌氧处理法等，利用微生物所产生的酶分解、氧化生物污染物和化学物质，从而达到净化水质的目的[4]。

2 实验室废液的来源、分类及处理原则

2. 1 实验室废液的来源

实验室废液主要有以下3 种来源。

（1）过期的各种试剂。检测分析过程中使用的各种化学检测试剂配置后都有一定的有效期，过期或未使用的化学试剂称为废液，如实验室常用的纯酸洗液、过期的铬酸废液和砷标准溶液等。（2）样品分析后形成的废液。例如：重金属检测样品的消解液中往往含有一定浓度的重金属和酸性物质；CODcr 回流后的滴定液；制作标准曲线及样品分析残留液；酚二磺酸分析硝酸盐氮后的含氨反应液；农药残留检测过程中各种提取、浓缩环节使用到的有机溶液等。（3）微生物检测完成后，产生各种细菌的固体和液体培养基。很多细菌在常温下都能繁殖，但需要经过生物灭菌和无害化处理后丢弃，否则可能会造成细菌的扩散和滋生，对环境造成极大的污染。

2. 2 实验室废液的分类

根据不同的分类标准，实验室废液的分类也存在着很大的差异。根据污染物的危害程度，划分为无污染废液（如NaCl 等盐类）、低浓度废液（主要是清洗器具的润洗液和洗涤废液）和高浓度废液（试验中使用危害性较大的有毒试剂，如废酸、废碱等）。根据组成和特点，可分为无机类废液（一般是指含有汞、铜、铅等重金属和重金属铬化物，酸碱、氰化物、硫化物、卤素离子及其他无机离子等）、有机类废液（如多氯联苯、有机酸、醚类、表面活性剂、有机磷化合物、酚类等）和微生物废弃物（微生物检测过程中用于细菌生长的各种液体和固体培养基）[5-6]。

2. 3 实验室废液处理原则

实验室废液具有排放量相对较少、成分复杂、不连续等特性[7]，这类废液在处理的过程中应遵循以下原则[8]。

2.3.1 安全性原则

由于有些废液本身具有剧毒、易燃、易腐蚀等特点，所以，这类废液在处理时要把安全性因素充分考虑在内，对于易产生化学反应或不相容的废液要分开储存、处理，以确保废液处置的安全。

2.3.2 分类处理原则

实验室废液的特点存在着很大的不同，需要依据不同类型的废液特点，来选择经济、便捷、简单的处理方法。

2.3.3 节能环保原则

在处理实验室废液时，应坚持废液回收再循环利用的原则，通过转化实验，使有害的废液转为无害的物质。

3 实验室废液处理方法

3. 1 传统的实验室废液处理方法

处理无机废液多采用硫化物沉淀法、絮凝沉淀法、氧化还原中和沉淀法和活性炭吸附法；对于有机废液，多采用焚烧法、溶剂萃取法、水解法、氧化分解法和生化法，治疗方法[9]；对于微生物废弃物，一般的细菌培养基经过高温高压灭菌即可破坏生长繁殖活动的条件，可以保证不会对环境造成污染。实验室采用的传统废液处理工艺耗时长、效率低下、反应剧烈，且实验废渣处理程序复杂。处理废渣的过程还需要大量的高纯度的固体或液体试剂，要想达到完全无毒的理想状态是一个极大的挑战，即使经过处理，废液仍然是一个严重的风险因素。此外，由于处理过程中污染气体的负面特性，也会对作业人员的安全造成威胁。

3. 2 实验室废液处理新方法探讨

3.2.1 离子交换树脂法

离子交换树脂法处理废水的基本原理是：含有活性功能基团的离子交换树脂与废水中的重金属离子交换，可实现金属离子的回收。该方法具有处理效果好、有效物质可回收、高效快捷等特性。不过在实际的废水处理中，因为受交换剂、成本及其他各种因素的影响，其对废水处理的范围非常有限；另外，由于该方法对废水的预处理要求较高，因此不适合大规模的工业废水处理[10-11]。

3.2.2 电解还原法

目前金属离子型废水的处理方法大多为絮凝沉淀法，由于实验室废水量较小，在添加絮凝剂时，可能会引入杂质离子，然而，通过电解还原法处理，金属离子型废水能够有效避免引入新的杂质离子[12]。电解还原法主要是利用电极氧化和还原产物与废水中的有害物质发生化学反应，产生不溶于水的沉淀物，从而分离去除有害物质。在电解处理过程中，废水中H+被大量消耗，OH-浓度增加，废水从酸性逐渐转变到碱性，进而生成Cr（OH）3和Fe（OH）3等物质沉淀下来：

Cr3++3OH-→Cr（OH）3↓

Fe3++3OH-→Fe（OH）3↓

把沉淀物质与水分离开，可以消除铬离子及净化废液。然而，处理水中的废金属离子若采用电解还原法，将消耗大量的电能及材料，致使成本代价较大。如果向废水中加入一定量的食用盐，尽管电能的消耗明显降低，但在废水中的含盐量却逐渐增多，这样即使废水处理过，也无法正常使用。所以，电解还原法的应用范围存在着局限性。

3.2.3 铁盐-石灰法

铁盐-石灰法是当前国内废水物化处理中使用最为频繁的方法，本身具有许多优势，不但能够高效处理废水中的Cd、Cr、As 等物质，并具有经济效益高、成本低、投资小等多重优点[13]。铁盐石灰法在使用过程中，废水中会生成Fe（OH）3 和Fe（OH）2，将水中的胶体物质聚集、吸附。同时，在去除废水中的Cd 和Cr 时，铁盐还可以作为共沉淀剂处理废水中的Cr6+，效果非常好。这种方法存在的弊端是使用过后会产生大量的沉渣，但其使用的范围更广。

3.2.4 O3氧化法

实验室废水可以利用臭氧作为氧化剂，利用氧化剂的氧化性作用对废水中的有毒有害物质进行消毒。因为臭氧具有强氧化能力，能氧化化学氧化和生物氧化不易处理的其他污染物，對除臭、杀菌、脱色、降解有机物和无机物等有重要作用，比化学防治速度快，处理工艺简单，不会出现二次污染问题，还能增加水中的溶解氧。因此，该方法广泛应用于环保、化工等领域，但生产臭氧的电耗很高，成本也很高。

3.2.5 化学混凝法

实验室废水可通过添加絮凝剂进行处理，利用混凝剂的吸附架桥作用，压缩双电层及网捕作用，破坏胶体的稳定性，使较小的悬浮物与胶体可以聚集在一起形成沉淀，进而实现将泥水分离的效果，从而有效去除水中的多种高分子有机物，装置简易，运行简便，且容易维护正常运行，处理效果好，但该方式运行成本相对昂贵，处理后残留渣量很大。

3.2.6 活性炭吸附法

处理有机废水最常用的方法是焚烧法[14]，该方法有着广阔的发展前景，不过也会产生大量的温室气体，从而加剧了地球的温室效应，而采用活性炭吸附法处理有机废水则可以有效解决这一问题。和彬彬等人[15]通过实验表明，在25 ℃（室温）的条件下，当活性炭投入量为90 g/L，效果最好，达到了吸附饱和状态。此外，活性炭还对其他方法难以去除的颜色和臭味也有很好的去除功效。活性炭原料来源广泛，常见的有木质、果壳、煤质、石油类和矿物质活性炭等，它们可以再生，使用成本低。可见，活性炭对实验室常用的苯类和酚类有机试剂具有良好的吸附效果，这是一种比较经济的废水处理方式。

4 结论

综上所述，通过针对性的处理方法，节省处理废液成本，提升处理废液的综合效益是实验室目前需要不断探索的问题。

（1）处理有机废液最常用的方法是焚烧法，虽然焚烧法具有广阔的发展前景，但也会释放大量的温室气体，加剧地球的温室效应，若废液量较少的情况下，可采用焚烧法。活性炭吸附法可以有效地解决有机废液量大的问题，活性炭对于实验室常用的苯类和酚类有机试剂具有良好的吸附效果，这是一种相对经济的有机废液处理方法。

（2）处理无机废液可选择离子交换树脂法和铁盐-石灰法，离子交换树脂法不但可以除去重金属离子，而且还可以回收重金属，具有可以处理废液中的酸、减少酸雾和雾霾等特点，从而逐步改善我国的环境问题，离子交换技术是一项新型的高效节能技术，具有广阔的应用前景；铁盐-石灰法的处理效果和综合性能也较为突出，处理成本低，经济效益高。