高校生物實驗室廢棄物的控制與處理

樊家榮，李 賡

（合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥230602）

高校實驗室是從事實踐教學(xué)、科學(xué)研究、技術(shù)研發(fā)的重要基地，實驗教學(xué)是對學(xué)生進行技能訓(xùn)練、科技創(chuàng)新和綜合素質(zhì)能力培養(yǎng)的重要課堂。我國有數(shù)以萬計個生物類實驗室，每天有大批學(xué)生在做各種各樣的生物實驗，使用種類繁多的化學(xué)試劑，在實驗過程中產(chǎn)生大量的廢棄物。實驗過程中自然產(chǎn)生的廢棄物，既有一類污染物重金屬鹽類，又有酸堿化合物、有機溶劑等二類污染物。以生物實驗為例，所產(chǎn)生的廢棄物具有以下特點：a.種類復(fù)雜，包含有生物和非生物的化學(xué)廢棄物；b.毒性大，有致病的病毒和菌類，還有醇、醛、苯、酚等及衍生物；c.富集性強，少量有毒物隨殘渣一起排進環(huán)境，在生物體內(nèi)逐步積累后會對環(huán)境和人體健康造成嚴重影響；d.傳染疾病，廢棄物中的病原微生物在環(huán)境內(nèi)會引發(fā)動物或人發(fā)病[1]。

據(jù)了解，長期以來許多實驗室沒有進行嚴格地處置，便直接排入下水道或扔進了垃圾箱。究其原因，對生物實驗過程中產(chǎn)生的廢棄物未能引起大家的重視，個人圖省事，認為一個實驗或一個實驗室污染物排放量微小，帶來的污染在數(shù)量與強度方面并不嚴重。其實，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，生物實驗室的教學(xué)以及科研活動日益頻繁，排放的廢棄物對人體和環(huán)境已構(gòu)成了越來越大的潛在威脅。由于這種污染的效應(yīng)具有滯后性，往往在污染發(fā)生的當(dāng)時不易被預(yù)料和察覺；經(jīng)費投入不足，實驗室缺少處理廢棄物的公共平臺，有些廢棄物處置起來成本高工作量大，如Hg2+、Ag+的回收等；實驗室排水系統(tǒng)與生活污水排放系統(tǒng)沒有分開，造成了對環(huán)境污染；有處置危險廢棄物資質(zhì)的機構(gòu)不足，有的廢棄物送到專業(yè)機構(gòu)處理路途遙遠費用很高；我國高校對實驗室廢棄物安全管理缺少法律、法規(guī)約束，實驗室廢棄物的檢查、排放等缺少規(guī)范。有的學(xué)校安全管理制度形同擺設(shè)，缺乏對廢棄物處理監(jiān)管機制。

2005年7月26日教育部與原國家環(huán)?？偩志吐?lián)合下發(fā)《關(guān)于加強高等學(xué)校實驗室排污管理的通知》[2]，嚴禁把廢氣、廢液、廢渣和廢棄化學(xué)品等污染物直接向外界排放。高校是培養(yǎng)人才的搖籃，有效防治實驗廢棄物對實驗人員和環(huán)境安全的危害，建設(shè)綠色校園，提高學(xué)生的環(huán)境保護意識，責(zé)任義不容辭。

本文針對生物實驗過程中產(chǎn)生廢棄物的情況，結(jié)合我們在實踐中積累的經(jīng)驗，談?wù)勅绾渭右钥刂坪吞幚?，為高校同類實驗室管理和廢棄物處置提供有益的借鑒。

1 如何有效防控廢棄物的產(chǎn)生

1.1 制定廢棄物管理規(guī)章制度

1.有毒有害試劑專人管理。為保持生物實驗室的綠色化，規(guī)定有毒有害試劑專人購買、管理，實驗教學(xué)人員根據(jù)教學(xué)計劃才能領(lǐng)取必要的試劑，詳細登記領(lǐng)取人的姓名、領(lǐng)取時間、試劑的名稱、用量及使用時間，在實驗室日志中記錄試劑配制，實驗后處理情況。

2.實行環(huán)保責(zé)任制。規(guī)定實驗人員對各自所承擔(dān)的實驗負責(zé)，對實驗中產(chǎn)生的有毒有害廢棄物，必須按照規(guī)定的程序處理。

3.專人負責(zé)檢查。按有毒有害試劑領(lǐng)取登記跟蹤進行檢查，并將檢查結(jié)果進行評比公示，作為教師績效工資發(fā)放和學(xué)生實驗成績評分的依據(jù)之一。

1.2 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化實驗室

生物系新建實驗室均安裝有強排風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)櫥及通風(fēng)管道、換氣扇，有的實驗室安裝有空氣凈化過濾器等。另有專門的滅菌室，高壓蒸汽滅菌鍋時刻保持良好的運行狀態(tài)，對含有害生物的廢棄物隨時可進行滅活處理。

1.3 從源頭上控制廢棄物產(chǎn)生

1.3.1 實驗內(nèi)容優(yōu)化

在制定實驗教學(xué)計劃時，組織全系教師對實驗項目進行審查、優(yōu)化，避免交叉重復(fù)實驗，減少一些有毒有害試劑用量多的驗證性實驗。每學(xué)期結(jié)束前組織實驗教學(xué)人員對下一學(xué)期實驗教學(xué)進行周密計劃，將用到同一種試劑的實驗安排在同一時間段，防止試劑過期重新配制造成浪費和污染。

1.3.2 提高試劑利用率

每次學(xué)生實驗試劑準(zhǔn)備，按照實驗學(xué)生數(shù)和分組情況，計算出每種試劑需要的量，試劑分裝根據(jù)實驗的人數(shù)、藥品用量和性質(zhì)等因素來考慮，選用適宜的試劑瓶和時間分裝，如生物實驗需要用到很多種染色液，這些染色液都有一定毒性，如染色體的改良品紅，染細胞骨架的考馬斯亮蘭、革蘭氏染色用的結(jié)晶紫、碘液、番紅等，每次用量少，用棕色小滴瓶裝，染色時只需取1-2 滴，用后集中密閉4℃冰箱避光保存，每種染色劑能使用多次，甚至幾屆學(xué)生；當(dāng)需要配制大量的溶液時，首先配制成相應(yīng)的母液，使用時再稀釋為工作液，如植物組織培養(yǎng)用的大量元素、微量元素、鐵鹽、有機物等，先配制成母液，配制培養(yǎng)基時按所需要的量量?。环肿由飳W(xué)實驗用的一些試劑，價格貴，精確度要求高，用量少，一次配制少量，誤差又大，如，Tris-HCl、PBS Buffer、Solution III 等，采用高壓蒸汽滅菌后保存，能延長使用時間，一次可適當(dāng)配制多一點，減少誤差、工作量和過期試劑排放。

1.3.3 試劑替代

實驗采用無毒、無害或低毒、低害的試劑，替代毒性大、危害嚴重的試劑，如核酸檢測實驗以往用EB（Ethidium bromide,溴化乙錠），EB 可以嵌入核酸堿基分子中，導(dǎo)致錯配，許多人認為溴化乙錠是強誘變劑，具有高致癌性?，F(xiàn)采用低毒的GoldenViewTM代替溴化乙錠 （EB），在瓊脂糖電泳檢測DNA 時，GoldenViewTM與核酸結(jié)合后能產(chǎn)生很強的熒光信號，其靈敏度與EB 相當(dāng)，使用方法與之完全相同。又如凝膠脫色以往用甲醇和乙酸，實驗時有很濃難聞的藥品味，現(xiàn)采用水浴加熱，用0.5mol/LNaCl 溶液脫色也可以起到很好的效果。如植物組織培養(yǎng)實驗，以往外植體表面消毒常用0.1%的HgCI2溶液，Hg2+在各種重金屬離子中毒性最大，現(xiàn)采用2%的次氯酸鈉溶液浸泡15-20min 或10-12%的過氧化氫浸泡10-15min 進行外植體表面消毒，可達到同樣的消毒效果。

1.3.4 微型實驗

微型實驗試劑用量少，開設(shè)實驗的成本降低，配制試劑工作量減輕，每位學(xué)生都能動手操作得到鍛煉機會，實驗產(chǎn)生的污染物隨之減少，逐漸成為實驗的主流。如生化粗脂肪的定量提取實驗，原來采用的是500ml 的裝置，需要用一滿瓶乙醚，現(xiàn)采用了150ml 的索氏提取器，試劑用量減少為原來的三分之一； 又如生化的經(jīng)典實驗凱氏定氮法測定物質(zhì)中氮的含量，傳統(tǒng)的凱氏蒸餾儀所需試劑較多，現(xiàn)如今采用微量凱氏蒸餾儀，試劑的消耗降為原來的四分之一；熒光測試時，使用微量皿，試劑用量是普通皿的十分之一；植物細胞骨架標(biāo)本制備與觀察實驗，用1%Triton X-100 抽提、3%戊二醛固定、0.2%考馬斯亮藍染色，以往用50ml 燒杯進行實驗，實驗室彌散著很濃的藥品味，現(xiàn)在抽提、固定、染色這幾步實驗在10ml 帶蓋的稱量瓶中進行。試劑用量只是先前的五分之一，揮發(fā)的有毒氣體較少，操作也比原來方便，實驗效果更佳。

1.3.5 試劑共用

實驗室專人負責(zé)化學(xué)試劑采購與保管，對于易揮發(fā)、潮解、氧化、分解或易與二氧化碳反應(yīng)的試劑，建立共用平臺，每次以最少量購置集中管理，一瓶用完后再買，減少一些試劑失效；有些試劑一次使用量很少，買來一瓶試劑用2-3年，還剩大半瓶就過期了的現(xiàn)象常見。如巰基乙醇，一瓶500ml，一次只用幾毫升，幾個實驗室試劑共用，可防止一些試劑過期排放。對現(xiàn)有實驗項目進行變通，以盡量少的試劑、耗材和儀器，來完成更多的實驗項目，達到不同的實驗?zāi)康?。如植物細胞有絲分裂，減數(shù)分裂標(biāo)本制備與觀察，植物多倍體人工誘導(dǎo)，植物染色體組型分析等實驗，均可用改良品紅染液，每次染色只需1-2 滴，4-5人共用一小滴瓶，30ml 能用5-8年，改良品紅放置越久，染色效果越好，現(xiàn)配現(xiàn)用染色效果還不佳。又如顯微鏡的擦鏡液以往用二甲苯，副作用大，現(xiàn)采用無水乙醇與乙醚按3∶7 體積混合，擦鏡效果很好，擦鏡液每次用量不多，但易揮發(fā)污染實驗室環(huán)境，現(xiàn)由顯微鏡管理人員配制密閉保存，上課老師借用后歸還，500mL 擦鏡液能用1-2年。

1.3.6 試劑回收利用

如生物化學(xué)紙層析法分離鑒定氨基酸實驗，展層劑和平衡溶劑含有機溶劑正丁醇，每次實驗后，把展層劑和平衡溶劑回收，下次實驗再用，節(jié)約并減排。又如COD 為水中有機物污染的綜合指標(biāo)，污水中COD 測定實驗,使用大量的硫酸銀,而銀鹽價格較為昂貴,從COD 測定廢液中利用氯化鈉和濃硫酸回收硫酸銀,既節(jié)約了經(jīng)費開支,又避免對環(huán)境二次污染。讓學(xué)生參與回收，還培養(yǎng)了學(xué)生節(jié)約、環(huán)保的意識，鍛煉動手操作能力。

1.3.7 計算機模擬實驗

大型仿真互動平臺建設(shè)與應(yīng)用，減少了廢棄物的排放。根據(jù)用人單位對應(yīng)用型人才的需求，生物工程類專業(yè)都開設(shè)了儀器分析課程，精密分析儀器臺套數(shù)少，如原子吸收分光光度計、氣相色譜、高壓液相色譜等，很難達到每個同學(xué)都能熟練操作的目的。通過大型仿真互動平臺，學(xué)生們先可以在計算機上對精密儀器的整套操作流程進行模擬，對實驗操作進行測試，對精密儀器的使用過程先有了一定的了解后，再分組對精密儀器進行實際操作，既減少了儀器、耗材與試劑的損耗，又使每個同學(xué)都得到了操作鍛煉。仿真互動平臺還可以進行實驗方法的編輯，能模擬實驗室內(nèi)大部分實驗儀器的操作，學(xué)生可以先在該平臺上進行模擬操作，考核通過后再在實際儀器上進行操作。

1.3.8 采用新技術(shù)

有些玻璃器皿很難洗滌干凈，利用超聲波洗滌頑固污跡，速度快、功效高、免用洗滌劑污染少。超聲波還可把有毒有機物降解為毒性小甚至無毒的小分子，不會造成二次污染。超聲波和微波在天然植物藥用成分提取中應(yīng)用非常好，得到的產(chǎn)物化學(xué)成分結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不會改變，因破碎細胞是一個物理過程，浸提過程中也無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，還具有省時節(jié)能產(chǎn)率高等優(yōu)點。如利用微波提取極性化合物，用水為溶劑萃取時比索氏提取效果好。

2 怎樣正確處理實驗室廢棄物

廢棄物排放國家有嚴格的標(biāo)準(zhǔn)[3]，對于實驗過程中不可避免產(chǎn)生的廢棄物，先分類收集、存放，針對廢氣、廢液、廢渣等廢棄物定時分別采用廢物回收、酸堿中和、氧化還原、焚燒等方法處理，將危險減至最小。

2.1 廢氣的處理

廢氣由實驗過程中產(chǎn)生的如硫化物、碳化物、氨等，有液體藥品的揮發(fā)物如甲醛、戊二醛、甲醇、巰基乙醇、乙醚等。若不慎擴散到實驗室和周圍環(huán)境中，輕者會引發(fā)實驗人員及周圍人群的呼吸道感染，重者可引起中毒甚至窒息。凡有廢氣產(chǎn)生的實驗，有專人不間斷地檢測實驗產(chǎn)生廢氣的含量。少量有毒廢氣如醇、酮等有機溶劑揮發(fā)物，可通過強排風(fēng)管道、通風(fēng)櫥管道經(jīng)空氣稀釋直接向高空中排放[4]。大量的有毒氣體采取降低其毒性再排出，如可燃性氣體CO、碳氫化合物等，進行充分燃燒后排放。對于N、S、P 等酸性氧化物氣體，用導(dǎo)管通入堿液中，使其被吸收中和后再排出。對于有回收利用價值的氣體，如NH3直接通入稀HCl 中，使其生成NH4Cl 用來澆花草。

2.2 廢液的處理

廢液主要包含實驗后剩余的過期試劑、無機酸堿、有機試劑、重金屬離子溶液等，若不經(jīng)處理直接排放會造成水體污染，致使水體的生物種類減少，自凈能力減弱等。實驗廢液種類相對較多，先分類收集，標(biāo)明種類、收集時間，一個星期處理1 次。

2.2.1 含酸、堿廢液處理

對于酸、堿廢液多數(shù)采取以廢治廢的方法，用相應(yīng)的堿、酸廢液進行相互中和。如廢無機酸用Na2CO3或Ca(OH)2的水溶液中和，也可用其它廢堿液中和至pH6.5-7.5，再用大量水沖稀排放。

2.2.2 含CN-廢液處理

部分采用強氧化劑還原使其脫毒，如氰化物劇毒，HCN 人的口服致死量為50 毫克[5]，若把含CN-廢液倒入廢酸缸中是極其危險的，遇酸產(chǎn)生極毒的HCN 氣體，瞬時可使人喪命。對含CN-廢液，先加入1mol/L NaOH 溶液調(diào)pH 值為10 以上，再加入過量的3%KMnO4溶液，使CN-被氧化分解。

2.2.3 含重金屬離子廢液處理

含重金屬離子廢液，被國家列為一類污染物[5]，Hg2+在各種重金屬離子中，毒性最大，居于之首，排放量不得超過0.05mg/L； 含Hg2+鹽的廢液可先調(diào)節(jié)pH 至8-10，再加入過量Na2S 使其生成HgS，然后加入FeSO4，生成的Fe2S3能吸附懸浮于水中的HgS微粒進行沉淀可回收利用，清液可排放棄去。

2.2.4 含有機溶劑廢液處理

對于有機溶劑使用量大的實驗，廢液采取蒸餾法回收，不僅減少對環(huán)境污染，還具有一定的利用價值。整個回收過程都在通風(fēng)櫥中進行，回收的有機溶劑純度較高的，可供實驗室重復(fù)使用。

2.2.5 綜合廢水處理

互不作用的廢液混合后可用鐵粉處理，先調(diào)節(jié)pH 為3-4，加入鐵粉，攪拌半小時，用堿調(diào)pH 至9左右，繼續(xù)攪拌10 分鐘，加入高分子混凝劑進行沉淀，清液可排放，對最終不可排放的液體廢棄物由各實驗室人員收集，集中存放，送交有處理資質(zhì)的污水處理廠處理。

2.3 固體廢棄物處理

固體廢棄物主要來源于生物實驗用的動、植物尸體，固態(tài)培養(yǎng)基、菌株及相關(guān)制品、損壞的器具等。如未經(jīng)嚴格的處理而直接外排會使有害微生物及毒素擴散傳播。所有的生物樣本培養(yǎng)物、經(jīng)技術(shù)處理，使其達到生物學(xué)安全標(biāo)準(zhǔn)[5]。實驗廢棄的細胞、組織一律先加入漂白劑滅活之后才能倒入下水道，廢棄的具有感染性尖銳器具、培養(yǎng)基和培養(yǎng)物、菌株及相關(guān)制品，經(jīng)高溫高壓蒸汽滅菌后倒入垃圾箱；所有帶菌的動植物尸體和組織經(jīng)焚燒處理。

實驗室污染物治理工作任重道遠，需完善廢棄物管理規(guī)章制度，人人提高環(huán)保意識，對各自所承擔(dān)的實驗負責(zé)，從源頭上控制污染物產(chǎn)生，一旦有廢棄物產(chǎn)生，當(dāng)即采取相應(yīng)的處理方法，盡量減少對環(huán)境污染，共建綠色安全的校園。

近些年許多高校在開放實驗室建設(shè)方面有顯著進展。實驗室開放在很大程度上是對傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ降母母锖蛣?chuàng)新,為學(xué)生提供一個開放的、寬松的實驗和研究的環(huán)境。培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、科學(xué)素質(zhì)和動手能力，為畢業(yè)后服務(wù)社會打下基礎(chǔ)。學(xué)生可以自己設(shè)計實驗項目，在實驗時間上可以靈活安排，多利用課余時間和雙休日、節(jié)假日，實驗材料和試劑可以自己準(zhǔn)備。但學(xué)生對實驗多缺乏預(yù)見性，指導(dǎo)教師監(jiān)管難度加大，存在一些嚴重的安全隱患，最突出的就是有毒有害的實驗廢氣、廢液、廢渣的排放量成倍增加，對環(huán)境危害的程度加大，是急待解決的問題。實驗室開放不僅僅是對實驗場地、實驗設(shè)備、儀器等開放，對實驗材料和試劑諸方面要求更高，指導(dǎo)教師要嚴格審查實驗內(nèi)容，明確地教導(dǎo)學(xué)生遵守規(guī)則，規(guī)范操作，減少廢棄物排放。同時對學(xué)生加強實驗安全教育，培養(yǎng)自覺保護環(huán)境、造福人類的高尚品質(zhì)，提高學(xué)生的環(huán)保意識和防范能力。對新進入實驗室的學(xué)生、必需進行安全與環(huán)保培訓(xùn)，掌握正確處理實驗廢棄物的方法，并通過考核合格后才能進入實驗室開展實驗。

[1]楊怡姝，等.大學(xué)生物學(xué)實驗室的生物安全問題探討[J].實驗技術(shù)與管理，2011，5（28）：188-189.

[2]郭桂英，鄭繼平.高校生物實驗室污染物現(xiàn)狀與治理[J].實驗室研究與探索，2013，4（32）：231-232.

[3]陳雅莉，張曉東.淺談高校實驗室廢液的安全管理[J].高校實驗室工作研究，2013，1:65-66.

[4]黃凌云.高校生物實驗室廢棄物的危害與防治措施[J].高校實驗室工作研究，2012，113(3):88-89.

[5]孫英杰,趙由才.危險廢物處理技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006:5-25.