基礎(chǔ)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢液的處理探究

房川琳，李俊玲，鄒 清，李 靜

(四川大學(xué) 基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，四川 成都 610064)

四川大學(xué)近年來(lái)一直積極探索化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，新開(kāi)設(shè)了多項(xiàng)綜合性、創(chuàng)新性、研究性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。在各項(xiàng)新舊實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的開(kāi)設(shè)中，無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容所占的學(xué)時(shí)比例較大。每學(xué)年完成十余萬(wàn)人學(xué)時(shí)的本科學(xué)生培訓(xùn)課程，化學(xué)藥品的使用量大，如果直接排放實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生大量廢液及制得的產(chǎn)物無(wú)疑會(huì)對(duì)環(huán)境帶來(lái)污染。為此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，需要注意積極引導(dǎo)學(xué)生建立綠色化學(xué)的概念，利用化學(xué)知識(shí)從源頭上減少或從過(guò)程與結(jié)果中調(diào)控實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染。在實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)中，實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)藥品使用的節(jié)約與合理化無(wú)疑能從源頭上降低實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境的污染。與此同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生正確地處理與合理地利用實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的大量廢液，更能全面地調(diào)控實(shí)驗(yàn)的整個(gè)進(jìn)程對(duì)環(huán)境的影響。本文將重點(diǎn)探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液的回收利用與無(wú)害處理，以期通過(guò)本文項(xiàng)目的開(kāi)展強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣與實(shí)驗(yàn)操作能力，以及探究與發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目擬通過(guò)從每學(xué)期開(kāi)展的近30個(gè)無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中選擇相對(duì)污染嚴(yán)重的4個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，即s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)化合物的性質(zhì)測(cè)定，對(duì)這4次實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢液進(jìn)行分類回收，標(biāo)記并妥善保存。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生3～4人一組針對(duì)不同的廢液，依據(jù)理論原理(《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ 14—87))設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行回收利用與無(wú)害處理。并將本實(shí)驗(yàn)作為學(xué)期末學(xué)生考核評(píng)定依據(jù)的一部分，在考查學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能掌握情況的同時(shí)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)及環(huán)保意識(shí)進(jìn)行培養(yǎng)與強(qiáng)化。

1.2 主要儀器與試劑

1.2.1 主要儀器

包含離心機(jī)(TGL-16，蜀科)；電子天平(LT502E，常熟市天量?jī)x器有限責(zé)任公司)；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(101-2A，北京中興偉業(yè)儀器有限公司)；水循環(huán)式真空泵(SHB-3，鄭州江城科工貿(mào)有限公司)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)(IRIS Adv，Thermo Fisher Scientific)。

1.2.2 主要試劑

包含鐵粉、鐵粒、銅粉、碳酸鈉、生石灰、濃氨水、氫氧化鎂、氫氧化鈉、鹽酸、硝酸、磷酸鈉、硫酸鋁、硫酸鈣、硫酸亞鐵、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉和硫化鈉，均為成都市科龍化工試劑廠生產(chǎn)，所有試劑均為分析純。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 廢液的分類收集

在本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目針對(duì)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)中，s區(qū)、p區(qū)、d區(qū)、ds區(qū)化合物的性質(zhì)測(cè)定中涉及的部分廢液如表1所示。

表1 s、p、d、ds區(qū)化合物的性質(zhì)測(cè)定中涉及的部分廢液

從表1統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水主要含有重金屬、重金屬絡(luò)合物等。根據(jù)平時(shí)用量登記表可知，Hg的排放量位居首位，其次，Pb、Cr、Ag的排放量分別位居其后。這四類污染物構(gòu)成了重金屬類中的首要污染源[1-2]。另外，酸、堿廢液在無(wú)機(jī)化學(xué)中實(shí)驗(yàn)中也極為常見(jiàn)。

學(xué)生根據(jù)自行收集的多類廢液(主要為Hg、Pb、Cr、Ag和酸堿廢液等)，3～4人一組針對(duì)其中1～2類，提前根據(jù)所學(xué)知識(shí)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解此類廢液回收和處理的現(xiàn)狀，依據(jù)理論原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行方案優(yōu)化處理，隨后在期末檢測(cè)周進(jìn)行實(shí)踐。

1.3.2 各類廢液處理方案確定

通過(guò)查閱文獻(xiàn)，綜合考慮實(shí)驗(yàn)室能夠提供的藥品及設(shè)備，優(yōu)選出以下幾項(xiàng)針對(duì)主要廢液的處理方案。

1)含Hg廢液的處理[3]。

圖1 含Hg廢液的處理方案

2)含Pb廢液的處理[4-5]。

圖2 含Pb廢液的處理方案

3)含Cr廢液的處理[6]。

圖3 含Cr廢液的處理方案

4)含Ag廢液的處理[7]。

圖4 含Ag廢液的處理方案

注意:由于[Ag(NH3)2 ]+具有爆炸性,因此上述各步操作需定量進(jìn)行。

5)酸堿廢液的處理。

酸堿廢液的處理多采用酸堿中合法或直接稀釋法[8]。各實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢酸、廢堿除可再利用的以外，可進(jìn)行酸堿中和生成無(wú)毒性鹽類溶液，然后再排放至下水管。濃度高的酸堿廢液，平時(shí)分開(kāi)貯存、定期混合再進(jìn)行中和處理。中和后的酸、堿廢液調(diào)節(jié)pH值在6.5～8.5 間，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。另外，清洗玻璃器皿等儀器的廢液，因經(jīng)大量水洗涮，濃度小，可直接排放至下水管。

除上述幾類的廢液處理之外，還有針對(duì)Cu、Cr、F、氰、無(wú)機(jī)鹵化物等多種廢液的處理方案，學(xué)生可作為選做實(shí)驗(yàn)在課余時(shí)間聯(lián)系老師進(jìn)行實(shí)踐。

1.3.3 處理后廢液排放達(dá)標(biāo)檢測(cè)

由于課堂學(xué)時(shí)及基礎(chǔ)無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的限制，處理后廢液排放達(dá)標(biāo)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生的課后項(xiàng)目展開(kāi)。目前，學(xué)院儀器中心的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)可進(jìn)行化學(xué)元素的分析檢測(cè)，特別是對(duì)重金屬元素的分析，其檢出限低，靈敏度高，是本次項(xiàng)目課后進(jìn)行廢液處理達(dá)標(biāo)檢測(cè)的最佳選擇方案。學(xué)生將處理前后的廢液中相應(yīng)重金屬元素分別進(jìn)行ICP-AES檢測(cè)，以確定是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。

中和后的酸、堿廢液pH值在6.5～8.5間，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。另外，對(duì)于其他酸堿廢液的處理排放標(biāo)準(zhǔn)，可參考pH、色度、硝酸鹽氮、氨氮、亞硝酸鹽氮等多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，以確定是否達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)[11]。

2 結(jié)果與討論

2.1 處理后廢液排放達(dá)標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

處理前后的廢液中相應(yīng)重金屬元素分別進(jìn)行ICP-AES檢測(cè)，結(jié)果如表2所示(共統(tǒng)計(jì)10組學(xué)生的測(cè)試結(jié)果范圍)。

表2 處理前后的廢液中相應(yīng)重金屬元素進(jìn)行ICP-AES檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)處理后廢液排放達(dá)標(biāo)檢測(cè)，上述各項(xiàng)廢液經(jīng)處理后均達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)。

酸堿廢液按照pH值在6.5～8.5間的排放標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行嚴(yán)格把控，達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。

2.2 處理后廢液回收利用

在上述廢液處理實(shí)驗(yàn)中，重金屬污染物大多是以固體的形式析出，經(jīng)過(guò)濾分離可得到對(duì)應(yīng)的重金屬化合物或重金屬單質(zhì)。如銀單質(zhì)，可進(jìn)一步回收利用。作為貴金屬，回收銀具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值。

2.3 實(shí)驗(yàn)方案的可行性分析

學(xué)生在查閱資料、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)總結(jié)等過(guò)程中，教師全程進(jìn)行指導(dǎo)與配合。學(xué)生根據(jù)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解，與教師協(xié)商，根據(jù)目前實(shí)驗(yàn)室提供的藥品與器材，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可作適當(dāng)調(diào)整，既保障了實(shí)驗(yàn)的順利開(kāi)展，同時(shí)保證了學(xué)生創(chuàng)造性思維的展開(kāi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)目新增為學(xué)生能力測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中以多種方案展開(kāi)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課堂模式。實(shí)驗(yàn)方案中的原料均來(lái)自多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)收集的廢液，不但減少了實(shí)驗(yàn)成本和對(duì)環(huán)境的損害，同時(shí)加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)其他實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液的妥善處理能力，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)與強(qiáng)化學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。在今后的實(shí)驗(yàn)中，可以結(jié)合廢水的無(wú)害處理與回收利用，同時(shí)從實(shí)驗(yàn)源頭入手，如在實(shí)驗(yàn)和教學(xué)中選用微波溶樣、微型實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬等新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)[12]，從多方面調(diào)控實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染。