高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液處理方法的比較研究

李 春 田 軍 丁立軍 張 超 盛顯良

1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院 內(nèi)蒙古呼和浩特 010018

2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處 內(nèi)蒙古呼和浩特 010018

3.神華鄂爾多斯煤制油分公司 內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209

高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室是高校師生開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)研究的重要場(chǎng)所。實(shí)驗(yàn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液，主要有分析殘液、反應(yīng)溶液、洗液等[1]。一方面，高校基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對(duì)固定，由此產(chǎn)生的化學(xué)廢液的種類相對(duì)固定。但是隨著高校招生規(guī)模的逐年擴(kuò)大和實(shí)踐教學(xué)力度的不斷加強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)人時(shí)數(shù)增多，必將產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液。以理學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)室為例，該實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著全校本科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)校每年投入20萬元的實(shí)驗(yàn)藥品費(fèi)，全年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)約266 600人時(shí)數(shù)，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的化學(xué)廢液量巨大。另一方面，科學(xué)研究的內(nèi)容覆蓋面廣、藥品試劑的種類多，故而排出的化學(xué)廢液種類繁多、成分復(fù)雜且變化大。實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的這些化學(xué)廢液大多具有毒性、腐蝕性、爆炸性、易燃性等多種危害性[2]，處理不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的安全事故。雖然高校教師、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員以及參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生大多有著較強(qiáng)的環(huán)保意識(shí)[3]，但國(guó)家和地方政府部門對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液的排放缺乏嚴(yán)格的監(jiān)管和具體的指導(dǎo)，許多高校實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度建設(shè)也不完善，缺乏處理設(shè)施等。同時(shí)，一些高校沒有或少有廢液處理專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)，而有資質(zhì)回收處置高校各類化學(xué)廢液的機(jī)構(gòu)或企業(yè)稀少且處理費(fèi)用連年高漲[4]，最終導(dǎo)致高校師生隨意傾倒化學(xué)廢液或只是采取了簡(jiǎn)單的直排或稀釋排放化學(xué)廢液的現(xiàn)象較為普遍。然而這些未經(jīng)凈化處理的化學(xué)廢液直接排入下水道必然會(huì)嚴(yán)重污染水源和土壤，有些通過食物鏈富集進(jìn)入人體而造成毒害作用[5]，對(duì)環(huán)境和人類健康造成的危害不可估量。

因此，加強(qiáng)高校對(duì)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的化學(xué)廢液進(jìn)行無害化處理的工作刻不容緩。對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液的傳統(tǒng)處理方法和有資質(zhì)的廢棄物處理公司處理方法進(jìn)行了論述，特別是對(duì)新型的廢液處理裝置的工藝流程和特點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。并將目前高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液的3種處理方案進(jìn)行了比較研究，希望為高校實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)廢液處理提供參考和借鑒。

1 傳統(tǒng)的高校實(shí)驗(yàn)室自行處理化學(xué)廢液的方法

高校實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的有毒有害化學(xué)廢液根據(jù)其性質(zhì)一般可分為兩類：無機(jī)類廢液和有機(jī)類廢液。在對(duì)這些廢液運(yùn)用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法自行處理方面，國(guó)內(nèi)一些學(xué)者進(jìn)行了許多有針對(duì)性的研究和探索并取得了較好的效果。

1.1 無機(jī)類的廢液處理

無機(jī)類的化學(xué)廢液主要指含酸堿廢液、含金屬離子廢液以及其他無機(jī)廢液等。

1.1.1 含酸堿廢液的處理

常用混合中和法[6]和直接稀釋法[7]處理酸堿類廢液。

1.1.2 含金屬離子(鐵、鈷、鎳、銅、鋅、銀、鋇、錳、鎘、鉛、錫、鉍、鉻)廢液的處理

常見處理方法有：堿液沉淀法、螯合沉淀法、硫化物沉淀法、沉淀法等除去銅、鋅、錳、鐵、鈷、鎘、鎳、錫、鉛、鉍、鋇[8-10]，用置換法除去含銀廢液[11]，用鐵氧體法、電解法、鋇鹽法等除去Cr(Ⅵ)[12,13]。

1.1.3 含砷、汞、氰化物(極毒)及含鹵廢液的處理

常用共沉淀法除去含砷廢液[14]，用硫化法、金屬還原法除去含汞廢液[13,15]，用強(qiáng)氧化劑氧化法、雙氧水氧化法除去含氰化物廢液[13]。對(duì)含F(xiàn)-廢液，調(diào)節(jié)pH=8.5，加Ca(OH)2形成CaF2沉淀；對(duì)含Br-，I-廢液，次氯酸鈉氧化處理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 有機(jī)類的廢液處理

有機(jī)類的化學(xué)廢液包括烴類(含鹵代烴)、醇類、酚類、醛酮類、酯類、醚類、羧酸及其衍生物類。處理方法主要有如下幾種。

1.2.1 焚燒法

可燃性有機(jī)物廢液具有易揮發(fā)、易燃燒等特點(diǎn)。如烴類、醇、醚、酮、酯等，可以通過焚燒法處理[7,10]。

1.2.2 回收利用法

實(shí)驗(yàn)后的同類有機(jī)溶劑回收后，利用其沸點(diǎn)的差異，經(jīng)過重新蒸餾或分餾提純后可以回收使用。難溶于水的有機(jī)廢液，經(jīng)過分液操作后可以回收使用[3,15]。

1.2.3 絮凝沉淀法、生物化學(xué)法

常用到具有較強(qiáng)網(wǎng)捕、架橋功能、沉降性能的聚合氯化鋁(PAC)類無機(jī)高分子混凝劑和聚丙烯酰胺(PAM)類有機(jī)高分子混凝劑。有機(jī)廢液中加入混凝劑后，使懸浮物的膠體及分散顆粒在分子力的相互作用下生成絮狀體且在沉降過程中互相碰撞凝聚加速沉淀，實(shí)現(xiàn)快速分層和去除懸浮物的目的[8,16]。

將廢液與活性污泥混合并加以曝氣處理，利用污泥中的細(xì)菌氧化有機(jī)廢液，如去除COD，BOD等。對(duì)含有甲醇、乙醇、乙酸、植物性油脂等的稀溶液，可用此生物法進(jìn)行處理[17]。

1.2.4 有機(jī)溶劑回收裝置設(shè)計(jì)

依據(jù)實(shí)驗(yàn)室廢液情況，綜合設(shè)計(jì)一體化的有機(jī)廢液回收利用裝置，以便及時(shí)回收處理有機(jī)溶劑[18]。

但上述的實(shí)驗(yàn)室廢液處理技術(shù)具有一定的局限性[19]，如適用范圍窄，只是針對(duì)特定有害成分的實(shí)驗(yàn)廢液處理才有效，實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液種類、數(shù)量不同，生產(chǎn)組織難，也無法完成最終處置。

2 選擇有資質(zhì)的廢棄物處理公司處理化學(xué)廢液

高校實(shí)驗(yàn)室將無法自行處理的高毒害廢液或是處理起來費(fèi)時(shí)費(fèi)力的廢液交由有資質(zhì)的廢棄物處理公司處理[7]。首先，高校有關(guān)部門選擇地方政府批準(zhǔn)成立的有資質(zhì)的化學(xué)廢棄物回收處置機(jī)構(gòu)，再派人到高校所在地環(huán)保廳(局)和有資質(zhì)專業(yè)公司所在地的環(huán)保廳(局)辦理每批次廢棄物處理的相關(guān)手續(xù)，做好廢棄物交由專業(yè)公司處理的前期工作。對(duì)于廢液具體處置的流程如圖1所示，其中分類收集由高校化學(xué)廢液實(shí)驗(yàn)室完成，把能夠體現(xiàn)廢液主要特性并可以采用相同處理方式的實(shí)驗(yàn)室廢液歸為一類，嚴(yán)禁發(fā)生劇烈化學(xué)反應(yīng)的廢液混合收集[14]。廢液收集后置于指定的包裝器皿中，如各種規(guī)格的實(shí)驗(yàn)室廢試劑瓶、塑料桶及處置單位提供的專用周轉(zhuǎn)包裝容器等[19]。標(biāo)簽應(yīng)書寫規(guī)范、字跡清晰，提供必要的廢液信息(廢液所含成分的化學(xué)名稱、毒性等級(jí)等)[13]。運(yùn)輸集中指將已經(jīng)分類收集、包裝完好、標(biāo)簽清楚無誤的所有實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液統(tǒng)一運(yùn)輸轉(zhuǎn)移至安全的貯存地點(diǎn)。“貯存”由高校負(fù)責(zé)，學(xué)校需要提供安全的貯存空間(通風(fēng)、避光、遠(yuǎn)離熱源等)，盡量排除安全隱患的存在?！稗D(zhuǎn)運(yùn)”主要由有資質(zhì)的公司負(fù)責(zé)，高校有關(guān)部門配合，實(shí)驗(yàn)室人員現(xiàn)場(chǎng)再次對(duì)廢棄物的種類、數(shù)量、標(biāo)識(shí)等進(jìn)行核查，將廢液轉(zhuǎn)移運(yùn)輸至廢液處理場(chǎng)所。最終“處理”則由有資質(zhì)的專業(yè)公司獨(dú)立負(fù)責(zé)，完成廢液的徹底處置。

然而政府部門批準(zhǔn)成立的有資質(zhì)的廢棄物處理公司各地區(qū)甚少，其分類處理廢液費(fèi)用較高。那些被我國(guó)《危險(xiǎn)化學(xué)品目錄》列為劇毒的或超過其劇毒化學(xué)品判定界限的廢液，其處理成本和收費(fèi)更高。如果高校實(shí)驗(yàn)化學(xué)廢液都交由有資質(zhì)的公司處理顯然不太現(xiàn)實(shí)。因此，探索與借鑒廢液處理的新技術(shù)、新型裝置勢(shì)在必行。

圖1 有資質(zhì)的廢棄物處理公司化學(xué)廢液處置流程

3 采用新型廢液處理裝置的工藝流程和應(yīng)用實(shí)踐

廢液處理裝置采用分類集中、系統(tǒng)的處理方式，一般設(shè)置若干個(gè)處理點(diǎn)(設(shè)備、反應(yīng)器等)，利用物理的、化學(xué)的和生物的方法處理不同類型的化學(xué)廢液，使處理后的廢液關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[8]。廢液處理裝置具有系統(tǒng)處理不同類型化學(xué)廢液效果良好、運(yùn)行成本相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)。近年來，許多學(xué)者紛紛投入到對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置的研究和探索中來。2005年，南開大學(xué)投入5萬元研制了可放在實(shí)驗(yàn)室的小型廢液處理裝置[20]。2009年，揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院自制了一套實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置，并承擔(dān)起了全校實(shí)驗(yàn)室的廢液處理工作[21,22]。

2017年，延邊大學(xué)建設(shè)和應(yīng)用實(shí)踐了揚(yáng)州大學(xué)研發(fā)的新型廢液處理裝置。該新型的實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置采用“分類預(yù)處理+物化處理+生化處理”的工藝流程(如圖2所示)。各實(shí)驗(yàn)室廢液分類收集轉(zhuǎn)運(yùn)至廢液處理裝置所在地，分類注入廢液存儲(chǔ)罐，然后分別泵入分類預(yù)處理反應(yīng)器(酸罐，堿罐，H2O2罐，鈣鹽罐、鐵鹽罐、PAM罐，PAC罐，MCP罐)，根據(jù)廢液性質(zhì)由計(jì)算機(jī)終端輸入處理程序，用于發(fā)生中和反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、沉淀反應(yīng)及混凝沉淀反應(yīng)。各類廢液依次經(jīng)過氧化還原預(yù)處理后排入廢水存儲(chǔ)槽，再泵入物化處理裝置進(jìn)行pH調(diào)整、微電解及沉淀等物化處理，然后與生活污水混合后泵入生化處理裝置進(jìn)行生化處理，最終形成的沉淀、絮體排出濃縮壓餅處置，上清液則檢測(cè)達(dá)標(biāo)后排入下水道。

圖2 實(shí)驗(yàn)室廢液處理工藝圖

廢液處理工藝設(shè)備裝置由獨(dú)立的電氣控制系統(tǒng)(全自動(dòng)控制過程模式)調(diào)控各參數(shù)變化。自動(dòng)控制部分包含工控總態(tài)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)控制單元、水質(zhì)傳感器采控。該裝置的八個(gè)藥劑罐“對(duì)癥下藥”涵蓋了無機(jī)類廢液和有機(jī)類廢液處理的關(guān)鍵所在(處理要點(diǎn)同本文1.1和1.2部分)，小型化的廢液處理裝置通過工藝單元的獨(dú)立運(yùn)行或任意組合運(yùn)行便可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室廢液的及時(shí)集中分類處理。延邊大學(xué)新型的廢液處理裝置廢液最大收集存貯量為8 m3/次(四類廢液)，廢液最大處理量60 m3/年。揚(yáng)州大學(xué)和延邊大學(xué)的新型廢液處理裝置應(yīng)用實(shí)踐檢測(cè)結(jié)果顯示：廢液處理后可以達(dá)到《污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ343-2010)。該裝置具有功能性強(qiáng)、造價(jià)低、操作方便、處理效果好、運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，適用于高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液處理。

4 實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液處理方案的對(duì)比

在這里，對(duì)“自建一套‘揚(yáng)大式、延邊大學(xué)式’新型的實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置”方案與“有資質(zhì)的廢棄物處理公司”方案以及傳統(tǒng)的自行處理實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液方案作了優(yōu)缺點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)性比較(見表1)。就經(jīng)濟(jì)性而言：自建實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置處理廢液的方案雖然首次投入資金較多，但建成之后，后期運(yùn)行管理、維護(hù)、維修費(fèi)用較低，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，“自建實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置處理廢液方案”的總費(fèi)用將遠(yuǎn)低于“有資質(zhì)的廢棄物處理公司處理廢液的方案”。就安全性、易操作性、便捷性、優(yōu)缺點(diǎn)等方面整體綜合分析比較，自建新型的實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置優(yōu)勢(shì)明顯。

表1 高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液3種處理方案的比選

5 結(jié)語

高校實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的大量化學(xué)廢液嚴(yán)重污染環(huán)境并且危害人類健康，亟待妥善處理。目前，高校實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)人員分類收集化學(xué)廢液后可以采取的處理方案有：采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法自行處理，請(qǐng)有資質(zhì)的公司定期啟動(dòng)廢液的回收處置項(xiàng)目，高校探求自建小型化、性價(jià)比高、安全可靠、操作性強(qiáng)的‘揚(yáng)大式、延邊大學(xué)式’新型的廢液處理裝置。本文通過對(duì)以上三種不同的廢液處理方案在安全性、易操作性、優(yōu)缺點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合比較研究，期望各高?？山Y(jié)合自身的實(shí)際情況選擇出適合自己的實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液處理方案。而新型的廢液處理裝置及其應(yīng)用實(shí)踐表明：該裝置是一套較為經(jīng)濟(jì)有效而又普遍適用的實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液處置模式，更加值得各高校調(diào)研借鑒和應(yīng)用實(shí)施。