淺談高?；瘜W(xué)化工類實(shí)驗(yàn)廢棄物減量措施

＊谷靜連 王秀娟 尤新強(qiáng)* 李玲 施小芳

（1.福州大學(xué)石油化工學(xué)院 福建 350108 2.河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊(duì) 河北 061000）

引言

化學(xué)工業(yè)作為基礎(chǔ)工業(yè)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用，生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面都離不開化工產(chǎn)品。近幾十年來從石油、天然氣的開發(fā)及合理利用，到再生能源的開發(fā)，以及新型材料的研發(fā)等，都需要化學(xué)化工新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，而諸多化學(xué)化工新技術(shù)來源于高校實(shí)驗(yàn)室。近些年來，高等教育不斷擴(kuò)招，高?？蒲心芰Σ粩嗵嵘袚?dān)的國家和地方項(xiàng)目數(shù)量也不斷增多，教學(xué)和科研活動(dòng)頻繁，實(shí)驗(yàn)的種類和數(shù)量也不斷提升，使得高校實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)化學(xué)品的種類和用量不斷增大，進(jìn)而化學(xué)化工類廢棄物的數(shù)量也逐漸增大，比如大連大學(xué)2015年、2016年廢棄物有2t多，而僅僅2年后，廢棄物增加1倍多，擴(kuò)大至5t[1]。高?；瘜W(xué)化工類實(shí)驗(yàn)廢棄物具有易揮發(fā)、毒性大、腐蝕性強(qiáng)、易致癌等風(fēng)險(xiǎn)。面對(duì)總量如此多且增長迅速的化學(xué)化工類廢棄物，如未經(jīng)妥善處理，極易造成環(huán)境污染，危害人類健康[2-3]。與工業(yè)廢棄物相比，高?；瘜W(xué)化工實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的廢棄物具有種類多、形態(tài)復(fù)雜、穩(wěn)定性差等特點(diǎn)，進(jìn)而容易導(dǎo)致一系列安全和環(huán)境污染隱患[4]。并且化學(xué)化工類廢棄物處置費(fèi)用高昂，對(duì)高校的財(cái)政造成一定負(fù)擔(dān)，反過來又會(huì)影響對(duì)化學(xué)化工類廢棄物的安全處置工作。而解決以上問題的關(guān)鍵是減少高校實(shí)驗(yàn)室化學(xué)化工類廢棄物的產(chǎn)生量。如何有效的減量是各高校亟待解決的問題。

1.高?；瘜W(xué)化工類廢棄物的主要來源和現(xiàn)狀

高校化學(xué)化工類廢棄物主要來自兩個(gè)方面：本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研實(shí)驗(yàn)。為了培養(yǎng)本科生的動(dòng)手實(shí)踐能力，化學(xué)化工類專業(yè)會(huì)針對(duì)本科生開設(shè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)課程，如福州大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)針對(duì)本科生開設(shè)了化工原理實(shí)驗(yàn)、化工排除障礙型實(shí)驗(yàn)和化工綜合實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)課程不可避免的會(huì)產(chǎn)生化學(xué)化工類廢棄物。科研實(shí)驗(yàn)是各高校的重要組成部分，科研成果的優(yōu)劣作為衡量高校學(xué)術(shù)水平的重要指標(biāo)之一，使得各高校對(duì)科研實(shí)驗(yàn)的投入逐年增大，另外，部分科研實(shí)驗(yàn)室還會(huì)與企業(yè)合作，承接橫向課題的研究工作，科研實(shí)驗(yàn)量逐漸增大，由此產(chǎn)生的化學(xué)化工類廢棄物也隨之增多。以福州大學(xué)石油化工學(xué)院泉港校區(qū)為例，近幾年來，產(chǎn)生的化學(xué)化工類廢棄物包括液體廢棄物、固體廢棄物和過期化學(xué)品。其中液體廢棄物的量最大，包括酸堿性廢液、含一般溶劑的有機(jī)廢液、含鹵素類的有機(jī)廢液、含氮類的有機(jī)溶液、含油脂類的有機(jī)廢液、含高分子化合物的廢液等，種類繁多且成分復(fù)雜。

并且近三年內(nèi)該校區(qū)化學(xué)化工類廢棄物每年的增長速率達(dá)到了60%～79%（見表1），增長速率相當(dāng)快。如果不進(jìn)行安全管理和處置，極易造成環(huán)境污染，危害師生身體健康。在預(yù)防為主的指導(dǎo)思想下，降低化學(xué)化工類廢棄物的產(chǎn)生量，從源頭上控制廢棄物的產(chǎn)生，是進(jìn)行廢棄物安全管理和處置，降低學(xué)校財(cái)政負(fù)擔(dān)的最有效的手段。如何實(shí)現(xiàn)化學(xué)化工類廢棄物的減量，成為各高校需要認(rèn)真思考并妥善解決的問題。

表1 福州大學(xué)石油化工學(xué)院泉港校區(qū)化學(xué)化工類廢棄物產(chǎn)生情況

2.減少高?；瘜W(xué)化工類廢棄物產(chǎn)生量的措施

(1)開發(fā)綠色化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)，從源頭減少廢棄物產(chǎn)生量

綠色化學(xué)是指用化學(xué)的技術(shù)和方法減少或杜絕對(duì)人類健康、社會(huì)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生[5]。與傳統(tǒng)化學(xué)相比較，綠色化學(xué)提出的目標(biāo)和任務(wù)是主動(dòng)預(yù)防環(huán)境污染，而不是被動(dòng)治理環(huán)境污染。所以，追求化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)綠色化，可以從源頭上減少實(shí)驗(yàn)室廢棄物的產(chǎn)生量，從先污染后治理變?yōu)轭A(yù)防為主，非常有利于對(duì)環(huán)境和人類健康的保護(hù)。綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)化學(xué)藥品的使用遵循“5R”原則，即減量（Reduce）、重復(fù)使用（Reuse）、拒用（Rejection）、回收（Recycling）和再生（Regeneration）。如何有效的貫徹實(shí)施這一原則，可以從以下兩方面入手。

①培養(yǎng)師生綠色化學(xué)化工理念

態(tài)度決定行為，要想開發(fā)綠色化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)，首先要培養(yǎng)師生綠色化學(xué)化工理念。任課教師需要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)綠色化學(xué)的理論知識(shí)和最新研究成果，并滲透到整個(gè)教學(xué)過程之中，培養(yǎng)學(xué)生的綠色化學(xué)化工理念。用綠色化學(xué)化工的理念，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇、合成方法和途徑的選擇、實(shí)驗(yàn)裝置和步驟的設(shè)計(jì)以及對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)工藝的改進(jìn)[6]，以達(dá)到減少化學(xué)化工類廢棄物產(chǎn)生量的目的。

②精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

傳統(tǒng)的化學(xué)化工本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)，比較注重訓(xùn)練學(xué)生的基本操作技能和對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握，往往忽略了廢棄物的危害。為了減少廢棄物的排放，需要任課教師精選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用綠色化學(xué)的理念考察實(shí)驗(yàn)過程的每一個(gè)環(huán)節(jié)，在保證教學(xué)效果的前提下，更換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或者對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理改進(jìn)，盡量選用無毒無害的試劑和原料，篩選最佳反應(yīng)途徑。比如“醋酸甲酯合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)”實(shí)驗(yàn)，催化劑濃硫酸可以改用酸性陽離子交換樹脂，減少有害廢液的排放。避免開設(shè)毒性大、消耗大、污染嚴(yán)重、廢棄物處理困難的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如：“苯胺的制備實(shí)驗(yàn)”可以用“溴乙烷的制備實(shí)驗(yàn)”來代替，從而避免苯、硝基苯的使用[7]。設(shè)計(jì)串聯(lián)實(shí)驗(yàn)，上一個(gè)實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物可以作為下一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原料，廢棄物循環(huán)利用，“N,N-雙羥乙基十二烷基酰胺的合成”和“洗發(fā)香波的制備”可以串聯(lián)。

高校的科研實(shí)驗(yàn)多為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，在研究課題的選擇上更具靈活性，實(shí)驗(yàn)開始之前，運(yùn)用綠色化學(xué)的理念全面審視所選課題，該實(shí)驗(yàn)是否采用了毒性大的原料？是否有難處理的中間副產(chǎn)物生成？是否產(chǎn)生了大量的化學(xué)化工類廢棄物？反應(yīng)過程是否易燃易爆？如若存在，及時(shí)更改實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或更換研究課題，減少廢棄物的產(chǎn)生。由于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)不確定性因素較多，所以整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，需要密切關(guān)注三廢的產(chǎn)生，及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。

(2)推廣微化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)，降低試劑用量及廢棄物排放量

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在可能的實(shí)驗(yàn)條件下，用盡可能少的試劑，在微型化的實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，藥品使用量為常規(guī)實(shí)驗(yàn)的幾十分之一到千分之一不等，可以有效的減少廢棄物的產(chǎn)生[8-9]，非常適用于本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)，用盡可能少的試劑獲得所需的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，減少廢棄物的排放，比如微量法合成l-溴丁烷，與常規(guī)法相比較，試劑用量僅有二十分之一，減少了廢液的產(chǎn)生[9]。而微化工技術(shù)[9-10]是指在微米或亞微米尺度上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)和化工分離過程的技術(shù)，其關(guān)鍵是微通道設(shè)備的設(shè)計(jì)與開發(fā)。微化工具有反應(yīng)條件均一、傳熱傳質(zhì)性能好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，可以極大降低反應(yīng)時(shí)間，可以直接放大，從而解決了傳統(tǒng)化工實(shí)驗(yàn)?zāi)芎母呶廴敬蟮仍S多難題。福州大學(xué)于2018年成立了“福州大學(xué)-康寧反應(yīng)器應(yīng)用認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室”，該實(shí)驗(yàn)室采用康寧AFR技術(shù)，可以為化學(xué)化工等專業(yè)的師生進(jìn)行流動(dòng)化學(xué)微反應(yīng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還可以進(jìn)行可行性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及化學(xué)反應(yīng)工藝過程的開發(fā)。該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開設(shè)了通過Wittig反應(yīng)制備4,4’-二硝基二苯乙烯的教學(xué)實(shí)驗(yàn)，開發(fā)了苯乙烯環(huán)氧化連續(xù)流工藝等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。與傳統(tǒng)的間歇式反應(yīng)器相比較，康寧反應(yīng)器極大的提高了傳質(zhì)和換熱效率，降低了三廢的排放。

(3)開發(fā)化學(xué)化工類廢棄物回收實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力

本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)相對(duì)比較固定，有利于化學(xué)化工類廢棄物的分類收集，進(jìn)而回收利用?？梢詫⒒瘜W(xué)化工類廢棄物的回收開發(fā)成綜合型、設(shè)計(jì)型本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)或創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，不僅可以回收利用已產(chǎn)生的廢棄物，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和綜合素質(zhì)。部分高校已經(jīng)在實(shí)施這一理念并且效果良好，寧夏大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心[11]面向?qū)W生開展了“含銀廢液的回收與利用”和“乙醇-環(huán)己烷廢液的回收與利用”等項(xiàng)目，大幅降低了廢液的處理量和原材料的采購量，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

(4)推廣虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程零排放

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)即利用計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)對(duì)化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理、儀器裝置和實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行虛擬仿真模擬，利用計(jì)算機(jī)做實(shí)驗(yàn)，通過文字、聲音、圖像、動(dòng)畫等諸多信息來觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果[12]。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷進(jìn)步，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)作為一種新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段已慢慢進(jìn)入課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)不僅可以生動(dòng)地展示實(shí)驗(yàn)過程，使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理有一個(gè)形象直觀的認(rèn)識(shí)，了解違規(guī)操作可能帶來的后果，培養(yǎng)提高安全實(shí)驗(yàn)的意識(shí)；更重要的是，避免了化學(xué)試劑和儀器設(shè)備的投入，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中零排放和零污染，避免了實(shí)驗(yàn)室污染。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)于某些藥品消耗和排污量大、易燃易爆、操作過程不易控制、采用有毒有害試劑等高風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)尤其具有優(yōu)越性，既可以保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的安全進(jìn)行，又可以減少實(shí)驗(yàn)室三廢的排放，從源頭上維護(hù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。筆者所在學(xué)院已經(jīng)開設(shè)了幾門虛擬仿真實(shí)驗(yàn)課程，課堂反饋效果良好，比如化工單元操作虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，吸收解吸綜合拓展3D虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，乙酰乙酸乙酯的制備，三氯化六銨合鈷（Ⅲ）的制備等，既保證了教學(xué)效果，又避免了實(shí)驗(yàn)廢液的排放。

(5)建立資源共享平臺(tái)，提高藥品利用率

各高校目前普遍存在的共性問題之一：藥品過期。大多是由于采購計(jì)劃不合理、實(shí)驗(yàn)方案的改變或者研究方向的變更等諸多原因，導(dǎo)致某種藥品試劑過剩而過期，很多過期藥品甚至未開封，不僅造成了資源浪費(fèi)，還加重了廢棄物處理的成本。過期藥品試劑已經(jīng)成為高校實(shí)驗(yàn)室廢棄物的重要組成部分。然而某一實(shí)驗(yàn)室不需要的藥品試劑，有可能是其它實(shí)驗(yàn)室需要的?？梢耘c學(xué)院內(nèi)部、學(xué)校內(nèi)部亦或同城各高校之間共享藥品信息，讓過剩藥品在各實(shí)驗(yàn)室之間流通起來，充分消化利用。因此，可以利用校園網(wǎng)絡(luò)資源和信息化技術(shù)，在同城各高校之間建立大學(xué)藥品試劑聯(lián)盟，共享過剩的藥品試劑信息，從而減少過期藥品試劑的產(chǎn)生量。

(6)開發(fā)信息化管理系統(tǒng)，加強(qiáng)廢液監(jiān)控管理

目前大部分高校的實(shí)驗(yàn)室廢棄物管理工作，主要采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)申請(qǐng)單審批的模式，該模式的時(shí)效性較低，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不夠便捷，一些高校實(shí)驗(yàn)室管理人員建議并開發(fā)了不同的信息化管理系統(tǒng)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室廢棄物的管理工作，提高了管理工作效率、方便數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、便于數(shù)據(jù)分析。禤智東等[13]針對(duì)目前高校實(shí)驗(yàn)室廢棄物信息化管理程度較低的現(xiàn)狀，結(jié)合南方醫(yī)科大學(xué)的實(shí)際情況，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室廢棄物申報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)，該系統(tǒng)由申報(bào)信息填報(bào)模塊、申報(bào)信息查詢模塊、后臺(tái)管理模塊3個(gè)部分組成。該系統(tǒng)的成功建設(shè)，不僅有助于提高實(shí)驗(yàn)人員分類回收廢棄物的意識(shí)，了解實(shí)驗(yàn)室廢棄物的種類及各類回收方式，還便于對(duì)各實(shí)驗(yàn)室廢棄物產(chǎn)生情況進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)廢棄物產(chǎn)生數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，為廢棄物減量工作的開發(fā)提供數(shù)據(jù)支撐。張青青等[14]針對(duì)目前高校實(shí)驗(yàn)室廢液分類不合理、標(biāo)識(shí)不規(guī)范、監(jiān)管不到位等問題設(shè)計(jì)并開發(fā)了高校實(shí)驗(yàn)室廢液信息化管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括入庫模塊、預(yù)約模塊、出庫模塊和統(tǒng)計(jì)模塊四部分。該系統(tǒng)的建立，不僅使得實(shí)驗(yàn)室廢液的管理更規(guī)范，提高了處置效率；更重要的是優(yōu)化了廢液信息的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)了廢液信息的動(dòng)態(tài)監(jiān)管，保證了數(shù)據(jù)的有效性和可追溯性，為后續(xù)制定和完善實(shí)驗(yàn)室廢液分類標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)廢液管理提供有效支撐。

3.結(jié)語

做好高校化學(xué)化工類實(shí)驗(yàn)廢棄物的安全管理和處置工作，保護(hù)環(huán)境和師生身體健康，是構(gòu)建平安校園的重要組成部分，而減少化學(xué)化工類實(shí)驗(yàn)廢棄物的產(chǎn)生量是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此校、院、實(shí)驗(yàn)中心和實(shí)驗(yàn)室各級(jí)部門的管理人員應(yīng)進(jìn)一步樹立綠色環(huán)保理念，激發(fā)師生參與廢棄物減量研究工作的主動(dòng)性，積極推進(jìn)開發(fā)綠色化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)、推廣微化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)、開發(fā)化學(xué)化工類廢棄物回收實(shí)驗(yàn)、推廣虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、建立資源共享平臺(tái)和開發(fā)信息化管理系統(tǒng)等措施，并落實(shí)到日常的教學(xué)科研活動(dòng)中，降低廢棄物的產(chǎn)生量，從源頭上控制廢棄物的產(chǎn)生，從而為廢棄物的安全管理和處置打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。對(duì)推進(jìn)化學(xué)化工類實(shí)驗(yàn)室的綠色實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以及生態(tài)校園建設(shè)具有重要的意義。