1、第 51 卷第 2 期2023 年 1 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.2Jan.2023化学实验室废液处理方法及相关建议孙晓敏,朱惠瑞,弓 韬,郭 睿(山西医科大学,山西 太原 030001)摘 要:化学实验室在日常教学与科研实验过程中产生的废液种类繁多,且含有部分有害物质,直接排放会对生态环境造成很大影响。本文通过了解国内外实验室废液的管理与处理现状,对完善化学实验室废液的分类收集、实验室废液预处理、自建废液处理装置、加强实验室管理制度等方面提出了一些建议,并介绍了几种新型处理材料。关键词:化学实验室;废液处理;制度管理中图分类号:
2、O6-31 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)02-0347-03 基金项目:山西省自然科学基金面上项目(No:202103021224240);山西省高等学校教学改革创新项目(No:J2020108,No:J2020096)。第一作者:孙晓敏(2001-),女,本科在读。通讯作者:郭睿(1972-),女,博士,教授,主要从事生物化学与分子生物学方面的教学和科研。Improvemeet of Treatment Method of Chemical Laboratory WasteLiquid and Relevant SuggestionsSUN Xiao-min,ZHU
3、 Hui-rui,GONG Tao,GUO Rui(Shanxi Medical University,Shanxi Taiyuan 030001,China)Abstract:There are many kinds of waste liquid produced in chemistry laboratory in daily teaching and scientificresearch experiments,and some harmful substances are contained.Direct discharge will have a great impact on t
4、heecological environment.Through understanding the management and treatment status of laboratory waste liquid at home andabroad,some suggestions were put forward on improving the classification and collection of chemical laboratory wasteliquid,pretreatment of laboratory waste liquid,self-built waste
5、 liquid treatment device,strengthening laboratorymanagement system,and some new treatment materials were introduced.Key words:chemical laboratory;liquid waste processing;system management实验是高校人才培养与科学研究中不可或缺的一部分,对培养学生动手操作能力与研究探索能力有着举足轻重的作用。随着教育和科技的飞速发展,实验的开展量逐渐增加,由此产生的实验室废液的处理问题引起了广泛关注。实验室废液的特点与实验类型密
6、切相关,教学实验中产生的废液往往量大且成分相对简单,处理较方便;而对于研究性实验,在不同课题、不同进展下产生的废液成分不尽相同,这种废液量少、质杂1,处理相对困难,且随着各学科交叉融合,废液种类日益增加,处理成本也越来越高。为降低处理难度、节省处理费用,本文对完善实验室废液处理方法提出了一些设想,包括完善各阶段废液处理流程和鼓励新型处理材料的研究和使用,并对加强实验室的管理提供了一些建议。1 国内外实验室废液管理与分类处理现状1.1 国内外实验室废液的管理一些发达国家对实验室废液的管理尤为重视,国家方面出台了相应政策,如:美国环境保护署(USEPA)的相关文件2、日本的 废弃物管理和清扫法 等
7、。高校内相关机构或部门则根据法案制定了更加详细的废液管理办法,如:美国明尼苏达大学(University of Minnesota System,UMN)的环境健康与安全部对化学废物的定义、储存要求、处置程序等方面都做出了明确规定;日本高校内综合管理环境事务的机构负责制定本校实验室废弃物的收集、搬运、处理准则,开展实验室废液处理和校内污水排放监测,并进行环境保护相关的宣传与培训等事宜3。与发达国家相比,我国对实验室废液的管理起步较晚,近年来陆续通过了 危险化学品安全管理条例、废弃危险化学品污染环境防治办法 和 实验室危险废物污染防治技术规范4等一系列法规,对实验室废物分类、投放、暂存、转运、贮
8、存过程中的技术要求做出了规定。部分高校也制定了相应的废液处理办法,如:中国科学技术大学在官网上发布了“危险化学品废弃物分类处置规定”,对废弃物主次要成分、成分说明、包装、标注方法做出了严格规定;上海交通大学官网也发布了对实验室废液的分类、分装、放置与预约方法的相关规定。但在实际操作中,仍存在规定与实际情况不符,可操作性不强;缺少监管部门,相关规定流于形式、难以落实等问题,导致环境污染并埋下安全隐患。348 广 州 化 工2023 年 1 月1.2 国内外传统废液分类与处理方法国内外实验室对废液分类均有明确规定,分类标准虽然有细微差别,但大体可分为以下三大类:有机废液、无机废液、含病原微生物废液
9、5。不同废液使用不同的处理方法,其中有机废液包括有机溶剂、醚类、酚类等,常采用萃取法、焚烧法、氧化分解法、生化处理法等方法进行处理;无机废液包括酸碱性废液、含重金属废液等,对于酸碱废液,常用稀释排放法、混合中和法处理,而含有重金属的废液则根据成分不同,使用不同絮凝剂、硫化物、还原剂等进行沉淀;含病原微生物废液常为微生物培养基、染病动物的解剖与清理过程产生的废水等,常用高温高压灭菌法进行处理。随着交叉学科的发展,传统的废液分类与处理方法逐渐不能满足日益增长的分类需求与处理标准,因此,完善实验室废液分类与处理办法迫在眉睫。2 完善化学实验室废液处理方法2.1 完善各阶段实验室废液处理流程2.1.1
10、 分类收集 设计新的废液分类收集装置传统废液分类方法较笼统,对于具体的实验室适用性不强,尤其是研究性实验所产生的废液,因其量少、质杂,可在废液产生之初即时分类,并进行初步处理。同一实验过程中往往会产生不同种类的废液,但研究者携带多个废液缸较不方便,尤其是进入超净台、细胞间等环境时,多次拿取更加困难,且增加了试剂污染风险。因此很多研究者便将产生的废液全部倒入同一废液缸中,导致不同种类废液相互混和。为解决这一问题,本文设计了一个联排分类废液缸(如图 1 所示),方便研究者对其整体移动与即时废液分类。图 1 联排分类废液缸(右为单独拆卸图)Fig.1 Waste liquid tank of pla
11、toon classification(right is the waste liquid tank after separate disassembly)2.1.2 预处理 实验室内部自行预处理在保证安全的前提下,实验室可对其产生的废液进行预处理,以减少后期处理难度。对于少量酸性或碱性废液,可在实验室内通过滴定将 pH 值调至中性;对于一些有机溶剂如:醇类、酯类、有机酸等,应尽量回收、循环使用;对于一些含水的低浓度有机废液,则可使用与水互不相溶的挥发性试剂进行萃取;对于一些含重金属的无机废液,多用絮凝沉淀法、硫化物沉淀法、氧化还原中和沉淀法等进行处理5,以减少后期综合处理时的污泥产量,但因涉
12、及到一些有毒金属,可视情况处理,在操作时做好防护措施,在保护人身安全的同时也要防止危险化学物品流出;而含病原微生物的废液在实验完毕之后,应立即进行高温高压蒸汽灭菌,防止病原微生物自实验室泄露。2.1.3 处理 高校自建废液处理装置经过实验室内预处理的废液并未达到直接排放标准,需要进一步处理。很多高校选择委托有资质的公司进行处理,长期以往花费较高,若能够自建废液处理装置,将大大节约成本。目前国内仅有少数高校购置了废液处理装置,但多使用活性污泥法,存在能耗较大、管理较复杂、易产生污泥膨胀现象等缺点,且产生的大量剩余污泥需要经过无害化处理,增加了所需费用。根据实验室废水量少、质杂、间歇性强等特点,可
13、以使用对水质、水量适应能力强且剩余污泥少的生物膜法,相应的废液处理装置如图 2 所示。图 2 实验室废液处理装置(工艺流程)Fig.2 Laboratory waste liquid treatment device(process flow)(1)分类存储。将经过实验室预处理的相同性质的废液混合,存入分类存储罐。我校教学实验产生的废液量大,且多为不含重金属的无机物,单独存放可减少处理压力;有机废液经过两相分离器,将亲水性的有机物过滤,与无机废液一起处理,疏水性的有机物则送往有资质的第三方机构进行处理。(2)沉淀前反应。化学实验室内常用到乳化液、重金属络合物等,在实验室处理时较难去除,故需要先
14、进行乳化剂破乳、重金属络合物解络合等处理,整个过程的加药种类与加药量由 PLC 可编程系统进行控制。(3)化学沉淀池。由 PLC 系统控制加入合适的絮凝剂来除去废液中大部分的重金属和有毒物质。由于实验室内已进行过预处理,可大大减少此处的污泥产生量,减少清洁次数,节约成本。(4)活性炭吸附。通过活性炭对未沉淀的絮状物、残留的无机重金属及其他不溶物质等进行吸附,防止这些物质对下一环节的生物膜造成破坏。(5)生化反应池。由一个酸化反应池和两个接触氧化池构成,内悬挂组合填料,方便微生物挂膜。酸化反应池中主要由兼氧微生物挂膜,可去除部分污染物,并提高废水的可生化性。接触氧化池中主要由需氧微生物挂膜,且配
15、套有曝气器与回转式风机,可进一步分解污染物,控制溶氧量在一定范围内,解决传统生物膜法供氧量差、容易产生厌氧的问题。(6)沉淀池与消毒池。沉淀池对脱落的生物膜进行沉淀,消毒池对经过生化反应池的废水中混有的微生物进行杀灭。(7)电化学深度处理。经过生化处理后,为确保水质问题,对出水进行电化学深度处理,处理后其主要指标基本可以达到地表水环境质量类标准。(8)水质监测。为进一步确保水质达标,在处理完毕后进行水质监控。若仍未合格,则重新流入生化反应池进行反应;若水质合格,则可用于景观用水、洗手间冲水等场景或直接排入下水道。2.2 鼓励新型处理材料的研究与使用2.2.1 即时合成层状超分子化合物传统含 C
16、r()废水的处理过程会产生大量沉淀,为后续处第 51 卷第 2 期孙晓敏,等:化学实验室废液处理方法及相关建议349 理带来麻烦。即时合成含 Cr()的镁铝层状超分子化合物对废水中的 CrO2-4具有很好的吸附作用,其可通过静电引力进入层状超分子的材料层之间作为层间阴离子被去除。同时,该材料还具有很好的吸附再生性与热稳定性,有着很好的应用前景6。2.2.2 微纳米气泡复合高级氧化技术臭氧微纳米气泡技术是利用微纳米气泡内部负载臭氧来达到更好的处理效果。臭氧可以与废液中的有机物进行反应,微纳米气泡可以通过强化传质作用提高其传质效率、延长其在水中的存在时间,二者优势结合,有操作简单、适用范围广等特点。虽然其氧化效率有待提高且使用成本较高,但仍具有极大的发展潜力7。2.2.3 金属有机框架改进性膜金属有机框架是一类具有多孔纳米结构的新型金属有机杂化材料,多为笼状结晶结构。其通道大小和电荷均可调节,且具有良好的后修饰性,可根据污染物的大小、形状、所带电荷、极性等选择性地过滤8。目前已成功合成许多形态、性质各不相同的金属有机框架材料,并得到了广泛的应用。2.2.4 竹丝填料生物反应器竹丝表面易被分
