王寒 張舜（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院 410128)

引言

實(shí)驗(yàn)技能是高校環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生的基本功，也是本專業(yè)學(xué)生必須掌握的基本技能。環(huán)境工程專業(yè)教學(xué)所涉及的內(nèi)容比較寬泛，它包含了環(huán)境監(jiān)測(cè)、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境管理與保護(hù)等。該專業(yè)公共課程包括了必修的四大化學(xué)，即無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)和分析化學(xué)。化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的專業(yè)，它的很多教學(xué)要在環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室完成，達(dá)到教學(xué)與實(shí)驗(yàn)充分的融合?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行過程中，要用到很多水清洗容器和儀器、用作溶劑和衛(wèi)生用水及其他用途等。《教育部國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室排放管理的通知》中明確指出將排污納入環(huán)境監(jiān)測(cè)范圍[1]，實(shí)驗(yàn)室廢水的排放已成為各高校面臨的嚴(yán)峻問題。以下就環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室廢水處理方法及污染防治措施提出幾點(diǎn)意見。

一、環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室廢水成分

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室廢水中所含的成分分為有機(jī)廢水和無(wú)機(jī)廢水。

1.無(wú)機(jī)廢水

無(wú)機(jī)廢水中所含的污染成分主要有重金屬、酸堿鹽、酸堿、氯離子、氰化物、硫化物等。重金屬主要是鎘、汞、鉛、銅、鉻、鈣、鐵等。酸堿鹽是各種強(qiáng)酸弱酸與強(qiáng)堿弱堿反應(yīng)的產(chǎn)物，如NaCL、KNO3等。強(qiáng)酸包含鹽酸、硝酸、硫酸等。強(qiáng)堿有NaOH、KOH等[2]。

2.有機(jī)廢水

有機(jī)廢水中常見的污染物基本來(lái)自有機(jī)溶劑，它包括酚類、醚類、醇類以及苯類等。酚類主要包括苯酚、對(duì)苯二酚以及萘酚等。醚類主要包括乙醚等。醇類主要是甲醇和乙醇。

二、廢水的危害

環(huán)境工程綜合實(shí)驗(yàn)室中的廢水污染成分復(fù)雜、危害嚴(yán)重，如果不經(jīng)處理而直接排放，廢水經(jīng)下水管進(jìn)入河流會(huì)造成學(xué)校周圍居民生活用水、農(nóng)作物灌溉用水的污染，嚴(yán)重影響社會(huì)環(huán)境。揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)會(huì)刺激學(xué)生及教師皮膚，通過皮膚接觸和呼吸進(jìn)入體內(nèi)危害身體健康。以下從各成分單獨(dú)分析。

1.無(wú)機(jī)物質(zhì)的危害

重金屬中汞的危害程度最大，它可使人的呼吸道、神經(jīng)系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p壞，它可以由呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)以及皮膚直接進(jìn)入人體，嚴(yán)重時(shí)可危及生命。其它重金屬危害程度僅次于汞，食入體內(nèi)亦可使人中毒而死。鎘經(jīng)呼吸道進(jìn)入人體后，造成積累性中毒，能導(dǎo)致肺氣腫，損害腎功能，腎小管吸收不全，過多的鈣長(zhǎng)期受損失而得不到補(bǔ)充，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松和骨骼軟化[3]。驗(yàn)室常用的酸堿有H2SO4、HCl、H NO3、NaOH 、KOH 、Na2CO3等若直接排放，會(huì)造成系統(tǒng)PH改變，PH過低顯酸性，當(dāng)PH＜5時(shí)會(huì)腐蝕金屬管道；PH＞7呈堿性，水酸堿性過高或者過低均能破壞生態(tài)系統(tǒng)，影響城市污水處理。氰化物分離出的氰離子（CN_）能夠抑制人細(xì)胞內(nèi)酶的活性使組織細(xì)胞不能利用血液中的O2而造成內(nèi)窒息[4]。

2.有機(jī)物質(zhì)的危害

實(shí)驗(yàn)室廢水所包含的有機(jī)物中酚類、醚類、醇類均容易揮發(fā)且具有毒性。其中酚類毒性最大，它是一種細(xì)胞原漿毒[5]，其毒性與細(xì)胞原漿中的蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng),具有致癌、致畸、致突變毒性,飲用含酚的水可引起神經(jīng)系統(tǒng)的各種疾病，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致人中毒死亡。甲醇無(wú)論是經(jīng)過呼吸還是飲用進(jìn)入人體，輕者使人體神經(jīng)系統(tǒng)遭到破壞，重者可導(dǎo)致人死亡。

三、實(shí)驗(yàn)廢水處理方法

高校實(shí)驗(yàn)室廢水量較少，但危害性極大，其排放還具有一定的間歇性。根據(jù)污染物的組成不同采取不同的處理措施與方法。根據(jù)上述廢水中的物質(zhì)分析，采用以下集中處理方法。

1.無(wú)機(jī)廢水處理

（1）重金屬的處理

對(duì)于含有較多重金屬的實(shí)驗(yàn)室無(wú)機(jī)廢水，一般采用絮凝沉淀法或者硫化物沉淀法。不同的重金屬離子采用不同的絮凝劑，本文分析的廢水中所含的金屬可以再弱堿條件下除去。反應(yīng)式如下：

硫化物沉淀法是在弱堿條件（PH 8～10）下加入硫化鈉，用碳酸鈉調(diào)節(jié)PH值。反應(yīng)式如下：

除以上兩種方法外，重金屬離子處理還有吸附法等。吸附法是將廢液濃度稀釋后，加入過量的活性炭，調(diào)節(jié)PH值到6，充分?jǐn)嚢柽^濾，濾除濾渣。

（2）硫氰化物的處理

氰化物有劇毒，我國(guó)氰化物的最高排放標(biāo)準(zhǔn)(以CN-計(jì))為0.5mg／L【5】?？梢杂肗a2S203溶液進(jìn)行處理，使其生成毒性較低的硫氰酸鹽，之后再用熱水沖洗，也可用F eSO4、KM nO4、NaClO2等與其反應(yīng)代替Na2S203，如果氰化物廢液濃度低，用NaOH調(diào)節(jié)PH值至10以上呈強(qiáng)堿性，再加入KM nO4使CN-氧化分解，之后再行排放。

硫化物的處理可采用吸附法，向?qū)嶒?yàn)室廢水中加入一定量的吸附劑，利用其比表面積大、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)使硫化物吸附出去[6]。另外空氣氧化法也是去除硫化物的一種方法，利用空氣中的氧將二價(jià)硫離子氧化成無(wú)毒的硫代硫酸鹽和硫酸鹽，反應(yīng)式如下：

與吸附法相比空氣氧化法較簡(jiǎn)單。

2.有機(jī)廢水處理

酚類可以在氧化劑最用下氧化為無(wú)毒物質(zhì)，低濃度的含酚實(shí)驗(yàn)室廢水可加入NaClO2或者漂白粉等氧化劑，在堿性條件下使酚氧化為CO2和H20。操作中要注意控制PH在7～9之間為宜，加入氧化劑的量為廢液中含酚量的十倍，加入一定量高錳酸鉀維持反應(yīng)后顏色為粉紅色為宜。高濃度的含酚實(shí)驗(yàn)廢水可以用乙酸丁酯進(jìn)行萃取，之后再用少量的NaOH溶液反萃取，注意調(diào)節(jié)PH。部分有機(jī)廢液可以回收，回收的有機(jī)溶劑應(yīng)先在分液漏斗中洗滌，將洗后的有機(jī)溶劑進(jìn)行蒸餾或分餾處理加以精制、純化，供實(shí)驗(yàn)重復(fù)使用。在對(duì)實(shí)驗(yàn)沒有影響的情況下盡量將用過的溶劑回收，反復(fù)使用。對(duì)可溶于水的有機(jī)物，例如：甲醇、乙醇、醋酸等溶劑，因能被細(xì)菌作用易于分解，故這類溶劑的稀溶液，經(jīng)用大量的水稀釋之后，即可進(jìn)行排放。無(wú)法回收的有機(jī)廢液一般可以采用焚燒法、活性碳吸附法、溶劑提取法、氧化分解法、水解法以及生物化學(xué)法[7]。

四、防范措施

根據(jù)實(shí)驗(yàn)廢水性質(zhì)和高校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀，本課題提出以下幾點(diǎn)防范措施：

1.建立廢水處理池

將實(shí)驗(yàn)廢水集中排放、集中處理。建立本校實(shí)驗(yàn)廢水排放池，根據(jù)自身廢水性質(zhì)應(yīng)進(jìn)行分類處理、收集廢液。廢水池的建立可有效防止污水外流污染周邊水質(zhì)。排放模式如下：

實(shí)驗(yàn)廢水→實(shí)驗(yàn)室初步處理→排放至集水池沉淀→物理化學(xué)方法處理→排放至污排

2.環(huán)境安全管理

加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全管理意識(shí)，尤其是實(shí)驗(yàn)室廢水安全排放的意識(shí)與責(zé)任，建立獨(dú)立、完善的實(shí)驗(yàn)室廢水排放系統(tǒng)和廢水處置制度。

3.合理設(shè)置教學(xué)模式，推行清潔式廢水生產(chǎn)

從源頭上控制有毒廢水的產(chǎn)生，開展清潔式生產(chǎn)是控制環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室廢水污染的有效手段，它能在污染產(chǎn)生之前就予以削減，能真正有效地控制廢液的產(chǎn)生和危害，同時(shí)減之后治理的負(fù)擔(dān)。具體方法如下：

（1）采用多媒體教學(xué)

利用電腦軟件模擬整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生感同身受、身臨其境，實(shí)驗(yàn)過程不采用大量化學(xué)試劑，這樣就避免了實(shí)驗(yàn)廢水的產(chǎn)生以及實(shí)驗(yàn)廢水帶來(lái)的危險(xiǎn)。

（2）用無(wú)毒試劑代替有毒試劑

從源頭避免有毒廢液的產(chǎn)生，如乙酰氯的相關(guān)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)已取消，醋酸酐因是制冰毒的二級(jí)原料，酐的水解實(shí)驗(yàn)由醇的水解實(shí)驗(yàn)代替等。

（3）合理的課程設(shè)計(jì)

將實(shí)驗(yàn)藥品循環(huán)利用，這就要求環(huán)境工程試驗(yàn)課程設(shè)計(jì)合理恰當(dāng)，即達(dá)到上一實(shí)驗(yàn)的生成物是下一實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)物，這樣做可以節(jié)省藥品，減少污染。學(xué)生在練習(xí)溶液配制時(shí)可以配制酸、堿溶液而酸堿溶液又可用來(lái)做酸、堿中和滴定試驗(yàn)，把實(shí)驗(yàn)中的廢酸、廢堿都收集起來(lái)，既減少了對(duì)環(huán)境的污染又避免對(duì)下水道的腐蝕，廢物得到二次回收利用。如廢酸、次氯酸鈉等可用于實(shí)驗(yàn)樓、學(xué)生公寓衛(wèi)生間的衛(wèi)生清洗，在存放揮發(fā)性酸的試劑柜里放置廢堿，可以消除酸氣，既改善了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境廢物又得到利用。

（4）試驗(yàn)過程“微型化”

在進(jìn)行環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以將實(shí)驗(yàn)過程中的容器及藥品“微型化”，同樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)我們可以容器由500ml改為50ml，將藥品同比例縮減配制出同樣濃度的試劑，即我們通常所說(shuō)的“小量化實(shí)驗(yàn)”，整個(gè)操作步驟試驗(yàn)方法不變，既不影響鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能又節(jié)約藥品、減少污染物的排放。

4.廢水處理后的效果

經(jīng)過以上處理方法和防范措施每周取集水池里處過的實(shí)驗(yàn)室廢水進(jìn)行化驗(yàn)，部分指標(biāo)與國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[10]對(duì)比如下：

表1 實(shí)驗(yàn)室廢水處理后水質(zhì)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

可見經(jīng)過以上處理方法得到的水質(zhì)達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，處理方式得當(dāng)有效，值得借鑒推廣。

結(jié)束語(yǔ)

在環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多高校忽視了對(duì)實(shí)驗(yàn)廢水的管理，對(duì)廢液進(jìn)行很少的處理，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)廢水污染周邊環(huán)境。本實(shí)驗(yàn)研究課題為實(shí)驗(yàn)廢水污染防治措施，對(duì)減少實(shí)驗(yàn)廢水有毒有害物質(zhì)排放，使其達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)提出了合理的治理和防范措施。由于實(shí)驗(yàn)廢水中含有多種組份 ，本課題組采用分類收集 ，分類處理，在處理方法上采用了廢水處理領(lǐng)域的成熟工藝，如絮凝法、酸堿鹽沉淀法、吸附法、氧化分解法、蒸餾回收法、以及焚燒法等，達(dá)到了良好的效果。對(duì)保護(hù)實(shí)驗(yàn)室周邊水質(zhì)、環(huán)境有積極意義。

[1]梅光泉.重金屬?gòu)U水的危害及治理[J].微量元素與健康研究，2004，21（4）：54-56.

[2]趙睿新.環(huán)境污染化學(xué)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[3]李鐵龍，金朝暉，宣曉梅,等.實(shí)驗(yàn)室廢水處理初探[J].環(huán)境衛(wèi)生工程，2004.6：73—76.

[4]王敏，鄭素芹，段穎.實(shí)驗(yàn)室中對(duì)汞及其含汞廢液的處[J].黑龍江醫(yī)藥科學(xué)，2001，24（3）：85.