郭永軍，隋志方*，王曹宇，胡自勝

(1.鶴壁市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，河南 鶴壁 458030； 2. 鄭州嘉禾儀器設(shè)備有限公司，河南 鄭州 450001)

實(shí)驗(yàn)分析是近代科技發(fā)展的最基本的創(chuàng)新手段與驗(yàn)證方法，但是隨著現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)分析發(fā)展，不可避免地產(chǎn)生大量的有毒有害廢液[1]。這些廢液有如下特點(diǎn)：1)多樣性：無論是高校、科研院所和質(zhì)檢部門，還是企業(yè)的分析化驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目繁多，研究方向不同，所用試劑多種多樣，因此排放廢液組分多變，其成分非常復(fù)雜，導(dǎo)致回收和處理非常困難。2)分散性：實(shí)驗(yàn)室廢液的排放與工廠企業(yè)的廢液排放有著本質(zhì)的不同，工廠企業(yè)的廢液排放均為集中排放，或者分在幾個(gè)工序進(jìn)行排放。而每一個(gè)實(shí)驗(yàn)室都是一個(gè)排放點(diǎn)，并且經(jīng)常會(huì)和實(shí)驗(yàn)樓中的日常廢水混合排放，由此進(jìn)一步加劇了廢液處理的難度[2]。這些廢液成分復(fù)雜，無害化處理工藝復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)室自行處理幾乎不可能。

目前實(shí)驗(yàn)室廢液處理的方式是委托有資質(zhì)的廢液處理公司進(jìn)行處理[3]。但該方法存在以下缺點(diǎn)或不足：1)回收廢液費(fèi)用高。目前按國家規(guī)定的危險(xiǎn)化學(xué)品廢液回收每公斤最高達(dá)到幾百元以上，還不包含運(yùn)輸費(fèi)用、實(shí)驗(yàn)室回收儲(chǔ)存管理費(fèi)等；一旦達(dá)成回收協(xié)議，年年都需支付相關(guān)費(fèi)用。2)運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)高。實(shí)驗(yàn)室廢液成分復(fù)雜，運(yùn)輸過程中不確定因素多，危險(xiǎn)系數(shù)高。3)處理不及時(shí)、不方便，存在儲(chǔ)存風(fēng)險(xiǎn)。危險(xiǎn)化學(xué)品廢液只能用專用危險(xiǎn)化學(xué)品車輛回收，而且要有相關(guān)資質(zhì)的運(yùn)輸公司才能運(yùn)輸。這種特殊車輛一般白天是不允許進(jìn)入市區(qū)，所以上門回收都在夜晚進(jìn)行；給實(shí)驗(yàn)室配合回收工作人員造成很大困難。因此回收公司一般幾個(gè)月或半年才回收一次，這期間大量廢液儲(chǔ)存在實(shí)驗(yàn)室中，有很大的安全隱患；而且根據(jù)《危險(xiǎn)廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)GB 18597-2001》規(guī)定，實(shí)驗(yàn)室廢液在存放不相容的兩種以及以上的廢液時(shí)，不僅需要在不同的地方分別暫存，而且還要對劇毒類、易燃、易爆以及產(chǎn)生有毒氣體的廢液進(jìn)行必要的預(yù)處理，才能暫存。這樣不僅占用大量實(shí)驗(yàn)室空間、增加實(shí)驗(yàn)人員的工作量，而且存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)。4)簽定的合同，不能有效執(zhí)行?？紤]到回收公司的特殊性，一般一個(gè)省有資質(zhì)的廢液回收公司極少，而實(shí)驗(yàn)室的分散性以及單個(gè)實(shí)驗(yàn)室廢液量較少?zèng)Q定了回收處理綜合成本極高，造成大部分實(shí)驗(yàn)室無法有效執(zhí)行廢液相關(guān)回收處理協(xié)議或無法簽訂回收處理協(xié)議；一部分環(huán)保社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)?shù)娜笔?，不可控因素增多，增加了對環(huán)境二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

為了解決這一問題，科研工作者和實(shí)驗(yàn)室管理人員已經(jīng)開展了相關(guān)的研究工作。王曉琴等[4]設(shè)計(jì)開發(fā)了三段式無極廢液處理裝置，使得無機(jī)廢液經(jīng)初步過濾后，依次進(jìn)入鐵屑反應(yīng)器和FeS反應(yīng)器，中和過濾后，所得濾液接近中性且無色透明，達(dá)到重金屬廢液排放要求。周建鐘等[5]將電加熱套、套式三頸瓶、分餾柱、冷凝管等組合在同一裝置內(nèi)綜合設(shè)計(jì)了一種新型實(shí)驗(yàn)室有機(jī)溶劑回收利用裝置，可及時(shí)回收處理實(shí)驗(yàn)室內(nèi)產(chǎn)生的2～5 L體量的有機(jī)廢液。同時(shí)還有科研工作者對環(huán)境檢測實(shí)驗(yàn)室、化纖實(shí)驗(yàn)室、預(yù)防醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室、食品檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室、冶金及機(jī)械行業(yè)實(shí)驗(yàn)室、高校實(shí)驗(yàn)室等不同行業(yè)實(shí)驗(yàn)室[6-14]產(chǎn)生的廢液提出針對性的解決方案。然而，對實(shí)驗(yàn)室的廢液而言，既方便徹底又適用于多行業(yè)實(shí)驗(yàn)室，既經(jīng)濟(jì)又安全處理方法還沒有。所以，開發(fā)價(jià)廉、快捷、安全、徹底的無害化處理方法和手段顯得尤為迫切。

1 實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

1.1 裝置主要結(jié)構(gòu)及流程

實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置如圖1所示，該裝置主要包括四個(gè)不同廢液回收桶和廢液收集處理裝置兩部分，其中廢液處理裝置又分為有機(jī)廢液處理裝置、無機(jī)廢液處理裝置和廢酸處理裝置三部分。全自動(dòng)廢液收集處理流程如下：將自動(dòng)收集桶按類別(有機(jī)廢液、重金屬廢液、廢酸等)放入儀器廢液收集處或理化室器皿清洗池旁，將儀器產(chǎn)生的廢液、清洗器皿時(shí)器皿的廢液，按照分類依次倒入自動(dòng)廢液收集桶中，廢液收集桶自動(dòng)將廢液抽吸到廢液處理裝置的廢液桶中，桶中有自動(dòng)識(shí)別傳感器，到一定廢液量后廢液處理裝置自動(dòng)啟動(dòng)，直至廢液自動(dòng)處理完成，儀器自動(dòng)停機(jī)，整個(gè)過程無人值守，全部自動(dòng)完成。

圖1 實(shí)驗(yàn)室廢液收集處理裝置主體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Laboratory waste liquid collection and treatment device diagram

實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置中使用了進(jìn)口高性能陰陽離子樹脂，重金屬吸附徹底，吸附量大，效率高達(dá)99.9%，吸附后的廢液中重金屬濃度達(dá)到零點(diǎn)幾個(gè)ppm，遠(yuǎn)超國家對城市污水的重金屬排放標(biāo)準(zhǔn)；超大不銹鋼燃燒爐，適合各種濃度的有機(jī)廢液的處理；燃燒后的廢氣通過廢氣凈化裝置進(jìn)一步處理，確保有機(jī)廢液100%處理。設(shè)備雙重泄漏報(bào)警保護(hù)，熄火自動(dòng)斷氣保護(hù)，儀器安全性很高；廢液瓶采用密閉封存，防止了廢液泄漏造成二次污染，可有效保護(hù)實(shí)驗(yàn)室工作人員安全。

實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置中使用了進(jìn)口高性能陰陽離子樹脂，對重金屬吸附效率高，再將吸附樹脂中的重金屬洗脫、提純、再利用，工藝簡單，成本低廉。各種重金屬回收后，離開污染的水、土壤、空氣變成重要的金屬原材料，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮重要作用。

1.2 廢液處理

廢液處理前，要知道廢液信息并對其進(jìn)行分類，主要將其分為有機(jī)類、無機(jī)(重金屬)類以及廢酸類等，同時(shí)要堅(jiān)持物質(zhì)不相容原則和包裝不容器原則，避免出現(xiàn)安全事故。因此需要實(shí)驗(yàn)人員具備良好的廢液回收意識(shí)和訓(xùn)練。

1.2.1 有機(jī)廢液處理

1)處理原理

可處理有機(jī)廢液主要包括：有機(jī)溶劑、石油類、油脂類物質(zhì)、糖類、蛋白質(zhì)、多環(huán)芳烴、甲苯、苯酚、烷烴、烯烴、酮、醚、酚、醛、有機(jī)酸等。經(jīng)分析，上述有機(jī)廢液基本化學(xué)結(jié)構(gòu)是由C、H組成，通過高溫燃燒生成H2O和CO2，部分含有N等其他元素的有機(jī)物通過高溫燃燒后產(chǎn)生氮氧化合物等其他氧化物，通過吸附裝置中的活性炭、堿性吸附液進(jìn)行多級(jí)吸附，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢液的徹底分解。

其燃燒化學(xué)反應(yīng)式：

CxHyOz+(x+y/4-z/2)O2→xCO2+y/2H2O

CxHy+(x+y/4)O2→xCO2+y/2H2O

2C2H3ON+(4+x)O2→4CO2+3H2O+2NOx

H2O、CO2和NOx→多級(jí)吸附

2)處理裝置

如圖2所示，為便于充分燃燒，有機(jī)廢液經(jīng)高壓泵和空氣泵共同作用吸入氣化室發(fā)生氣化，然后通過燃燒室高溫分解后，進(jìn)入冷卻罐冷卻處理，經(jīng)過水汽分離，液體進(jìn)行中和，而氣體則進(jìn)入通風(fēng)吸附裝置進(jìn)行多級(jí)吸附，經(jīng)尾氣檢測系統(tǒng)檢測合格后排入大氣中。該裝置設(shè)計(jì)有機(jī)廢液處理速度為1～3 L/h，有機(jī)廢液處理效率為99.9%。

圖2 有機(jī)廢液處置示意圖Fig.2 Schematic diagram of organic waste liquid disposal

1.2.2 無機(jī)(重金屬)廢液處理

重金屬廢液主要包括鎘、鉻、鉛、錳、銀、鎳、鋅、銅、鋁、砷等金屬陽離子以及處于化合態(tài)的重金屬離子團(tuán)(Cr2O7)2-、(CuCN)-、(AuCN)-、(PtCl6)2-等，如圖3所示，采用高效吸附樹脂組件進(jìn)行吸附。樹脂組件作為耗材，吸附飽和后可以更換，通過集中回收處理，可以重復(fù)使用。樹脂組件的重金屬吸附率為99.9%，其排放濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家對重金屬排放要求。

如圖3所示，重金屬廢水和堿液一同抽入中和罐中，經(jīng)過碳酸鈉中和，隨即進(jìn)入吸附系統(tǒng)，經(jīng)過樹脂多次循環(huán)吸附后，進(jìn)一步進(jìn)行微生物、有機(jī)物消殺分解，經(jīng)檢測達(dá)標(biāo)后排放。該裝置設(shè)計(jì)重金屬廢液處理速度為20 L/h，重金屬廢液處理率為99.9%。

1.2.2 廢酸處理

硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸等酸性廢物用碳酸鈉溶液進(jìn)行中和，當(dāng)pH達(dá)到7時(shí)自動(dòng)排放。氫氟酸用堿中和后,再用專用樹脂吸附氟離子再排放。

其化學(xué)反應(yīng)式如下：

AH+Na2CO3→NaA+H2O+CO2↑

需要特別指出的是氫氟酸中的F-屬于第二類污染物，在中和后要對氟離子吸附再處理。該裝置設(shè)計(jì)廢酸處理速度為200 L/h，廢酸處理效率為100%。

圖3 無機(jī)廢液(重金屬)處置示意圖Fig.3 Schematic diagram of the disposal of inorganic waste liquid (heavy metals)

2 裝置性能測試

2.1 裝置處理模擬廢液產(chǎn)生廢氣測試

根據(jù)HJ/T 194環(huán)境空氣質(zhì)量手工檢測技術(shù)規(guī)范要求，對實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置處理模擬廢液的所在室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行采樣檢測，測試結(jié)果見表1。結(jié)果表明，二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氨、臭氧、甲醛、苯、二甲苯、苯并芘、PM10、TVOC的濃度值均符合GB/T 18883-2002中室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，硫化氫、苯乙烯的濃度值均符合《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)TJ 36-79》中居住區(qū)大氣中有害物質(zhì)的最高容許濃度要求。

表1 室內(nèi)環(huán)境空氣檢測報(bào)告

2.2 裝置處理模擬廢液產(chǎn)生廢水測試

根據(jù)HJ/T 91地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范要求，對實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置處理模擬廢液的廢水進(jìn)行采樣檢測，測試結(jié)果見表2。結(jié)果表明，廢水中總鈹(Be)、總鎳(Ni)、總鉛(Pb)、總鎘(Cd)、總銀(Ag)、總砷(As)、六價(jià)鉻、總汞(Hg)和烷基汞排放濃度值均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1883中第一類污染物最高允許排放濃度的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限制，總銅(Cu)、總鋅(Zn)、總錳(Mn)、總硒(Se)排放濃度值均符合GB 1883中第二類污染物最高允許排放濃度中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)限值要求。這說明經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置排放到室內(nèi)的空氣質(zhì)量均能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 室內(nèi)環(huán)境空氣檢測報(bào)告

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置將直接對各種實(shí)驗(yàn)室廢液進(jìn)行有效的處理，大大降低實(shí)驗(yàn)室廢液對環(huán)境造成的危害，實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置作為可移動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室廢液無害化、減量化處置平臺(tái)，基于實(shí)驗(yàn)室廢液品種多、毒性大、分散性強(qiáng)、區(qū)域偏遠(yuǎn)，是最理想、最徹底、最切實(shí)可行的處置方案。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)處理裝置的普及將會(huì)幫助實(shí)驗(yàn)室工作人員及學(xué)員樹立正確的環(huán)保意識(shí)和環(huán)保觀念，因此實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置普及項(xiàng)目具有極大的社會(huì)效益。

雖然國家對實(shí)驗(yàn)室廢液處理有嚴(yán)格要求，但現(xiàn)實(shí)是監(jiān)督不是很到位，隨意亂倒現(xiàn)象很多。并且實(shí)驗(yàn)室廢液處理相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)缺失，造成處理設(shè)施裝置無標(biāo)準(zhǔn)可循，無權(quán)威部門出具的鑒定證書，市場認(rèn)可有待提高。創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)室廢液全自動(dòng)收集處理裝置還處于起步階段，市場認(rèn)可度、自身完善度等仍需進(jìn)一步提高。