趙 靜 施巧芳 吳 俊

(揚(yáng)州大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225002)

化學(xué)類實(shí)驗(yàn)是國內(nèi)各綜合性大學(xué)和工科院校諸多專業(yè)學(xué)生的必修課程?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》要求不斷提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，鼓勵學(xué)生主動實(shí)踐，開展實(shí)驗(yàn)，從實(shí)踐中學(xué)習(xí)[1]。我?；瘜W(xué)化工學(xué)院根據(jù)要求增加了大學(xué)階段化學(xué)類實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐內(nèi)容，在一定程度上增加了化學(xué)試劑的使用數(shù)量，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室廢液量的增大。其次，隨著大學(xué)擴(kuò)招及化學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的不斷改進(jìn)，參加上述實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生人數(shù)逐年增加，也使得實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生越來越多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染及安全問題不可忽視[2]。

1 自制廢液預(yù)處理裝置的必要性

我?；瘜W(xué)化工學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生的廢液，不僅COD值高，且成分復(fù)雜，一般含有無機(jī)腐蝕性物質(zhì)，如酸、堿等廢液；還有有機(jī)酸類、無機(jī)鹽離子、一些重金屬離子、其他羧基、羰基、羥基、氨基、芳環(huán)、酚類、醚類等有機(jī)化合物。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，處理不當(dāng)會造成嚴(yán)重的安全事故[3，4]。

2011年以來，我校環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院自制了一整套大型的實(shí)驗(yàn)室廢液處理裝置，并承擔(dān)了全校各校區(qū)的廢液集中處理工作[5]。但鑒于化學(xué)化工學(xué)院廢液的特殊性(高濃度有機(jī)物，高COD，金屬離子成分復(fù)雜等)，雖然學(xué)院一般對廢液進(jìn)行預(yù)分類收集，但未經(jīng)預(yù)處理的廢液仍然對學(xué)校廢液處理裝置造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，經(jīng)常造成該裝置堵塞、生物毒化脫落等不正常現(xiàn)象，引起其間斷性停工檢修和維護(hù)。因此，設(shè)計開發(fā)一套有針對性的化學(xué)廢液預(yù)處理裝置，通過該裝置對化院實(shí)驗(yàn)教學(xué)廢液進(jìn)行預(yù)處理，增強(qiáng)廢液的可生化性，減小其對學(xué)校廢液處理裝置的沖擊負(fù)荷，提高化學(xué)廢液的整體處理效率。

2 裝置設(shè)計思路

針對上述問題，我們自主設(shè)計開發(fā)了一套專門針對化學(xué)廢液的預(yù)處理裝置，如圖1(示意圖)和圖2(實(shí)物圖)所示。

圖1 化學(xué)廢液預(yù)處理裝置示意圖

圖2 化學(xué)廢液預(yù)處理裝置實(shí)物圖

本自制裝置采用間歇式處理方式?；瘜W(xué)廢液主要經(jīng)過化學(xué)-物理作用進(jìn)行預(yù)處理，該裝置涉及三個處理單元，主要設(shè)計思路有以下幾點(diǎn)。

(1)中和混凝罐(圖1中圖例1)：主要對化學(xué)廢液進(jìn)行pH值調(diào)整，同時盡可能除去廢液中存在的重金屬離子、實(shí)現(xiàn)固液分離。

(2)臭氧超聲罐(圖1中圖例2)：該罐體采用雙層夾心式設(shè)計，即夾層內(nèi)部安裝超聲發(fā)生器，并主要安裝于罐體的中下部分，多個超聲發(fā)生器均勻分布，使超聲作用能夠均勻的作用于廢液處理，最大可能發(fā)揮其效能。同時考慮到超聲產(chǎn)生的噪聲影響，在夾層內(nèi)部(靠外部分)加裝一層隔音層，達(dá)到吸波的作用，增強(qiáng)該裝置的操作舒適度，改善工作環(huán)境。

(3)撬裝可移動設(shè)計：所有罐體通過耐腐蝕管道連接，管道采用螺紋連接，增強(qiáng)其可維護(hù)性及可修理性。同時采用撬裝設(shè)計，保證裝置具有可移動性，便于進(jìn)行異地廢液處理，具有更好的普適性。

(4)自動化控制方式：裝置設(shè)計為配合儀表進(jìn)行現(xiàn)場手動控制和PLC自動控制，這樣現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障時可以快速地切斷故障設(shè)備的運(yùn)行，在整個系統(tǒng)中，保證系統(tǒng)其它無關(guān)聯(lián)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣可以保證裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 裝置取得成效

該自制的化學(xué)廢液預(yù)處理裝置自投入實(shí)用階段以來，主要在以下三方面取得了良好的成效：

(1)化學(xué)廢液處理效果。該裝置可將廢液中存在的重金屬離子、金屬離子形成沉淀，實(shí)現(xiàn)固液分離。通過對廢液的處理結(jié)果檢測表明，裝置對Cr、Co、Ca、Fe等金屬離子的總體去除率在90%～97%之間，有效減少了廢液中的金屬離子含量，增強(qiáng)了其可生化性。其次，通過超聲和臭氧聯(lián)合作用提高廢液處理效率，大幅降解了廢液中的有毒有機(jī)物含量。對有機(jī)廢液處理結(jié)果表明，該裝置對廢液中的COD去除總效率達(dá)75%～87%，達(dá)到了充分降低COD的效果。

(2)教學(xué)及科研效果：本自制裝置不僅解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中涉及的化學(xué)類廢液的預(yù)處理問題，能夠滿足化學(xué)學(xué)科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，同時還豐富了相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，提高了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平。該裝置還為化學(xué)化工類大學(xué)生科創(chuàng)競賽、挑戰(zhàn)杯等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提供了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐平臺。

(3)普適性效果：該裝置涉及的臭氧+超聲氧化對本校各類廢液(不僅僅是化學(xué)類廢液)均具有良好的氧化降解處理作用，能有效降低其COD值，提高可生化性。因此不僅化學(xué)化工學(xué)院受益，其他涉及廢液的學(xué)院也具有可操作性，即該裝置具有很好的普適性。目前該裝置已申報專利(一種采用超聲-臭氧協(xié)同降解實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液的預(yù)處理裝置，申請?zhí)枺?02022666783.0)。

4 結(jié)語

隨著全社會環(huán)保及安全要求的迅速提高，大學(xué)實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢液的收集及預(yù)處理對我國所有高校來說都是一項(xiàng)全新的任務(wù)及挑戰(zhàn)。教師根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計并開發(fā)有針對性的化學(xué)廢液處理裝置，不僅具有良好的創(chuàng)新性、實(shí)踐性，更體現(xiàn)獨(dú)創(chuàng)性(市場上購買不到此類產(chǎn)品)，也是教學(xué)及科研相結(jié)合的研制成果。將該裝置用于實(shí)際教學(xué)，不僅提高了化學(xué)廢液的整體處理效果，增強(qiáng)了學(xué)生的工程設(shè)計及環(huán)保理念，而且激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和探索求知欲，提高了教學(xué)效果及科研能力。