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        化工專業(yè)有機化學(xué)實驗廢棄物處理方法研究

        2022-11-09 06:54:24潘慧成文文于育新王婷濱州職業(yè)學(xué)院山東濱州256603
        化工管理 2022年24期
        關(guān)鍵詞:實驗室化學(xué)實驗

        潘慧,成文文,于育新,王婷(濱州職業(yè)學(xué)院,山東 濱州 256603)

        0 引言

        化學(xué)是一門實踐性非常強的學(xué)科,在化工專業(yè)學(xué)習(xí)中,化學(xué)實驗占據(jù)了非常重要的地位。近年來,隨著我國高校注冊規(guī)模的擴大,化學(xué)實驗教學(xué)和科研呈上升趨勢,化學(xué)試劑消耗和實驗廢物排放也呈相應(yīng)上升趨勢。未經(jīng)處理的化學(xué)實驗廢棄物不僅會污染環(huán)境,還會造成浪費。如今,環(huán)保理念和“綠色化學(xué)”已經(jīng)深入人心,危險化學(xué)品的處理方法成為了人們關(guān)注的重點。

        1 化學(xué)實驗室危險化學(xué)廢棄物特點

        化工專業(yè)有機化學(xué)實驗廢棄物具有反應(yīng)性、感染性、腐蝕性、毒性、易燃性、易爆性等一種或多種以上危險性,在進行運輸、儲存和處理等過程中,均可能會直接或間接損害人類的身體健康和生態(tài)環(huán)境。被列入《國家危險廢物名錄》中的液體廢物、廢氣、固體廢物、試劑瓶等各種化學(xué)化工類實驗室廢棄物,均需要進行妥善處理?;瘜W(xué)實驗室產(chǎn)生化學(xué)廢棄物的種類較多,但數(shù)量相對較少。而化學(xué)廢物的成分復(fù)雜,濃度差異很大?;瘜W(xué)實驗中會產(chǎn)生的危險廢棄物如表1所示。

        表1 化學(xué)實驗產(chǎn)生的廢棄物列表

        2 危險化學(xué)廢棄物的處理原則

        根據(jù)化工專業(yè)有機化學(xué)實驗危險化學(xué)廢棄物的特點,處理原則應(yīng)為:(1)危險化學(xué)品廢物的回收和再利用。實驗室化學(xué)廢物盡可能回收利用,以減少危險化學(xué)品廢物對環(huán)境的污染,并降低專業(yè)制造商的處置成本。如果有機化學(xué)實驗需要大量的有機溶劑,在實驗室回收這些溶劑是一種環(huán)境友好、經(jīng)濟的方法,可以通過純化和重復(fù)使用。在設(shè)計和制定實驗方案時,盡量采用鏈?zhǔn)皆囼灧椒?,試驗廢棄物應(yīng)作為另一試驗項目的原料回收利用。(2)減少廢棄物的產(chǎn)生。開展化學(xué)實驗,需要在實驗室中樹立“綠色化學(xué)”和環(huán)保意識,充分考慮廢棄物對環(huán)境和生物的影響,實驗設(shè)計必須安全、環(huán)保。微量、微型實驗可以減少化學(xué)試劑的消耗,避免使用有毒和劇毒的試劑[1]。(3)無害化處理。不可回收的化學(xué)廢棄物在實驗室進行無害化處置,達到國家有關(guān)處置標(biāo)準(zhǔn)后排放;不能在實驗室內(nèi)重復(fù)使用,或應(yīng)按照國家和學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)回收利用。化學(xué)廢棄物應(yīng)分類收集和處置?;瘜W(xué)實驗室的廢棄物雖然數(shù)量少,但種類很多,而且非常復(fù)雜。如果隨意混合,不僅容易造成傷害,而且很難進行后續(xù)處理。由于廢棄物處理部門在處理化學(xué)廢物方面的資質(zhì)有限,并非所有類型的危險化學(xué)廢物都可以處理,但太仔細地對它們進行分類則需要太多的人力和物力。化學(xué)廢棄物的處理不僅應(yīng)便于收集、儲存和運輸,還應(yīng)便于后續(xù)處理。

        3 化工專業(yè)有機化學(xué)實驗廢棄物的處理方法

        3.1 廢液的處理方法

        實驗室排放的廢水主要包括樣品分析殘液、實驗廢水、失效的貯存液、實驗容器清洗液等,濃度低、成分多、數(shù)量小、不穩(wěn)定。從其組成來看,主要廢液為有機廢液和無機廢液。其中,造成嚴(yán)重環(huán)境污染的有機廢液主要成分有苯胺、多氯聯(lián)苯、苯酚、硝基苯、醚、石油、類、油脂類、有機磷化合物和廢有機溶劑等。氰化物、重金屬離子(如:Cr6+、Pb2+、Cd2+、Hg2+)以及其他無機離子等無機廢液均會造成嚴(yán)重環(huán)境污染。實驗室廢液通常含有無機和有機污染物,應(yīng)采取不同的無害化廢水處理措施。

        3.1.1 有機廢液的處理方法

        大多數(shù)液態(tài)有機廢液是有機溶劑,并且具有毒性,如果在實驗結(jié)束后選擇直接排放,會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。然而,大多數(shù)有機廢液都可以回收利用。在化學(xué)實驗中,使用的廢溶劑被倒入指定的回收瓶中。集中回收的有機溶劑通常在分離漏斗中清洗、過濾和脫水(例如添加無水氯化鈣),然后蒸餾或分餾以精煉和純化[2]。所得有機溶劑純度高,能達到重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)。對其他有機廢液,應(yīng)根據(jù)廢液的來源、成分和特性,通過萃取、蒸餾和結(jié)晶分離等方式,將其中的有用成分進行回收。對難以分離和回收的有機廢水可以焚燒。

        (1)含酚廢液的處理

        低濃度含酚廢液中添加漂白粉、次氯酸鈉等,可以使含酚廢液氧化,成為鄰苯二酚和鄰苯并激酮,然后將其作為一般有機廢液進行處理。高濃度含酚廢液使用乙酸丁酯進行萃取,之后使用少量氫氧化鈉溶液萃取。經(jīng)過pH值調(diào)節(jié)之后,進行蒸餾回收處理,重新作為化學(xué)實驗材料使用[3]。

        (2)含苯廢液的處理

        含有苯的液體廢物可以回收或焚燒。少量含苯廢液可放入鐵制容器,在室外點燃,但操作員必須站在風(fēng)的相反方向,握住長棒點燃,至完全燃燒。

        3.1.2 無機廢液的處理方法

        (1)含氰廢液的處理

        氰化物及其衍生物是劇毒物質(zhì)。在化學(xué)實驗室中,CN-具有良好的配位能力,是常見的聯(lián)合因素。含氰廢水的毒性可以采取配位法祛除,在廢水中添加石灰,將pH值調(diào)節(jié)至10,并在其中添加大量濃度為10%的硫酸鐵溶液,經(jīng)過充分混合之后,添加Fe(CN)4-6或Fe(CN)3-6離子穩(wěn)定,其穩(wěn)定常數(shù)分別為3.16×1034,3.98×1043,基本無毒。處理后的廢水可直接排放,不污染環(huán)境[4]。

        (2)含砷廢液的處理

        在化學(xué)實驗過程中產(chǎn)生的含砷廢液,是一種非常常見的化學(xué)廢棄物。而在其中添加熟石灰,使其pH值調(diào)節(jié)至9,使砷生成砷酸鈣或亞砷酸鈣,之后添加FeCl3生成Fe(OH)3共沉淀,祛除溶液內(nèi)懸浮的砷;含砷廢水的pH值也調(diào)節(jié)至10以上,加入硫化鈉與砷反應(yīng),從而成為不溶性低毒硫化物沉淀。

        (3)含汞廢棄物的處理

        含汞廢物主要分為單質(zhì)汞和含汞廢水。其中,單質(zhì)汞主要是由于壓力表和溫度計意外破裂或是極譜分析過程中發(fā)生意外,從而將汞撒落,但是因為汞蒸汽壓非常高,并且產(chǎn)生的汞蒸汽具有劇毒性,因此具有較高的危險性[5]。此時,應(yīng)注意實驗室的通風(fēng),盡快用滴管和刷子將其收集起來,放入盛水的燒杯中。

        含汞廢液的pH值可調(diào)節(jié)至8.9,然后加入過量的鈉硫形成汞硫沉淀。添加硫酸鐵作為共沉淀劑,清液之后進行排放,使用混凝劑將殘渣固化之后,回收或轉(zhuǎn)移到固體廢物處理廠進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[6]。有機汞廢水比無機汞廢水毒性更大,要加入濃硝酸和6%高錳酸鉀溶液,加熱回流2 h。當(dāng)高錳酸鉀溶液的顏色消失時,將溫度降低到60 ℃以下,然后加入適量的高錳酸鉀溶液加熱。有機汞被完全消化成汞離子,并按照前述方法進行處理。

        (4)含鉛、鎘廢液的處理

        廢液中的鉛和鎘是以Pb2+和Cd2+的形式存在。通常情況下,不溶性氫氧化物的形成用于消除其毒性。對含有鉛和鎘的廢棄液體,需要使用石灰將其pH值調(diào)節(jié)至8~10,使鉛和鎘離子形成氫氧化鉛或氫氧化鎘,從而逐漸沉淀分離。之后添加硫酸亞鐵作為共沉淀劑,等待完全沉淀。最后,沉淀物和其他無機物混合燒結(jié)處理,將澄清液排入下水道[7]。

        (5)含鉻廢液的處理

        含鉻廢液在化工專業(yè)化學(xué)實驗中非常常見,其主要來源于實驗室中廣泛使用的鉻酸洗滌液和實驗產(chǎn)生的含鉻廢液,特別是六價鉻廢液。在化工專業(yè)實驗中,將Cr6+轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3能夠?qū)r6+的毒性消除。其具體的方法為:在酸性條件下,添加各種還原劑,如硫酸氫鈉、二氧化硫、硫酸鐵、聯(lián)氨或廢鐵等,將Cr6+還原為Cr3+,然后添加堿,調(diào)節(jié)廢液pH值。Cr3+沉淀產(chǎn)生Cr(OH)3,可以直接排放沉淀物,而沉淀液體則需要經(jīng)過脫水、干燥,使用煤粉和碳粉進行烘烤,之后掩埋處理。

        (6)酸堿廢液及綜合廢水的處理

        化工專業(yè)化學(xué)實驗室在處理常見的酸堿廢液時,對于實驗產(chǎn)生的廢液進行回收或是將其稀釋用來清洗公廁,或用耐酸塑料或玻璃纖維濾網(wǎng)過濾酸渣,用堿中和濾液,并將pH值調(diào)節(jié)至6~8。然后埋在地下[8]。對污染物濃度略高于廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)或是廢水量小、污染物濃度低的一般廢水,經(jīng)過自然水沖洗,或是對其他不含此類污染物的廢水進行稀釋,使廢水中的污染物濃度低于廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn),此時可以將其直接排放。

        3.2 廢氣的處理方法

        少量有毒廢氣經(jīng)通風(fēng)柜或通風(fēng)管由空氣稀釋后排放。通風(fēng)管道應(yīng)有一定高度,使排出的氣體易于被空氣稀釋;大量有害、有毒以及腐蝕性廢氣需要使用液體或固體吸收劑經(jīng)過吸收、氧化或分解之后排放。

        (1) 溶液吸附法

        通過適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑對混合物進行處理,將其中的有害氣體去除。而常見的液體吸收劑包括水、氧化劑溶液、堿性溶液、酸性溶液和有機溶液,可以直接用于凈化廢氣。

        (2) 固體吸收法

        該方法主要是通過廢氣與固體吸收劑接觸來分離廢氣,能吸收廢氣中的雜質(zhì)到固體表面。該方法主要適用于廢氣中低濃度污染物的處理[9]。例如,活性炭能夠?qū)⒋蟛糠值挠袡C和無機氣體吸收;分子篩可以選擇性地吸收NOx、CS2、H2S、NH3、CCl4;硅藻土能夠選擇性地吸收H2S、SO2和汞。

        3.3 廢渣的處理方法

        盡量回收利用,不能回收利用的無毒廢渣可直接掩埋;有毒廢渣應(yīng)與水泥混合固化,并遠離生活區(qū)掩埋(應(yīng)記錄深埋位置)或焚燒。

        (1) 生物廢渣的處理

        易燃固體廢棄物必須及時焚燒,不易燃固體廢物可以用漂白劑氯化消毒。滿足條件后,可進行最終處理。例如,一次性產(chǎn)品必須集中燃燒;可重復(fù)使用的玻璃設(shè)備需要在1 000~3 000 mg/L有效氯溶液中經(jīng)過2~6 h的浸泡,充分清洗之后投入下次使用。裝有標(biāo)準(zhǔn)品的容器經(jīng)過15 min的煮沸消毒,用于培養(yǎng)微生物的皮氏培養(yǎng)皿必須用高壓蒸汽消毒;用于接種和培養(yǎng)微生物的瓊脂平板應(yīng)在壓力下滅菌30 min,然后倒入瓊脂中,趁熱丟棄[10]。

        (2) 放射性廢渣的處理

        放射性廢渣是指被放射性物質(zhì)污染而不能使用的物品,需要基于污染程度和廢物的不同性質(zhì)采取不同的處理方法。被放射性物質(zhì)污染的儀器、設(shè)備和金屬制品,在重復(fù)使用前,可用適當(dāng)?shù)那鍧崉┎潦煤颓鍧崱扇脊腆w廢物,可使用專用焚燒爐進行焚燒和還原,其灰燼可密封在專用容器中;對不可燃固體廢物,經(jīng)壓縮和還原后,可放置在專用容器中,然后將焚燒、密封、壓縮和還原后的專用容器埋在地下或儲存在混凝土結(jié)構(gòu)的地下安全貯存庫。

        4 結(jié)語

        綜上所述,化工專業(yè)實驗產(chǎn)生的廢棄物種類非常多,且成分較為復(fù)雜,需要針對這一問題采取妥善措施。妥善處理化工專業(yè)實驗產(chǎn)生的廢棄物,能夠有效降低對環(huán)境的污染,并且還可以回收有用物質(zhì),節(jié)省實驗開支。

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