浅析高校实验废水的处理

2022-09-12

实验技能是高校环境工程专业学生的基本功, 也是本专业学生必须掌握的基本技能。环境工程专业教学所涉及的内容比较宽泛, 它包含了环境监测、环境规划、环境管理与保护等。该专业公共课程包括了必修的四大化学, 即无机化学、有机化学、物理化学和分析化学。化学是一门实验性很强的专业, 它的很多教学要在环境工程实验室完成, 达到教学与实验充分的融合。化学实验在进行过程中, 要用到很多水清洗容器和仪器、用作溶剂和卫生用水及其他用途等。《教育部国家环境保护总局关于加强高等学校实验室排放管理的通知》中明确指出将排污纳入环境监测范围[1], 实验室废水的排放已成为各高校面临的严峻问题。以下就环境工程实验室废水处理方法及污染防治措施提出几点意见。

一、环境工程实验室废水成分

根据实验室废水中所含的成分分为有机废水和无机废水。

1. 无机废水

无机废水中所含的污染成分主要有重金属、酸碱盐、酸碱、氯离子、氰化物、硫化物等。重金属主要是镉、汞、铅、铜、铬、钙、铁等。酸碱盐是各种强酸弱酸与强碱弱碱反应的产物, 如Na CL、KNO3等。强酸包含盐酸、硝酸、硫酸等。强碱有Na OH、KOH等[2]。

2. 有机废水

有机废水中常见的污染物基本来自有机溶剂, 它包括酚类、醚类、醇类以及苯类等。酚类主要包括苯酚、对苯二酚以及萘酚等。醚类主要包括乙醚等。醇类主要是甲醇和乙醇。

二、废水的危害

环境工程综合实验室中的废水污染成分复杂、危害严重, 如果不经处理而直接排放, 废水经下水管进入河流会造成学校周围居民生活用水、农作物灌溉用水的污染, 严重影响社会环境。挥发性有机物质会刺激学生及教师皮肤, 通过皮肤接触和呼吸进入体内危害身体健康。以下从各成分单独分析。

1. 无机物质的危害

重金属中汞的危害程度最大, 它可使人的呼吸道、神经系统严重损坏, 它可以由呼吸系统、消化系统以及皮肤直接进入人体, 严重时可危及生命。其它重金属危害程度仅次于汞, 食入体内亦可使人中毒而死。镉经呼吸道进入人体后, 造成积累性中毒, 能导致肺气肿, 损害肾功能, 肾小管吸收不全, 过多的钙长期受损失而得不到补充, 导致骨质疏松和骨骼软化[3]。验室常用的酸碱有H2SO4、HCL、HNO3、Na OH、KOH、Na2CO3等若直接排放, 会造成系统PH改变, PH过低显酸性, 当PH<5时会腐蚀金属管道;PH>7呈碱性, 水酸碱性过高或者过低均能破坏生态系统, 影响城市污水处理。氰化物分离出的氰离子 (CN_) 能够抑制人细胞内酶的活性使组织细胞不能利用血液中的O2而造成内窒息[4]。

2. 有机物质的危害

实验室废水所包含的有机物中酚类、醚类、醇类均容易挥发且具有毒性。其中酚类毒性最大, 它是一种细胞原浆毒[5], 其毒性与细胞原浆中的蛋白质发生反应, 具有致癌、致畸、致突变毒性, 饮用含酚的水可引起神经系统的各种疾病, 严重时甚至导致人中毒死亡。甲醇无论是经过呼吸还是饮用进入人体, 轻者使人体神经系统遭到破坏, 重者可导致人死亡。

三、实验废水处理方法

高校实验室废水量较少, 但危害性极大, 其排放还具有一定的间歇性。根据污染物的组成不同采取不同的处理措施与方法。根据上述废水中的物质分析, 采用以下集中处理方法。

1. 无机废水处理

(1) 重金属的处理

对于含有较多重金属的实验室无机废水, 一般采用絮凝沉淀法或者硫化物沉淀法。不同的重金属离子采用不同的絮凝剂, 本文分析的废水中所含的金属可以再弱碱条件下除去。反应式如下:

硫化物沉淀法是在弱碱条件 (PH 8~10) 下加入硫化钠, 用碳酸钠调节PH值。反应式如下:

除以上两种方法外, 重金属离子处理还有吸附法等。吸附法是将废液浓度稀释后, 加入过量的活性炭, 调节PH值到6, 充分搅拌过滤, 滤除滤渣。

(2) 硫氰化物的处理

氰化物有剧毒, 我国氰化物的最高排放标准 (以CN-计) 为0.5mg/L【5】。可以用Na2S203溶液进行处理, 使其生成毒性较低的硫氰酸盐, 之后再用热水冲洗, 也可用Fe SO4、KMn O4、Na Cl O2等与其反应代替Na2S203, 如果氰化物废液浓度低, 用Na OH调节PH值至10以上呈强碱性, 再加入KMn O4使CN-氧化分解, 之后再行排放。

硫化物的处理可采用吸附法, 向实验室废水中加入一定量的吸附剂, 利用其比表面积大、吸附能力强的特点使硫化物吸附出去[6]。另外空气氧化法也是去除硫化物的一种方法, 利用空气中的氧将二价硫离子氧化成无毒的硫代硫酸盐和硫酸盐, 反应式如下:

与吸附法相比空气氧化法较简单。

2. 有机废水处理

酚类可以在氧化剂最用下氧化为无毒物质, 低浓度的含酚实验室废水可加入Na Cl O2或者漂白粉等氧化剂, 在碱性条件下使酚氧化为CO2和H20。操作中要注意控制PH在7~9之间为宜, 加入氧化剂的量为废液中含酚量的十倍, 加入一定量高锰酸钾维持反应后颜色为粉红色为宜。高浓度的含酚实验废水可以用乙酸丁酯进行萃取, 之后再用少量的Na OH溶液反萃取, 注意调节PH。部分有机废液可以回收, 回收的有机溶剂应先在分液漏斗中洗涤, 将洗后的有机溶剂进行蒸馏或分馏处理加以精制、纯化, 供实验重复使用。在对实验没有影响的情况下尽量将用过的溶剂回收, 反复使用。对可溶于水的有机物, 例如:甲醇、乙醇、醋酸等溶剂, 因能被细菌作用易于分解, 故这类溶剂的稀溶液, 经用大量的水稀释之后, 即可进行排放。无法回收的有机废液一般可以采用焚烧法、活性碳吸附法、溶剂提取法、氧化分解法、水解法以及生物化学法[7]。

四、防范措施

根据实验废水性质和高校实验室现状, 本课题提出以下几点防范措施:

1. 建立废水处理池

将实验废水集中排放、集中处理。建立本校实验废水排放池, 根据自身废水性质应进行分类处理、收集废液。废水池的建立可有效防止污水外流污染周边水质。排放模式如下:

实验废水→实验室初步处理→排放至集水池沉淀→物理化学方法处理→排放至污排

2. 环境安全管理

加强实验室环境安全管理意识, 尤其是实验室废水安全排放的意识与责任, 建立独立、完善的实验室废水排放系统和废水处置制度。

3. 合理设置教学模式, 推行清洁式废水生产

从源头上控制有毒废水的产生, 开展清洁式生产是控制环境工程实验室废水污染的有效手段, 它能在污染产生之前就予以削减, 能真正有效地控制废液的产生和危害, 同时减之后治理的负担。具体方法如下:

(1) 采用多媒体教学

利用电脑软件模拟整个实验过程, 让学生感同身受、身临其境, 实验过程不采用大量化学试剂, 这样就避免了实验废水的产生以及实验废水带来的危险。

(2) 用无毒试剂代替有毒试剂

从源头避免有毒废液的产生, 如乙酰氯的相关性质实验已取消, 醋酸酐因是制冰毒的二级原料, 酐的水解实验由醇的水解实验代替等。

(3) 合理的课程设计

将实验药品循环利用, 这就要求环境工程试验课程设计合理恰当, 即达到上一实验的生成物是下一实验的反应物, 这样做可以节省药品, 减少污染。学生在练习溶液配制时可以配制酸、碱溶液而酸碱溶液又可用来做酸、碱中和滴定试验, 把实验中的废酸、废碱都收集起来, 既减少了对环境的污染又避免对下水道的腐蚀, 废物得到二次回收利用。如废酸、次氯酸钠等可用于实验楼、学生公寓卫生间的卫生清洗, 在存放挥发性酸的试剂柜里放置废碱, 可以消除酸气, 既改善了实验室环境废物又得到利用。

(4) 试验过程“微型化”

在进行环境工程实验时, 可以将实验过程中的容器及药品“微型化”, 同样一个实验我们可以容器由500ml改为50ml, 将药品同比例缩减配制出同样浓度的试剂, 即我们通常所说的“小量化实验”, 整个操作步骤试验方法不变, 既不影响锻炼学生的实验技能又节约药品、减少污染物的排放。

4. 废水处理后的效果

经过以上处理方法和防范措施每周取集水池里处过的实验室废水进行化验, 部分指标与国家排放标准[10]对比如下:

可见经过以上处理方法得到的水质达到了国家排放标准, 处理方式得当有效, 值得借鉴推广。

结束语

在环境工程实验教学中, 很多高校忽视了对实验废水的管理, 对废液进行很少的处理, 从而导致实验废水污染周边环境。本实验研究课题为实验废水污染防治措施, 对减少实验废水有毒有害物质排放, 使其达到国家排放标准提出了合理的治理和防范措施。由于实验废水中含有多种组份, 本课题组采用分类收集, 分类处理, 在处理方法上采用了废水处理领域的成熟工艺, 如絮凝法、酸碱盐沉淀法、吸附法、氧化分解法、蒸馏回收法、以及焚烧法等, 达到了良好的效果。对保护实验室周边水质、环境有积极意义。

摘要：高校科学实验越来越广泛, 越来越深入, 实验废水的危害也越来越大。本文阐述了高校环境工程专业实验室废水排放情况, 根据废水中含有的有机和无机物质提出处理及防治措施。

关键词：环境工程,实验废水,有机物,无机物,处理措施