實(shí)驗(yàn)室廢水處理探討

潘文瀾，羅定貴，張鴻郭，邵 敏

(1. 廣州大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 廣州大學(xué) 珠江三角洲水質(zhì)安全與保護(hù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510006）

實(shí)驗(yàn)室廢水處理探討

潘文瀾1,2，羅定貴1,2，張鴻郭1,2，邵 敏1

(1. 廣州大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006；2. 廣州大學(xué) 珠江三角洲水質(zhì)安全與保護(hù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510006）

實(shí)驗(yàn)室廢水對(duì)環(huán)境有很大的危害性，必須先進(jìn)行處理才能排入城市下水道或周邊環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室廢水處理的方法多種多樣，可以用一種辦法，也可以多種辦法聯(lián)合使用。探討了實(shí)驗(yàn)室廢水處理的幾種方法，為實(shí)驗(yàn)室廢水處理提供參考。處理后的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可以參考國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)室廢水；處理方法；保護(hù)環(huán)境

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和教學(xué)與科研的需要，要建設(shè)越來越多的實(shí)驗(yàn)室以滿足化學(xué)、化工和檢測(cè)分析的要求，這些實(shí)驗(yàn)室會(huì)產(chǎn)生諸多廢棄物，其中廢水是一個(gè)重要的組成部分。目前仍有許多實(shí)驗(yàn)室排放的實(shí)驗(yàn)廢水都未經(jīng)任何處理而直接排放，其中的污染物經(jīng)過長時(shí)間的積累后會(huì)對(duì)水環(huán)境 、土壤環(huán)境和人的健康造成影響 。為保護(hù)環(huán)境，對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢水應(yīng)進(jìn)行治理，因此有必要研究實(shí)驗(yàn)室廢水治理的處理工藝和環(huán)保對(duì)策。實(shí)驗(yàn)室的廢水排放往往是不連續(xù)的，其濃度是多變的， 其成分極其復(fù)雜，有很多影響因素 ，將實(shí)驗(yàn)室廢水排入城市下水道或周邊環(huán)境也是不符合環(huán)境保護(hù)要求的[1-3]。 本文對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢水處理有以下一些探討。

1 從源頭上減少污染物的排放

可從幾個(gè)方面進(jìn)行：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要合理，盡量減少有毒有害物質(zhì)的使用。有一些實(shí)驗(yàn)尤其是化工類實(shí)驗(yàn)，可以采用微型實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行，以減少廢物的生成。要選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，控制好實(shí)驗(yàn)條件，盡可能選用先進(jìn)儀器 ，以減少由于儀器不準(zhǔn)確造成重復(fù)實(shí)驗(yàn)而增加污染；對(duì)高濃度污染廢水要進(jìn)行收集，如果需要可以分類收集，以便于集中處理[4-7]。對(duì)較輕濃度的污染廢水，要投資建設(shè)簡(jiǎn)單有效的處理設(shè)施在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理；培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室人員的科學(xué)態(tài)度和良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣[2]。實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和管理人員在單位提供幫助下應(yīng)能夠自己使用一些簡(jiǎn)易的辦法處理實(shí)驗(yàn)室廢水，起碼能做到初步進(jìn)行處理。

2 處理方法

2.1 重金屬廢水的處理

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中,常常產(chǎn)生含有重金屬污染物的廢水。重金屬廢水的污染對(duì)人類危害極大，一定要進(jìn)行處理。以銅、鎘、鉛廢水的處理為例。銅本身毒性很小，但接觸高濃度銅化合物時(shí)可發(fā)生皮膚發(fā)炎和壞死。鎘是一種有毒物質(zhì)，在人體內(nèi)可殘留3~9年。鎘鹽中毒后潛伏期極短，甚至可能休克致死。慢性鎘中毒可引起骨質(zhì)變軟。鉛及其化合物對(duì)人體的很多系統(tǒng)都有毒性作用，會(huì)引起神經(jīng)衰弱、貧血和腎炎[8]。對(duì)含較高濃度的重金屬離子的廢水可以用電解法和化學(xué)沉淀法來處理。電解法是利用直流電進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的過程。如電解法處理含鉻廢水，廢水中的污染物質(zhì)可以在陰極上直接還原，由高價(jià)有毒金屬還原為低價(jià)有毒金屬或在陰極直接還原析出金屬?；瘜W(xué)沉淀法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體共沉淀法，其原理是通過化學(xué)反應(yīng)使廢水中呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔?，通過過濾和分離使沉淀物從水溶液中去除。以中和沉淀法為例，無氰鍍鎘廢水的處理可用加堿劑調(diào)pH值至10.5以上，堿劑為NaOH 或Ca(OH)2，發(fā)生的反應(yīng)是：Cd2++ 2OH-→Cd (OH)2↓，使處理后出水含Cd＜1 mg/L 。酸性含銅廢水的處理可調(diào)pH值，先酸化至pH = 2 ，使銅絡(luò)離子解離，加Ca(OH)2，然后再調(diào)pH = 9 ， Cu2+大部份被沉淀。鉛廢水的處理采用先加石灰石，然后加石灰或NaOH的辦法可以使Pb2+大部份被沉淀[8]。 由于受沉淀劑和環(huán)境條件的影響，沉淀法往往出水濃度達(dá)不到要求，在水處理時(shí)需作進(jìn)一步處理，另外沉淀法產(chǎn)生的沉淀物也必須很好地處理與處置，否則會(huì)造成二次污染。可以用吸附法對(duì)廢水中的重金屬作進(jìn)一步處理，吸附材料有多種，如無煙煤濾料、磁鐵礦濾料、石灰石濾料、陶粒濾料、沸石、麥飯石濾料、活性炭、腐殖酸等等，從不同pH值、效果、價(jià)格、原料供應(yīng)上進(jìn)行比較，觀察它們對(duì)廢水中的重金屬的去除效果，看那一種去除效果好，那一種更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠?；钚蕴繜o疑是吸附效果最好的材料，活性炭吸附法[9]對(duì)于溶解狀態(tài)的物質(zhì)有著很好的處理效果。另外土壤對(duì)重金屬也有吸附作用，土壤中無機(jī)或有機(jī)組分都可能選擇性地或非選擇性地吸附陽離子。以土壤對(duì)銅的吸附為例，已知同一種土壤在不同條件下對(duì)銅的吸附能力有很大差別，而對(duì)吸附影響比較大的兩種因素是土壤的組成和pH值，將土壤風(fēng)干，研磨細(xì)至100目，調(diào)節(jié)廢水pH值，將土壤倒入有重金屬銅污染物的廢水中，廢水中銅的濃度將顯著降低，這是有很多實(shí)驗(yàn)可以證明的。多次實(shí)驗(yàn)證明pH值增大，土壤對(duì)銅離子的吸附增大，在土壤中加入腐殖酸，土壤對(duì)銅的吸附將更加增強(qiáng)[10,11]。

2.2 有機(jī)廢水的處理

有一些高濃度的有機(jī)廢水往往難以生物降解，排到下水道以后會(huì)造成很大的污染。現(xiàn)在越來越多的水處理新技術(shù)在興起運(yùn)用，臭氧高級(jí)氧化技術(shù)是其中之一[12,13]。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑,有特殊的腥臭味，臭氧的氧化還原電位是2.07 V ,僅次于氟，具有很強(qiáng)的氧化能力。臭氧具有化學(xué)氧化特性和產(chǎn)生活潑的羥基自由基（OH·），OH·電位高，其氧化還原電位為2.80 V，反應(yīng)能力強(qiáng)，速度快。臭氧與污染物反應(yīng)，使有機(jī)物大分子斷裂，生成分子量小、無色的有機(jī)酸、醛等中間產(chǎn)物。利用臭氧降解染料廢水，使染料脫色，是較快而有效的方法之一。但是臭氧氧化過程中也可能產(chǎn)生一些有害副產(chǎn)物，這一方面是由于臭氧用量不夠，反應(yīng)不完全，另外臭氧的氧化活性具有很高的選擇性造成的。為彌補(bǔ)缺陷，可以使用臭氧與其它方法相結(jié)合的辦法，對(duì)廢水處理的方案進(jìn)行改進(jìn)。西方國家近年來都建立了大規(guī)模的臭氧污水處理廠 。 美國地下水技術(shù)公司在試驗(yàn)用臭氧化技術(shù)處理土壤及地下水污染取得成功 。試驗(yàn)表明 ，臭氧化技術(shù)可以在幾個(gè)月內(nèi)消除 35 %～98 % 的有毒物質(zhì) ，而這些有毒物質(zhì)用揮發(fā)、生物降解等傳統(tǒng)方法來處理則需幾年時(shí)間[13]。 實(shí)驗(yàn)室中使用Fenton試劑來處理有機(jī)廢水也是較快而有效的方法[12]，在酸性水溶液中Fe2+和H2O2共存組成Fenton試劑，F(xiàn)enton反應(yīng)的機(jī)理是金屬陽離子氧化態(tài)和還原態(tài)的變化使H2O2催化分解產(chǎn)生OH·。在Fenton試劑催化和氧化的影響因素中，pH值和H2O2投加量，還有催化劑Fe2+投加量對(duì)產(chǎn)生OH·有著重要影響。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，COD 的去除率接近最大值?，F(xiàn)在還有很多人使用超聲波直接降解廢水[12]。人耳能聽到的聲波頻率為16 Hz ～ 20 Hz ，大于20 Hz的稱為超聲波，用于化學(xué)化工的超聲波頻率一般為20 Hz ～ 2 MHz ，近年來發(fā)現(xiàn)超聲波可以用來降解水中化學(xué)污染物，尤其是難降解有機(jī)物，反應(yīng)時(shí)有熱解、超臨界水氧化反應(yīng)，還有自由基（OH·）氧化反應(yīng)。它降解速度快、適用范圍廣、降解條件溫和 , 可單獨(dú)使用，也可以與其它水處理技術(shù)聯(lián)用 。在合適的條件下，有機(jī)物可以被徹底礦化為二氧化碳和無機(jī)離子。隨著水處理技術(shù)的日新月異，越來越多的水處理新技術(shù)被應(yīng)用，為廢水處理提供更多更好的辦法。活性炭吸附法也廣泛應(yīng)用于有機(jī)廢水的處理，活性炭品種很多，按生產(chǎn)原料的不同有煤基活性炭、木質(zhì)活性炭、果殼活性炭和合成活性炭，活性炭有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，有巨大的比表面積，因此具有吸附氣體和液體分子的能力[10]?；钚蕴拷Y(jié)構(gòu)的不同影響著它對(duì)物質(zhì)的吸附。實(shí)驗(yàn)證明活性炭吸附苯酚廢水時(shí)，粉末活性碳要比顆粒狀活性炭效果好得多。有學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)柱狀大顆?；钚蕴课胶獜U水比粉末活性炭效果好。

2.3 污染較輕程度廢水的處理[14，17]

當(dāng)前在城市污水處理中生物法得到廣泛應(yīng)用，對(duì)污染較輕程度廢水來說，此法比較廉價(jià)而且有效。向生活污水中曝氣，保留沉淀物，更換新鮮污水，持續(xù)一段時(shí)間后，在污水中形成一種黃褐色的絮凝體。這種絮凝體由大量微生物所構(gòu)成，稱為“活性污泥”?；钚晕勰嘀械奈⑸锶后w在新陳代謝功能的作用下能將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機(jī)物質(zhì)。污水與活性污泥接觸后的較短時(shí)間內(nèi)，有機(jī)污染物被物理吸附和生物吸附而大量去除，被吸附在微生物表面的有機(jī)物經(jīng)過一段時(shí)間曝氣之后相繼被攝入微生物體內(nèi)，在各種胞內(nèi)酶的催化作用下，被微生物進(jìn)行代謝，一些被氧化和分解獲取能量，一些被用于合成新細(xì)胞?；钚晕勰鄡艋磻?yīng)受到一些因素的影響：營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧含量、pH值、水溫、有毒物質(zhì)。只有適宜的條件，活性污泥才能很好地處理污水。有毒物質(zhì)對(duì)微生物同樣有毒害作用，可以通過馴化，逐步增高有毒物質(zhì)的濃度，微生物逐步可以將有毒物質(zhì)作為營養(yǎng)，使其降解，例如生物脫酚技術(shù)。間歇式活性污泥處理系統(tǒng)（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）英文簡(jiǎn)稱SBR工藝，是一種按間歇曝氣方式來運(yùn)行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。其優(yōu)點(diǎn)是工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備少、布置緊湊、占地面積省、造價(jià)低、便于操作和維護(hù)管理。主體設(shè)備只有一個(gè)序批式間歇反應(yīng)器，無二沉池和污泥回流系統(tǒng)，也可省略調(diào)節(jié)池和初沉池。非常適合處理小水量，間歇排放的工業(yè)廢水與分散點(diǎn)污染源廢水（如實(shí)驗(yàn)室廢水）的治理。使用自動(dòng)控制SBR工藝，在很多發(fā)達(dá)國家得到廣泛應(yīng)用。生物降解法又分為好氧法和厭氧法，厭氧法比好氧法在處理廢水中更具有優(yōu)勢(shì)。另外需要注意的是剩余污泥要排出處理系統(tǒng)，否則也會(huì)造成二次污染。

2.4 濃酸濃堿、無機(jī)鹽和堿類廢水的處理

這類廢水會(huì)造成農(nóng)田土壤的板結(jié)和鹽堿化，使農(nóng)作物減產(chǎn)。濃酸濃堿廢水對(duì)建筑物、水生生物也有很大的危害。處理這類廢水同樣可用物理處理法（離心分離，沉淀，過濾），化學(xué)處理法（中和法，化學(xué)沉淀，氧化還原等），物理化學(xué)處理法（吸附，離子交換，膜分離）和生物處理法（好氧，厭氧）進(jìn)行處理[14-16]。

2.5 懸浮物和膠體顆粒污染物廢水的處理

混凝法和氣浮法也是水處理中常用的方法。對(duì)于懸浮物和膠體顆粒的污染物可以使用混凝法。加入混凝劑攪拌，使膠體脫穩(wěn)，結(jié)成大顆粒絮體而發(fā)生沉降。常用的混凝劑是鋁鹽和鐵鹽，有硫酸鋁、明礬、鋁酸鈉、三氯化鋁、堿式氯化鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵及三氯化鐵，還有聚丙烯酰胺等[17]。 處理流程包括投藥、混合、反應(yīng)及沉淀分離幾個(gè)部分。氣浮法是固液分離和液液分離的一種技術(shù)。它是用某種方法產(chǎn)生大量的微氣泡， 使固體或液體污染物微粒粘附在微氣泡上，上浮形成浮渣。適用于比重小于1的懸浮物、油類和脂肪[14]。 按汽泡產(chǎn)生的方法，可分為加壓溶氣氣浮法、噴射氣浮法、機(jī)械細(xì)碎空氣氣浮法、多孔材料鼓風(fēng)布?xì)鈿飧》ê碗娊鈿飧》╗17]。

3 沉淀物的處理

廢水處理后產(chǎn)生的沉淀物，對(duì)其中有價(jià)值并有條件回收的物質(zhì)可以先進(jìn)行回收利用，如對(duì)用活性炭吸附法處理重金屬產(chǎn)生的沉淀物可以進(jìn)行解吸，電解，提取其中有用物質(zhì)。離子交換法處理廢水也可以進(jìn)行解吸，濃縮，再利用其中有用物質(zhì)。對(duì)污泥可以進(jìn)行濃縮，經(jīng)過自然干化之后用于堆肥，也可以用作人工濕地污泥，或經(jīng)過機(jī)械脫水之后干燥焚燒、填埋[14]。

4 結(jié) 語

我國為防止水環(huán)境污染頒布了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，里面包括污染物最高允許排放的濃度，部分行業(yè)最高允許排水量。同時(shí)還頒布了地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，污水排入城市下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等許多標(biāo)準(zhǔn)[14]。處理后的水可以參考上述這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行排放。

實(shí)驗(yàn)室廢水的排放是一個(gè)重要的污染源。要治理好實(shí)驗(yàn)室廢水，使其達(dá)標(biāo)排放，是一項(xiàng)重要任務(wù)，對(duì)促進(jìn)環(huán)境保護(hù)，提高現(xiàn)代生活質(zhì)量至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)室廢水中的污染物是多種多樣的，處理方法也是多種多樣的，往往需要多種方法聯(lián)合使用?，F(xiàn)在水處理技術(shù)涌現(xiàn)出許多新方法、新技術(shù)，除前面提到的臭氧高級(jí)氧化技術(shù)、Fenton試劑均相催化氧化技術(shù)、超聲波降解水中化學(xué)污染物技術(shù)之外，還有半導(dǎo)體(如TiO2)光催化氧化技術(shù)，電催化氧化（用半導(dǎo)體或貴金屬作陽極）技術(shù)以及各種高級(jí)氧化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)[12]，這些將成為研究的熱點(diǎn)。

[1] 何桂嫦,嚴(yán)寒歸，梁明華,等.廣州大學(xué)城高校實(shí)驗(yàn)室廢水污染特征及防治初探[J].中國西部科技,2009,167(2):36-38.

[2] 嚴(yán)寒歸，何桂嫦，梁明華,等. 高等院校實(shí)驗(yàn)室廢水排放調(diào)查與處理工藝設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代農(nóng)村科技,2009(5):48-49．

[3] 孔德芳,張笑一.高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)廢水處理初探[J].貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào),2006,24(3):36-41.

[4]高強(qiáng).高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水處理[J].高等教育在線，2009, 591(8):113-114.

[5] 楊蘊(yùn)敏.實(shí)驗(yàn)室廢水的清潔生產(chǎn)管理[J].西南給排水，2008，30（4）：45-48.

[6] 彭實(shí).關(guān)于一些高校實(shí)驗(yàn)室廢液管理現(xiàn)狀的調(diào)研報(bào)告[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2010,27(2):153-157.

[7] 陳新苗，馮小軍，曹紅梅.實(shí)驗(yàn)室廢水處理淺析[J].中國校外教育，2009(80：132.

[8] 孟祥和,胡國飛.重金屬廢水處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[9] 沈曾民，張文輝，張學(xué)軍,等.活性炭材料的制備與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[10] 何燧源，金云云，何方.環(huán)境化學(xué)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，1996.

[11] 董德明，朱利中. 環(huán)境化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M]. 北京：高等教育出版社，2002.

[12] 苑寶玲,王洪杰.水處理新技術(shù)原理與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[13] 徐新華，趙偉榮 .水與廢水的臭氧處理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[14] 張自杰,顧夏聲，林榮忱,等.排水工程下冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[15] 馮敏.現(xiàn)代水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[16] 祝優(yōu)珍,王志國,趙由才.實(shí)驗(yàn)室污染與防治[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[17] 毛悌和,王嘉君，高興波,等.化工廢水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

Research on Treatment of Laboratory Wastewater

PAN Wen-lan1,2,LUO Ding-gui1,2,ZHANG Hong-guo1,2,SHAO Ming1
(1. School of Environmental Science & Engineering,Guangzhou University , Guangdong Guangzhou 510006 , China；2. Key Laboratory for Water Quality Security and Protection in Pearl River Delta, Ministry of Education and Guangdong Province, Guangzhou University, Guangdong Guangzhou 510006，China)

As laboratory wastewater has considerable harm to the surrounding, it has to be properly treated before discharge. Treatment methods for the wastewater are various, one method or the combination of several methods can be used to treat the wastewater. In this article, several treatment methods for the laboratory wastewater were discussed, which can provide some references for the proper treatment of the laboratory wastewater. The standard of water quality after treatment may refer the national disposal standard.

Laboratory wastewater ; Treatment methods ; Environment protection

X 703

A

1671-0460（2011）12-1274-03

廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：2009B030802017、2010B030900008 。

2011-09-22

潘文瀾（1966-），女，廣東廣州人，高級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)師，1988年畢業(yè)于云南大學(xué)化學(xué)系，研究方向：從事水處理等的實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)研究以及實(shí)驗(yàn)室管理。E-mail：panwenlan@21cn.com。