實驗室廢水的危害及處理

張 偉

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南昆明650051)

0 引 言

化工業(yè)的發(fā)展對社會的進步起了重要的推動作用，人們在看到成果的同時也不能忽視由此帶來的環(huán)境污染問題。各種大小實驗室排出的廢氣、廢渣、廢水積少成多，嚴重污染了大氣、水質(zhì)和土壤，破壞生態(tài)平衡，威脅人類健康。解決處理這些污染是綠色化學、保護環(huán)境的重要措施，對人類的生存和經(jīng)濟的發(fā)展起到積極的作用。

1 實驗室廢水的危害

在實驗過程中及實驗完成后會產(chǎn)生對人體和環(huán)境有害的多種廢液、廢渣、廢氣。容易造成環(huán)境污染的有害氣體就有20多種，如NO2、SO2、CO等;廢液如廢棄的H2SO4、HCl及清洗玻璃器皿產(chǎn)生的污水等;廢渣如各種固體廢棄物。這些氣體和排放的廢液、廢渣直接或間接地對環(huán)境造成了污染，危害人類的健康。

化學實驗產(chǎn)生的廢水進入河流或地下水等水體中，使水和水體的物理、化學性質(zhì)發(fā)生變化而降低了水體的使用價值，使工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活用水受到了嚴重影響。水體污染嚴重危害人體健康，甚至會致癌、致畸、致突變。據(jù)世界衛(wèi)生組織報告顯示，全世界75%左右的疾病與水質(zhì)不良有關。常見的消化疾病、糖尿病、痛風、致癌、結石病、心血管病、傷寒、腸胃炎、腹瀉、霍亂、痢疾和傳熱性肝炎等多達50種疾病的發(fā)生與傳播都和直接飲用污染水有關。全世界每年由于水污染導致死亡的兒童有5 000萬;心血管病患者有3 500萬;結石病患者有7 000萬;肝炎患者有9 000萬;3 000萬人死于肝癌和胃癌。

1.1 有害無機污染物

主要是指 Hg、Zn、Ni、Cr、Cu、Cd、Pb、Mn 等重金屬離子和砷化物、氰化物、氯化物、硫化物等，產(chǎn)生這些廢水的主要原因是由于這些元素化學實驗次數(shù)較多，廢水排放量較大，隨著廢水的排放而進入天然水體，從而導致水體的污染。

由于重金屬進入水體后不會自動消失，而且特別容易在生物體內(nèi)積累，因此重金屬污染物一般具有潛在的危害性，它們對生物環(huán)境和人體健康的危害非常巨大。重金屬的污染物與有機污染物不同，水中的微生物難于使之分解消化，經(jīng)過“蝦吃浮游生物、小魚吃蝦、大魚吃小魚”的富集，濃度逐級加大，而人正處于食物鏈的終端，通過食物或者飲水，將有毒物攝入體內(nèi)。這些有害物不易排泄，會在人體內(nèi)積蓄，引起慢性中毒。在生物體內(nèi)的某些重金屬又可能被微生物轉(zhuǎn)化為毒性更大的有機化合物。例如:Pb會引起腎病、神經(jīng)痛、麻風病等;廢水排放的無機汞，會引起神經(jīng)中毒癥、精神絮亂、瘋狂、痙攣乃至死亡。在物理、化學、生物因素的作用下，轉(zhuǎn)化成甲基汞為主要類型的有機形態(tài)，更易于被動植物攝食、吸收、積累，最終導致人類發(fā)生包括肢體感覺障礙、運動失調(diào)、語言障礙、視野縮小和聽力障礙等癥狀的綜合性神經(jīng)病變，即“水俁病”。Cr是毒性較高的元素之一，廢水中的Cr主要以重鉻酸根離子或鉻酸根離子形式存在，會引起腎臟功能絮亂、癌變等。其中六價鉻的毒性最大，對皮膚有刺激可致潰爛，進入呼吸道會引起發(fā)炎和潰瘍，同時還是一種致癌物質(zhì)，所以國家規(guī)定廢水中六價鉻的排放標準必須＜0．5 mg/L;Cu可以迅速抑制動物的呼吸而減弱動物運動、攝食和繁殖功能，甚至造成動物的死亡。Hg、Cd等也有類似的危害。重金屬污染物的毒害不僅與其攝入機體內(nèi)的數(shù)量有關，而且與其存在形態(tài)有密切關系。不同形態(tài)的同種金屬化合物其毒性可以有很大差異。例如:烷基汞的毒性明顯大于二價汞離子的無機鹽。Cd中毒會引起骨髓變形、腰背痛、中毒、紅血球病變等;As會在人體內(nèi)積累，引起神經(jīng)炎、急性中毒甚至死亡，屬致癌類(皮膚癌)之一?；衔镏杏袡C砷的毒性最大，其次為AsO2、AsO3-4;鋇鹽中的BaSO4因其溶解度小而無毒性，BaCO2雖難溶于水，但能溶于胃酸，所以和BaCl2一樣有毒。

污染物中氰化物的毒性是很強的，致死量為0．05～0．12 g。氰化物以各種形式存在水中，所有氰化物及衍生物都劇毒，而且中毒作用非常迅速，能使中樞神經(jīng)系統(tǒng)癱瘓，使呼吸酶及血液中血紅蛋白中毒，從而使機體窒息。氰化物會使水產(chǎn)生杏仁味，水中含量不得超過0．05 mg/L。N和P會使水中的藻類瘋長覆蓋水面隔絕水面與大氣的富氧，加上藻類自身死亡與腐化，消耗溶解氧，使水中的魚類等死亡，逐漸淤積，造成水體富營養(yǎng)化、水體老化。

1.2 有機污染物

化學實驗排放的廢液中含有大量的酚、蛋白質(zhì)、脂肪、有機酸堿等有機物質(zhì)，對微生物有毒害和抑制作用，分解時需消耗水中的溶解氧。天然水體中溶解氧含量一般為5～100 mg/L，當大量耗氧有機物排入水體后，使水中溶解氧急劇減少，水體出現(xiàn)惡臭，破壞水中生態(tài)系統(tǒng)，對漁業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水的影響甚大。

2 實驗室管道的布置

(1)實驗室污水按污水性質(zhì)、成分及污染的程度可設置不同的排水系統(tǒng)，被化學藥劑污染且對人體有毒有害的污水應設置獨立的排水管道，這些污水經(jīng)局部處理方可排入室外排水管網(wǎng)。

(2)實驗室內(nèi)由于化驗盆、洗滌盤等衛(wèi)生器具和其他用水設備數(shù)量較多且分散，所以相應的室內(nèi)排水支管、干管也較多。因此布置室內(nèi)管道時，要求管道能相對集中、鋪設整齊，便于施工安裝和運行維修;盡量減少管道轉(zhuǎn)彎，以降低管內(nèi)阻塞的可能性;主干管要盡量靠近設備排水量最大、雜質(zhì)較多(應設置濾網(wǎng))的排水點設置。

(3)管道敷設以最短距離沿墻、柱、墻角、柱角、天棚、走廊等設置，管道應盡量避免穿越放置有精密儀器、儀表、電氣設備等的房間或衛(wèi)生要求較高的房間。

(4)在化學實驗室、純水室等應設置地漏，防止水管爆裂或水龍頭漏水等情況時能夠及時排水，以免實驗室浸泡和儀器設備損壞。

(5)實驗室的排水管材要采用抗腐蝕性能好的材料，如適用于排出酸性、堿性廢水的陶土管等。

(6)實驗室的廢水是在試驗操作過程中各種器皿、儀表、工具、手套的洗滌及設備冷卻時產(chǎn)生的，這些廢水應按其性質(zhì)、成分等采取不同的處理方式。污染程度輕的廢水可以處理后回收利用;污染程度重的必須經(jīng)過適當處理后再排至外部排水管網(wǎng);基本沒受污染的可以直接排至外部排水管網(wǎng)。例如:一般設備冷卻水僅水溫有所升高，這類廢水可以回收利用;無有毒物質(zhì)的洗滌用水經(jīng)簡單處理還可重復使用;有的廢水含有毒有害物質(zhì)、放射性物質(zhì)，則須經(jīng)適當處理使之符合國家規(guī)定的排放標準，才可排入水體或外部排水管網(wǎng)。

(7)留意管道的監(jiān)測與檢漏。此外，還應注意污染物通過下水道與居民區(qū)管道形成交叉污染。

采取合理的管道布置，可以使廢水有效快速地排出(參照《GB18466-2005污水綜合排放標準》等)，避免再次交叉污染也利于下一步的水處理工作。

3 實驗室廢水的處理方法

3.1 中和法

含稀酸和稀堿的廢水，采用互相中和、藥劑中和、過濾中和3種方法，使溶液的pH值達到6～8后直接排入下水道。

(1)酸性廢水處理方法:①利用堿性廢水進行中和，使混合廢水pH值接近中性。②在酸性廢水中投加中和劑(石灰、石灰石、白云石、蘇打、苛性鈉)。③酸性廢水通過堿性濾層過濾中和。④離子交換法。

(2)堿性廢水處理方法:①利用酸性廢水進行中和，在堿性物質(zhì)中投放酸性中和劑。②向堿性廢水中鼓入煙道廢氣(酸性氣體CO2及SO2)。③利用水體中CO2中和酸性廢水。

3.2 化學沉淀法

向工業(yè)廢水中投加某種化學物質(zhì)，使之與其中某些溶解物質(zhì)產(chǎn)生反應，生成難溶鹽沉淀下來，這種方法即為化學沉淀法。化學沉淀法有:氫氧化物沉淀法、硫化物沉淀法、鋇鹽沉淀法3種。

氫氧化物沉淀法適用于金屬離子生成氫氧化物使之去除，該方法要注意pH值的操作;硫化物沉淀法使金屬形成硫化物達到沉淀效果，該種方法去除更加徹底;鋇鹽沉淀法主要用于含六價鉻的廢水，采用的沉淀劑有 BaCO3、BaCl2、Ba(NO3)2、Ba(OH)2等。

含 Hg、Zn、Cu、Pb、Cd、Mn 等重金屬離子的廢液，先在其中加入NaOH，使pH值為8～10時，加入Na2S使其生成硫化物沉淀，靜置分離后，將溶液調(diào)至pH值為6～8后排入下水道，少量廢渣可埋于地下。

含砷化物的廢液，可在廢液中加入酸使pH值為3～4，再加入Na2S使廢液中的As轉(zhuǎn)化為As2S3沉淀，靜置分離后，將溶液調(diào)至pH值調(diào)為6～8后排入下水道，廢渣埋于地下。

含Ag的化合物廢液，在廢液中加入Na2S溶液，使其生成Ag2S沉淀，靜置分離后，將溶液pH值調(diào)至6～8后排入下水道，廢渣埋于地下。

3.3 氧化還原法

藥劑氧化還原法是通過向廢水中投加氧化劑或還原劑，氧化或還原廢水中的有毒有害物質(zhì)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒無害或者毒性小的新物質(zhì)的方法。

(1)含氰化合物的廢液，在廢液中加入堿，使其pH值為8．5～11時，廢液中的金屬離子轉(zhuǎn)化為氫氧化物沉淀后，靜置分離，在溶液中加入過量NaCl溶液或漂白粉，使氰化物氧化分解后排放。

(2)含S、氰、苯酚等有機廢液，在廢液中加入H2O2溶液，使其有毒有味的化合物被氧化為無害物質(zhì)，將溶液的pH值調(diào)為6～8后排放。

(3)含Cr化合物的廢液，可先用H2SO4酸化使pH值為3～4，然后加入5% ～10%的FeSO4溶液，使廢液中的六價鉻還原為三價鉻，然后加入石灰，降低酸度，調(diào)至溶液的pH值為8～9，三價鉻離子形成Cr(OH)3沉淀，靜置分離后，調(diào)節(jié)溶液pH值為6～8后排放，廢渣埋于地下。

3.4 臭氧氧化

臭氧的氧化能力極強，含氰、酚的廢水都可以用該法處理。

3.5 電解

廢水通過電解反應，廢水中的有毒物質(zhì)在陽極和陰極分別進行氧化還原反應，結果產(chǎn)生新物質(zhì)沉積于電極表面或沉淀下來或生成氣體從水中排出，從而降低了廢水中有毒物質(zhì)的濃度。

4 結 語

廢水的處理方法一般有物理法、化學法、生物法。物理法主要利用截留法、分離法去除廢水中的懸浮物質(zhì)和漂浮物;化學法主要利用化學反應來處理廢水中的溶解物質(zhì)或膠質(zhì)物質(zhì);生物法的作用是去除廢水中的膠體和溶解中的有機物質(zhì)。上述3種基本處理方法各有其特點和適用條件。在廢水排入地面水體中要按排放要求來確定處理程度，同時應結合水體的自凈能力，根據(jù)有害物質(zhì)和溶解氧的指標來確定水體的容許負荷，即排入水體的容許濃度。

化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是必不可少的，實驗時要采取一些方法和措施盡量地降低對環(huán)境造成的影響和危害，可以從以下幾點去考慮:①推廣使用微型化學實驗儀器，節(jié)約藥品，減少污染;②降低藥品濃度，提高實驗效果，減少環(huán)境污染;③盡可能在密閉條件下進行，吸收尾氣;④循環(huán)使用溶劑并充分利用反應產(chǎn)物;⑤實驗操作規(guī)范化，妥善處理化學實驗的廢棄物。其中廢水的處理應從管道的布置和水處理兩方面著手。這些措施對實行綠色化學、保護環(huán)境及人類健康、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起到極大的推動作用。

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