淺談冶金實驗室綠色化建設

郭壽鵬

（山東省冶金科學研究院，山東濟南 250014）

經(jīng)濟與管理

淺談冶金實驗室綠色化建設

郭壽鵬

（山東省冶金科學研究院，山東濟南 250014）

介紹了實驗室綠色化建設的措施，敘述了實驗室廢棄物的處理方法。從化學試劑的科學管理和應用，檢測方法的選擇，減少常規(guī)濕法分析，實驗室廢棄物的管理以及實驗室廢棄物的處理方法等方面提出了具體方案。

冶金實驗室；綠色化建設；廢棄物處理

1 前言

在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，環(huán)境問題亦變得越來越突出。冶金行業(yè)巨大的產(chǎn)能，冶金企業(yè)環(huán)保設施的不完善，使得冶金行業(yè)在國家新一輪環(huán)境治理的大潮中面臨嚴峻挑戰(zhàn)，實驗室作為企業(yè)的一部分，必須為冶金行業(yè)環(huán)境保護的發(fā)展作出應有的貢獻。

冶金實驗室污染物排放有其自身顯著的特點，相對于主產(chǎn)業(yè)的污染物，實驗室污染物數(shù)量少，品種多，并且分布在工廠的不同區(qū)域，不便于集中處理。但是根據(jù)環(huán)境污染的累積理論，實驗室污染物如果不及時處理，經(jīng)過長年累月的積累也會造成比較嚴重的污染。因此，采用低成本的處理方式，及時有效地處理污染物成為實驗室的基本原則。

對于實驗室的綠色化建設，近年來有不同的研究報道，特別在高校實驗室研究較多。丁愛俠、鄭春龍在《實驗室污染調查及綠色化管理新舉措》一文中，對實驗室污染物的產(chǎn)生和處理作了科學的統(tǒng)計，提出了有用的建議［1］。余訓爽提出了在高校采用微型化實驗、微波合成化學實驗、多媒體輔助教學等措施建設綠色化實驗室［2］。周立亞、龔福忠、王凡提出精選實驗內(nèi)容、改進實驗條件和教學方法、整合設計串聯(lián)實驗、采用微型化實驗等措施，達到實驗室綠色化目的［3］。關于精選實驗、采用微型化實驗等實驗室綠色化建設的措施，在多篇文章中都有論述［4-6］。對于不同行業(yè)的實驗室，在綠色化建設中有共性，也有其不同的特點。王麗峰、王陽、王萍等論述了建設中藥學綠色實驗室的構想［7］；吳巖、杜立宇、梁成華對環(huán)境工程實驗室的綠色化管理提出了很好的建議，在分析環(huán)境工程實驗室的現(xiàn)狀基礎上，從實驗儀器管理、實驗試劑管理、廢棄物管理以及實驗準備與方法幾個方面探討了環(huán)境工程實驗室的綠色化管理方法，提出了針對性的管理措施［8］；俞愛輝、郭美榮、王恒等探討了燃燒實驗室的綠色化建設問題［9］。本研究對冶金實驗室綠色化建設提出建議。

2 實驗室綠色化建設的措施

2.1 科學管理化學試劑

在實驗室運用“5S”的管理模式，對化學試劑進行分類、信息化管理，不僅可以減低成本、降低費用，便于試劑的取用和存放，還能最大限度降低試劑污染。對化學試劑進行分類管理，把易燃易爆、有毒的化學試劑分開存放，對常用試劑和非常用試劑分開存放，對大量使用試劑和少量使用試劑分開存放。對于特殊的化學試劑，還要根據(jù)其化學物理性質，采取蠟封、避光、水封、低溫等存儲措施。對于化學實驗室“?；贰卑踩矫娴墓芾?，相關部門有專門的強制措施，環(huán)保方面有要求，需要實驗室自身加強管控。

2.2 盡量選用環(huán)境毒害小的檢測方法

任何化學實驗都會產(chǎn)生一定的廢氣、廢水、固體廢物等污染物，在能夠選擇的范圍內(nèi)可以選用壞境毒害小的方法，最大限度降低污染，實現(xiàn)檢測實驗綠色化。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出了綠色化學反應過程的幾個原則：1）設計或重新設計對人類健康和環(huán)境更安全的化合物，這是綠色化學的關鍵部分；2）探求新的、更安全的、對環(huán)境更友好的化學合成路線和生產(chǎn)工藝，可從研究、變換基本原料和起始化合物以及引入新試劑入手；3）改善化學反應條件，降低對人類健康和環(huán)境的危害，減少廢棄物的生產(chǎn)和排放。綠色化學著重于“更安全”這個概念，不僅針對人類的健康，還包括整個生命周期中對生態(tài)環(huán)境、動物、水生生物和植物的影響，而且除了直接影響之外，還要考慮間接影響，如轉化產(chǎn)物或代謝物的毒性等。實際上，國家在制定國家檢測標準方法和行業(yè)標準方法時充分考慮了這些原則，逐漸摒棄了一些對環(huán)境有毒害、對人體有傷害的方法。比如在重鉻酸鉀滴定法測定礦石中全鐵含量時，采用無汞鹽測定方法代替汞鹽的測定方法；一些有色金屬測定方法中，逐漸廢止了一些使用氰化物的測定方法；使用含砷鹽作為氧化或者還原反應物的檢測方法，也在國標或者行標中被廢止，等等。但是很多企業(yè)由于習慣或者技術原因，還在使用一些對環(huán)境有一定毒害的方法，因此在化學實驗中精選檢測方法，盡量選用環(huán)境毒害小的實驗對實驗室綠色化有非常重要的意義。

2.3 用儀器分析代替常規(guī)濕法分析

用儀器分析取代常規(guī)的濕法分析，不僅是適應現(xiàn)代化生產(chǎn)速度的需要，也是實驗室綠色化環(huán)保的需要。1）在冶金分析中大力推廣直讀光譜儀，不僅用于爐前分析，還要不斷探索準確可靠的直讀光譜儀分析方法，研究合適的標準物質，使光譜儀的應用領域更廣；研究X-熒光光譜儀分析方法，擴大分析范圍，用于不同物料的分析，替代更多的常規(guī)分析方法。2）在ICP、AAS等冶金行業(yè)經(jīng)常使用且需要化學預處理的儀器檢測中，盡量選用微波消解等預處理體系，減少化學試劑用量和污染物產(chǎn)生；有條件的企業(yè)可以選用固體進樣的ICP、AAS儀器，最大限度減輕環(huán)境污染。3）研究推廣在線實時分析方法，復雜體系痕量元素分析、冶金材料原位統(tǒng)計分布分析、在線實時控制分析被認為是21世紀冶金材料面臨的3大課題。當前，在一些大型產(chǎn)線上，對于冶金產(chǎn)品長度、厚度等的測量已經(jīng)實現(xiàn)了在線實時檢測，研究在線實時檢測化學成分、性能等設備與方法，對冶金分析工作者是挑戰(zhàn)也是機遇。

3 實驗室廢棄物的處理方法

對于實驗室污染物處理的具體措施，分類處理是實驗室污染物處理的基本原則之一，根據(jù)實驗室不同的污染物建立不同的處理方法。楊江紅提出了綠色化學減量化，再循環(huán)、再利用的處理原則［10］。沈永玲、吳泓毅、李善茂等概述了實驗室廢棄物污染的來源和危害、處理原則及收集法，提出了簡單、經(jīng)濟、合理的廢棄物處理和回收方法［11］。

3.1 廢棄物回收處理和提取有用物質

建立回收處理方法，變廢為寶是污染物處理的最高境界。林曉輝提出了一種建造鹽池，利用自然蒸發(fā)，從廢水中提出重新用于實驗室或者脫硫、防凍等方面的粗食鹽、碳酸鹽的方法［12］；薛克亮改變了在實驗室中采用的在煮沸的氫氧化鉀溶液中用葡萄糖將其還原成銀的方法，采用在強堿性介質下，用水合阱進行還原，能夠定量地從鹵化銀中還原得到銀，效果很好、操作方便［13］。筆者曾經(jīng)研究滴定法測定不銹鋼中的鉻，把最后加入氯化物產(chǎn)生的沉淀物收集起來，通過焙燒等方法回收了一定量的銀的化合物。齊改麗、李彩云、張紅梅以及黃云華分別在文章中就紅外碳硫坩堝的重復使用做了研究，取得了很好的效果，降低了成本、減少了固廢污染［14-15］。

3.2 廢氣和廢水的綜合處理

對于較大型的冶金企業(yè)，一般建有較完備的污水、廢氣處理設施，利用回收裝置收集廢氣、廢水等，間接進入綜合污水處理系統(tǒng)，或者建立管道進入污水處理系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗室廢氣、污水的綜合處理。

現(xiàn)在也有大型的冶金企業(yè)為實驗室專門建立了完整的污水、廢氣處理裝置。國家的法律法規(guī)，一些完整系統(tǒng)的認證體系對于實驗室的“三廢”處理開始關注，比如CNAS的評審專家在評審時會提醒實驗室注意在“三廢”處理方面的事項。對于實驗室的綜合污水，調節(jié)廢水pH值為3～4，加入鐵粉攪拌30 min，用堿把pH值調節(jié)為9左右，繼續(xù)攪拌10 min，加入高分子混凝劑進行混凝后沉淀，清液可排放，沉淀物以廢渣處理。

3.3 無毒廢水的實驗室處理

在實驗室放置廢酸桶、廢堿桶，對不含有毒害離子的稀酸和稀堿廢水，在實驗時隨時收集于相應的桶中，達到一定數(shù)量時相互中和并調節(jié)pH值達到6.5～8.5后，直接排入下水道。

3.4 有毒廢水的實驗室處理

對有毒、可回收利用的廢液，分別收集在不同廢液瓶中，做好標簽并妥善保存，到一定的量時再做集中處理。比如鉻（VI）劇毒并致癌，處理方法［16］是調節(jié)廢液pH值，加入過量的FeSO4，將Cr（VI）還原成Cr（III），反應完成后加入NaOH溶液，調節(jié)pH值為10～11，使Cr3+及Fe3+、Fe2+以沉淀形式析出。含有氰化物的廢液應加入NaOH溶液使溶液呈強堿性pH值＞12，再倒入硫酸亞鐵溶液中，生成無毒的亞鐵氰化鈉，然后排入下水道。含汞鹽的廢液先調節(jié)pH值8～10，再加入硫化鈉，使其生成硫化汞沉淀，再加入硫酸亞鐵鹽做共沉淀劑，硫化鐵江水中懸浮的硫化汞微粒吸附而共沉淀，清液可排放，殘渣可用培燒法回收汞或者制成汞鹽。含砷廢液加入CaO，調節(jié)pH值為8，生成砷酸鈣和亞砷酸鈣沉淀，有Fe3+存在時可起共沉淀作用。也可以將含砷廢液調節(jié)pH值為10以上，加入硫化鈉，與砷生成難溶、低毒的硫化物沉淀［17］。李寶磊、朱天菊、劉光全等對實驗室重金屬廢水處理進行了研究，提出了去除率較高的新方法［18］?？滤卦啤⒅R敦倫介紹了一種簡便的混凝法處理實驗室鉻、鉛廢水，其去除率達99%以上，處理后的廢水達到國家排放標準，適合于一般學校和工廠實驗室采用［19］。劉靖、王俊杰、姜敬國等報道了一種用活性炭對低濃度鉻黑T實驗室模擬廢液進行脫色處理，處理實驗室廢液的方法［20］。

4 結語

當前，環(huán)保問題關乎冶金行業(yè)生存與發(fā)展，冶金實驗室作為冶金企業(yè)的重要組成部分，要采取措施減少污染，推行綠色化建設。通過前面的論述可以看出，當前冶金實驗室對于廢水、固體廢物等實驗室廢棄物的處理做了一定的研究，提出了有效的解決措施，對于冶金實驗室綠色化建設有了一定的概念，但是對于“三廢”之一的“廢氣”處理研究較少，相關的處理措施不多。在化學實驗室中還是有大量廢氣產(chǎn)生的，一些儀器分析在樣品的預處理過程也產(chǎn)生廢氣，甚至像微波消解這樣的預處理設備，也有少量的廢酸氣體產(chǎn)生，因此，對于實驗室廢氣處理的研究是今后實驗室綠色化建設的重要方面。

［1］丁愛俠，鄭春龍.實驗室污染調查及綠色化管理新舉措［J］.實驗室研究與探索，2009（3）：276-278.

［2］余訓爽.淺談高校綠色化學實驗室的建設［J］.實驗科學與技術，2010（3）：162-165.

［3］周立亞，龔福忠，王凡.創(chuàng)建綠色化學實驗室的探討［J］.實驗技術與管理，2010（6）：174-176.

［4］李軍.化學實驗室綠色化之思考［J］.化學教育，2002（1）：37-39.

［5］陳功軒，張蕾，黃青.創(chuàng)建綠色高效無機化學實驗室的探討［J］.實驗技術與管理，2012（9）：187-190.

［6］劉曉莉.建設綠色化學實驗室［J］.廣州化工，2014（13）：245-246.

［7］王麗峰，王陽，王萍，等.中藥學綠色實驗室的構想［J］.藥學教育，2013（2）：47-49.

［8］吳巖，杜立宇，梁成華.環(huán)境工程實驗室的綠色化管理［J］.實驗室研究與探索，2012（4）：30-32.

［9］俞愛輝，郭美榮，王恒，等.燃燒實驗室的綠色化建設［J］.實驗技術與管理，2011（3）：80-82.

［10］楊江紅.實驗室廢棄物處理方法探討［J］.廣東化工，2014（12）：161-163.

［11］沈永玲，吳泓毅，李善茂，等.實驗室環(huán)境污染與廢棄物處理［J］.分析儀器，2009（3）：78-83.

［12］林曉輝，薄偉偉，高俊，等.化學實驗室的綠色化建設研究—從部分無機廢水中提取鹽類產(chǎn)品的研究與實踐［J］.實驗室科學，2010，13（5）：107-108.

［13］薛克亮.從實驗室鹵化銀殘渣中回收銀［J］.化學通報，1985（5）：29-44.

［14］齊改麗，李彩云，張紅梅.提高紅外碳硫坩堝的利用率［J］.北方釩鈦，2011（3）：37-38.

［15］黃云華.高頻紅外碳硫儀用瓷坩堝的重復使用及助熔劑加入量研究［J］.福建分析測試，2009（2）：71-73.

［16］王家祺.關于化學實驗室廢液處理的探討［J］.化學教育，1998（3）：30-31.

［17］鞍鋼鋼鐵研究所.實用冶金分析—方法與基礎［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1990.

［18］李寶磊，朱天菊，劉光全，等.實驗室重金屬廢水處理研究［J］.環(huán)境科學與管理，2014（1）：75-77.

［19］柯素云，諶敦倫.實驗室鉻與鉛廢水的處理研究［J］.西華師范大學學報（自然科學版），1997（1）：58-61.

［20］劉靖，王俊杰，姜敬國，等.利用活性炭處理鉻黑T實驗室廢液的試驗研究［J］.當代化工，2008（6）：634-636.

Discussion on the Green Construction of the Metallurgical Laboratory

GUO Shoupeng
（Shandong Metallurgical Research Institute,Jinan 250014,China）

Measures on the green construction of the metallurgical laboratory are introduced,and methods about treatment of laboratory waste are described.The specific schemes are proposed from scientific management and application of chemical reagent, the choice of detection method,reduction on the conventional wet analysis,management of laboratory waste,and processing methods of waste disposal of laboratory.

metallurgical laboratory;green construction;waste treatment

O6-3

A

1004-4620（2015）02-0057-03

2014-09-17

郭壽鵬，男，1971年生，2005年畢業(yè)于山東大學分析化學專業(yè)，碩士?，F(xiàn)為山東省冶金科學研究院高級工程師，主要從事材料分析測試研究與咨詢，標準物質/標準樣品研究等工作。