高校分析化學實驗室廢液的管理與處理

常靜 ，商闖

1天津大學化學化工國家級實驗教學示范中心，天津 300072

2天津大學化學化工國家級虛擬仿真實驗教學中心，天津 300072

3天津大學理學院，天津 300072

化學是以實驗為基礎的學科，實驗過程中會產(chǎn)生大量的廢液。廢液的種類繁多、成分復雜，多具有一定的揮發(fā)性、毒性或腐蝕性，直接接觸人體，可能會引起刺激、過敏、疼痛等癥狀，嚴重的會引起中毒、灼傷甚至器官衰竭等永久性傷害[1]。廢液在存放的過程中，因分類不合理，運輸不謹慎，存放不規(guī)范等原因造成不同性質(zhì)的廢液發(fā)生化學反應，也會釀成可怕的事故。未經(jīng)處理的廢液排放到自然環(huán)境中也會滲入到土壤里、混合到地下水、揮發(fā)到空氣中，對我們?nèi)粘Ｉ畹沫h(huán)境造成危害，從而影響到我們的健康[2,3]。因此，化學工作者要提高環(huán)保意識，建立切實可行、簡單高效的廢液管理制度與處理方法，排除廢液安全隱患。這既是化學工作者應盡的義務，也是不可推卸的責任。

1 高校實驗室廢液處置現(xiàn)狀

高?；瘜W實驗廢液主要來自于科研實驗室和教學實驗室，主要種類可大致分為無機廢液、有機廢液、化學試劑空瓶等。我校對于實驗室廢液的管理十分重視，專門制定了一系列制度文件和管理措施，校、院、實驗室三級管理，責任落實到人；學校資產(chǎn)處依托網(wǎng)上化學品管理平臺對實驗室廢液進行臺賬登記，使實驗室的化學品從購買、使用到回收皆有跡可查；根據(jù)化學品平臺上登記的數(shù)量，學校定期組織廢舊試劑回收工作，由學院定時定點組織分類回收，最后交給專業(yè)公司進行集中處理。同時，校資產(chǎn)處配置了實驗室廢液儲存柜、廢舊試劑暫存柜等設備以應對廢舊試劑暫存問題。

雖然在制度完善、數(shù)字化平臺建設和暫存設備購置方面有充分的考慮，但在廢液處理過程中也會出現(xiàn)一定的實際問題。目前天津市具有資質(zhì)的廢液處理企業(yè)僅有一家，回收周期只能由公司決定而不能根據(jù)實驗室需求安排；如果短期內(nèi)產(chǎn)生的廢液量較大，則只能暫存在實驗室內(nèi)，隨著廢液儲藏的時間變長，隨之而來的安全隱患和安全風險也日益凸顯；經(jīng)濟成本上，企業(yè)處理廢液的費用可能比購買試劑所花的費用還要高，導致實驗室經(jīng)費緊張是常態(tài)。

我?；瘜W化工國家級實驗教學示范中心承擔著重要的實驗教學任務，擁有無機化學實驗室、分析化學實驗室、物理化學實驗室、有機化學實驗室、綜合實驗室以及大型儀器室六個主要組成部分，面向本校的20個專業(yè)、200多個教學班開設化學和化工類基礎實驗課程20多門，涉及的實驗內(nèi)容近百項，每學年總?cè)藭r數(shù)達 30萬。如此高強度的實驗教學任務，每年都會產(chǎn)生體積龐大的實驗廢液。由于高校在進行實驗教學時，學生流動性大、人數(shù)多、學生操作實驗水平參差不齊、實驗習慣多有不同，導致實驗廢液管理成為實驗室安全管理的重要組成部分。

如果可以根據(jù)實驗教學的特點提前做好課程的安排，在相對集中的時間做好實驗廢液的分類回收工作，根據(jù)廢液種類采取簡單易操作且經(jīng)濟成本合理的方法及時進行處理，不僅可以節(jié)約成本，還能創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境，降低廢液存儲帶來的風險，排除安全隱患。

2 分析化學實驗室廢液的產(chǎn)生和特點

高校各化學教學實驗項目因課程特點不同，產(chǎn)生的廢液種類、性質(zhì)各不相同，廢液量大且呈現(xiàn)不規(guī)律性，現(xiàn)以我?；瘜W化工國家級實驗教學示范中心的分析化學實驗室為例說明實驗教學廢液的產(chǎn)生和特點。

分析化學實驗分為化學分析實驗和儀器分析實驗兩大部分，化學分析實驗課程主要是以滴定實驗為基礎，使學生掌握定量化學分析實驗的基本知識、基本操作技能、典型的分析方法和實驗數(shù)據(jù)處理方法，樹立“量”的概念等；儀器分析實驗主要是以各種大型分析儀器為基礎，使學生掌握基礎和現(xiàn)代分析化學技術，具備分析問題、解決問題的能力等。兩個實驗課程產(chǎn)生的教學實驗廢液，各自具有各自的特點。化學分析實驗課程的廢液主要為酸堿滴定實驗所產(chǎn)生的酸性廢液和堿性廢液，絡合滴定實驗所產(chǎn)生的金屬離子廢液，以及氧化還原滴定實驗所產(chǎn)生的強氧化劑溶液，如高錳酸鉀溶液等?；瘜W分析實驗廢液種類多、產(chǎn)量大，但成分基本確定，由實驗設置而定。為方便學生回收廢液，每個實驗室在固定區(qū)域配備不同種類的廢液桶，但每個實驗室配備的廢液桶數(shù)量有限，為不影響下一個班級正常上課的廢液儲備，廢液桶滿后，須及時原位處理，或轉(zhuǎn)移至集中儲備室，并配備上新的廢液桶。儀器分析實驗課程的廢液主要為原子吸收光譜儀產(chǎn)生的金屬離子廢液，氣相色譜、高效液相色譜、電化學工作站產(chǎn)生的有機廢液，以及其他儀器測試產(chǎn)生的無機廢液，還有自主創(chuàng)新實驗產(chǎn)生的不確定成分的廢液。這部實驗廢液濃度相對較小，產(chǎn)量也相對較少，但是化學成分復雜，化學危害更大。然而，兩個實驗課程產(chǎn)生的教學實驗廢液也具有共同點，如實驗前后清洗玻璃儀器所產(chǎn)生的洗滌廢液，產(chǎn)量大，危害較小。

3 分析化學實驗室廢液的管理與處理

分析化學實驗室廢液的管理要遵守一定的規(guī)則，廢液回收主要按照酸性試劑、堿性試劑、有機試劑和無機試劑進行分類，廢液桶貼有對應的不同顏色的標簽；在廢液存放區(qū)，用黃色警戒線進行標記，劃分出專用廢液收集和存放區(qū)，并在廢液容器下放置托盤，以防廢液濺出。廢液的管理離不開臺賬的記錄，天津大學資產(chǎn)處開發(fā)了專用的化學試劑管理平臺，試劑通過平臺購買后就記錄在管理平臺內(nèi)，隨著實驗的開展，試劑在使用后，及時在管理平臺記錄使用臺賬，每一階段的實驗結(jié)束后，對應在平臺將購買的試劑銷賬，并記錄產(chǎn)生的廢液；廢液桶滿之后存入廢液存儲區(qū)，提交廢液回收申請，等待學校安排統(tǒng)一回收。

分析化學實驗室廢液的處理需簡單便捷，適合實驗室環(huán)境操作，主要分為以下四個部分。

3.1 廢液的回收再利用

對于廢液的處理首先要考慮的是能否循環(huán)再利用，這樣既能減少藥品的消耗，節(jié)約資源，又能減少因廢液處理帶來的經(jīng)濟壓力，還可以減少對環(huán)境的污染。

3.1.1 “變廢為寶”，充分利用實驗產(chǎn)物

化學分析實驗與儀器分析實驗相結(jié)合，使用前面實驗的產(chǎn)物作為后面實驗的原料，合理安排實驗次序，“變廢為寶”，不再簡單地丟棄實驗產(chǎn)物，減少資源浪費，避免環(huán)境污染。如在“硫酸銅的制備”實驗中，由學生制備出來的硫酸銅晶體可以作為分析實驗“恒電流電解法測定銅含量”的原料，而硫酸銅電解產(chǎn)生的大量酸性廢液中含有微量的Cu2+離子，又可以作為“原子吸收法測定廢液中銅的含量”實驗的原料，使學生掌握原子吸收分光光度計測定溶液中微量或痕量金屬元素的分析技術。

3.1.2 利用實驗廢液，開展綜合設計性實驗

傳統(tǒng)的分析實驗教學項目以經(jīng)典實驗為主，實驗內(nèi)容比較陳舊，實驗方法相對單一，多數(shù)為驗證性實驗。這些實驗的開展雖然能夠使學生加深對理論知識的理解，鍛煉學生的操作技能，但對培養(yǎng)學生獨立思考、開拓創(chuàng)新以及綜合實踐的能力還有所欠缺，而利用實驗室現(xiàn)有資源開展綜合設計性實驗，則有利于學生的全面發(fā)展。在教師的引導和指導下，利用實驗廢液，結(jié)合儀器分析實驗中學習的現(xiàn)代儀器分析技術，由學生自己探索，通過查閱文獻、設計實驗方案、組織實驗、分析實驗數(shù)據(jù)、撰寫實驗報告的鍛煉，既培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力，又提高了學生的實驗積極性。孟春霞老師[4]為學生設計了一個利用火焰原子吸收光譜法測定廢液中 Cu、Pb、Zn、Cd含量的開放實驗；汪軍老師[5]為學生設計了一個利用分光光度計和原子吸收分光光度計測定實驗廢液中Cr(VI)的含量的實驗；李增新老師[6]將實驗室廢液回收列為綜合性設計性實驗課題，引導學生嘗試設計實驗對各類無機廢液進行處理和回收；秦建芳老師[7]將含銅廢液的處理、回收及檢測設計為大型綜合性實驗課題，這些實驗都為我們提供了很好的思路。

3.2 掌握幾種常見的實驗廢液處理方法

與科研實驗室不同，分析化學教學實驗室廢液的產(chǎn)生由實驗課程的安排決定，時間相對集中，經(jīng)常是五到六個班級同時上課，尤其是化學分析的滴定實驗，短時間內(nèi)會產(chǎn)生很多廢液。如果只是單純的收集廢液，便需要配置更多的廢液回收桶，大量的廢液存放在教學課堂內(nèi)會形成安全隱患，增加安全風險。所以采取簡單易操作的方法及時處理實驗廢液，成為節(jié)約資源、消除隱患的首選方式。

3.2.1 酸性、堿性廢液

目前對酸堿廢液處理的普遍方法是酸堿中和處理?？梢栽谇宄U液成分的前提下將酸堿溶液分開回收，等到處理廢液時先將廢液混合，用 pH試紙或便攜式 pH計檢測溶液至中性即可排放，若pH不達標，則繼續(xù)加工業(yè)堿或濃酸進行中和處理，直至廢液呈中性。

3.2.2 鉛鉍混合廢液

鉛是劇毒金屬，鉍更是稀缺資源，價格較貴，鉛鉍混合廢液若不經(jīng)處理直接排放，不僅浪費資源，更危害環(huán)境。向混合廢液中加入過量Na2S，產(chǎn)生黑色PbS和Bi2S3沉淀。沉淀經(jīng)分離、水洗后，加入硝酸，加熱進行消解，去除不溶物后，將溶液稀釋至一定體積即可循環(huán)使用。

3.2.3 錳廢液

高錳酸鉀是基礎化學實驗中常用的氧化劑，自然也會產(chǎn)生大量的含錳廢液。這類廢液不經(jīng)處理直接排放，可能隨飲用水進入人體，對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害[8]。實驗室處理廢液采用堿化除錳法處理含錳廢液。將堿加入含錳廢液中，調(diào)節(jié)廢液pH至堿性，廢液中的Mn2+轉(zhuǎn)變成Mn(OH)2，Mn(OH)2迅速氧化生成穩(wěn)定的難溶物MnO2，從而達到去除Mn2+的目的。

3.3 濃度低于排放標準要求的廢液

實驗過程中清洗玻璃儀器的洗滌液、水浴鍋和真空循環(huán)水泵中的殘液，化學含量低于國家污水綜合排放標準[9]要求，可直接排放。在儀器分析實驗中，部分實驗是對微量和痕量元素的測定，這些實驗廢液中所含元素濃度經(jīng)測試若低于國家污水綜合排放標準的，可以直接排放。分類回收的廢液經(jīng)集中處理后，達到國家污水綜合排放標準要求后，也可直接排放。分析化學實驗室常見污染物排放標準見表1。

表1 分析實驗室常見污染物最高允許排放濃度

3.4 綜合廢液

儀器分析實驗所產(chǎn)生的有機廢液主要為有機溶劑、有毒的芳香族化合物等，如高效液相色譜使用后產(chǎn)生的甲醇廢液、紫外-可見分光光度計使用后產(chǎn)生的酚類化合物等。有機廢液如果直接排放到自然環(huán)境，經(jīng)過不斷的累積、儲存，最后在生物體內(nèi)富集，會危害人體健康。自主創(chuàng)新實驗所產(chǎn)生的實驗廢液成分更加復雜，難以預測。這些成分復雜的綜合廢液，如果在實驗室環(huán)境進行處理，則耗時長、效率低，還有可能產(chǎn)生二次污染，存在安全隱患，因此，對于這類廢液在收集過程中應根據(jù)廢液性質(zhì)做好分類工作，貼好標簽，注明主要成分、貯存時間等信息，確保廢液桶的密閉存放，儲藏過程中做好管理工作，最后交由有資質(zhì)的企業(yè)統(tǒng)一回收處理。

4 分析化學實驗室針對廢液處理問題的其他解決途徑

4.1 開展虛擬仿真實驗

我?；瘜W化工虛擬仿真中心作為第一批國家重點虛擬仿真中心，虛擬實驗教學系統(tǒng)也在不斷完善，該系統(tǒng)采用ZBrush、Maya、MAX建模技術對物體進行3D精準建模，通過Mudbox等工具繪制3D模型貼圖，最終通過Unity引擎運行仿真交互程序并啟動仿真算法。這些新技術的引用，可以使學生產(chǎn)生身臨其境的感受，實現(xiàn)實驗過程仿真、實驗結(jié)果仿真，從而達到實驗教學目的。對于一些化學藥品毒性較大的實驗和產(chǎn)生的廢液難以處理的實驗，我們可以通過虛擬實驗教學系統(tǒng)進行，這樣不但有利于節(jié)約原料藥品，更可以減少化學廢液的產(chǎn)生，降低對環(huán)境的污染。

4.2 合理設計實驗內(nèi)容，開發(fā)微量實驗

實驗設計過程中應充分考慮廢棄物對環(huán)境的影響，盡量避免劇毒試劑的使用，在保證實驗效果的前提下，優(yōu)先以微型實驗為主，盡量減少藥品和試劑的使用，對許多涉及藥品濃度的實驗進行探索和改進。如在“有機化合物的紫外吸收光譜測定”實驗中，實驗的設計是個定性實驗，對溶液濃度沒有很高的要求，而紫外吸收靈敏度卻很高，因此應配制較低濃度溶液進行實驗，節(jié)省藥品的消耗。

4.3 教師在教學中向?qū)W生滲透環(huán)保意識

對廢液的管理不應單純地考慮如何處理廢液，更應考慮廢液產(chǎn)生的源頭，應該從實驗教學開始，規(guī)范學生的實驗操作，培養(yǎng)學生養(yǎng)成良好的實驗操作習慣，更有利于減少實驗廢液的產(chǎn)生。如學生采用差減稱量法通過電子天平稱取0.1000-0.1500 g藥品時，每次稱量超重都需重新稱量，但已取出的藥品不能再次使用，這便造成藥品的浪費，嚴格按照少量多次的稱量方法就會避免稱量超重的現(xiàn)象；在使用容量瓶配制標準溶液時，不使用玻璃棒引流，可能會導致部分溶質(zhì)損失，定容最后一步時，不使用膠頭滴管滴加蒸餾水，則容易加過刻度線，造成濃度偏低，溶液也需要從新配制，同樣造成藥品的浪費；揮發(fā)性溶液若不及時蓋上試劑瓶塞則會導致溶液濃度變化，增加實驗失敗的概率，從而產(chǎn)生更多廢液。

4.4 實驗員在工作中提高環(huán)保意識

實驗員的工作貫穿整個實驗過程，其環(huán)保意識在廢液管理上起著至關重要的作用。實驗員應加強責任心，根據(jù)上課人時數(shù)，掌控各種試劑和藥品的配備量，不能配的太少，供不上課堂使用，也不能富余太多，造成資源浪費；針對易變質(zhì)的藥品，實驗員要根據(jù)實驗需求把握藥品使用的時間和單次使用量，做到現(xiàn)用現(xiàn)配；在準備多種狀態(tài)相似顏色相同的固體藥品或溶液時，可以使用不同顏色的標簽，提醒學生注意，避免學生稱錯取錯，從而減少廢液的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

廢液的產(chǎn)生是化學實驗過程中不可避免的，如何通過管理和處理降低廢液對環(huán)境的污染、減少廢液處理成本是我們需要不斷探索的問題。通過準確掌握化學實驗廢液的處理方法、嚴格要求實驗過程、加強化學廢液的監(jiān)督管理，合理進行回收，實現(xiàn)節(jié)能減排，進而提高化學科學為社會服務的水平，對建設綠色環(huán)保、可持續(xù)性發(fā)展的和諧社會具有重要的意義。