融入綠色工程教育助力實(shí)驗(yàn)室“三廢”無害化處理

馮之沖，張 悅，b，莊英萍，常雅寧，姜 郡，包家銘

（華東理工大學(xué)a.生物工程學(xué)院；b.生物工程學(xué)院發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，上海 200237）

0 引言

綠色工程教育，是將綠色環(huán)保的理念和傳統(tǒng)的工程教育結(jié)合起來，旨在培養(yǎng)相關(guān)工程人才的同時，提高他們的綠色環(huán)保意識，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。早在20世紀(jì)60年代，西方許多國家就意識到了綠色發(fā)展的重要性和必要性，就已有一些比較系統(tǒng)的綠色工程教育體系。而在我國，雖然許多大學(xué)提出綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的理念，也嘗試過相關(guān)的實(shí)踐和研究，但總體來說并沒有引起足夠重視，沒有得到良好的推進(jìn)。傳統(tǒng)的工程教育主要關(guān)注工程技術(shù)為人類社會帶來的經(jīng)濟(jì)、政治等方面的價值，忽視了其對環(huán)境、資源等方面的負(fù)面影響。隨著社會的發(fā)展，人們也越來越意識到綠色環(huán)保的重要性。綠色工程教育的內(nèi)涵包括了以下兩個方面：①通過開設(shè)綠色教育的相關(guān)課程，喚起學(xué)生的綠色環(huán)保意識，使他們樹立起人與自然和諧相處，可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)價值觀和以人為本的社會價值觀。② 工程是人類適應(yīng)自然，改造自然的過程，將傳統(tǒng)的工程教育與現(xiàn)代的綠色生態(tài)觀結(jié)合起來，形成體系化教育，用于培養(yǎng)相關(guān)人才，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。綠色工程教育的特征有4點(diǎn)：①以人為本的教育觀，以培養(yǎng)人才為出發(fā)點(diǎn)，參與工程改造，以造福人類為最終目的。因此以人為本中的“人”有兩層概念，一層指接受教育的人，使其獲得工程技術(shù)和綠色環(huán)保意識，一層指人類社會，綠色工程是為了人類更好、更久地在地球上生存。②可持續(xù)發(fā)展的工程觀，即培養(yǎng)學(xué)生在不破壞環(huán)境和危害子孫后代的情況下利用資源，改造社會。③科學(xué)與人文交融的教學(xué)觀，即在教育過程中將過程技術(shù)與人文社會結(jié)合起來，使得科學(xué)與人文交融，培養(yǎng)具有人文情懷和環(huán)保意識的技術(shù)工程師。④ 人與自然和諧發(fā)展的生態(tài)觀。人不是地球的主宰，而是地球的一部分，誕生于自然，依賴于自然，因此，在發(fā)展過程中，要遵循自然規(guī)律，與自然和諧共處［1］。十八屆五中全會以來，綠色發(fā)展成為我國發(fā)展目標(biāo)之一，因此，綠色工程教育顯得尤為重要，學(xué)校要把綠色和教育結(jié)合起來，從學(xué)生抓起，培養(yǎng)其綠色環(huán)保意識，增強(qiáng)其生態(tài)保護(hù)責(zé)任感，努力把中國建設(shè)成富強(qiáng)美麗的社會主義現(xiàn)代化強(qiáng)國［2-4］。

對于高校理工科類的專業(yè)來說，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)方案中必不可少的部分，教學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)中明確指出要掌握先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技能，同時設(shè)立了全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃、寒暑假社會實(shí)踐、各種實(shí)驗(yàn)相關(guān)的短學(xué)期課程、學(xué)科競賽、專業(yè)實(shí)習(xí)等一系列有助于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力的項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐的重要方式，有利于學(xué)生更準(zhǔn)確、更直觀、更有效地理解和記憶各種理論基礎(chǔ)，效率遠(yuǎn)高于簡單機(jī)械地死記硬背。同時，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為理工科專業(yè)的教學(xué)特色之一，可以廣泛提高被教育者的專業(yè)興趣，使其更加專注地投入到相關(guān)專業(yè)的學(xué)習(xí)中去。實(shí)驗(yàn)教學(xué)唯一的不足之處就在于過程中會產(chǎn)生大量的實(shí)驗(yàn)垃圾即實(shí)驗(yàn)“三廢”，污染環(huán)境且危害安全。實(shí)驗(yàn)“三廢”具體指在實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科研時產(chǎn)生的廢氣、廢液以及固體廢棄物。廢氣即實(shí)驗(yàn)過程中因?qū)嶒?yàn)試劑的分解、反應(yīng)、揮發(fā)所產(chǎn)生的氣體，分為刺激性有毒氣體和窒息性氣體兩大類。廢液即實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的液體廢棄物，包括一般性廢水（主要源于清洗儀器，含少量化學(xué)物質(zhì)）和實(shí)驗(yàn)性廢水（實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢棄化學(xué)試劑）。固體廢棄物的范圍很廣，包括各種廢棄實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)材料、固體試劑等［5］。不同于一般的生活垃圾，實(shí)驗(yàn)“三廢”由于含有各種化學(xué)物質(zhì)，如果處理不好，可能會造成化學(xué)污染、生物污染等多種污染，部分易燃易爆的廢氣廢固還可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重事故［6］。

1 高校實(shí)驗(yàn)“三廢”的處理現(xiàn)狀

實(shí)驗(yàn)“三廢”本身具有復(fù)雜性和不確定性，目前高校對于實(shí)驗(yàn)“三廢”的處理存在著分類不合理、標(biāo)識不清晰、監(jiān)管不到位、處理機(jī)構(gòu)少、處理成本高等諸多問題。近年來，我國不斷重視環(huán)境污染，逐漸意識到妥善處理實(shí)驗(yàn)“三廢”的重要性和必要性，政府、企業(yè)和各高校也在逐步探索處理體系的構(gòu)建［7-8］，采取了很多措施，對實(shí)驗(yàn)“三廢”進(jìn)行整治，得到了較好的改善，但是，教學(xué)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程的不斷增加，科研項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模的不斷發(fā)展，帶來的不僅僅是教育的繁榮和科技的進(jìn)步，還有實(shí)驗(yàn)廢物的污染問題和有毒、有害材料的安全隱患［9］。

1.1 目前的處理方式不科學(xué)

廢氣相對來說是實(shí)驗(yàn)“三廢”中最容易被忽視的，其大多產(chǎn)生于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，其中污染和危害性比較大的氣體，比如氯氣、氨氣、一氧化氮等有毒或腐蝕性氣體，實(shí)驗(yàn)室大多經(jīng)過簡單處理甚至直接通過通風(fēng)櫥、排氣扇排至室外，長此以往，會對大氣帶來嚴(yán)重的污染［10］。廢液廢固則相對可見，實(shí)驗(yàn)室也基本都會有專門的廢液廢固收集桶，但是也有不少實(shí)驗(yàn)室相對不夠重視，存在收集桶滿了不能及時處理更換，學(xué)生環(huán)保意識弱，實(shí)驗(yàn)時直接丟棄或倒入下水道等現(xiàn)象。廢液廢固來源廣種類多，各類實(shí)驗(yàn)室都會產(chǎn)生且如果不進(jìn)行有效分類和前期處理，僅僅是簡單的收集，然后填埋、焚燒或者傾倒，會造成更大的環(huán)境破壞和資源浪費(fèi)［11-12］。

1.2 必要的監(jiān)管體系不健全

在實(shí)驗(yàn)室?guī)熒沫h(huán)保意識、節(jié)約意識、時間分配不夠時，必要的監(jiān)管就顯得尤為重要，但目前很多實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)管并未完善，獎懲體系也不完善，為省時省力不恰當(dāng)處理實(shí)驗(yàn)廢物的情況屢有發(fā)生。

1.3 處理的專項(xiàng)資金不充足

學(xué)校投入實(shí)驗(yàn)室的資金大多用于科研投入、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、相應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的維護(hù)和更新上，在實(shí)驗(yàn)“三廢”的處理方面投入甚少，加上目前我國環(huán)保專業(yè)處理機(jī)構(gòu)稀缺，處理方法落后，因此處理成本高，處理難度大，出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室有心處理、機(jī)構(gòu)無力接收等現(xiàn)象［13-14］。

2 實(shí)驗(yàn)“三廢”實(shí)現(xiàn)源頭減量和無害化處理

綠色工程教育與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融合，從源頭上減少實(shí)驗(yàn)“三廢”的排放，貫徹“以防為主，防治結(jié)合”方針。針對參與實(shí)驗(yàn)“三廢”的五個層面，即學(xué)生、老師、高校、政府、企業(yè)，深入進(jìn)行內(nèi)在關(guān)聯(lián)性分析，以“學(xué)生產(chǎn)生-老師管理-高校設(shè)計-政府主導(dǎo)-企業(yè)處理”為主線，設(shè)計了學(xué)生、老師、高校、政府、企業(yè)“五位一體，一環(huán)相貫”的源頭減量和無害化處理，即學(xué)生綜合企業(yè)的處理要求按照老師的指導(dǎo)在產(chǎn)生后進(jìn)行分類，老師綜合高校的處理方案指導(dǎo)學(xué)生的同時完成管理工作，高校綜合政府教育部門的主導(dǎo)方針設(shè)計方案并且培訓(xùn)老師，政府綜合現(xiàn)有企業(yè)的處理能力管理高校（見圖1）。

圖1 “五位一體，一環(huán)相貫”思路圖

2.1 學(xué)生—提高環(huán)保與安全意識

學(xué)生是實(shí)驗(yàn)的實(shí)施者，也是實(shí)驗(yàn)“三廢”產(chǎn)生者。針對化工、化學(xué)、生工、藥學(xué)、機(jī)械等產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)“三廢”多的專業(yè)，為學(xué)生設(shè)置綠色工程教育相關(guān)的必修或者選修課程，觀看相關(guān)實(shí)驗(yàn)視頻，對其開展綠色工程教育，使其了解實(shí)驗(yàn)廢物的分類收集，增強(qiáng)其環(huán)保和安全意識的同時讓其在實(shí)驗(yàn)前了解實(shí)驗(yàn)中的潛在危險，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時能夠更加得心應(yīng)手，減少實(shí)驗(yàn)錯誤和實(shí)驗(yàn)資源的浪費(fèi)，減少安全隱患。

2.2 老師—利用微信小程序強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)用品管理

老師對實(shí)驗(yàn)用品的管理，包括對未用物品的妥善保存、對在用物品的合理使用和對已用物品的“三廢”分類，即實(shí)驗(yàn)室的用品在儲存期、使用期及變成“三廢”后都由老師管理，費(fèi)時費(fèi)力。隨著共享經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和深入，高校實(shí)驗(yàn)室實(shí)施信息化管理，為提高“三廢”處理效率，實(shí)驗(yàn)室利用微信小程序里的“統(tǒng)計助手”，以實(shí)驗(yàn)員為主要填報人，在實(shí)驗(yàn)室有剩余的，無法長期保存的實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)試劑或不易處理的實(shí)驗(yàn)余料時，登記在案，并設(shè)置消息提醒，供有需要的其他對口實(shí)驗(yàn)室接收使用，實(shí)現(xiàn)校內(nèi)互通有無、資源共享。具體通過微信小程序里的“統(tǒng)計助手”創(chuàng)建統(tǒng)計表單，按照自己的要求設(shè)置各項(xiàng)統(tǒng)計所需信息，如姓名及手機(jī)號、單位及地址、共享實(shí)驗(yàn)材料信息、回收實(shí)驗(yàn)材料信息等，設(shè)置結(jié)果參與者可見并發(fā)布于實(shí)驗(yàn)室群內(nèi)，操作界面如圖2所示。

圖2 微信小程序“統(tǒng)計助手”操作界面

2.3 高校—精簡優(yōu)化設(shè)計綠色無污染實(shí)驗(yàn)

高校是實(shí)驗(yàn)設(shè)計的主體，著眼于對實(shí)驗(yàn)課程的優(yōu)化，分別從學(xué)校和學(xué)院的視角出發(fā)梳理專業(yè)內(nèi)容：①精簡一些重復(fù)、不必要或者實(shí)驗(yàn)材料污染性大、實(shí)驗(yàn)過程危險性大的實(shí)驗(yàn)。② 分組進(jìn)行復(fù)雜、難度大的實(shí)驗(yàn)，這樣既鍛煉了學(xué)生的分工合作能力，又減少了實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生次數(shù)，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)資源。③縮減實(shí)驗(yàn)的體量，開發(fā)微型迷你實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在確保實(shí)驗(yàn)完整性與實(shí)驗(yàn)效果的基礎(chǔ)上，可以減少實(shí)驗(yàn)材料的用量、減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。④ 改變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑Y(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)。近年來隨著科技的進(jìn)步和5G的發(fā)展，VR進(jìn)入了人們的學(xué)習(xí)生活中，應(yīng)用VR可進(jìn)行高污染、高危險、難實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，同時實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)零污染、零消耗，類似游戲的操作和界面還能極大地激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，學(xué)校間還能通過增加賬號實(shí)現(xiàn)資源共享［15］。

2.4 政府—制訂“三廢”處理的政策法規(guī)

政府作為樞紐和主導(dǎo)者，應(yīng)出臺相應(yīng)政策法規(guī)，加大對實(shí)驗(yàn)“三廢”治理的扶持力度，鼓勵相關(guān)企業(yè)和人才主動加入實(shí)驗(yàn)“三廢”的研究與利用中去。同時，政府需要加強(qiáng)監(jiān)管力度，盡快建立以政府主導(dǎo)的政府監(jiān)管——實(shí)驗(yàn)室收集——企業(yè)治理體系，將實(shí)驗(yàn)“三廢”變廢為寶，減少環(huán)境污染和資源浪費(fèi)［16-17］。

2.5 企業(yè)—協(xié)作共建“三廢”處理體系

當(dāng)前我國專業(yè)處理機(jī)構(gòu)稀缺，處理成本高，且相關(guān)人員意識薄弱，對很多實(shí)驗(yàn)室的廢棄資源只進(jìn)行簡單處理后便直接丟棄，造成資源浪費(fèi)的同時，也帶來了很多環(huán)境問題。相關(guān)企業(yè)應(yīng)與高校實(shí)驗(yàn)室建立合作關(guān)系，由企業(yè)出資金，高校實(shí)驗(yàn)室出技術(shù)和人才，研究新型高效的實(shí)驗(yàn)“三廢”處理方法，降低處理難度，減少處理成本，構(gòu)建以專業(yè)為導(dǎo)向的處理體系。

實(shí)踐表明，決定“三廢”產(chǎn)量的3個因素是實(shí)驗(yàn)課數(shù)量、實(shí)驗(yàn)組數(shù)、每組的產(chǎn)量。為減少實(shí)驗(yàn)室“三廢”污染，實(shí)行無害化處理，學(xué)校實(shí)行多種舉措。①將部分有毒有害實(shí)驗(yàn)采用虛擬仿真或者使用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)，減少實(shí)驗(yàn)課污染或無污染。② 開展綠色微量實(shí)驗(yàn)，減少試劑和廢棄物產(chǎn)生。在實(shí)驗(yàn)過程中，通常發(fā)現(xiàn)，學(xué)生得到20ml的產(chǎn)物，但是最終比色皿測定吸光值往往只需要5ml，其余均浪費(fèi)了。在微量移液非常普及和小體積容器種類非常多的當(dāng)下，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)試劑減半也可以看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果、達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模踔量梢岳妹笜?biāo)儀開發(fā)用量更少的小反應(yīng)體系，或者其他微型迷你實(shí)驗(yàn)。③實(shí)行信息化管理，達(dá)到試劑共享共存。在微信小程序“統(tǒng)計助手”的協(xié)助下，剩余試劑被利用，余量內(nèi)部共享即為減少污染。考慮到單一種類或者少數(shù)種類廢液較之多數(shù)種類可以大大降低企業(yè)處理難度和風(fēng)險，提高處理效率和無害化可能，高校實(shí)驗(yàn)室主管部門牽頭開展廢液精細(xì)分類，各實(shí)驗(yàn)室合并存放管理，包括設(shè)立固定存放場所、實(shí)驗(yàn)老師輪流值班、利用上述微信小程序預(yù)約和統(tǒng)計。④實(shí)施多種形式無害化處理。按學(xué)期或者半學(xué)期對本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)固定的廢液種類逐一審查，確定回收能力和回收方式，例如對于硫、磷等酸性氧化物氣體，可通入堿液吸收后排出；對于含有汞的廢氣可通入高錳酸鉀溶液吸收；對于含汞廢液可加入過量硫化鈉沉淀，再加入硫酸亞鐵共沉淀，然后靜置分離后排放，回收殘渣。

3 結(jié)語與展望

實(shí)驗(yàn)室承載著培養(yǎng)國家前沿技術(shù)和科研人員的重任，實(shí)驗(yàn)室的衛(wèi)生、安全、實(shí)驗(yàn)“三廢”處理、實(shí)驗(yàn)人員的人身安全和實(shí)驗(yàn)室的正常使用同樣重要，也與我國環(huán)境的綜合整治息息相關(guān)。高校實(shí)驗(yàn)室主管部門在國家環(huán)境保護(hù)總局下發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室排污管理的通知》的通知的指導(dǎo)下，積極組織各實(shí)驗(yàn)室，減少產(chǎn)量、精細(xì)分類、與處理企業(yè)精準(zhǔn)對接，保證實(shí)驗(yàn)室安全有序地使用，促進(jìn)國家科技的進(jìn)步和資源的合理利用，在保持高速發(fā)展的同時不破壞環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處。

·名人名言·

自然科學(xué)的理論不能離開實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。“勞心者治人，勞力者治于人”的重理論、輕實(shí)驗(yàn)的落后思想，對發(fā)展中國家的科學(xué)青年有很大的害處。

——丁肇中