化工專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物處理方法研究

潘慧，成文文，于育新，王婷(濱州職業(yè)學(xué)院，山東 濱州 256603)

0 引言

化學(xué)是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，在化工專業(yè)學(xué)習(xí)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)占據(jù)了非常重要的地位。近年來，隨著我國高校注冊規(guī)模的擴(kuò)大，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研呈上升趨勢，化學(xué)試劑消耗和實(shí)驗(yàn)廢物排放也呈相應(yīng)上升趨勢。未經(jīng)處理的化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物不僅會污染環(huán)境，還會造成浪費(fèi)。如今，環(huán)保理念和“綠色化學(xué)”已經(jīng)深入人心，危險(xiǎn)化學(xué)品的處理方法成為了人們關(guān)注的重點(diǎn)。

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)化學(xué)廢棄物特點(diǎn)

化工專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物具有反應(yīng)性、感染性、腐蝕性、毒性、易燃性、易爆性等一種或多種以上危險(xiǎn)性，在進(jìn)行運(yùn)輸、儲存和處理等過程中，均可能會直接或間接損害人類的身體健康和生態(tài)環(huán)境。被列入《國家危險(xiǎn)廢物名錄》中的液體廢物、廢氣、固體廢物、試劑瓶等各種化學(xué)化工類實(shí)驗(yàn)室廢棄物，均需要進(jìn)行妥善處理。化學(xué)實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生化學(xué)廢棄物的種類較多，但數(shù)量相對較少。而化學(xué)廢物的成分復(fù)雜，濃度差異很大?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中會產(chǎn)生的危險(xiǎn)廢棄物如表1所示。

表1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物列表

2 危險(xiǎn)化學(xué)廢棄物的處理原則

根據(jù)化工專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)化學(xué)廢棄物的特點(diǎn)，處理原則應(yīng)為：(1)危險(xiǎn)化學(xué)品廢物的回收和再利用。實(shí)驗(yàn)室化學(xué)廢物盡可能回收利用，以減少危險(xiǎn)化學(xué)品廢物對環(huán)境的污染，并降低專業(yè)制造商的處置成本。如果有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要大量的有機(jī)溶劑，在實(shí)驗(yàn)室回收這些溶劑是一種環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)的方法，可以通過純化和重復(fù)使用。在設(shè)計(jì)和制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，盡量采用鏈?zhǔn)皆囼?yàn)方法，試驗(yàn)廢棄物應(yīng)作為另一試驗(yàn)項(xiàng)目的原料回收利用。(2)減少廢棄物的產(chǎn)生。開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)，需要在實(shí)驗(yàn)室中樹立“綠色化學(xué)”和環(huán)保意識，充分考慮廢棄物對環(huán)境和生物的影響，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必須安全、環(huán)保。微量、微型實(shí)驗(yàn)可以減少化學(xué)試劑的消耗，避免使用有毒和劇毒的試劑[1]。(3)無害化處理。不可回收的化學(xué)廢棄物在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行無害化處置，達(dá)到國家有關(guān)處置標(biāo)準(zhǔn)后排放；不能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)重復(fù)使用，或應(yīng)按照國家和學(xué)校標(biāo)準(zhǔn)回收利用?；瘜W(xué)廢棄物應(yīng)分類收集和處置?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室的廢棄物雖然數(shù)量少，但種類很多，而且非常復(fù)雜。如果隨意混合，不僅容易造成傷害，而且很難進(jìn)行后續(xù)處理。由于廢棄物處理部門在處理化學(xué)廢物方面的資質(zhì)有限，并非所有類型的危險(xiǎn)化學(xué)廢物都可以處理，但太仔細(xì)地對它們進(jìn)行分類則需要太多的人力和物力?；瘜W(xué)廢棄物的處理不僅應(yīng)便于收集、儲存和運(yùn)輸，還應(yīng)便于后續(xù)處理。

3 化工專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢棄物的處理方法

3.1 廢液的處理方法

實(shí)驗(yàn)室排放的廢水主要包括樣品分析殘液、實(shí)驗(yàn)廢水、失效的貯存液、實(shí)驗(yàn)容器清洗液等，濃度低、成分多、數(shù)量小、不穩(wěn)定。從其組成來看，主要廢液為有機(jī)廢液和無機(jī)廢液。其中，造成嚴(yán)重環(huán)境污染的有機(jī)廢液主要成分有苯胺、多氯聯(lián)苯、苯酚、硝基苯、醚、石油、類、油脂類、有機(jī)磷化合物和廢有機(jī)溶劑等。氰化物、重金屬離子(如：Cr6+、Pb2+、Cd2+、Hg2+)以及其他無機(jī)離子等無機(jī)廢液均會造成嚴(yán)重環(huán)境污染。實(shí)驗(yàn)室廢液通常含有無機(jī)和有機(jī)污染物，應(yīng)采取不同的無害化廢水處理措施。

3.1.1 有機(jī)廢液的處理方法

大多數(shù)液態(tài)有機(jī)廢液是有機(jī)溶劑，并且具有毒性，如果在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后選擇直接排放，會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。然而，大多數(shù)有機(jī)廢液都可以回收利用。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，使用的廢溶劑被倒入指定的回收瓶中。集中回收的有機(jī)溶劑通常在分離漏斗中清洗、過濾和脫水(例如添加無水氯化鈣)，然后蒸餾或分餾以精煉和純化[2]。所得有機(jī)溶劑純度高，能達(dá)到重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)。對其他有機(jī)廢液，應(yīng)根據(jù)廢液的來源、成分和特性，通過萃取、蒸餾和結(jié)晶分離等方式，將其中的有用成分進(jìn)行回收。對難以分離和回收的有機(jī)廢水可以焚燒。

(1)含酚廢液的處理

低濃度含酚廢液中添加漂白粉、次氯酸鈉等，可以使含酚廢液氧化，成為鄰苯二酚和鄰苯并激酮，然后將其作為一般有機(jī)廢液進(jìn)行處理。高濃度含酚廢液使用乙酸丁酯進(jìn)行萃取，之后使用少量氫氧化鈉溶液萃取。經(jīng)過pH值調(diào)節(jié)之后，進(jìn)行蒸餾回收處理，重新作為化學(xué)實(shí)驗(yàn)材料使用[3]。

(2)含苯廢液的處理

含有苯的液體廢物可以回收或焚燒。少量含苯廢液可放入鐵制容器，在室外點(diǎn)燃，但操作員必須站在風(fēng)的相反方向，握住長棒點(diǎn)燃，至完全燃燒。

3.1.2 無機(jī)廢液的處理方法

(1)含氰廢液的處理

氰化物及其衍生物是劇毒物質(zhì)。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，CN-具有良好的配位能力，是常見的聯(lián)合因素。含氰廢水的毒性可以采取配位法祛除，在廢水中添加石灰，將pH值調(diào)節(jié)至10，并在其中添加大量濃度為10%的硫酸鐵溶液，經(jīng)過充分混合之后，添加Fe(CN)4-6或Fe(CN)3-6離子穩(wěn)定，其穩(wěn)定常數(shù)分別為3.16×1034,3.98×1043，基本無毒。處理后的廢水可直接排放，不污染環(huán)境[4]。

(2)含砷廢液的處理

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的含砷廢液，是一種非常常見的化學(xué)廢棄物。而在其中添加熟石灰，使其pH值調(diào)節(jié)至9，使砷生成砷酸鈣或亞砷酸鈣，之后添加FeCl3生成Fe(OH)3共沉淀，祛除溶液內(nèi)懸浮的砷；含砷廢水的pH值也調(diào)節(jié)至10以上，加入硫化鈉與砷反應(yīng)，從而成為不溶性低毒硫化物沉淀。

(3)含汞廢棄物的處理

含汞廢物主要分為單質(zhì)汞和含汞廢水。其中，單質(zhì)汞主要是由于壓力表和溫度計(jì)意外破裂或是極譜分析過程中發(fā)生意外，從而將汞撒落，但是因?yàn)楣羝麎悍浅８撸⑶耶a(chǎn)生的汞蒸汽具有劇毒性，因此具有較高的危險(xiǎn)性[5]。此時(shí)，應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)，盡快用滴管和刷子將其收集起來，放入盛水的燒杯中。

含汞廢液的pH值可調(diào)節(jié)至8.9，然后加入過量的鈉硫形成汞硫沉淀。添加硫酸鐵作為共沉淀劑，清液之后進(jìn)行排放，使用混凝劑將殘?jiān)袒?，回收或轉(zhuǎn)移到固體廢物處理廠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[6]。有機(jī)汞廢水比無機(jī)汞廢水毒性更大，要加入濃硝酸和6%高錳酸鉀溶液，加熱回流2 h。當(dāng)高錳酸鉀溶液的顏色消失時(shí)，將溫度降低到60 ℃以下，然后加入適量的高錳酸鉀溶液加熱。有機(jī)汞被完全消化成汞離子，并按照前述方法進(jìn)行處理。

(4)含鉛、鎘廢液的處理

廢液中的鉛和鎘是以Pb2+和Cd2+的形式存在。通常情況下，不溶性氫氧化物的形成用于消除其毒性。對含有鉛和鎘的廢棄液體，需要使用石灰將其pH值調(diào)節(jié)至8～10，使鉛和鎘離子形成氫氧化鉛或氫氧化鎘，從而逐漸沉淀分離。之后添加硫酸亞鐵作為共沉淀劑，等待完全沉淀。最后，沉淀物和其他無機(jī)物混合燒結(jié)處理，將澄清液排入下水道[7]。

(5)含鉻廢液的處理

含鉻廢液在化工專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中非常常見，其主要來源于實(shí)驗(yàn)室中廣泛使用的鉻酸洗滌液和實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的含鉻廢液，特別是六價(jià)鉻廢液。在化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)中，將Cr6+轉(zhuǎn)化為Cr(OH)3能夠?qū)r6+的毒性消除。其具體的方法為：在酸性條件下，添加各種還原劑，如硫酸氫鈉、二氧化硫、硫酸鐵、聯(lián)氨或廢鐵等，將Cr6+還原為Cr3+，然后添加堿，調(diào)節(jié)廢液pH值。Cr3+沉淀產(chǎn)生Cr(OH)3，可以直接排放沉淀物，而沉淀液體則需要經(jīng)過脫水、干燥，使用煤粉和碳粉進(jìn)行烘烤，之后掩埋處理。

(6)酸堿廢液及綜合廢水的處理

化工專業(yè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室在處理常見的酸堿廢液時(shí)，對于實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液進(jìn)行回收或是將其稀釋用來清洗公廁，或用耐酸塑料或玻璃纖維濾網(wǎng)過濾酸渣，用堿中和濾液，并將pH值調(diào)節(jié)至6～8。然后埋在地下[8]。對污染物濃度略高于廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)二級標(biāo)準(zhǔn)或是廢水量小、污染物濃度低的一般廢水，經(jīng)過自然水沖洗，或是對其他不含此類污染物的廢水進(jìn)行稀釋，使廢水中的污染物濃度低于廢水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)可以將其直接排放。

3.2 廢氣的處理方法

少量有毒廢氣經(jīng)通風(fēng)柜或通風(fēng)管由空氣稀釋后排放。通風(fēng)管道應(yīng)有一定高度，使排出的氣體易于被空氣稀釋；大量有害、有毒以及腐蝕性廢氣需要使用液體或固體吸收劑經(jīng)過吸收、氧化或分解之后排放。

(1) 溶液吸附法

通過適當(dāng)?shù)囊后w吸收劑對混合物進(jìn)行處理，將其中的有害氣體去除。而常見的液體吸收劑包括水、氧化劑溶液、堿性溶液、酸性溶液和有機(jī)溶液，可以直接用于凈化廢氣。

(2) 固體吸收法

該方法主要是通過廢氣與固體吸收劑接觸來分離廢氣，能吸收廢氣中的雜質(zhì)到固體表面。該方法主要適用于廢氣中低濃度污染物的處理[9]。例如，活性炭能夠?qū)⒋蟛糠值挠袡C(jī)和無機(jī)氣體吸收；分子篩可以選擇性地吸收NOx、CS2、H2S、NH3、CCl4；硅藻土能夠選擇性地吸收H2S、SO2和汞。

3.3 廢渣的處理方法

盡量回收利用，不能回收利用的無毒廢渣可直接掩埋；有毒廢渣應(yīng)與水泥混合固化，并遠(yuǎn)離生活區(qū)掩埋(應(yīng)記錄深埋位置)或焚燒。

(1) 生物廢渣的處理

易燃固體廢棄物必須及時(shí)焚燒，不易燃固體廢物可以用漂白劑氯化消毒。滿足條件后，可進(jìn)行最終處理。例如，一次性產(chǎn)品必須集中燃燒；可重復(fù)使用的玻璃設(shè)備需要在1 000～3 000 mg/L有效氯溶液中經(jīng)過2～6 h的浸泡，充分清洗之后投入下次使用。裝有標(biāo)準(zhǔn)品的容器經(jīng)過15 min的煮沸消毒，用于培養(yǎng)微生物的皮氏培養(yǎng)皿必須用高壓蒸汽消毒；用于接種和培養(yǎng)微生物的瓊脂平板應(yīng)在壓力下滅菌30 min，然后倒入瓊脂中，趁熱丟棄[10]。

(2) 放射性廢渣的處理

放射性廢渣是指被放射性物質(zhì)污染而不能使用的物品，需要基于污染程度和廢物的不同性質(zhì)采取不同的處理方法。被放射性物質(zhì)污染的儀器、設(shè)備和金屬制品，在重復(fù)使用前，可用適當(dāng)?shù)那鍧崉┎潦煤颓鍧?。對可燃固體廢物，可使用專用焚燒爐進(jìn)行焚燒和還原，其灰燼可密封在專用容器中；對不可燃固體廢物，經(jīng)壓縮和還原后，可放置在專用容器中，然后將焚燒、密封、壓縮和還原后的專用容器埋在地下或儲存在混凝土結(jié)構(gòu)的地下安全貯存庫。

4 結(jié)語

綜上所述，化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物種類非常多，且成分較為復(fù)雜，需要針對這一問題采取妥善措施。妥善處理化工專業(yè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢棄物，能夠有效降低對環(huán)境的污染，并且還可以回收有用物質(zhì)，節(jié)省實(shí)驗(yàn)開支。