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关键词:实验废液;分类处理;再生技术
中图分类号:G64;O6文献标识码:B
引言
化学桩裸是使用还原剂使镍离子还原成金属裸,并在镇件表面沉积的过程随着镀液的自动控制的飞速发展,化学以成为目前国内外发展速度最快的表面处理技术之一,并在航空航天、汽车、化工、机械、纺织、食品、军事、电子和计算机等工业部门广泛应用。化学铰镍技术的应用范围和生产规模不断扩大,由此产生的环境问题越来越严重化学镀镍的最大缺点是镀液使用若千周期后,副产物含量不断升高,造成镀液性能恶化,镀层质量下降。一般个周期后,被层出现针孔,艘液变混浊,导致化学镀裸镀液的报废,如果将含大鎳、磷和有机物的化学被镶废液不经处理就排放,不仅对环境造成严重污染,而且对资源也是极大的浪费。
1、化学镀镍废液的处理
1.1化学沉淀法
化学沉淀法是一种传统而实用的方法,它是通过向废液中投入适宜的沉淀剂,在一定的pH值条件下,沉淀剂与废液中的有害物质反应生成不溶性物质,凝聚、沉降、液固分离,从而除去废液中的有害污染物。经典的化学沉淀工艺是向废液中投入石灰乳或苛性钠,使镀液pH值升至12,此时废液中绝大部分镍离子及重金属污染物沉淀析出。Parker对苛性钠与石灰的沉淀效果进行了比较,发现使用石灰乳处理产生的沉淀体积虽然较大,但处理效果优于采用苛性钠的处理方法,此外,石灰乳还能同废液中的亚磷酸根形成钙盐沉淀,去除大部分的磷。黑龙江大学的孙红、赵立军等人在pH=12、温度80℃的条件下,用石灰乳处理来自工厂的化学镀镍废液,时间1h,处理后废液中镍离子含量降低到1mg/L,达到国家排放标准。对于含磷废水,济南大学王士龙等人用沸石进行处理,磷去除率可达90%,取得了良好的效果。除石灰乳之外,有效的沉淀剂还有:硫酸亚铁、硫酸铝、硫化钠、硫化亚铁等无机物,以及二烷基二硫代氨基甲酸盐(DTC)和不溶性淀粉黄原酸醋(ISX)等有机物,DTC可在较宽的pH(3~10)范围内有效地沉淀镍离子,使废液中的镍离子质量分数降低到1×10-6%以下。每克ISX可在pH(3~11)条件下吸附沉淀约50mg镍离子,但这2种新型的有机沉淀剂价格较高,主要用于处理低浓度的废水。
1.2纤维、颗粒吸附材料处理法
因纤维状吸附材料直径小(<10μm),比表面积大,具有吸附率高,吸附速度快和洗脱率高、渗透稳定性极好等优点,人们开始将其应用于废水的处理。安徽工程科技学院吴之传等人用聚丙烯腈改性制备偕胺肟纤维材料(AOCF),对含镍废水、废液中的镍离子进行吸附去除[23],研究表明,AOCF对镀镍废液中的镍离子吸附最佳条件为pH=2.5、吸附时间80min;静态吸附AOCF用量为5.0g时,可1次性处理废液100mL,累积处理300mL,处理后废液中的镍离子含量<1.0mg/L,吸附后的AOCF可以再生、重复使用。郑礼胜用陶粒吸附处理含镍废水[24],在pH为3~10之间、镍含量≤200mg/L的废水,按镍/陶粒重量比为1∶400投加,镍去除率可达99%。
1.3电渗析法
电渗析处理化学镀镍溶液的研究起步较晚,是上世纪末才发展起来的一项新技术。其原理是用镀铂钛板作阳极,不锈钢板作阴极,在电场力的作用下,溶液中的阴、阳离子分别透过阴、阳离子交换膜,从而达到去除有害离子的目的。哈尔滨工业大学的李朝林、周定等人进行了电渗析法脱除化学镀镍废液中亚磷酸盐的研究。在工作电压100V,电流4.5~6.0A,电解质流量55L/h的条件下,通过电渗析处理3h,镀镍废液中的亚磷酸根、硫酸根离子、钠离子等有害物质进入浓室被去除,处理后镀液中少量损失的硫酸镍、次亚磷酸钠经补加达正常水平,镀速仍有15μm/h,镀层外观光亮,耐蚀性能好。
2、化学镀镍废液碳酸钙过滤离子交换法再生技术
2.1再生原理
在进行化学工程废液处理和再生时,要先用碳酸钙滤床对化学镀镍废液进行过滤,在过滤过程中能够将镀液中的氢离子充分的与碳酸钙进行反应,将反应产生的硫酸钙等沉淀物沉淀到沉淀槽内,然后再用氨水来对废液的pH值进行调节,最后进行静置处理。再利用第一阳注和第二阳注交替的方法,通过第一阳注时其实现钠离子的饱和,达到相应的交换条件促使废液得到净化。
2.2影响化学镀镍废液再生技术的因素
为了更好的对化学废液的再生技术进行研究,做了一些实验在来验证。通过实验数据表明,对化学镀镍废液再生技术的影响因素主要有4个。第一个,温度。镍磷的去除率受温度的影响会发生很大的变化,当温度升高时,去除率也随着温度的升高再不断地增加。通过大量数据的表明,当环境温度在90℃时,从经济的角度来看,去除率最为理想。第二,时间。在化学废液的再生中,时间也是重要的影响因素。时间在2h以内去磷的效果最为理想,因此,在化学废液再生中,把2h作为最佳的时间。第三,pH值。溶液的酸碱性也会影响废液的再生。中性溶液中镍磷的去除效果最佳,也就是说当pH值大于7时,就会导致镍离子的损失增加,因此,把pH=7作为最佳的操作范围。第四,流速。流速也会对化学废液的再生产生影响,当流速增加时,磷离子的去除效率就会降低,当流速在0~1.1m/h内变化的效果不是很明显,因此把1.1m/h流速视为最佳,也即是说在进行化学废液再生时,控制流速在1.1m/h。
2.3再生镀液的施镀效果
在对镀镍废液进行过再生处理以后,在一定条件下就可以进行施镀。为了进一步验证施镀的效果,并采用增量法测定对其沉淀速度进行测量,同时对镀层进行耐腐蚀性和硬度的测量。如果测量的结果显示,镀层的效果和原液中的施镀的效果类似,并且镀层具有不脱落、不起层和较高的结合性,则说明化学镀镍废液的再生工作顺利完成。
关键词: 中学化学 实验室 污染 防治措施
化学是一门以实验为基础的自然科学,化学实验室是学生培养动手能力、探究科学规律的场所。学生实验中所用的化学试剂种类繁多,排放的污染物成分相当复杂,而大多数中学化学实验室目前还没有直接处理实验废弃物的能力,实验中所产生的废物直接排放,对环境造成了严重的污染,特别是对水体的污染。
一、中学化学实验室污染物的类型
1.废液。
化学实验中常用到强酸、强碱及有机溶剂。很多学校在实验中让学生把废液集中到废液缸中,再由教师处理。教师除了对含酸含碱的废液进行酸碱中和处理外,对含重金属离子及有机物的废液很难自行处理,从而可能导致重金属离子及有机物对环境的污染。
2.废气。
化学实验中产生的很多气体具有窒息性或刺激性,能刺激人的眼角膜,引起造血系统及中枢神经系统损坏。其中二氧化硫和二氧化氮是酸雨的直接来源,大量排放能造成温室效应,是全球气候变暖的罪魁祸首。所有这些废气的任意排放,都在不同程度上污染着我们的环境,危害着大家的健康。
3.废渣。
由金属盐沉淀、废旧电池、金属片、破损的玻璃仪器等构成废渣未经处理直接掩埋或倒入垃圾,最终可溶的部分会渗入到地下水中,或随雨水流入江河,造成水体污染,或通过环境介质和食物链进入人体和野生动物体内。含汞、锌、铜、砷的重金属盐一般不能被微生物分解,有些能通过微生物作用产生毒性更大的金属有机物。对它们不合理地处理,不仅污染着水体,而且污染着土壤,同样也危害着我们的健康。
二、造成化学实验室污染的主要原因
1.实验室设施及管理落后。
一些中学实验室设施落后,没有能力对废弃物进行处理,另外,实验室管理体系不够完善,导致实验所产生的污染物不能得到及时有效的处理,造成实验室及其周边环境的污染。
2.环保意识不够。
目前,中学化学实验主要要求学生在明确实验目的的基础上,掌握实验原理及其操作步骤,学会对实验数据及其结果进行分析的方法。学生对于化学试剂和实验产物可能带来的环境污染和避免方法掌握得不够,环保意识不高。如有的学生在实验过程中故意违规操作,常见的有:药品量多,实验重复做,乱倒废液、杂物,打破温度计既不报告又不处理,取用药品不盖瓶盖,等等。
三、化学实验室污染物的处理方法
1.废液的处理方法。
无机实验废液的处理,如含酸、碱、盐等物质的废液分别收集后,对稀溶液,用大量清水把它稀释后即可排放。若浓度较大,查明将酸、碱废液互相混合没有危险时,可依少量多次的原则将其中一种废液加入到另一种废液中。检验混合液的pH值约为7时,用水稀释后排放。对含氧化剂、还原剂的废液分别收集后,查明各氧化剂和还原剂,如果将其混合没有危险性时,即可边搅拌边将其中一种废液少量多次加入另一种废液中,使之反应后再处理。对含有重金属离子的废液,可以把重金属离子转变成难溶于水的沉淀过滤除去。
有机实验废液的处理方法:为了方便处理,根据废液中所含污染物的不同,可以分为可燃性物质、难燃性物质、含水废液、固体物质等进行收集。对甲醇、乙醇及醋酸等能被细菌作用而易于分解的溶剂,用大量清水稀释后即可排放。也可以采用焚烧法,将含可燃性物质的废液置于燃烧炉中燃烧。如果数量很少,可把它装入铁制或瓷制容器,选择室外安全的地方燃烧;对难以燃烧的物质,可把它与可燃性物质混合燃烧;对于燃烧时产生有害气体的废液,必须用配有洗气装置的燃烧炉燃烧;对固体物质,亦可将其溶解于可燃性溶剂中,然后使之燃烧。此外,常用的处理方法还有:溶剂法、吸附法、氧化分解法、水解法、生化处理法等。
2.废气的处理方法。
化学实验室的一般有毒气体可通过通风厨或通风管道,经空气稀释排出;大量的有毒气体通过与氧气充分燃烧或吸收液吸收处理后再排放。
3.废渣的处理方法。
废渣应根据其化学特性选择合适的容器和存放地点,不可混合贮存,容器标签必须标上废物种类和贮存时间,定期处理,尽可能采用废物回收及固化、焚烧处理。对一些污染严重的废渣应及时处理,比如萃取回收、化学沉淀、氧化还原、混凝絮凝等。
四、防治措施及建议
1.加强对学生的环保教育,增强环保意识。
目前中学化学教材中已经大量编入了环保教育的内容,教师在讲解这些内容时,应结合目前人们关注的环境问题,让学生认识到环境污染的严重性,以及化学与我们生产、生活的关系,激发学生学习化学、学习环保知识的兴趣。在实验教学中,经常向学生介绍常用化学试剂的有关性质,贮存和使用知识,以及预防环境污染的措施。在实验操作中,教育学生一定要严格遵守操作规程。在制取有毒气体时,尽量利用少量的反应物来制取少量的有毒物质,把污染减少到最低限度。在教学中可以开展一些污染物处理方面的知识竞赛和演讲活动,使学生充分认识到化学实验污染的严重性,强化学生的环保意识和节约意识。
2.改进实验方法,减少废物排放。
在化学实验中,对实验方法进行改进,尽可能不排放污染物或者减少排放,是目前化学实验追求的目标。
3.加强多媒技术在化学实验教学中的应用。
在实验教学中,对于污染很大,特别复杂的实验可以用多媒体技术模拟进行,这样可实现“零投入”和“零排放”,并完成有关的实验教学。
4.教师要言传身教。
化学教师应该把实验课作为环保教育的主战场,增强学生的环保观念和环保意识。实验前,教师应讲清楚实验应注意的问题,以及可能产生的危害,提醒学生不可将实验废液随便倒入下水道中。实验时,对全过程进监督指导。实验后,统一清理废水废液。学生要严格遵守实验步骤,按要求处理实验过程中的废水废渣。
5.选用合适的实验方法,使用无污染的替代药品。
在实验教学中,确定更合适的实验方法,尽量减少高毒药品的使用,寻找一些无污染的替代药品。
五、结语
综上所述,中学化学实验室的污染问题严重,实验室污染已成为一个刻不容缓的问题。社会和学校要进一步提高环保意识,加强实验室污染的防治及污染物的处理,建设绿色校园,维护生态平衡。
参考文献:
[1]胡国杰.中学化学实验室污染状况调查及防治措施[J].实验与创新思维,2003,11:9-10.
[关键词]废液 无毒处理 回收利用
中图分类号:X703 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)02-0016-01
1 化验分析废液来源及危险性分析
目前,各采油厂中心化验室开展的分析检测项目主要有:原油物性分析、采出水氯离子及矿化度分析、注入水水质分析、油田用各类化学药剂质检、聚合物检验等废液具有以下危险特性:
(1)毒害性,含有毒成分,如含铬废液中的6价铬化合物具有较高的活性且溶解度大,对植物和动物易产生危害。被人体吸收后,可危害肾和心肌,接触皮肤有致癌作用;
(2)腐蚀性,对人体、金属、有机物以及建筑物均有强烈的腐蚀作用;
(3)易燃性,在常温下极易着火燃烧的液体,如原油、汽油、石油醚等有机溶剂;
(4)耗氧量高,有机物难于降解,对微生物有害。
2 化验分析废液无害化处理方法研究
2.1 含铬有毒废液无毒处理方法研究
2.1.1 研究的理论依据
采用硝酸银沉淀滴定法测定水中氯离子含量,目前执行石油天然气行业标准SY/T5523-2006《油气田水分析方法》。其方法原理是在PH值为6.0-8.5的介质中,以铬酸钾(K2CrO4)为指示剂,硝酸银与氯离子反应生成白色沉淀,过量的银离子与铬酸钾生成浅砖红色铬酸银沉淀,指示滴定终点,反应方程式如下:
在滴定过程中,溶液中的铬酸根(CrO42-)离子恰能与银离子(Ag+)形成铬酸银沉淀(Ag2CrO4),指示滴定终点。在25℃时LAg2CrO4=2X10-12,理论上需要的铬酸根离子浓度为:
按Cr6+折算单位后为理论5.8mg/L。
由于6价铬化合物具毒害性可致癌,对人员环境危害较大,几年来,我们将氯离子含量测后废液、过期的铬酸钾溶液以及铬酸洗液统一收集起来,密闭贮存在专用试剂瓶中。对它们的允许排放浓度作了严格规定,6价铬化合物最高允许排放浓度仅为0.5mg/L。
2.1.2 含铬废液无毒处理试验
将收集得到的氯离子测后废液、铬酸钾废液于专用废液瓶中,根据其溶酸性和沉淀转化试验结果,采用硫酸亚铁还原法对废液进行无毒处理。
①酸化废液
加入过量1mol/L盐酸溶液,使废液呈酸性PH值≈3。在酸性介质中,铬酸银沉淀将转化为氯化银沉淀和铬酸,铬酸根离子(CrO42-)以铬酸氢根离子(HCrO4-)形式存在。依据同离子效应,加入盐酸溶液,其中存在的氯离子有利于氯化银沉淀的完全生成,即铬酸银沉淀的转化以及6价铬以离子形态参与还原反应。将上述废液静置15天。
②分离氯化银沉淀
将废液的上层清液倒入5000ml试剂瓶中,用玻璃漏斗过滤下层氯化银沉淀,将滤液全部转入试剂瓶中。
③硫酸亚铁还原反应
将上述废液倒入2000ml烧杯中,用1mol/L盐酸溶液调节废液呈酸性,使PH值≈3。在酸性条件下向废液中加入适量硫酸亚铁,亚铁离子能把铬酸氢根离子中的6价铬离子还原为3价铬离子。
④加碱使废液生成3价铬沉淀物
向废液中加入5mol/L氢氧化钠溶液,调节溶液呈碱性,使PH值≈8,将盛有废液的烧杯置于可调电炉上,加热至80℃左右,得到碱性沉淀物。试验发生如下反:
⑤含铬铁氧体分离
由于得到的沉淀物组成类似于氧化铁,且具有磁性,因此借助磁铁可以将沉淀物(含铬铁氧体)从废液中分离出来。分离出沉淀后的废液经检测6价铬含量为0.2mg/L,不超过0.5mg/L,达到国标要求,可直接排放。
2.2 酸碱性有害废液无害化处理方法研究
2.2.1 废液酸碱度测定
水质矿化度分析、药品配制产生的酸性、碱性废液,由于具有强腐蚀性,碱度变化幅度大,直接排放破坏生态平衡。对这类有害废液的处理,重点考虑酸碱度的影响。
(1)对水中碱度、碳酸根、碳酸氢根离子含量的测定,用盐酸标准溶液滴定,依次用酚酞和甲基橙作指示剂,发生酸碱中和反应,反应式为:
将反应产物、洗涤移液管、滴定管以及滴定后剩余盐酸一并收集到指定废液瓶中,用精密PH计测定其PH值,废液1呈酸性(PH值=4.2)。
(2)对水中钙、镁离子、硫酸根离子含量的测定,分别用钙试剂和铬黑T作指示剂,在PH值为12、PH值为10的介质中用乙二胺四乙酸二钠盐(EDTA)标准溶液滴定,发生络合反应,反应式表示如下:
MY2-、CaY2-为生成的稳定络合物,与洗涤移液管、滴定管以及滴定后剩余EDTA一并收集到另一废液瓶中,用精密PH计测定其PH值,废液2呈碱性(PH值=12.7)。
2.3 化验分析废液的回收和再利用
化验分析产生的废原油、废有机溶剂以及各种废化学药剂都是可回收再利用资源。对这类废液进行合理回收,可减少环境污染,避免造成资源浪费,取得一定的经济效益。
化验室每年约产生废原油1.2吨,各种废化学药剂(清蜡剂、防蜡剂、破乳剂、絮凝剂、阻垢剂、杀菌剂)0.6吨。日常化验后产生的废液,由专人负责,分类、密闭贮存于专用废液桶中。对废原油、污油定期集中送到联合站回收池进行回收。对各类废弃化学药剂分类、密闭贮存,集中送交有关化工厂处理。对废汽油、石油醚、酒精这类有机溶剂进行再利用,如用于清洗原油样桶、废液杯等,节约化验材料消耗。
3、结论及认识
(1)对氯离子测后废液等含铬废液,在酸性条件下,采用硫酸亚铁化学还原法,将有毒的6价铬离子还原为无毒的3价铬离子,降低有毒有害物质含量,达到国家排放标准。
(2)对矿化度分析(不包括氯离子)废液,采用自体中和法进行无害化处理,处理后废液达到工业废水排放标准(PH值为6-9)。对其它化验分析产生的强腐蚀性的酸性、碱性废液可采取加药中和法处理,操作简单,经济实用。
(3)对化验分析产生的废原油、污油、废有机溶剂以及各种废化学药剂等可回收再利用废液,实行分类收集、密闭存放、集中处理、合理回收。
(4)化验分析废液无害化处理方法安全可行,可推广应用。
(5)通过对有毒有害成分的有效处理,减少对人员和环境的危害,社会效益显著。通过对可回收化验废液的回收再利用,在保护环境的同时,节约了资源。
参考文献
油田压裂技术在油气井增产中应用广泛,该技术在应用于剩余油的潜力发掘和致密油开采中效果明显,压裂技术主要是把压裂液强行注入含油地层后使得地层产生裂缝,因而更多的石油会流入生产井,使得油田实现增产。而压裂液随后需外排,称之为压裂废液,其特点为COD值高,悬浮物含量高,矿化度高和高粘度等[1]。
1 压裂废液的危害及主要处理方法
水基压裂液在常规压裂作业中应用最为普遍,生产作业完成后所产生的压裂废液中主要含有有机物例如胍尔胶和酚类、石油类、阴离子例如氯离子及各种添加剂等,与此同时大部分废液中含有大量未处理原油、醛类及胺类等有害物质,这些决定了其内在污染物的成份复杂,并且比较稳定难以降解[2]。如果不经过有效处理措施即排出其中的难降解物质就会对周围环境,地表水系,农作物,大气环境等造成严重污染。与此同时大量含有重金属离子的废水会进入大自然,对生态系统和水资源的破坏无法恢复,因此采取措施降低其污染程度是势在必行。
处理压裂废液的方法主要有化学氧化法,絮凝沉淀法,过滤/吸附法,光催化氧化,电催化氧化,Fenton氧化和超声波氧化等。其中化学氧化中主要使用的氧化剂包括臭氧、次氯酸盐、高锰酸钾、高铁酸钾、过氧化氢、二氧化氯和氯气。
2 绿色化学技术的优点
美国化学会提出绿色化学这一概念,目前已经在世界得到广泛的支持和响应。根本理念为在源头上利用化学原理减少或进一步消除工业或工业化工生产对环境的污染;期望将反应物的原子100%转化为理想终产物。绿色化学应用和具体实施在化工生产中更为普遍,绿色化学技术在处理全球污染问题上占有重要地位,旨在减少甚至完全消除不利于人类健康和环境的反应原料的使用,反应过程的利用,从而在根本上减少或消除污染的化学技术[3]。
3 绿色化学技术在压裂废液处理中的应用
3.1 高铁酸盐氧化法
一般认为高铁酸盐在水中分解方程为
FeO42-+8H++3eFe3++4H2O (1)
FeO42-+4H2O+3eFe(OH)3+5OH- (2)
2FeO42-+3H2O2FeO(OH)+(3/2)O2+4OH- (3)
高铁酸盐氧化有机物首先发生二聚反应,即高铁酸盐与反应物形成复合体,然后在复合体上发生电子转移,形成初级产物,六价Fe离子被顺序还原为四价Fe离子,三价Fe离子和二价Fe离子。由上式不难看出反应产物为含有Fe离子的水,高铁酸盐一般在工业上应用为预氧化,不需要改变现有工艺流程,不需要增加大的设备,可替代工场上的预氯化手段,从而减少三卤甲烷,卤乙酸等强致癌有机污染物。由此可以看出高铁酸盐氧化法处理压裂废液时符合绿色化学第四条设计安全的化学品和第十条产物应设计为发挥完作用可分解为无毒降解产物原则,是一种绿色化学技术。
郭威等在用K2FeO4处理压裂液时发现在K2FeO4加量为3 000 mg/L,反应条件为pH=13.0反应时间40 min,非常规压裂返排液的粘度降低到1.4 mPa/s, COD、SS、油含量和色度的去除率分别达到59.1%,93.3%,95.2%和88.9%,能够有效的去除压裂液中的污染物质[4]。刘旭东等在运用高铁酸盐处理压裂液时发现在初始 pH=9,氧化反应时间30 min,高铁酸钠投加量5 mmol/L,试验中 COD 的去除率达到50%以上[5]。
3.2 臭氧氧化法
臭氧间接氧化的作用机理一般为
3O3+OH-+H+2OH-+4O2 (4)
在水溶液中的臭氧易被诱导发生自我分解反应,通过链反应生成羟基自由基(OH-),它是一种强氧化剂,因此臭氧与污染物间接反应为两个步骤:首先臭氧发生自分解反应生成羟基自由基,然后是具有强氧化功能的羟基自由基氧化污染物。另一种情况是臭氧直接氧化污染物,选择性较强,一般来说都是臭氧直接作用于有机物中的饱和键上生成羟基过氧化物和过氧化氢。由此可以看出臭氧氧化法处理压裂废液时符合绿色化学第四条设计安全的化学品和第十条产物应设计为发挥完作用可分解为无毒降解产物原则,是一种绿色化学技术。
林冲等对外排水进行臭氧处理使其中中大分子有机物降解为小分子,并且臭氧将会继续对小分子有机物产生矿化作用,将不饱和价键的有机物转变为氯反应惰性的有机物,表现为被氧化后外排水氨氮、氰化物和硫氰化物等的同步降低或去除[6]。秦芳玲在处理压裂废液时发现臭氧直接氧化和间接反应。直接反应在低pH条件下进行, 该反应速度快但选择性差; 在高pH时, 则通过OH-促进水中臭氧的分解, 产生羟基氧化水中有机物, 该反应选择性强且反应速度较慢,反应后生成OH-[7]。冀忠伦等在在絮凝剂加量为250 mg/L,助凝剂加量为10×10 mg/L,臭氧浓度为25 mg/L,催化剂TiO2加量为1 g/L ,pH为8的条件下, COD达到国家二级排放标准[8]。
3.3 芬顿试剂氧化法
芬顿试剂在处理高浓度,难降解,毒性大的压裂废液时应用广泛。下式为其在水中被诱导分解的过程: e2++H2O2OH-+OH·+Fe2+ (5)
Fe2++ OH·Fe3++OH· (6)
Fe3++H2O2Fe2++HO2·+H+ (7)
HO2-+H2O2O2+H2O+OH (8)
RH+OH·R·+H2O (9)
R·+Fe3+R++Fe2+ (10)
R++O2ROO+FCO2+H2O (12)
R·+H2O2OH+OH· (12)
由上式可以看出,反应生成的产物主要是含有铁离子的废水,且羟基在水中可以自由降解,生成产物为水。由此可以看出芬顿试剂氧化法处理压裂废液时符合绿色化学第四条设计安全的化学品和第十条产物应设计为发挥完作用可分解为无毒降解产物原则,是一种绿色化学技术。
何静等研究了芬顿试剂对压裂液残渣进行降解的效果,发现将原胶液(pH≤7)与交联破胶体系(0.7%硼砂+0.3%APS+2%芬顿试剂+其他助剂) 以体积比10∶1混合后,处理3 h后的破胶液中的残渣含量较单独使用APS 时降低了42 mg/L,固体颗粒含量下降38%,破胶液对支撑剂导流能力的伤害下降近11.7%[9]。董小丽采用 Fenton 氧化-絮凝-SBR 联合处理方法处理油田压裂废液:在30%双氧水(体积分数)加量为0.2 %、FeSO4加量为20 mg/L 条件下进行Fenton氧化 30 min,再按PAC加量为70 mg/L、PAM 加量为3 mg/L、搅拌速度100 r/min 条件下进行絮凝处理30 min后,进入SBR反应器曝气8 h和沉降1 h后,处理后压裂废水的CODcr 从4 132.92 mg/L降至 190.38 mg/L,其去除率可达 95.4 %[10]。
3.4 光催化氧化
光催化氧化法是在特殊的光照条件下发生的有机物参与的氧化分解反应,最终把有机物分解成无毒物质的处理方法。光催化氧化法由于产生的电子-空穴对具有较强的氧化和还原能力,能使有毒的有机物被氧化,并且降解大多数有机物,最终生成简单的无机物。由其原理可以看出光催化氧化符合绿色化学中的第四条设计安全的化学品和第七条原料可再生原则,是一种绿色化学技术。王松等采用混凝-氧化-吸附-光化法处理压裂液,处理后出水进入系统水后没有生成沉淀、气体等,对系统水水质没有较大改变,处理后出水的pH值为7.11、含铁为0.5 mg/L、含油为0.5 mg/L、含硫为7.6 mg/L、细菌为76个/mL、悬浮物为4.7 mg/L,达到了回注标准[11]。
3.5 电化学法
电化学法具有絮凝,气浮,氧化和微电解作用,在处理压裂液时电絮凝,电气浮和电氧化往往同时进行。在电流的作用下,废水中的部分有机物可能分解为低分子有机物,还有可能直接被氧化为CO2和H2O。不难看出电化学法符合绿色化学中的第四条设计安全的化学品和第七条原料可再生原则,是一种绿色化学技术。聂春红等考察了电催化氧化对于油田采出水低浓度的有机物质降解COD的效果,运用ti/lro2-ta2o5电极进行处理COD可降到140 mg/L以下[12]。刘思帆等采用“中和-混凝-Fe/C 微电解Fenton 试剂法处理压裂液时发现Fe/C微电解实验:pH值为2、反应时间为20 min、铁碳比为5:1, COD去除率可达52.7%。
3.6 超声法
超声波在压裂废液处理中的作用原理,重点在于超声的空化效应,超声在水中进行传播时会进行液相的声化学效应,由空化效应能够使水中的OH键断裂形成羟基自由基,并且产生游离氧及H2O2。水中的污染物所含有的有机物与产生的羟基自由基和H2O2进行反应,从而氧化降解甚至直接分解有机污染物。由其原理可以看出超声法符合绿色化学中的第四条设计安全的化学品和第七条原料可再生原则,是一种绿色化学技术。胡松青等研究了超声、纳米TiO2光催化单独处理及联合处理石油污水COD的效果,发现在联合处理条件下压裂废液COD去除率明显上升,与单独使用纳米TiO2光催化处理时提高15%,COD去除率达到46.8%,降解后符合排放标准[13]。
3.7 混凝法
混凝法也称为混凝澄清法,是对不溶态污染物的分离技术,指在混凝剂的作用下发生脱稳架桥过程使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体。何红梅等使用复合高分子絮凝剂对压裂返排液进行处理,废水中COD值由2 298 mg/L降至597 mg/L,COD的去除率达到74%,处理后废水水质得到改善,为后续的处理大大减轻了负担,具有很好的实用价值[14]。
3.8 吸附法
吸附法处理是利用多孔性固体相物质吸着分离水中污染物的处理过程。钟 显等研究了混凝-Fe/C微电解-活性碳吸附法工艺对压裂返排液进行预处理,发现COD的去除率达47.9%,提高了压裂返排液的可生化性[15]。万里平等采用混凝-次氯酸钠氧化-Fe/c微电解-HZOZ/FeZ-催化氧化-活性炭吸附处理压裂液时发现通过活性炭深度处理,求出吸附等温式为:q=1.78C0.58,当活性炭投加量为4 g/L时,COD去除率为48.3%[16]。张方元等用混凝气浮-过滤-膜生物反应器(MBR)-活性炭吸附工艺对压裂液进行处理,出水达到GB8978–1996《污水综合排放标准》中一级排放标准[16]。
4 展 望
随着对油田压裂废液的关注越来越多以及国家政策对于环境保护力度越来越大,绿色化学化工技术以其能运用现代科学技术的原理和方法,从源头上减少或消除化学工业对环境的污染的优势在油田压裂废液处理上显现出巨大优势。虽然绿色化学是人们追求的目标,但在现阶段做的处理过程中完全没有有毒有害物质生成是不能完全实现的,所以处理压裂液废水的反应绿色化将更加重要。现阶段采用的绿色化学化工单工艺处理效果比较一般,把多种绿色处理工艺结合起来效果会增强很多。随着对油田压裂废液的进一步关注,绿色化学化工技术将在未来处理油田压裂废液的环境保护中展现出巨大的作用。
关键词:PCB 废水处理 回用工程 实例分析
1 前言
电子信息产业繁荣发展,我国PCB(印刷线路板)产量位居世界第一,成为全球重要生产基地。印刷线路板生产工艺复杂、涉及多种化工原料、流程长、消耗大量生产用水,产生大量工业污物,且生产废水成分性质复杂、处理与回用难度大。随着我国PCB产业的日益壮大,PCB生产废水的环保问题愈发突显,在推动经济发展的同时,对我国环境生态保护造成危害。如何运用科学合理的处理技术及工艺有效控制、减少PCB废水污染,确保PCB产业可持续发展,是当下我国生态环境保护的重点关注问题,也是防治水污染领域的一项重要研究内容。
2 PCB生产废水分类、特点
在印刷线路板生产过程中,运用多种性质不同的化工原料,造就了PCB生产过程中废水及废液具有多样性、复杂性特点。PCB废水通常可分为两大类,废水与废液。
废水可以细分为一般清洗水、磨板清刷水、含镍清洗水、电镀铜清洗水、含氰废水、络合废水、有机废水等,相应水质特点为分别含有铜离子、铜粉、金属镍、硫酸铜、氰、同络合物、有机物。
废液相比起废水,来源与种类更为复杂,分为碱性废液、酸性废液、含金废液、含银废液、含镍废液、含锡废液、高锰酸盐废液、化学铜废液、活化废液、除油废液、蚀刻废液等。其特点均表现为化学需氧量值大,且有机物含量及金属含量高。
不同生产工序及制作工艺于产污环节产生的废水和废液所含污染物性质也均存在差异。PCB废水所含有机物及金属离子形态多样,含量多变,成分不一,增加废水处理及回用难度。其中含大量重金属化合物,如Ag(银)、Au(金)、Cu(铜)、Pb(铅)、Sn(锡)、Ni(镍)等,又含多种有机添加剂和有合成高分子有机物。不理或处理不得当排放到生态环境中会对人类及环境造成巨大影响,危害人类身体健康及生态安全。
3 简述处理工艺、对比优缺点
3.1化学沉淀法
化学沉淀法是目前应用最为广泛的方法,包括重金属捕集剂法、中和沉淀法、硫酸亚铁法和硫化物沉淀法等,主要运用于破除废水中的络合铜。其中,重金属捕集剂法处理效果好但成本高昂;中和沉淀法因价格低廉,易于控制药剂量,成为常用的常规处理方法,但处理效果欠佳,不能满足排放标准;硫酸亚铁法处理速度快但药剂量大,易产生大量污泥;硫化物沉淀法添加Na2S剂量把控难度大,易造成二次污染。
3.2化学氧化法
PCB废水通常采用高级氧化技术进行处理,通过添加氧化剂释放铜,加碱中和沉淀,其中以利用H2O2与Fe2+反应生成Fenton试剂最为常见,此方法能有效使Cu2+沉淀并降低COD,但所需投入氧化剂剂量较大,成本较高。
3.3离子交换法
离子交换法是指无需向PCB废水中添加药剂,运用离子交换剂分离有害物质,应用便捷,极具优势,成为当下PCB生产废水处理与回用的研究热点。但此方法价格高昂,仅适用于处理毒性大、浓度低、具备回用价值的重金属废水。
3.4生物法
生物法作为最基本的去除有机物方法,主要依靠微生物吸附、协同、吸收、转化作用,应用于PCB废水处理中。在厌氧条件下破坏PCB络合废水中COD的来源(柠檬酸、酒石酸等),使厌氧条件下生成的S2-与铜离子结合并沉淀,同时利用微生物外聚合物吸附铜离子。生物法成本低廉、运行可靠、效果稳定、不会造成二次污染,但由于PCB废水可生化性差且微生物受铜离子毒害与抑制作用影响,需要筛选特殊生物菌进行干预与培养。
3.5吸附法
通过在废水中投入吸附剂(活性炭、沸石等),吸附有机物,饱和后废弃吸附剂这一方法成为吸附法。应用于PCB废水处理中,对去除COD和降解有机物有显著效果,但由于吸附值较小,处理络合物浓度较高的废水时,极易饱和,由于再生困难且再生设备昂贵,只能频发更换新吸附剂,增加运费及成本。
4 实例分析
某深圳市PCB企业,从事印刷线路板生产。PCB生产用水量大、废水种类繁多、水质成分复杂。原处理工艺自动化程度较低,分水不合理,废水处理效果欠佳,系统运行缺乏稳定性。而后进行优化调整,施以新处理工艺。根据企业内污染物种类及处理技术需求大致分为综合废水(一般清洗水、电镀清洗水、磨板清洗水)、有机废水、有机废液、络合废水、含镍氰废液、油墨废水等。
废水水质、水量数据见表1,工艺处理技术流程见图1。
严格遵循分类收集、分质处理原则,根据不同废水的特质采取相应处理工艺技术。
4.1综合废水
(1)用泵将废水提升至调节池内,投入NaOH,将综合废水酸碱值控制在9-10间;(2)中和反应发生,生成Cu(OH)2等沉淀物,通过混凝池、反应池、二沉池等,投入聚丙烯酰胺和聚合氯化铝;(3)经由过滤器、阳离子塔等去除有机污染物,最后经由pH再调整池检验,确保达标排放。
4.2络合废水/有机废水
(1)用泵将络合/有机废水提升至调节池内,投入酸将废水酸碱值控制在2-3间;(2)利用铁盐对络合剂的屏蔽作用投入硫酸亚铁,释放游离性Cu2+,针对络合铜含量较高的络合废水,需投入的硫酸亚铁剂量更大;(3)投入NaOH,将酸碱值调整至9-10,生成沉淀物,后续步骤与综合废水处理步骤一致。
4.3有机废液及废酸
(1)用泵将有机废液及废酸提升至调节池内,将废液废酸酸碱值控制在2-3间;(2)当有机废液析出固态物体后投入一定剂量能使其沉渣的特殊药剂;(3)经过混凝沉淀,“渣压滤”,沉渣经过压滤机脱水后打包委托处理,剩余液体送至废水过滤系统。
5 结束语
PCB生产废水即多氯联苯废水,是目前地球上最具代表性,扩散范围最广的持久性有机污染物,不仅对人体健康构成威胁,且对海陆生态系统皆产生影响及危害,是当下全球所重视的重大环境问题之一。
由于PCB生产废水成分不一,种类多样,水质复杂性,可生化性差的特点,致使企业必须在对其进行处理时,应当依据各种PCB生产种类的不同,成分性质的据别,进行分类收集、分质处理。
重视废水处理及回用系统的建设,设计科学合理的处理工艺,及时对系统进行优化、调整,对技术进行更新,灵活运用物理、生物、化学等方法进行废水处理及回用,保护生态环境系统,节约能源,降低消耗,较少成本,提高企业受益,将利润最大化。
参考文献:
[1] 麦建波, 江栋, 范远红,等. PCB废水处理技术研究现状及工程实例[J]. 印制电路信息, 2015, 23(11):62-65.
化学实验绿色化学环境污染实验教学是化学教学的重要途径,是使学生快速理解和掌握化学理论知识的一种重要手段,是化学教学不可或缺的方法。然而化学实验产生的废液、废气、废渣、不可避免地对环境造成污染。因此,如何减少化学实验对环境的污染是化学教学亟需解决的重要问题。经过几年来的探索研究,绿色化学走入人们的视野,它强调的是用化学的知识和技术,去减少或杜绝危害人体健康和对环境产生污染的原料,通过控制反应条件,使化学品在生产和应用时都能做到无污染、无毒害。把绿色化学应用到化学教育之中,从根本上防止和治理环境污染,从治标转向治本,是化学教学的改革重点。
一、提高环保意识
人是意识性动物,观念意识决定人的行为。在化学教学中,提高学生的环保意识,是保护环境、消除或减轻化学实验污染的前提条件。化学专业学生是参与化学实验,从事化学类工作的主体人员,提高他们的环保意识是减轻化学实验对环境污染的前提工作。学校可以通过举办环保讲座、图片展览、环境保护法宣传、环境污染展示等一系列活动,使他们能够认识到环境保护的重要性。环境是与我们每个人都息息相关的,是我们赖以生存的条件,保护环境人人有责。老师要重点讲解化学实验污染的危害性,及实验中废弃物的处理方法。化学实验污染的特点是规模小、浓度高、种类杂。实验过后,随意排放“三废”,将会对周边环境及人群,造成相当大的危害。因此在实验中,学生要按照老师的要求,自觉地按规定量取用药品、规范性操作、及时妥善地处理实验废弃物,养成良好的实验方法和习惯。
二、引进微型实验
微型化学实验是指以微量的化学试剂,在微量化的仪器和装置中进行的一种化学实验。它是一种新型的化学实验方法,以绿色化学为基本理念,以环境保护为根本出发点,它通过尽可能少的使用化学试剂,而获得比较明显的化学反应结果和准确的化学信息。引进微型化实验,代替传统的化学实验,在降低环境污染的同时还可以减少设备、水、电等的消耗,减少实验费用。微型化实验效果更为明显,使学生更为准确的观察化学方应,提高了化学教学质量。同时由于较少的使用化学试剂,减少危害,提高实验的安全性。
三、完善实验设备
化学实验是在化学设备下进行的,化学反应是在设备下产生的,可见设备对化学实验的重要性。设备的好坏不仅仅影响了化学反应的效果,而且落后的设备在安全、环保等方面也存在着很大的隐患。改进实验的设备,更新实验技术,先进的技术在某些实验中减少化学药剂用量、方便操作,反应速度快,减少了环境污染。运用先进的设备替换常规的设备,不易发生有毒气体泄露情况,避免师生受到危害,使化学实验在安全有序中进行。
四、化散为整实验
对于化学教学,一学期是由很多大小不同的实验组成的,教师可以在集中讲解一章或几节相关联的课程后,组装合并串联其中的实验,化散为整,把几个分散的小实验组合成一个整体,做一个连续的系列实验。要求这一系列的实验,前一个实验的产物是后一个实验的原料。这样通过试剂的回收及重复利用,不仅可以缩短实验时间,减少了课时,还有趣味性强,教学效果明显;节省实验试剂,减少了耗费;最重要的是减少三废的排放,有利于环境保护。
五、应用仿真实验
21世纪是信息时代,信息已经渗透到各个行业之中。信息的速度和更新,正是教学所需要的。利用计算机多媒体技术对化学实验的实验原理、装置、流程、实验过程等进行仿真,通过文字、声音、图像、动画、影视等方式来显示。这种教学方式是新兴起来的一种实验教学手段。学生通过这样的模拟仿真实验,自行操作,生动形象的观看到实验的现象,对于不懂的地方可以无限循环观看,低成本、高质量。既可以提高学生的学习积极性,又能做到实验废弃物的零排放、零污染,且始终对人体无害,实现绿色化化学实验教学。
六、慎用化学药品
化学实验的污染主要是由于实验中所用的高毒试剂引起的,所以在化学教学中,在保证实验正常进行的前提下,尽可能的选用无毒或低毒性,无污染或低污染,且废弃物容易处置的化学药剂。
七、正确处理“三废”
化学实验所产生的废气、废液、废渣,如不妥善处理,将会对环境造成严重的污染,也使资金大量流失。具体问题具体分析,对于化学实验产生的不同形态的废弃物处置的方法不同。国家对化学实验废弃物的处理有明确的条文规定,在遵从国家条文的前提下,要以保护环境、节约资源为原则。
1.废气的处理方法。化学实验室产生的废气种类较多,废气的处理以净化措施为主,采取废气净化方法很多,有吸收法、冷凝法、燃烧法、吸附法等。如二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等酸性气体可用水进行吸收处理。实际应用中应根据废气的性质,选择适当净化方法进行处理,以求达到最好的效果。
2.废液的处理方法,化学实验室产生的废液数量虽不多,但是种类较多,且对环境的危害较大。废液的处理方法主要是回收和净化。废液回收是指从实验废液中回收有用成分,进行再利用。废液净化处理是通过一系列的物理方法(沉淀、过滤、离心、分离等),化学方法(混凝、中和、氧化还原、电解、吸附等)及其他的有效手段将废水中所含的污染物分离出来或将其转化为无害物质。
3.废渣的处理方法。化学实验所产生的废渣量一般较少,但是他们的组成十分的复杂,不能随意丢弃。废渣的处理以回收为主,不能回收的进行无毒化处理。
八、结语
环境保护一直是大家关注的问题,是我们的立国之本, 强国之册, 所有人都必须予以高度重视。环境保护是全民行动,人人有责。作为化学教师, 在传授学生理论知识和技能的同时, 还要灌输给学生保护环境防止污染的意识及做法,努力做到最大限度地消除或减轻化学实验对环境所造成的污染。培养学生良好的实验习惯和环保意识,真正实现人与自然的和谐统一。
参考文献:
[1]虞春妹,刘晟波.高校有机化学实验的绿色化管理路径探究.中国现代教育装备,2010,(07):119-122.
关键词 高校实验室;废弃物;规范化处理;原则
中图分类号 X705 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)22-0214-02
高校实验室在教学和科研过程中会产生许多实验废弃物,尽管数量少,但种类齐全,品种繁多,且多具有易燃、腐蚀、毒害和反应性,其中的某些剧,会致癌和导致突变。若随意的将其排放到环境中,不仅会造成环境污染、人员伤害,而且不利于学生环保意识的培养,也与可持续发展的教育理念相悖[1]。如果学生将这种不良的习惯带入社会,将会加剧对环境的污染,不利于整个社会的可持续发展。
1 常见的废弃物及分类
1.1 废气
指实验过程中产生的有毒气体,如硫化物、氰化物、碳化物,此外,浓盐酸、乙醚、三氯甲烷等液体药品的挥发物也是废气。
1.2 废液
实验室产生的废液包括一般废水和化学性实验废液,一般废水主要来源于清洗仪器用和实验室用水;化学实验废液主要有样品分析残液、失效的药液等,如各种酸碱性废液、重金属废液、含氰废液、含氟废液、含有机物及细菌毒素的废液等。
1.3 废渣
指固体废弃物,如残余试样、反应废弃物、失效物质等。
1.4 放射性废弃物
指放射性物质浓度(活度)高于国家清洁解控标准的废弃物。
1.5 实验器械
指报废的试验仪器,如电脑、冰柜等,常用的易消耗或易破损用品,如玻璃器皿、手套、滤纸、刀片、枪头、离心管等。
1.6 生物废弃物
指动植物的组织、器官、尸体,微生物(细菌、真菌和病毒等)及其培养基等[2]。
2 废弃物处理的基本原则
2.1 及时处理
实验中产生的废弃物,一定要及时进行处理,并将处理过程形成制度。对每次实验产生的废气、废液和废渣,尤其对一些有毒物质和危险物质要及时处理,以免污染环境,造成危害。
2.2 分类收集
由于废弃物品种多样,组成复杂,性质多变,若随意丢弃,会形成安全隐患,对周边人员和环境造成伤害。为避免此种情况,在废弃物收集时应根据其组成、性质、化学禁忌等情况分类收集,分类方案应经济合理,安全适用。一般根据要求分类收集后,集中定期处理,但是对剧毒废弃物要及时处理[1-3]。
2.3 防止二次污染
在废弃物处理过程中,若方法选用不对、试剂选用不当或过量等,容易产生新的废弃物或排放物,造成二次污染。因此,处理时要慎重选择方法和试剂。如果在该实验室内部的废弃物中能够“以废治废”,则既可以降低成本,又可以保护环境。
2.4 区别对待,物尽其用
废弃物种类繁多,性质、数量差异较大,在选择最终的处理方案时,应具体问题具体分析,综合简便易行、经济实惠、以废治废等因素全面考虑。
3 废弃物处理的常用方法
处理废弃物时要遵循上述原则,根据废弃物的成分、性质及特点,选择适当的方法[4-5]。
3.1 自然排气法
通过实验室的门窗或在实验室中安装风机、风扇、换气扇等通风换气设备,以达到换气排气的效果。还可以将通风换气设备直接安装在易产生有毒有害气体的关键位置,如实验桌、仪器柜中,使换气效果更好。这种排气方法效率高,能耗少,经济实惠,被广泛采用。由于其中的有毒有害气体直接排入大气中,会造成二次污染。因此,目前已有学校在排气管道中安置吸附剂,这种方法即吸附法。
3.2 吸附法
利用某些物质本身吸附性较强的特性,将需要处理的废物与其接触,以达到吸附有毒有害物质、净化废弃物的目的。常见的吸附剂有活性炭、硅藻土、矾土、聚丙烯、氨基甲酸乙醋泡沫塑料、稻草屑等。吸附法不仅适用于对有毒气体的处理,某些固体或含有难于燃烧的或可燃性的低浓度有机物废液,也可用此方法进行处理。
3.3 沉淀法
主要是针对废液的处理方法。在废液中加入能够生成难溶或不溶物的试剂,形成沉淀物后再过滤分离,以达到净化除杂的目的。有时沉淀效果不佳的,还需要加入凝聚剂,使其与沉淀物共淀(共沉淀法)。将沉淀物滤出后,要妥善保管,无害化处理达标后方可排放,以避免造成二次污染。
3.4 中和法
利用酸、碱中和形成盐的特性,进行废物处理。在实际应用中考虑到经济、便利、以废治废等因素,常将强碱、强酸废液相互中和,既进行了无害化处理,同时也避免了资源浪费。中和液若不含其他杂质,只需调节pH值到7,加水稀释使含盐浓度低于5%,即可排放。
3.5 氧化还原法
这是一种利用物质的氧化、还原特性,进行废物处理的方法。在废物中加入能与其发生反应的氧化剂(还原剂),进行氧化还原反应,或将无混合危险、各自含氧化剂(还原剂)的废物相互作用,发生反应。在2种废液相互混合时,应分次、分量将其中一种倾倒入另一种中。
3.6 焚烧法
含可燃性物质(如绝大多数有机物)的废弃物,一般用焚烧法处理。即是把废物置于燃烧炉(少量废物可装入铁制或瓷制器皿)中,选择室外安全的地方进行燃烧,并保管好残渣。某些废弃物在燃烧时可能产生有害气体,必须用配备可洗涤有害废气的装置进行燃烧。
3.7 填埋法
将现阶段难以处理、对周围土壤、生物环境不构成危害的物质(包括生物动植物尸体)深埋于地下的处理方法。填埋深度、填埋地点应根据国家的相关规定执行。此外,常用的废弃物处理方法还有分解法、水解法、溶剂萃取法等。
4 结语
随着人类社会的进步和经济的发展,环境问题成为威胁人类发展与进步的重要因素之一,人们也越来越意识到环境保护的重要性。及时、正确、妥善地处理实验室的废弃物,既避免了潜在的安全隐患,又培养了学生良好的环保习惯,增强了环保意识。在高校这样的特定场所针对特定人群,开展实验室废弃物分类处理,能起到示范、表率作用,并通过这样的方式将环保的理念传递出去,为构建人与自然、人与环境和谐相处的社会贡献一份力量,使我们的社会更具有可持续发展的动力。
5 参考文献
[1] 李彩霞,彭实.中国台湾省学校实验废弃物的管理及启示[J].环境科学与管理,2008,33(12):11-13.
[2] 刘江海.实验室废弃物的危害及处理方法[J].职教与成教,2011,9(4):38-41.
[3] 包锦渊.有机实验废弃物处理方法研究[J].实验室研究与探索,2007,26(4):52-54.
【关键词】生化实验;废液;防治;措施;环境保护
生化实验产生很多有毒气体及废液,有些实验本身所需的药品都是剧毒物质或是致癌物,此废液如不经处理直接排到下水道,势必会对环境造成污染,对人类的健康产生威胁。所以实验室的废液一定要集中收集,对其科学处理,杜绝对大气及水质的污染。
2004年3月17日国家环保局正式下发了《关于加强实验类污染环境监管的通知》,并规定于2005年1月1日起实施,所以高校实验室、化验室等都被纳入了环保监管范围,这就意味着排污单位超标排污将被依法处罚。各院校都加强了对实验所产生的废物废液及废气的科学处理,力行推行绿色实验室。
本文就生化实验室的废物的处理所采取的措施及实验的改进等问题进行分析。主要就是依据简单、高效低成本的原则。
1 生化实验所产生的废物类型及其处理方法
1.1 洗涤剂产生的废液
生化实验需要用到大量的玻璃仪器,玻璃仪器必须清洗干净,要不影响实验效果,也妨碍实验现象的观察。所以就用到大量的洗涤剂、去污粉、洗衣粉等,此类废液要用大量的水稀释,使其成分含量很低,方可通过下水道排掉。
1.2 含有Gr离子的洗液
很多实验会用到比较细小的仪器,像移液管、酸碱滴定管等没法用刷子清洗的精密仪器,我们就需要用铬酸洗液来进行浸泡。铬酸洗液经过反复多次使用后,其中的Gr6+逐步被还原为Gr3[1],其洗液浓度逐步变小,酸度降低,氧化能力也逐渐变弱了,此时可用硫酸氢钠将其还原,而后加入废碱液或石灰,将其PH值控制在8-9的范围内,使Gr以氢氧化物的形式沉淀[2],倒入指定的废液缸里,每年由环保局统一处理。
1.3 酸碱废液
实验过程中产生的大量的酸碱废液,常用强酸有盐酸、硫酸、硝酸等,强碱有氢氧化钠、氢氧化钾及碳酸盐等,这些溶液对人体、金属等均有腐蚀作用[3],所以实验结束时,统一收集到专用的、封闭性好的、不易被腐蚀的大型的玻璃仪器中,并挂上醒目的标签,标签一定要注明此溶液的名称、浓度、时间等。这些溶液可以用于其它实验废液的PH值的调节,也可以把二者混合,使其中和,PH到达6-9的范围内[4],即可排放。
1.4 重金属废液
生化实验过程中的重金属主要就是指含有汞、铬、镉、铅等化学成分的废液,此类废液只要少量的被人体吸收,都会引起局部或肌体功能障碍,有的甚至造成死亡[5],重金属中毒案件近几年报道的很多,所以学校领导及实验室人员都高度重视。实验结束后,统一收集、固定存放在指定的仪器中。含镉、铅的废液可以用沉淀法来处理,在PH8-10的碱性溶液中,Pb2+、Cd2+都可以以氢氧化铅和氢氧化镉的形式沉淀,再加入硫酸亚铁,废液即变为澄清液[6],学期结束时,上报环保局,有环保部门来统一处理。
1.5 易挥发有毒的药品处理措施
好多实验都用到有刺激性、有毒或易挥发的药品,甲醛、硫化氢、氨水等都会造成呼吸道疾病和刺激眼角膜,有的还会造成血系统及中枢神经系统损伤。操作时,一定要戴好合适的手套和护目镜,穿好防护服,始终在通风厨中操作,因为管道相对来说都有一定的高度并加设过滤器,排出的气体已被空气稀释并过滤过了[7]。如果有毒气或难闻气体较多时,必须要经过吸收处理后方可排出,还有些酸性氧化物的气体,如含氮、磷、硫等的气体,需用导管投入到碱液中,经过反应后,使其吸收后再排放。还有的气体浓度较高的,可供给足够的氧气使其充分燃烧,最终产物为二氧化碳和水[6]。
2 改进实验,减少污染
为了防止过量的化学试剂、反应产物――废液废物对环境的污染,国外及国内的很多高校都对实验做了修改和调整。在满足实验条件,尽量的选择毒性低,废液废气产生量较小的实验,或在不影响实验结果的情况下,选取毒性较小的药品来代替剧毒有害的化学药品[8]。而对于没有可取代的有毒气体、重金属、贵重药品的实验也都做相应的改进,采用微量法或半微量法实验。微量实验法是美国的Mayo博士和他的同事们于1982年研究,开设的一种新型实验法,我国是在1988年开始研究并进行推广。此方法具有污染小、用药少,节约经费,缩短实验时间,同时实验过程产生的废液,废气都相应的减少,对环境的污染也减小了,提高了实验室的经济效益和社会效益。凯式定氮法原装置是100ml,现改为半微量50ml,所用的试剂都变为原来的一半,其结果和现象都与原先的实验一致,所以大力推行微型实验,这也是当前实验发展的一大趋势。
3 药品的回收及循环使用
有的实验用过的有机物是可以进行回收的,即节约了开支,同时又减少污染,缓解对环境造成的危害,象三氯甲烷、乙醚等都可以进行回收。有机物的回收常用的方法主要就是精制、提纯,此过程一定要在通风厨中进行,因为大多的有机物都是易挥发的、难闻有刺激性气味的液体,一般先在分液漏斗中洗涤,再进行蒸馏处理,最后提纯[9],就可得到纯度较高的溶液,存放在棕色带有磨口的试剂瓶中,贴上标签,可供实验循环使用。如纯度不高,可以重复再蒸馏一次。分析阴离子洗涤剂和挥发酚等实验,都可以用收集到的三氯甲烷,试剂的循环使用减少了对环境的污染,而又不影响实验效果,一举两得,利国利民。
4 建立仿真实验室
仿真实验又叫虚拟实验,主要就是利用软件和硬件的结合,来代替传统的常规的实验,通过计算机及网络来进行模拟、仿真各实验的操作步骤。此方法的优点:可以反复多次操作练习,很好的锻炼了学生的操作能力,在网络上操作生动形象逼真,还不会有任何危险及有毒的废液产生,同时还加深了对理论知识的理解和巩固 ,也利于培养学生严谨的科学态度。
5 培养学生的环保意识,创建绿色实验室
保护生存环境而共同努力是全体公民应尽的义务,在实验教学过程中对学生进行环境科学教育,是正规教育体系改革的必然,也是老师责无旁贷的义务。当学生进入实验室,首先必须阅读实验室的规章制度,在常规的实验过程中,要求所有的学生操作要规范,养成良好的实验习惯[10],课前一定要预习,实验的目的、原理、实验步骤都要熟记心中,提高了实验成功率,减少了实验产生的废液量。
6 结论(下转第44页)
(上接第29页)高校实验室废液是关系到子孙后代的长远问题,已引起社会各界的重视和高度关注,所以实验教学过程中,一定要遵循倡导绿色实验,实验室的环境舒适,保持室内良好的通风,排水系统畅通,污染物极少,还要特别注重日常的管理,实验人员根据废液的性质不同采取有效的措施,及时处理,做到达标排放,降低了生物化学实验室的废液对环境和人体健康的危害。
【参考文献】
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废弃物,包含的种类繁多。从实验室产生的化学废弃物,多数是有毒有害物质。有些是剧毒或致癌物质,对其处理不当,这些物质将污染环境,甚至可能造成严重后果。实验室排出的废弃物,主要分为无机类和有机类两类废弃物。虽然实验室排出的废液与工业废液相比在数量上是很少,但由于其种类多,组成经常变化,因此最好不集中处理,由各实验室根据废弃物性质分别进行处理。本章根据多年来实验室对废弃物的处理实践经验,并参考相关资料,把实验室常见化学废弃物的处理办法作如下探讨。
1 无机类实验废液的处理方法
1.1 含六价铬的废液
铬酸洗液失效变绿,可以浓缩冷却后用高锰酸钾粉末氧化,直至溶液呈深褐色或微紫色后用砂芯漏斗滤去二氧化锰沉淀后再用。变黑的废洗液可用废铁屑还原残留的六价铬成三价,再用废碱液或石灰使其生成低毒的氢氧化铬沉淀。
1.2 含氰化物的废液
1.2.1 于废液中加入NaOH溶液,调整pH至10以上。然后加入约10%的NaOCl溶液,搅拌约20分钟,再加入NaOCl溶液,搅拌后,放置数小时(如果用氧化――还原光电计检测其反应终点,则较方便)。
1.2.2 加入5―10%的H2SO4(或盐酸),调节 pH至7.5~8.5,然后放置一昼夜。
1.2.3 加入Na2SO3溶液,还原剩余的氯(稍微过量时,可用空气氧化。每升含1克Na2SO3的溶液1毫升,相当于0.55毫克Cl)。
1.2.4 查明废液确实没有CN-离子后,才可排放。
1.2.5 废液含有重金属时,再将其作含重金属的废液加以处理。
1.3 含镉的废液
1.3.1 在废液中加入 Ca(OH)2,调节pH至10.6~11.2,充分搅拌后即放置。
1.3.2 先过滤上层澄清液,然后才过滤沉淀。保管好沉淀物。
1.3.3 检查滤液中确实不存在Cd2+离子时,把它中和后即可排放。
1.4 含铅的废液(氢氧化物共沉淀法)
1.4.1 在废液中加入Ca(OH)2,调整pH值至11。
1.4.2 加入Al2(SO4)3(凝聚剂),用H2SO4慢慢调节pH值,使其降到7~8。
1.4.3 把溶液放置,待其充分澄清后即过滤。检查滤液不含Pb2+后,即可排放。
1.5 含砷废液
1.5.1 废液中含砷量大时,加入Ca(OH)2溶液,调节pH至9.5附近,充分搅拌,先沉淀分离一部份砷。
1.5.2 在上述滤液中,加入FeCl3,使其铁砷比达到50,然后用碱调整pH至7~10之间,并进行搅拌。
1.5.3 把上述溶液放置一夜,然后过滤,保管好沉淀物。检查滤液不含As后,加以中和即可排放。此法可使砷的浓度降到0.05ppm以下。
1.6 含汞废液
1.6.1 于废液中加入对于FeSO4(10ppm)及Hg2+之浓度的1∶1当量的Na2S•9H2O,充分搅拌,并使废液之pH值保持在6~8范围内。
1.6.2 上述溶液经放置后,过滤沉淀并妥善保管好滤渣(用此法处理,可使Hg浓度降到0.05ppm以下)。
1.6.3 再用活性炭吸附法或离子交换树脂等方法,进一步处理滤液。
1.6.4 在处理后的废液中,确证检不出Hg后,才可排放。
1.7 含重金属的废液
1.7.1 氢氧化物共沉淀法
1.7.1.1 在废液中加入FeCl3或Fe2(SO4)3,并加以充分搅拌。
1.7.12 将Ca(OH)2制成石灰乳,然后加入上述废液中,调整 pH至 9~11(如果pH值过高,沉淀会再溶解)。
1.7.1.3 溶液经放置后,过滤沉淀物。检查滤液确实不含重金属离子后,才把它中和排放。
1.7.2 硫化物共沉淀法
1.7.2.1 废液中重金属的浓度要用水稀释至1%以下。
1.7.2.2 加入Na2S或NaHS溶液,并充分搅拌。
1.7.2.3 加入NaOH溶液,调整pH值至9.0~9.5。
1.7.2.4 加入FeCl3溶液,调节pH值至8.0以上,然后放置一夜。
1.7.2.5 用倾析法过滤沉淀,检查滤液确实不含重金属。
1.7.2.6 再检查滤液有无S2-离子。如果含有S2-离子时,用H2O2将其氧化,中和后即可排放。
1.8 含氟废液
于废液中加入消化石灰乳,至废液充分呈碱性为止,并加以充分搅拌,放置一夜后进行过滤。滤液作含碱废液处理。此法不能把氟含量降到8ppm以下。要进一步降低氟的浓度时,需用阴离子交换树脂进行处理。
1.9 含酸、碱、盐类物质的废液
1.9.1 查明即使将酸、碱废液互相混合也没有危险时,可分次少量将其中一种废液,加入另一种废液中。
1.9.2 用pH试纸(或pH计)检验,使加入的酸或碱的废液至溶液的pH约等于7。
1.9.3 用水稀释,使溶液浓度降到5%以下,然后把它排放。
2 有机类实验废液的处理方法
2.1 焚烧法
理化检测室常排出一些有机废液,:如醇类酯类有机酸酮及醚等由CH O元素构成的物质这些有机废液最好用相应容器分装。对可燃性有机废液加塞放置阴凉处。注意防火防晒专人保管。定期以非燃料烧毁,液可作为烧毁一次性采血用品的燃料。
2.2 吸附法、溶剂萃取法或氧化分解法
氯仿四氯化碳等有机溶剂易挥发毒性大,用容器收集后在其上面加一层水减少挥发。定期交环保部门统一处理。有条件的可以自己回收处理。使废液得到利用。方法如下:将收集氯仿用自来水冲洗,除去水溶性杂质。取水洗过的氯仿500ml置于1000ml的分液漏斗中,加入50ml浓硫酸,震荡数分钟。静止分层后,弃去下层的硫酸,重复这一操作直至硫酸层呈现无色为止。用200ml纯水洗涤氯仿2次,再用0.5%的盐酸羟胺
溶液洗涤2-3次后,用200ml纯水洗涤2次。将洗涤好的氯仿经无水氯化钙或无水硫酸钠脱水后蒸馏,收集沸程60℃-62℃的蒸馏液。四氯化碳的回收同上。