1.前言：实验室实际上是一类典型的小型污染源。实验室“三废”通常指实验过程所产生的一些废气、废液、废渣。这些废弃物中许多是有毒有害物质, 其中有些还是剧毒物质和强致癌物质, 虽然在数量与强度方面不及工业企业单位, 但是如果不进行处理而随意排放, 将会污染空气和水源, 造成环境污染, 危害人体健康, 甚至会影响实验分析结果。实验室也必须加强对废弃物的处理和管理。以下汇集一些实验室常见废弃物的处理方法。
2.实验室“三废”处理的原则
2.1一般原则
根据实验室“三废”排放的特点和现状, 遵循国家有关规定, 充分强调“谁污染, 谁治理”的原则。
为防止实验室污物扩散、污染环境, 应根据实验室“三废”的特点, 对其进行分类收集、存放、集中处理。在实际工作中, 应科学选择实验研究技术路线、控制化学试剂使用量、采用替代物, 尽可能减少废物产生量, 减少污染。应本着适当处理、回收利用的原则, 来处理实验室“三废”。尽可能采用回收、固化以及焚烧等方法处理; 处理方法简单, 易操作, 处理效率高, 不需要很多投资。
2.2废气
对少量的有毒气体可通过通风设备(通风橱或通风管道) 经稀释后排至室外, 通风管道应有一定高度,使排出的气体易被空气稀释。
大量的有毒气体必须经过处理如吸收处理或与氧充分燃烧, 然后才能排到室外, 如氮、硫、磷等酸性氧化物气体, 可用导管通入碱液中, 使其被吸收后排出。
2.3废液
废液应根据其化学特性选择合适的容器和存放地点, 密闭存放, 禁止混合贮存; 容器要防渗漏, 防止挥发性气体逸出而污染环境; 容器标签必须标明废物种类和贮存时间, 且贮存时间不宜太长, 贮存数量不宜太多; 存放地要有良好通风。剧毒、易燃、易爆药品的废液, 其贮存应按危险品管理规定办理。
一般废液可通过酸碱中和、混凝沉淀、次氯酸钠氧化处理后排放。有机溶剂废液应根据其性质尽可能回收; 对于某些数量较少、浓度较高确实无法回收使用的有机废液, 可采用活性炭吸附法、过氧化氢氧化法处理, 或在燃烧炉中供给充分的氧气使其完全燃烧。对高浓度废酸、废碱液要经中和至近中性(pH = 6～9) 时方可排放。
3.实验室废弃物的处理方法
含汞、铬、铅、镉、砷、酚、氰、铜的废液必须经过处理达标后才能排放, 对实验室内小量废液的处理可参照以下方法。
3.1含汞废弃物的处理
若不小心将金属汞撒落在实验室里(如打碎压力计、温度计或极谱分析操作不慎将汞撒落在实验台、地面上等) 必须及时清除。可用滴管、毛笔或用在硝酸汞的酸性溶液中浸过的薄铜片、粗铜丝将撒落的汞收集于烧杯中, 并用水覆盖。撒落在地面难以收集的微小汞珠应立即撒上硫磺粉, 使其化合成毒性较小的硫化汞, 或喷上用盐酸酸化过的高锰酸钾溶液(每升高锰酸钾溶液中加5ml 浓盐酸) , 过1～2h 后再清除,或喷上20 %三氯化铁的水溶液, 干后再清除干净。应当指出的是, 三氯化铁水溶液为对汞具有乳化性能并同时可将汞转化为不溶性化合物的一种非常好的去汞剂, 但金属器件(铅质除外) 不能用三氯化铁水溶液除汞, 因金属本身会受这种溶液的作用而损坏。
如果室内的汞蒸汽浓度超过0.01mg/ m3 , 可用碘净化, 即将碘加热或自然升华, 碘蒸汽与空气中的汞及吸附在墙上、地面上、天花板上和器物上的汞作用生成不易挥发的碘化汞, 然后彻底清扫干净。实验中产生的含汞废气可导入高锰酸钾吸收液内, 经吸收后排出。
含汞废液可采用硫化物共沉淀法处理, 即用酸、碱先将废液调至pH 8～10 , 加入过量硫化钠, 使其生成硫化汞沉淀。再加入硫酸亚铁作为共沉淀剂,与过量的硫化纳生成硫化铁, 生成的硫化铁沉淀将悬浮在水中难以沉降的硫化汞微粒吸附而共沉淀, 然后静置、沉淀分离或经离心过滤, 上清液可直接排放,沉淀用专用瓶贮存, 待一定量后可用焙烧法或电解法回收汞或制成汞盐。
3.2含铅、镉废液的处理
镉在pH 值高的溶液中能沉淀下来, 对含铅废液的处理通常采用混凝沉淀法、中和沉淀法。因此可用碱或石灰乳将废液pH 值调至9 , 使废液中的Pb2 + 、Cd2 + 生成Pb (OH) 2 和Cd (OH) 2 沉淀, 加入硫酸亚铁作为共沉淀剂, 沉淀物可与其它无机物混合进行烧结处理, 清液可排放。
3.3含铬废液的处理
铬酸洗液经多次使用后, Cr6 + 逐渐被还原为Cr3 +同时洗液被稀释, 酸度降低, 氧化能力逐渐降低至不能使用。此废液可在110～130 ℃下不断搅拌, 加热浓缩, 除去水分, 冷却至室温, 边搅拌边缓缓加入高锰酸钾粉末, 直至溶液呈深褐色或微紫色(1L 加入约10g 左右高锰酸钾) , 加热至有二氧化锰沉淀出现, 稍冷, 用玻璃砂芯漏斗过滤, 除去二氧化锰沉淀后即可使用。
含铬废液: 采用还原剂(如铁粉、锌粉、亚硫酸钠、硫酸亚铁、二氧化硫或水合肼等) , 在酸性条件下将Cr6 + 还原为Cr3 + , 然后加入碱(如氢氧化钠、氢氧化钙、碳酸钠、石灰等) , 调节废液pH 值, 生成低毒的Cr (OH) 3 沉淀, 分离沉淀, 清液可排放。沉淀经脱水干燥后或综合利用, 或用焙烧法处理, 使其与煤渣和煤粉一起焙烧, 处理后的铬渣可填埋。一般认为,将废水中的铬离子形成铁氧体(使铬镶嵌在铁氧体中) , 则不会有二次污染。
3.4含砷废液的处理
在含砷废液中加入氯化钙或消石灰, 调节并控制废液pH 值为8～9 , 生成砷酸钙和亚砷酸钙沉淀, 再加入FeCl3 , 因有Fe3 + 存在时可起共沉淀作用。也可将含砷废液pH 值调至10 以上, 加入硫化钠, 与砷反应生成难溶、低毒的硫化物沉淀。
有少量含砷气体产生的实验, 应在通风橱中进行,使毒害气体及时排出室外。
3.5含酚废液的处理
低浓度的含酚废液可加入次氯酸钠或漂白粉, 使酚氯化成邻苯二酚、邻苯二醌、顺丁烯二酸而被破坏, 处理后废液汇入综合废水桶。高浓度的含酚废液可用乙酸丁酯萃取, 再用少量氢氧化钠溶液反萃取。经调节pH值后, 进行重蒸馏回收, 提纯(精制) 即可使用。
3.6含氰废液的处理
处理低浓度的氰化物废液可直接加入氢氧化钠调节pH 值为10 以上, 再加入高锰酸钾粉末(约3 %) ,使氰化物氧化分解。
如氰化物浓度较高, 可用氯碱法氧化分解处理。先用氢氧化钠将废液pH 值调至10 以上, 加入次氯酸钠(或液氯、漂白粉、二氧化氯) , 经充分搅拌调pH值呈弱碱性(pH 约为815) , 氰化物被氧化分解为二氧化碳和氮气, 放置24h , 经分析达标即可排放。应特别注意含氰化物的废液切勿随意乱倒或误与酸混合,否则发生化学反应, 生成挥发性的氰化氢气体逸出,造成中毒事故。
3.7含苯废液的处理
含苯废液可回收利用, 也可采用焚烧法处理。对于少量的含苯废液, 可将其置于铁器内, 放到室外空旷地方点燃; 但操作者必须站在上风向, 持长棒点燃,并监视至完全燃烬为止。
3.8含铜废液的处理
酸性含铜废液, 以CuSO4 废液和CuCl2 废液为常见, 一般可采用硫化物沉淀法进行处理(pH 值调节约为6) , 也可用铁屑还原法回收铜。
碱性含铜废液, 如含铜铵腐蚀废液等, 其浓度较低和含有杂质, 可采用硫酸亚铁还原法处理, 其操作简单、效果较佳。
3.9综合废液的处理
综合废液以委托有资质、有处理能力的化工废水处理站或城镇污水处理厂处理为佳。少量的综合废液也可以自行处理。
对已知且互不作用的废液可根据其性质采用物理化学法进行处理, 如铁粉处理法: 将废液pH 值调节为3～4 , 再加入铁粉, 搅拌30min , 用碱调pH 值至9左右, 继续搅拌10min , 加入高分子混凝剂进行混凝沉淀, 清液可排放, 沉淀物以废渣处理。
废酸、废碱液可用中和法处理。
4.废有机溶剂的回收与提纯
从实验室的废弃物中直接进行回收是解决实验室污染问题的有效方法之一。实验过程中使用的有机溶剂, 一般毒性较大、难处理, 从保护环境和节约资源来看, 应该采取积极措施回收利用。回收有机溶剂通常先在分液漏斗中洗涤, 将洗涤后的有机溶剂进行蒸馏或分馏处理加以精制、纯化, 所得有机溶剂纯度较高, 可供实验重复使用。由于有机废液的挥发性和有毒性, 整个回收过程应在通风橱中进行。为准确掌握蒸馏温度, 测量蒸馏温度用的温度计应正确安装在蒸馏瓶内, 其水银球的上缘应和蒸馏瓶支管口的下缘处于同一水平, 蒸馏过程中使水银球完全为蒸气包围。
4.1三氯甲烷
将三氯甲烷废液依顺序用蒸馏水、浓硫酸(三氯甲烷量的1/ 10) 、蒸馏水、盐酸羟胺溶液( 015 %、AR) 洗涤。用重蒸馏水洗涤2 次, 将洗好的三氯甲烷用无水氯化钙脱水干燥, 放置几天, 过滤、蒸馏。蒸馏速度为每秒1～2 滴, 收集沸点为60～62 ℃的蒸馏液, 保存于棕色带磨口塞子的试剂瓶中待用。
如果三氯甲烷中杂质较多, 可用自来水洗涤后预蒸馏一次, 除去大部分杂质, 然后再按上法处理。对于蒸馏法仍不能除去的有机杂质可用活性炭吸附纯化。
4.2四氯化碳
含双硫腙的四氯化碳: 先用硫酸洗涤一次, 再用蒸馏水洗涤两次, 除去水层, 加入无水氯化钙干燥、过滤、蒸馏, 水浴温度控制90～95 ℃, 收集76～78 ℃的馏出液。
含铜试剂的四氯化碳: 只需用蒸馏水洗涤两次后,经无水氯化钙干燥后过滤、蒸馏。
含碘的四氯化碳: 在四氯化碳废液中滴加三氯化钛至溶液呈无色, 用纯水洗涤两次, 弃去水层, 用无水氯化钙脱水, 过滤、蒸馏。
4.3石油醚
先将废液装于蒸馏烧瓶中, 在水浴上进行恒温蒸馏, 温度控制在81 ±2 ℃, 时间控制在15～20min。馏出液通过内径25mm、高750mm 玻璃柱, 内装下层硅胶高600mm , 上面覆盖50mm 厚氧化铝(硅胶60～100 目, 氧化铝70～120 目, 于150～160 ℃活化4 小时) 以除去芳烃等杂质。重复第一个步骤再进行一次分馏, 视空白值确定是否进行第二次分离。经空白值(n = 20) 和透光率( n = 10) 测定检验, 回收分离后石油醚能满足质控要求, 与市售石油醚无显著性差异。
4.4乙醚
先用水洗涤乙醚废液1 次, 用酸或碱调节pH 至中性, 再用015 %高锰酸钾洗涤至紫色不褪, 经蒸馏水洗后用015 %～1 %硫酸亚铁铵溶液洗涤以除去过氧化物, 最后用蒸馏水洗涤2～3 次, 弃去水层, 经氯化钙干燥、过滤、蒸馏, 收集3315～3415 ℃馏出液, 保存于棕色带磨口塞子的试剂瓶中待用。由于乙醚沸点较低, 乙醚的回收应避开夏季高温为宜。
5.结 语
实验室废弃物虽数量较少, 但危害很大, 必须引起人们的足够重视。各实验室对实验过程中产生的废弃物, 必须对其进行有效的处理后方能排放, 要防患于未然, 杜绝污染事故的发生。
