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1、大学无机化学实验中 /三废 0 的绿色化处理 *徐 飞 李生英 张 梅 白 林 (兰州城市学院化学系绿色化学实验与教学研究所 甘肃兰州 730070 甘肃省庆阳市第三中学 甘肃庆阳 745000)摘 要: 分析了目前我国高校无机化学实验中/ 三废 0 的处理现状, 以绿色化学/ 零排放 0的思想提 出了预先处理、分类收集、回收再用、集站式处理的/三废 0 处理原则。 关键词: 无机化学实验; 三废; 绿色化学近年来, 随着人们生态环境意识的提高和社会 对环境保护的重视, 大学无机化学实验呈现出向绿 色化转变的趋势 1, 2。一些污染严重、毒性大、危 险性大, 三废处理困难的实验项目已经逐渐被删
2、 除, 如含氰电镀、A s 2O3 的性质、NO2 的性质和制 备、Cl 2 的氧化性、砷酸盐的性质等实验在各种新版 本的无机化学实验教科书中已不再出现 3。一些 高毒性的试剂逐渐被替代, 例如用硫代乙酰胺代替 H2 S 气体, 用漂粉精溶液加浓盐酸代替氯水等。以 减量而减污染为目的的微型化学实验、小量 - 半微 量实验、多媒体虚拟实验等实验技术逐渐得以推 广 4。这些举措都遵从绿色化学 /从源头抓起 0 消 除污染的原则。但是, 由于无机化学实验的特殊地 位和作用, 进行无机化学实验的同时仍然不可避免 地伴随着气体、液体或固体废物即 /三废 0 的生成, 这些产物中很多属于剧毒的 /三致 0
3、(致突变、致畸 形、致癌 )污染物 , 散发到空气中、水中、土壤中都 会造成严重的环境污染。有的虽然无毒害, 但无休 止的排放会对环境造成很大的危害。本文在对目 前高校无机化学实验中/三废 0 处理的现状进行分 析的基础上, 就如何以绿色化学的思想和原则进行 /三废 0 处理作一探索。 1. 无机化学实验中/ 三废 0 处理的现状 无机化学实验中产生的 /三废 0 具有废物量 少、成分复杂、污染面广、时间不确定、难于集中等 特点, 给污染治理带来一定困难。目前除少数一些 环保意识强的实验室没有直接排放废弃物外 , 多数 实验室仅仅把环保放在口头上, 废弃物回收协议签在纸上, 大量的废弃物仍然直
4、接排放。 1. 1. 废气的处理 无机化学实验中产生的废气主要包括各种难 闻、有毒、有害、有腐蚀性的气体, 成分有各种氮氧 化物、硫氧化物、碳氧化物、氯气、氨气、其它非金属 氢化物等。目前常用的处理方法是通过通风橱、通 风罩、换气扇等排到室外, 经空气稀释后排放。这 种处理固然是保证室内空气质量、保护实验室人员 健康安全的有效办法, 但对实验区周围的大气造成 污染, 直接影响到环境大气的质量。有少部分实验 室根据废气污染物的具体性质和数量, 选择适当的 方法对它们进行净化处理。例如: 采取燃烧法、吸 收法、吸附法、催化法等, 在废气排放前加以净化, 保证了实验区周围大气环境的达标。但是, 无机
5、化 学实验室的废气污染在一定程度上仍然存在, 在实 验教学过程中, 有些认为是低废气污染的实验 , 往 往不注意防护及治理 , 直接影响到参加实验教学师 生的身体健康。 1. 2. 废液的处理 废液是无机化学实验中 /三废 0 的最主要部 分, 倾倒及跑冒滴漏的试剂、残液, 实验仪器洗涤和 洗手废水, 废酸、废碱、铬、铅、汞、砷的盐类等是废 液的主要成分。高校无机化学实验室所产生的废 液相对于工业废水来说, 数量虽然较少, 但污染物 的种类却繁多, 目前还缺少行之有效的治理方法及 治理装置, 给治理废液带来困难。最常见的情况是 不加任何处理的直接倾倒, 特别是有些认为是无毒 或低毒的物质, 如
6、氯化钠、碳酸钾、酸类、碱类物质)170)2008 年第 2 期 LABORATORY SCIENCE 2008 年 4 月出版* 甘肃省自然基金 ( 0710RJZA073), 甘肃省教育厅基金 ( 0611B- 01) 资助项目。等都被认为是可直接降解为无毒物质的, 往往直接 排入下水道。可是很多下水道直接与江、河相连, 因此, 这种操作将严重污染当地地表水及地下水资 源, 特别是含有重金属有害物质的废液, 直接影响 到城市居民生活用水问题。因此, 近年来, 在有些 城市, 居民对高校实验室排放 /三废 0 污染的投诉 成为环境投诉的热点。如果下水道与城市污水管 网相连, 由于实验室污水成分
7、复杂, 特别是含有的 铅、汞、镉、铬等重金属, 生活污水处理厂的设施对 其 /无能为力 0, 最后只能排入江河。甚至极有可 能会损害生活废水处理厂的处理能力。 有些实验室对毒性相对较大的废液, 准备有专 门的回收容器, 但往往也只能暂时存放在废液桶中 集中, 待满了以后, 统一倾倒。污染不仅没有减少, 反而因为在实验室中长期存放, 既容易危害到身 体, 还容易产生化学反应而发生爆炸, 这无异于在 实验室埋下了一枚/定时炸弹 0。 有些实验室对集中的废液进行简单的处理后 进行排放, 实际并没有达到国家相关法规的排放标 准。处理时所得的固体废物 , 或者倒入垃圾箱 , 或 者埋于地下, 污染问题仍
8、没有得到解决。个别实验 室将集中起来的废液统一送往废液场处理。但是, 由于无机实验室污染物成分复杂, 处理机构要先通 过化验分析成分, 再分步处理, 成本较高。一般情 况下处理 1 吨有机溶剂约需 2000 元, 含剧毒成分 的要每公斤 300 元。还有的废水每公斤 10 元、20 元、50 元不等。有些地区也设有专门处理实验废 液的机构, 但每年废液处理的规模与高校的实际消 耗有很大的差距。一所大学的实验室废水一般年 产量为 1 吨到 2 吨, 但学校上报的一般都在 500 公 斤以内, 有的理科院校一年只上交 200 公斤, 甚至 有的学校一年只上报 10 公斤废液。 1. 3. 废渣的处
9、理 无机化学实验室废渣的组成也十分复杂, 它们 有的是无毒或低毒的废玻璃、废纸屑等, 也有强毒 性的化学试剂、反应产物等。这些废渣数量虽然不 多, 但是, 目前对实验室废渣处理或处置还没有任 何制约条例, 任意丢弃废渣的现象时有发生。有 毒、有害的固体废料直接丢弃到垃圾道 , 从而造成 实验室废渣进入城市垃圾体系, 这将直接影响人体 的健康。有些实验室采用固化、定点深埋的处理方 法, 但是, 重金属进入土壤后 , 可能通过多种途径进 入人类的食物链, 从而引发人体的神经系统、消化系统、血液病变, 而这是一个大家和环保管理部门 都忽视了的问题。 2. 无机化学实验中/三废 0 的绿色化处理 根据
10、绿色化学的思想, 我们提出的无机化学实 验中/三废 0 的绿色化处理原则是: 预先处理、分类 收集、循环使用、集站式处理, 以其实现真正的 /零 排放 0。 2. 1. 预先处理 实验中产生的有毒气体 , 采用转化、吸收 (吸 附 )、收集等方法进行预先处理, 以杜绝排放。 转化: 就是把有毒气体转化为无毒气体。如 CO, 我们就可以用点燃的方法转化为 CO2 从而减 少污染; 吸收: 就是对尾气进行吸收。如产生的 SO2、 Cl 2、 H2 S 等气体, 可以用氢氧化钠溶液加以吸收 (可以直接通入 N aOH 溶液或者用浸有 NaOH 溶液 的棉花球 ), 使之转化为无毒的物质; 在通风橱气
11、 体出口处加装多孔性固体吸附剂, 将有害物质吸附 在固体表面, 以分离污染物是一种行之有效的 措施; 收集: 就是使反应在密闭系统中进行, 将有毒 气体收集起来进行后处理。如在注射器内进行铜 与浓、稀硝酸的反应, 将 NO、NO2 收集在注射器内, 然后将其注入 N aOH 溶液中从而避免废气的排放。 特别值得一提的是 , 许多花草具有吸收有害气 体的能力, 所以, 化学实验室多养一些花草, 既可以 改善实验室环境, 还可以起到消除污染的作用。如 当废气通过菊花时, 其中 60% 的 SO2 可以被叶滞 留; 月季花能吸收 H2 S、HF、苯、乙苯酚、乙醚; 木槿 能吸收 SO2、 C l 2
12、、HC;l 山茶花能抗御 SO2、HCl、铬酸 和硝酸烟雾等有害物质的侵害; 紫薇可以吸收 NO2、HCl、 C l 2、HF 等有毒气体; 桂花对化学烟雾有 特殊的抵抗能力, 对 HCl、HF、苯酚等污染物有不 同程度的抵抗性, 它还能吸收汞蒸气; 石榴能吸收 SO2, 对 Cl 2、HCl、 O3、水杨酸、NO2、 H2 S 等都有吸收 和抗御作用。花草还具有吸收和抵抗光化学烟雾 污染的能力。 实验中产生的废液及洗涤废液都要统一倾倒 在指定的回收容器内, 每周由实验室管理人员进行 预先处理。如对废酸、废碱液将其中和到规定的 pH 值范围 ; 重金属的盐溶液用石灰乳或者硫化物 进行处理; 对
13、氰化物溶液先用 FeSO4 溶液进行一级 处理, 然后加次氯酸钠进行二级分解; 对银氨溶液 )171)2008 年第 2 期 实验室科学 2008 年 4 月出版进行酸化处理等。预处理得到的废液或固体产物, 再交由专门人员或专门机构进行深度处理, 直至完 全达到排放标准。 2. 2. 分类收集 无机化学实验中产生的有毒废液种类多、成分 复杂 , 往往因为可能发生化学反应而不能任意混 合, 否则可能产生新的有毒物质, 或者引起其它的 危害。如氰化物、硫氰化物、氟化物、硫化物、亚硫 酸盐等不能与酸性物质相混; 铵盐不能与碱性物质 相混; 氯化物、溴化物、碘化物不能与一些强氧化剂 (如高锰酸钾、重铬
14、酸钾、硝酸等 )相混等。对这些 废液必须根据其化学特性选择合适的容器和存放 地点分类收集, 不可混合贮存, 容器标签必须标明 废物种类、贮存时间。 无机化学实验中产生的固体废渣, 主要包括破 碎的玻璃器皿、剩余的固体试剂、反应中产生的沉 淀、制备实验中的固体产品及废纸屑、火柴梗等可 燃性固体废物。对这些固体废渣, 可以准备专用容 器, 分类收集。种类多时, 可分为可利用和不可利 用两类收集, 种类较少时, 可以一剂一器, 个别 收集。 2. 3. 回收再用 回收再用就是对实验后的/三废 0 进行回收处 理继续使用。如将实验室制氨气后的氯化钙固体 进行回收, 作为干燥剂使用; 将碘的四氯化碳溶液
15、 进行回收提取碘, 蒸馏法回收四氯化碳; 将金属性 质实验后的废金属片 (丝 ) 冲洗干净, 继续使用。 实验室中的废铬酸洗液 , 可用高锰酸钾氧化法使其 再生, 继续使用。方法是: 先在 110 130e 下不断 搅拌加热浓缩, 除去水分后, 冷却至室温, 缓缓加入 高锰酸钾粉末, 每 1000mL 中加入 10g 左右, 直至 溶液呈深褐色或微紫色 (注意不要加过量 ), 边加 边搅拌, 然后直接加热至有氧化物出现, 停止加热。 稍冷, 通过玻璃砂芯漏斗过滤, 除去沉淀, 冷却后析 出红色三氧化铬沉淀, 再加适量硫酸使其溶解即可 使用。含汞盐的废液先调至 pH 8 10, 加入过量 硫化钠
16、, 使其生成硫化汞沉淀, 再加入共沉淀剂硫 酸亚铁, 生成的硫化铁将水中的悬浮物硫化汞微粒 吸附而共沉淀, 排出清液, 残渣用焙烧法回收汞、或 再制成汞盐。 一些固体废物经过某些技术环节的处理, 可以 回收其中的有用资源。而且, 有些废物本身就是某 些行业生产中可以直接利用的原料。因此实验室固体废物的处理应优先考虑废物的资源化, 这不仅 在环境上有重要的作用, 而且在经济上也具有重要 的意义。 在制定教学计划时, 注意把相关的多个实验有 机地结合起来, 把前一个实验所得到的产品 (结 果 ), 作为下一个实验的原料, 从而形成多个实验 串联在一起的/一条龙 0 实验。这种实验的特点是 能尽量减少中间环节的物料排放, 从而减少了 /三 废 0 的排放量, 同时也节省了后续实验所需的原料 药品, 有利于学生对整个实验工艺流程的了解。例 如硫酸亚铁铵的制备是一个常做实验, 产生的硫酸 亚铁胺由于纯度原因用途十分有限, 可以用来还原 重铬酸钾。还原后的溶液中含有 Fe( III) 及 Cr ( III)
