实验室废水处理探讨

潘文澜，罗定贵，张鸿郭，邵 敏

(1. 广州大学 环境科学与工程学院，广东 广州 510006；2. 广州大学 珠江三角洲水质安全与保护省部共建教育部重点实验室，广东 广州 510006）

实验室废水处理探讨

潘文澜1,2，罗定贵1,2，张鸿郭1,2，邵 敏1

(1. 广州大学 环境科学与工程学院，广东 广州 510006；2. 广州大学 珠江三角洲水质安全与保护省部共建教育部重点实验室，广东 广州 510006）

实验室废水对环境有很大的危害性，必须先进行处理才能排入城市下水道或周边环境。实验室废水处理的方法多种多样，可以用一种办法，也可以多种办法联合使用。探讨了实验室废水处理的几种方法，为实验室废水处理提供参考。处理后的水质标准可以参考国家规定的排放标准。

实验室废水；处理方法；保护环境

随着现代工业的发展和教学与科研的需要，要建设越来越多的实验室以满足化学、化工和检测分析的要求，这些实验室会产生诸多废弃物，其中废水是一个重要的组成部分。目前仍有许多实验室排放的实验废水都未经任何处理而直接排放，其中的污染物经过长时间的积累后会对水环境 、土壤环境和人的健康造成影响 。为保护环境，对实验室废水应进行治理，因此有必要研究实验室废水治理的处理工艺和环保对策。实验室的废水排放往往是不连续的，其浓度是多变的， 其成分极其复杂，有很多影响因素 ，将实验室废水排入城市下水道或周边环境也是不符合环境保护要求的[1-3]。 本文对实验室废水处理有以下一些探讨。

1 从源头上减少污染物的排放

可从几个方面进行：实验设计要合理，尽量减少有毒有害物质的使用。有一些实验尤其是化工类实验，可以采用微型实验的方法进行，以减少废物的生成。要选择实验内容，控制好实验条件，尽可能选用先进仪器 ，以减少由于仪器不准确造成重复实验而增加污染；对高浓度污染废水要进行收集，如果需要可以分类收集，以便于集中处理[4-7]。对较轻浓度的污染废水，要投资建设简单有效的处理设施在现场进行处理；培养实验室人员的科学态度和良好的实验习惯[2]。实验室技术和管理人员在单位提供帮助下应能够自己使用一些简易的办法处理实验室废水，起码能做到初步进行处理。

2 处理方法

2.1 重金属废水的处理

在化学实验过程中,常常产生含有重金属污染物的废水。重金属废水的污染对人类危害极大，一定要进行处理。以铜、镉、铅废水的处理为例。铜本身毒性很小，但接触高浓度铜化合物时可发生皮肤发炎和坏死。镉是一种有毒物质，在人体内可残留3~9年。镉盐中毒后潜伏期极短，甚至可能休克致死。慢性镉中毒可引起骨质变软。铅及其化合物对人体的很多系统都有毒性作用，会引起神经衰弱、贫血和肾炎[8]。对含较高浓度的重金属离子的废水可以用电解法和化学沉淀法来处理。电解法是利用直流电进行氧化还原反应的过程。如电解法处理含铬废水，废水中的污染物质可以在阴极上直接还原，由高价有毒金属还原为低价有毒金属或在阴极直接还原析出金属。化学沉淀法包括中和沉淀法、硫化物沉淀法、铁氧体共沉淀法，其原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物，通过过滤和分离使沉淀物从水溶液中去除。以中和沉淀法为例，无氰镀镉废水的处理可用加碱剂调pH值至10.5以上，碱剂为NaOH 或Ca(OH)2，发生的反应是：Cd2++ 2OH-→Cd (OH)2↓，使处理后出水含Cd＜1 mg/L 。酸性含铜废水的处理可调pH值，先酸化至pH = 2 ，使铜络离子解离，加Ca(OH)2，然后再调pH = 9 ， Cu2+大部份被沉淀。铅废水的处理采用先加石灰石，然后加石灰或NaOH的办法可以使Pb2+大部份被沉淀[8]。 由于受沉淀剂和环境条件的影响，沉淀法往往出水浓度达不到要求，在水处理时需作进一步处理，另外沉淀法产生的沉淀物也必须很好地处理与处置，否则会造成二次污染。可以用吸附法对废水中的重金属作进一步处理，吸附材料有多种，如无烟煤滤料、磁铁矿滤料、石灰石滤料、陶粒滤料、沸石、麦饭石滤料、活性炭、腐殖酸等等，从不同pH值、效果、价格、原料供应上进行比较，观察它们对废水中的重金属的去除效果，看那一种去除效果好，那一种更经济实惠。活性炭无疑是吸附效果最好的材料，活性炭吸附法[9]对于溶解状态的物质有着很好的处理效果。另外土壤对重金属也有吸附作用，土壤中无机或有机组分都可能选择性地或非选择性地吸附阳离子。以土壤对铜的吸附为例，已知同一种土壤在不同条件下对铜的吸附能力有很大差别，而对吸附影响比较大的两种因素是土壤的组成和pH值，将土壤风干，研磨细至100目，调节废水pH值，将土壤倒入有重金属铜污染物的废水中，废水中铜的浓度将显著降低，这是有很多实验可以证明的。多次实验证明pH值增大，土壤对铜离子的吸附增大，在土壤中加入腐殖酸，土壤对铜的吸附将更加增强[10,11]。

2.2 有机废水的处理

有一些高浓度的有机废水往往难以生物降解，排到下水道以后会造成很大的污染。现在越来越多的水处理新技术在兴起运用，臭氧高级氧化技术是其中之一[12,13]。臭氧是一种强氧化剂,有特殊的腥臭味，臭氧的氧化还原电位是2.07 V ,仅次于氟，具有很强的氧化能力。臭氧具有化学氧化特性和产生活泼的羟基自由基（OH·），OH·电位高，其氧化还原电位为2.80 V，反应能力强，速度快。臭氧与污染物反应，使有机物大分子断裂，生成分子量小、无色的有机酸、醛等中间产物。利用臭氧降解染料废水，使染料脱色，是较快而有效的方法之一。但是臭氧氧化过程中也可能产生一些有害副产物，这一方面是由于臭氧用量不够，反应不完全，另外臭氧的氧化活性具有很高的选择性造成的。为弥补缺陷，可以使用臭氧与其它方法相结合的办法，对废水处理的方案进行改进。西方国家近年来都建立了大规模的臭氧污水处理厂 。 美国地下水技术公司在试验用臭氧化技术处理土壤及地下水污染取得成功 。试验表明 ，臭氧化技术可以在几个月内消除 35 %～98 % 的有毒物质 ，而这些有毒物质用挥发、生物降解等传统方法来处理则需几年时间[13]。 实验室中使用Fenton试剂来处理有机废水也是较快而有效的方法[12]，在酸性水溶液中Fe2+和H2O2共存组成Fenton试剂，Fenton反应的机理是金属阳离子氧化态和还原态的变化使H2O2催化分解产生OH·。在Fenton试剂催化和氧化的影响因素中，pH值和H2O2投加量，还有催化剂Fe2+投加量对产生OH·有着重要影响。随着反应时间的延长，COD 的去除率接近最大值。现在还有很多人使用超声波直接降解废水[12]。人耳能听到的声波频率为16 Hz ～ 20 Hz ，大于20 Hz的称为超声波，用于化学化工的超声波频率一般为20 Hz ～ 2 MHz ，近年来发现超声波可以用来降解水中化学污染物，尤其是难降解有机物，反应时有热解、超临界水氧化反应，还有自由基（OH·）氧化反应。它降解速度快、适用范围广、降解条件温和 , 可单独使用，也可以与其它水处理技术联用 。在合适的条件下，有机物可以被彻底矿化为二氧化碳和无机离子。随着水处理技术的日新月异，越来越多的水处理新技术被应用，为废水处理提供更多更好的办法。活性炭吸附法也广泛应用于有机废水的处理，活性炭品种很多，按生产原料的不同有煤基活性炭、木质活性炭、果壳活性炭和合成活性炭，活性炭有丰富的孔隙结构，有巨大的比表面积，因此具有吸附气体和液体分子的能力[10]。活性炭结构的不同影响着它对物质的吸附。实验证明活性炭吸附苯酚废水时，粉末活性碳要比颗粒状活性炭效果好得多。有学生做实验时发现柱状大颗粒活性炭吸附含氮废水比粉末活性炭效果好。

2.3 污染较轻程度废水的处理[14，17]

当前在城市污水处理中生物法得到广泛应用，对污染较轻程度废水来说，此法比较廉价而且有效。向生活污水中曝气，保留沉淀物，更换新鲜污水，持续一段时间后，在污水中形成一种黄褐色的絮凝体。这种絮凝体由大量微生物所构成，称为“活性污泥”。活性污泥中的微生物群体在新陈代谢功能的作用下能将有机污染物转化为稳定的无机物质。污水与活性污泥接触后的较短时间内，有机污染物被物理吸附和生物吸附而大量去除，被吸附在微生物表面的有机物经过一段时间曝气之后相继被摄入微生物体内，在各种胞内酶的催化作用下，被微生物进行代谢，一些被氧化和分解获取能量，一些被用于合成新细胞。活性污泥净化反应受到一些因素的影响：营养物质、溶解氧含量、pH值、水温、有毒物质。只有适宜的条件，活性污泥才能很好地处理污水。有毒物质对微生物同样有毒害作用，可以通过驯化，逐步增高有毒物质的浓度，微生物逐步可以将有毒物质作为营养，使其降解，例如生物脱酚技术。间歇式活性污泥处理系统（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）英文简称SBR工艺，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。其优点是工艺流程简单、设备少、布置紧凑、占地面积省、造价低、便于操作和维护管理。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池和污泥回流系统，也可省略调节池和初沉池。非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点污染源废水（如实验室废水）的治理。使用自动控制SBR工艺，在很多发达国家得到广泛应用。生物降解法又分为好氧法和厌氧法，厌氧法比好氧法在处理废水中更具有优势。另外需要注意的是剩余污泥要排出处理系统，否则也会造成二次污染。

2.4 浓酸浓碱、无机盐和碱类废水的处理

这类废水会造成农田土壤的板结和盐碱化，使农作物减产。浓酸浓碱废水对建筑物、水生生物也有很大的危害。处理这类废水同样可用物理处理法（离心分离，沉淀，过滤），化学处理法（中和法，化学沉淀，氧化还原等），物理化学处理法（吸附，离子交换，膜分离）和生物处理法（好氧，厌氧）进行处理[14-16]。

2.5 悬浮物和胶体颗粒污染物废水的处理

混凝法和气浮法也是水处理中常用的方法。对于悬浮物和胶体颗粒的污染物可以使用混凝法。加入混凝剂搅拌，使胶体脱稳，结成大颗粒絮体而发生沉降。常用的混凝剂是铝盐和铁盐，有硫酸铝、明矾、铝酸钠、三氯化铝、碱式氯化铝、硫酸亚铁、硫酸铁及三氯化铁，还有聚丙烯酰胺等[17]。 处理流程包括投药、混合、反应及沉淀分离几个部分。气浮法是固液分离和液液分离的一种技术。它是用某种方法产生大量的微气泡， 使固体或液体污染物微粒粘附在微气泡上，上浮形成浮渣。适用于比重小于1的悬浮物、油类和脂肪[14]。 按汽泡产生的方法，可分为加压溶气气浮法、喷射气浮法、机械细碎空气气浮法、多孔材料鼓风布气气浮法和电解气浮法[17]。

3 沉淀物的处理

废水处理后产生的沉淀物，对其中有价值并有条件回收的物质可以先进行回收利用，如对用活性炭吸附法处理重金属产生的沉淀物可以进行解吸，电解，提取其中有用物质。离子交换法处理废水也可以进行解吸，浓缩，再利用其中有用物质。对污泥可以进行浓缩，经过自然干化之后用于堆肥，也可以用作人工湿地污泥，或经过机械脱水之后干燥焚烧、填埋[14]。

4 结 语

我国为防止水环境污染颁布了污水综合排放标准，里面包括污染物最高允许排放的浓度，部分行业最高允许排水量。同时还颁布了地面水环境质量标准，农田灌溉水质标准，污水排入城市下水道水质标准等许多标准[14]。处理后的水可以参考上述这些标准进行排放。

实验室废水的排放是一个重要的污染源。要治理好实验室废水，使其达标排放，是一项重要任务，对促进环境保护，提高现代生活质量至关重要。实验室废水中的污染物是多种多样的，处理方法也是多种多样的，往往需要多种方法联合使用。现在水处理技术涌现出许多新方法、新技术，除前面提到的臭氧高级氧化技术、Fenton试剂均相催化氧化技术、超声波降解水中化学污染物技术之外，还有半导体(如TiO2)光催化氧化技术，电催化氧化（用半导体或贵金属作阳极）技术以及各种高级氧化技术的联合应用技术[12]，这些将成为研究的热点。

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Research on Treatment of Laboratory Wastewater

PAN Wen-lan1,2,LUO Ding-gui1,2,ZHANG Hong-guo1,2,SHAO Ming1
(1. School of Environmental Science & Engineering,Guangzhou University , Guangdong Guangzhou 510006 , China；2. Key Laboratory for Water Quality Security and Protection in Pearl River Delta, Ministry of Education and Guangdong Province, Guangzhou University, Guangdong Guangzhou 510006，China)

As laboratory wastewater has considerable harm to the surrounding, it has to be properly treated before discharge. Treatment methods for the wastewater are various, one method or the combination of several methods can be used to treat the wastewater. In this article, several treatment methods for the laboratory wastewater were discussed, which can provide some references for the proper treatment of the laboratory wastewater. The standard of water quality after treatment may refer the national disposal standard.

Laboratory wastewater ; Treatment methods ; Environment protection

X 703

A

1671-0460（2011）12-1274-03

广东省科技计划项目，项目号：2009B030802017、2010B030900008 。

2011-09-22

潘文澜（1966-），女，广东广州人，高级化学实验师，1988年毕业于云南大学化学系，研究方向：从事水处理等的实验教学、实验研究以及实验室管理。E-mail：panwenlan@21cn.com。