化学实验室废水污染的危害与治理措施

时间:2019-09-27

　　0 引 言

　　常见化学实验室“三废”有毒、有害，甚至剧毒或强致癌，任意排放既污染生态环境，又威胁人及其他生物健康。其中废水排放量和处理难度最大［1］。实验室废水量虽较少，但许多高校对废水的处理极简单，甚至不加处理就排入下水道，造成极大的环境污染，因此化学实验室都已形成了一个小型环境污染源。随着环保意识增强，可持续和科学发展及绿色化学教育已是化学教育的重中之重。处理实验室“三废”，既可培养学生环保意识，又利于实施绿色化学教育［2］。目前，高校化学实验室如何尽可能减少废水排放量，减少污染，实现化学实验绿色化，加强管理，研究化学实验室废水污染的防治对策势在必行。

　　1 化学实验室废液的收集与管理

　　化学实验废水的排放总量不大，但水质、水量不稳定，间歇性强，成分复杂，对环境的危害具有多样性。废液收集和贮存较困难，最好成立专门机构统一处理。

　　一般先按其化学特性，统一分类贮存于密闭容器，定期收集并统一处理。盛装容器应既经久耐用，不易变形、老化或破损，又能防扩散和渗漏。收集装置必备安全保护，贮存时间宜短。必须标注废水种类、性质、所含成分及产生日期等。为了防止废液间发生化学反应而产生新的有害物质或发生其它事故，收集与管理要严格做到: 贮存容器规格统一、洁净，密封，避光，远离水源、火源，避免交叉污染、挥发逸出或发生意外事故; 废液严禁混合存放; 存放场所要固定; 废液统一处理并确保安全并达标后排放，沉渣必须远离水源深埋［3］。

　　2 化学实验废水对环境的污染及其危害

　　实验用的大多数化学试剂有毒且能污染环境。如废水中的重金属，酸、碱及有机物，农药、含磷化合物、氰化物等，以及致癌的亚硝酸盐、环氧氯丙烷等。酸碱废液排入水中改变其 pH。pH ＞8． 5 或 pH ＜6． 5，将破坏和影响水体生态及自净力。pH 过低则严重腐蚀下水管道金属设备，降低管道耐水压力，易断裂造成损失和事故。浓酸使水质呈酸性，灌田则影响作物生长致减产，养殖则使鱼苗死亡。重金属废液中 Hg、Cd、Cr、V、Co、Cu 等都有毒有害。Hg 可由呼吸、消化道及皮肤直接吸收，造成积累性中毒，损害消化、泌尿和神经系统，破坏脑组织; Cd 影响 Ca 吸收，导致骨质疏松和软化，使胃功能失调，并干扰 Zn 酶系统致高血压; Cr 可致腹泻及过敏性皮炎或湿疹，还可刺激腐蚀呼吸道，致咽炎、支气管炎等。有机物如酚、农药、苯并芘、黄曲霉素、邻联甲苯胺等致癌，沿食物链传播，聚集机体脂肪中，易致过敏、先天缺陷、癌症、免疫力和生殖器受损。

　　有机溶剂虽多不腐蚀金属管道，但污染水质。饮用被二甲苯、氯仿等污染的水，降低机体免疫力，破坏神经中枢使机能失调而死亡。

　　3 化学实验室废水严重污染的环境原因

　　2005 年，国家环保总局下发《关于加强高等学校实验室排污管理的通知》，为以规范和加强高校实验室排污管理，防止实验室废物污染环境，促进建立和谐型社会，提供了有力保障和依据。但实验室废水的排放及其对环境的污染仍然因以下原因而非常严重。

　　( 1) 实验室环保观念和意识淡薄。尽管多数高校已经制定和实施了实验室废液集中回收处理的方法和措施，实际上，多属被动接受，更有甚者认为此乃管理部门或政府之事，环保自觉性较低［5］。随意倾倒、丢弃杂物或用流水冲洗仪器，增加了实验室废水排放量。治理实验室废水，思想和行动上都不重视和坚持，无危机和紧迫感，不能充分认识其重要性。因此，必须痛下决心，治理污染源头，彻底改变现状，使实验室及其周边环境免遭污染。

　　( 2) 实验室污水处理经费欠缺。实验经费预算多仅限于实验室仪器设备和试剂的采购及实验室装修等，其污水处理根本未投入预算，直接导致实验废水处理经费欠缺。

　　( 3) 实验废液处理和排放管理难且缺乏监管。高校实验教学，学生流动性大且人时数多，废液排放难以管理; 实验项目日增，产生废液虽总量少，但品种多，难收集; 随着实验室开放程度提高，跨专业甚至跨校的学生自主创新实验增多，因其所受环保教育程度不一和自觉性差等，造成废液随意排放。实验室管理欠科学，药品管理及实验过程管理存在较大漏洞，一次性采购实验药品过多、实验药品取用超量等，致使实验室年年都有大量试剂过期，废液量逐年递增，管理部门对废试剂和废液的管理和处理既不要求也不支持。

　　( 4) 实验设计和废液排放及处理欠科学。实验仪器陈旧，实验药品种类和量的设计不合理，操作欠规范和科学以及较多实验废液未经处理直接排放或对废液的处理欠合科学理等，皆造成实验室污水污染环境。

　　( 5) 缺乏实验室建设标准。虽然国家《关于加强高等学校实验室排污管理的通知》对高校实验室排污管理进行了一定规范和加强，但目前专门针对实验室建设的具体标准与实验室污水污染环境的控制法规和条例仍然是存在法律空白。

　　( 6) 废液处理企业稀缺。我国环保工业发展的滞后直接导致实验室废弃物随意排放。普遍情况是想处理却找不到厂家或无力承担高昂处理费用，又因投建专门的处理厂耗资巨大，当然处理费用也很高。目前发达地区多数高校采用集中回收，由专业废液处理企业进行无害化处理的办法。但这些企业需环保部门的评估和监管，废液处理企业数量少、处理种类不全，为处理实验废液学校需联系多家企业才能完成。近年来，企业废弃物处理费用每年翻翻，剧毒试剂处理费更高。部分废液处理价格已远高于购买试剂的价格。此外，企业到学校收集实验废弃物时还收取高额的车费。有些高校年实验室废液处理费用高达几十万元乃至上百万元［6］。一般地区多数高校几乎都是无任何处理直接排放。

　　( 7) 实验室废液处理配套设施不足。许多高校虽历史悠久，但因早期建设对环境影响欠考虑，无专设实验废液收集和保管设施，现存排水管道不利于废液集中收集和处理，有些实验室直接将废液倒入下水道，用废液桶收集也只是随意存放于走廊楼道，不便收集又易丢失［7］。旧实验楼下水与生活污水共管排放，含酸、碱、重金属以及有机物的废液直接进入水体，部分铸铁管道，无防酸碱功能，腐蚀严重，致使废液四溢，周边环境污染严重。

　　4 实验室废水污染防治对策

　　4． 1 制订与完善专门法律法规

　　为了加强与规范高校实验室排污管理，防止实验废弃物污染环境，维护公共环境安全，保障公众健康，促进社会和谐。急需制定专门的法律法规，将实验室污染源区别于其他污染源，科学规定排污量、排污标准等，对其进行专门监测与治理［8］。

　　( 1) 国家与地方专门立法共同规范。①国家立法机关应全面考察和调研，出台一系列专门法律、法规规制实验室污染环境。重点针对性规制实验室排放废水的性质、种类及其对环境的污染，并与现有环境法律法规结合，尽量避免相互矛盾。②地方立法机关要在防治高校实验室污染环境方面发挥其职能。但实验室污染较特殊，法制建设不能完全依赖国家，应按当地实际出台相应地方性法规条例等。③针对实验室废水处理产生的二次污染，必须制定法规或在现有立法基础上增设对废水处理企业的权义责规定。对该类企业进行资质和许可认证，必须定期收集、登记造册和保管实验室废水，统一集中处理，按照相关技术规范制定事故应急预案和实施防污措施。严格管理、定期维护，确保废水处理设施正常运行。同时规定实验室废水回收处理人员必有专门资质认证，掌握必要知识和技术，且定期严格培训，落实岗位责任。

　　( 2) 提高执法人员环境和法制意识。实验室污染防治属系统工程，艰难而庞大。不仅要在管理和制度上有章可循或限于法律规定，更要落实具体责任，因环境问题的复杂多样性，环境执法本身难度很大，而且国家环保部门普遍有法不依，执法不严，所以当地环保及高校主管部门及人员必须协助和配合执法部门，依环境法规和标准处理实验室废水污染问题。预防为主，防治结合。力争实验室的能力建设与质量管理和完备管理体系齐头并进。同时加强执法者的生态环境意识和职业道德，提高执法人及队伍的个人及整体素质，努力建设生态文明。坚决杜绝环境执法中的贪污受贿、徇私枉法和托关系、讲人情等。创造条件组织执法者学习环境领域的管理体系及国内外的相关法律、法规、规则、原则、技术等。该体系不仅适用于工业企业，多数高校也在积极进行环境管理体系的认证工作，以提高自竞争实力。

　　( 3) 加强环保宣传，提高环境法制意识。近年来，随着高校的扩招，高校实验人员缺乏，普遍聘请临时工或勤工俭学学生，对其缺乏实验室安全教育和监管，更留下了实验室及环境安全的隐患。只有思想上高度重视，实验者才会在实验时遵守规则，认真操作，以减少实验室污染及其对环境的污染。因而要狠抓思想教育，对实验者进行严格培训与监管，提高其环境和法制意识，大力提倡建立绿色实验室。化学工作者必须以行动保护环境，做出表率并体现科研道德。加强管理教育，从始端减少实验废水排放。环保意识与教育和自身认识提高等密不可分，其牢固树立需要一个过程。

　　①通过实验者培训，使指导老师充分认识废液中的易燃易爆，剧毒或致癌物，造成学校周边生态环境的长久破坏，对人及其他生物损害严重。②对新生介绍实验室环境污染及危害、国家环保法规和学校采取的措施等。同时，在实验室显眼位置悬挂实验操作规程和废液处理要求。通过宣传教育，提高师生环保意识，开展“绿色实验”专题讲座，确保全部废液集中回收。

　　4． 2 全面推行绿色化学思想和清洁实验

　　绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，其目标是化学过程不产生污染，即将污染消除于产生之前。

　　它是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的新型学科，是从源头和根本上减少或消除污染的化学。强调始端控制而非末端治理。

　　其核心是“杜绝污染源”。在实验始端利用科学手段，确保实验过程和终端均有利于实验者的学习、研究和身心健康，使环境少受或不受污染，从而达到最好的环境效应。所以在高校化学实验中深入贯彻和推行绿色化学思想，变传统的“先污染，后治理”为“零排放，零污染”，彻底减少废水的产生，尽可能消除其污染，从根本上解决实验室废水的污染问题。当然此乃长期过程，需要较长时间方可实现。化学工作者须牢固树立绿色化学思想，依据减量化、再利用、再循环的整体思维方式来考虑和解决实验中出现的污染问题。

　　( 1) 选择污染少的分析方法。确保实验效果的前提下，以无毒害和污染或低毒害和污染的试剂替代较强毒性试剂［9］。对必须用高毒性药品的特定实验，切记用封闭桶收集废液。选择恰当的检测方法，最大限度地减少废弃物对环境的污染。废弃物必须做到零排放，合理处理和安置过期和失效试剂; 禁止购买暂时用不上的试剂，尽量利用回收试剂等。实验时要求每个人自觉严格按规定量取用药品、规范操作、及时妥善处理实验废弃物，养成良好的实验作风和习惯［10］。提高认识，努力建成绿色实验室，人人切实负责环保。

　　( 2) 推广微量实验教学。从源头上减少排放和环境污染，随着高校实验课人时数的增加，每个实验减少一点试剂，即可大大减少试剂使用量，既节约实验经费，更可有效减少污染。微型实验是指在微型化的仪器装置中进行的实验，其试剂用量是常规实验的数十分之一至千分之一。不仅具有测定速度快、节约试剂、减少污染、操作安全等特点，还可降低水、电消耗，尤其对药品贵、耗量大、污染严重、操作复杂的实验，更便于实验室管理和三废处理。因此，实验教学中，尽可能开设微型实验，节约药品，减少开支，降低实验污染，减轻实验室三废处理压力。对不得已必须排放的废弃物应依其特点分类收集、存放，集中处理，处理方法须操作简易、高效率、投资小，且尽最大可能综合利用［11-12］。无法循环利用的经无害化处理后按环保要求排放。

　　( 3) 利用计算机模拟化学仿真实验。适当采用计算机模拟化学仿真实验有效减少废弃物排放，特别是药品消耗量大或易燃易爆、操作不易控制或必须使用较多有毒有害试剂的实验，则更显其优越性。利用专门的化学软件对实验原理、仪器、药品、实验过程及实验现象等做出详尽描述，并附以图示、声音、动画等效果，让学生既感觉身临其境，又可在轻松愉快、安全的环境中掌握化学原理和实验方法，而且自始至终不危害身体健康和环境安全。

　　( 4) 设计行之有效的节能减排的清洁实验。根据绿色化学原理，对于合成反应，减少废物排放的关键是提高目标产物的选择性和原子利用率，尽可能采用原子经济性反应，彻底减少污染物产生。同时，在满足实验要求的情况下，适当降低采样量; 尽量利用可回收的试剂; 使用无磷洗涤剂，避免水体富营养化; 使用酒精温度计，避免水银温度计可能带来的汞污染。

　　4． 3 落实和强化管理措施

　　既要加强实验室能力建设、质量管理，更要建立完备的实验室管理体系。全面考察和分析实验室诸方面，依据 ISO 14001 环境管理体系理念及要求，制定相应程序文件，规范实验室环境行为，充分贯彻其对污染预防和持续改进的基本要求，尽可能减小各过程的环境影响，不断提升和规范实验室及实验废水管理水平，减少环境污染。

　　( 1) 教育主管部门加强监管。为了始端控制实验室污染，按照“环境保护法”和“环境影响评价法”等相关规定，高校新建、改建、扩建或使用性质调整、改变的实验室，必须严格执行三同时和环境影响评价制度。合理布局和规划，注意特殊实验室的选址、坚持实验室污染防治系统衔接整个大学环境保护体系，实验室建设必经环保行政主管部门审批，要全面规划和建立污染防治设施，特别是污水处理设施。确保环保法基本原则“谁污染，谁治理”。按教育部的要求，地方各级环保行政主管部门要对本辖区高校实验室严格执行排放污水申报登记、管理制度，认真调查排放污染物的种类、数量和排放去向等，特别是废水排放标准，要坚决达标排放。因此，各省、市教育部门应会同当地环保部门，对当地高校实验室排污情况进行长期监督。

　　( 2) 落实管理机构。实验废液处理，是近年来出现的新的工作任务，在管理职责落实到具体部门时，易出现互相推诿的现象。落实管理机构必须明确责任，加强管理。高校教务处管教学实验、科技处管科研实验、设备资产管理处管实验室装备、保卫处管实验室安全和控购试剂的管理模式中，应交由设备资产管理处负责实验室废水处理的相关工作，主要职责有: ①管理废液处理费; ②与废液处理企业签订合同; ③接受全校实验室的废液回收申请; ④组织回收。

　　( 3) 落实处理经费。推进高校实验室废液处理的保障是经费落实。各高校必须充分重视实验室废液处理工作的各个环节，及时划拨经费，确保处理措施的实施，杜绝实验室废水污染。经费的筹措一般途径为: ①教学实验室由学校下拨专项经费; ②科研实验室在科研费中开支。

　　( 4) 成立试剂调度网络。过期、失效的化学试剂的处理是世界性的难题。各实验室可以合作成立区域性的试剂调度网，将部分危害大，用量少，易失效的试剂进入网络，实现实验室间资源共享，尽量避免大批化学试剂失效，节约实验成本。

　　4． 4 加强本地区中心实验室功能

　　现行的管理体制使各级行政部门都拥有各自小而全的实验室，既浪费资源，又不利环保。须发挥地区中心实验室作用，集中部分项目，资源共享，相对降低实验室污染物的排放。

　　4． 5 政府加大实验室废液处理投入

　　废液处理企业是环保的重要力量。尽管在微型实验、减少排放方面做了诸多研究，但实验废液的产生终难避免，废液的最后处理须由专业处理企业进行。目前，废液处理等环保企业的准入门槛较高，在一个地区能够处理实验废液的企业屈指可数。相关企业处于垄断地位，处理费用连年暴涨，某些学生较多的高校废液处理费已经超过 100 万。有个别实验室和课题组由于处理费用的问题，拒绝收集处理。为此，广州一些高校曾考虑自己进行实验室废液的无害化处理，但由于技术上不能满足多试剂、高浓度的处理要求，仍处于探索阶段。为保护环境，政府应该发挥作用，首先给予环保企业正确的定位，明确其公益性而非盈利性。其次，政府要给予补贴，可以参照自来水厂的模式建设和运作［13-15］。

　　5 结 语

　　高校实验室的废液排放数量少、种类多、组成变化大，对实验室工作人员提出了较高的要求，对它们进行处理难度较大。学校化学实验室的废液问题是实验室管理中的一个急待解决的问题，必须引起各级教育主管部门、实验室管理人员、教师和学生的足够重视，应尽早制定出切实可行的解决方案，并认真实施。实验废液的分类收集、集中贮存或用仪器设备自行处理，而不再是随意倒入下水道，应成为学生、教师的自觉行动。实验室废水的处理也将成为未来水处理部分中不可缺少的单元，各科研院所在建立实验室时应考虑其绿色化，采用先进的仪器设备和减少药品的使用和废水的排放量。

　　参考文献( Ｒeferences) :

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