常靜 ，商闖

1天津大學(xué)化學(xué)化工國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，天津 300072

2天津大學(xué)化學(xué)化工國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，天津 300072

3天津大學(xué)理學(xué)院，天津 300072

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)過程中會產(chǎn)生大量的廢液。廢液的種類繁多、成分復(fù)雜，多具有一定的揮發(fā)性、毒性或腐蝕性，直接接觸人體，可能會引起刺激、過敏、疼痛等癥狀，嚴(yán)重的會引起中毒、灼傷甚至器官衰竭等永久性傷害[1]。廢液在存放的過程中，因分類不合理，運(yùn)輸不謹(jǐn)慎，存放不規(guī)范等原因造成不同性質(zhì)的廢液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也會釀成可怕的事故。未經(jīng)處理的廢液排放到自然環(huán)境中也會滲入到土壤里、混合到地下水、揮發(fā)到空氣中，對我們?nèi)粘Ｉ畹沫h(huán)境造成危害，從而影響到我們的健康[2,3]。因此，化學(xué)工作者要提高環(huán)保意識，建立切實(shí)可行、簡單高效的廢液管理制度與處理方法，排除廢液安全隱患。這既是化學(xué)工作者應(yīng)盡的義務(wù)，也是不可推卸的責(zé)任。

1 高校實(shí)驗(yàn)室廢液處置現(xiàn)狀

高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液主要來自于科研實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，主要種類可大致分為無機(jī)廢液、有機(jī)廢液、化學(xué)試劑空瓶等。我校對于實(shí)驗(yàn)室廢液的管理十分重視，專門制定了一系列制度文件和管理措施，校、院、實(shí)驗(yàn)室三級管理，責(zé)任落實(shí)到人；學(xué)校資產(chǎn)處依托網(wǎng)上化學(xué)品管理平臺對實(shí)驗(yàn)室廢液進(jìn)行臺賬登記，使實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)品從購買、使用到回收皆有跡可查；根據(jù)化學(xué)品平臺上登記的數(shù)量，學(xué)校定期組織廢舊試劑回收工作，由學(xué)院定時(shí)定點(diǎn)組織分類回收，最后交給專業(yè)公司進(jìn)行集中處理。同時(shí)，校資產(chǎn)處配置了實(shí)驗(yàn)室廢液儲存柜、廢舊試劑暫存柜等設(shè)備以應(yīng)對廢舊試劑暫存問題。

雖然在制度完善、數(shù)字化平臺建設(shè)和暫存設(shè)備購置方面有充分的考慮，但在廢液處理過程中也會出現(xiàn)一定的實(shí)際問題。目前天津市具有資質(zhì)的廢液處理企業(yè)僅有一家，回收周期只能由公司決定而不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)室需求安排；如果短期內(nèi)產(chǎn)生的廢液量較大，則只能暫存在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，隨著廢液儲藏的時(shí)間變長，隨之而來的安全隱患和安全風(fēng)險(xiǎn)也日益凸顯；經(jīng)濟(jì)成本上，企業(yè)處理廢液的費(fèi)用可能比購買試劑所花的費(fèi)用還要高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)緊張是常態(tài)。

我?；瘜W(xué)化工國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心承擔(dān)著重要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，擁有無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、綜合實(shí)驗(yàn)室以及大型儀器室六個(gè)主要組成部分，面向本校的20個(gè)專業(yè)、200多個(gè)教學(xué)班開設(shè)化學(xué)和化工類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程20多門，涉及的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容近百項(xiàng)，每學(xué)年總?cè)藭r(shí)數(shù)達(dá) 30萬。如此高強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，每年都會產(chǎn)生體積龐大的實(shí)驗(yàn)廢液。由于高校在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，學(xué)生流動性大、人數(shù)多、學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)水平參差不齊、實(shí)驗(yàn)習(xí)慣多有不同，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)廢液管理成為實(shí)驗(yàn)室安全管理的重要組成部分。

如果可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)提前做好課程的安排，在相對集中的時(shí)間做好實(shí)驗(yàn)廢液的分類回收工作，根據(jù)廢液種類采取簡單易操作且經(jīng)濟(jì)成本合理的方法及時(shí)進(jìn)行處理，不僅可以節(jié)約成本，還能創(chuàng)造良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，降低廢液存儲帶來的風(fēng)險(xiǎn)，排除安全隱患。

2 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液的產(chǎn)生和特點(diǎn)

高校各化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目因課程特點(diǎn)不同，產(chǎn)生的廢液種類、性質(zhì)各不相同，廢液量大且呈現(xiàn)不規(guī)律性，現(xiàn)以我校化學(xué)化工國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室為例說明實(shí)驗(yàn)教學(xué)廢液的產(chǎn)生和特點(diǎn)。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)分為化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)和儀器分析實(shí)驗(yàn)兩大部分，化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)課程主要是以滴定實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握定量化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)的基本知識、基本操作技能、典型的分析方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，樹立“量”的概念等；儀器分析實(shí)驗(yàn)主要是以各種大型分析儀器為基礎(chǔ)，使學(xué)生掌握基礎(chǔ)和現(xiàn)代分析化學(xué)技術(shù)，具備分析問題、解決問題的能力等。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)課程產(chǎn)生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液，各自具有各自的特點(diǎn)?；瘜W(xué)分析實(shí)驗(yàn)課程的廢液主要為酸堿滴定實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的酸性廢液和堿性廢液，絡(luò)合滴定實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的金屬離子廢液，以及氧化還原滴定實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的強(qiáng)氧化劑溶液，如高錳酸鉀溶液等?；瘜W(xué)分析實(shí)驗(yàn)廢液種類多、產(chǎn)量大，但成分基本確定，由實(shí)驗(yàn)設(shè)置而定。為方便學(xué)生回收廢液，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室在固定區(qū)域配備不同種類的廢液桶，但每個(gè)實(shí)驗(yàn)室配備的廢液桶數(shù)量有限，為不影響下一個(gè)班級正常上課的廢液儲備，廢液桶滿后，須及時(shí)原位處理，或轉(zhuǎn)移至集中儲備室，并配備上新的廢液桶。儀器分析實(shí)驗(yàn)課程的廢液主要為原子吸收光譜儀產(chǎn)生的金屬離子廢液，氣相色譜、高效液相色譜、電化學(xué)工作站產(chǎn)生的有機(jī)廢液，以及其他儀器測試產(chǎn)生的無機(jī)廢液，還有自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的不確定成分的廢液。這部實(shí)驗(yàn)廢液濃度相對較小，產(chǎn)量也相對較少，但是化學(xué)成分復(fù)雜，化學(xué)危害更大。然而，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)課程產(chǎn)生的教學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液也具有共同點(diǎn)，如實(shí)驗(yàn)前后清洗玻璃儀器所產(chǎn)生的洗滌廢液，產(chǎn)量大，危害較小。

3 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液的管理與處理

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液的管理要遵守一定的規(guī)則，廢液回收主要按照酸性試劑、堿性試劑、有機(jī)試劑和無機(jī)試劑進(jìn)行分類，廢液桶貼有對應(yīng)的不同顏色的標(biāo)簽；在廢液存放區(qū)，用黃色警戒線進(jìn)行標(biāo)記，劃分出專用廢液收集和存放區(qū)，并在廢液容器下放置托盤，以防廢液濺出。廢液的管理離不開臺賬的記錄，天津大學(xué)資產(chǎn)處開發(fā)了專用的化學(xué)試劑管理平臺，試劑通過平臺購買后就記錄在管理平臺內(nèi)，隨著實(shí)驗(yàn)的開展，試劑在使用后，及時(shí)在管理平臺記錄使用臺賬，每一階段的實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對應(yīng)在平臺將購買的試劑銷賬，并記錄產(chǎn)生的廢液；廢液桶滿之后存入廢液存儲區(qū)，提交廢液回收申請，等待學(xué)校安排統(tǒng)一回收。

分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液的處理需簡單便捷，適合實(shí)驗(yàn)室環(huán)境操作，主要分為以下四個(gè)部分。

3.1 廢液的回收再利用

對于廢液的處理首先要考慮的是能否循環(huán)再利用，這樣既能減少藥品的消耗，節(jié)約資源，又能減少因廢液處理帶來的經(jīng)濟(jì)壓力，還可以減少對環(huán)境的污染。

3.1.1 “變廢為寶”，充分利用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物

化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)與儀器分析實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，使用前面實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)物作為后面實(shí)驗(yàn)的原料，合理安排實(shí)驗(yàn)次序，“變廢為寶”，不再簡單地丟棄實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，減少資源浪費(fèi)，避免環(huán)境污染。如在“硫酸銅的制備”實(shí)驗(yàn)中，由學(xué)生制備出來的硫酸銅晶體可以作為分析實(shí)驗(yàn)“恒電流電解法測定銅含量”的原料，而硫酸銅電解產(chǎn)生的大量酸性廢液中含有微量的Cu2+離子，又可以作為“原子吸收法測定廢液中銅的含量”實(shí)驗(yàn)的原料，使學(xué)生掌握原子吸收分光光度計(jì)測定溶液中微量或痕量金屬元素的分析技術(shù)。

3.1.2 利用實(shí)驗(yàn)廢液，開展綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

傳統(tǒng)的分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目以經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較陳舊，實(shí)驗(yàn)方法相對單一，多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)的開展雖然能夠使學(xué)生加深對理論知識的理解，鍛煉學(xué)生的操作技能，但對培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、開拓創(chuàng)新以及綜合實(shí)踐的能力還有所欠缺，而利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源開展綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，則有利于學(xué)生的全面發(fā)展。在教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)下，利用實(shí)驗(yàn)廢液，結(jié)合儀器分析實(shí)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的現(xiàn)代儀器分析技術(shù)，由學(xué)生自己探索，通過查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、組織實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的鍛煉，既培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力，又提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性。孟春霞老師[4]為學(xué)生設(shè)計(jì)了一個(gè)利用火焰原子吸收光譜法測定廢液中 Cu、Pb、Zn、Cd含量的開放實(shí)驗(yàn)；汪軍老師[5]為學(xué)生設(shè)計(jì)了一個(gè)利用分光光度計(jì)和原子吸收分光光度計(jì)測定實(shí)驗(yàn)廢液中Cr(VI)的含量的實(shí)驗(yàn)；李增新老師[6]將實(shí)驗(yàn)室廢液回收列為綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題，引導(dǎo)學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對各類無機(jī)廢液進(jìn)行處理和回收；秦建芳老師[7]將含銅廢液的處理、回收及檢測設(shè)計(jì)為大型綜合性實(shí)驗(yàn)課題，這些實(shí)驗(yàn)都為我們提供了很好的思路。

3.2 掌握幾種常見的實(shí)驗(yàn)廢液處理方法

與科研實(shí)驗(yàn)室不同，分析化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢液的產(chǎn)生由實(shí)驗(yàn)課程的安排決定，時(shí)間相對集中，經(jīng)常是五到六個(gè)班級同時(shí)上課，尤其是化學(xué)分析的滴定實(shí)驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)會產(chǎn)生很多廢液。如果只是單純的收集廢液，便需要配置更多的廢液回收桶，大量的廢液存放在教學(xué)課堂內(nèi)會形成安全隱患，增加安全風(fēng)險(xiǎn)。所以采取簡單易操作的方法及時(shí)處理實(shí)驗(yàn)廢液，成為節(jié)約資源、消除隱患的首選方式。

3.2.1 酸性、堿性廢液

目前對酸堿廢液處理的普遍方法是酸堿中和處理?？梢栽谇宄U液成分的前提下將酸堿溶液分開回收，等到處理廢液時(shí)先將廢液混合，用 pH試紙或便攜式 pH計(jì)檢測溶液至中性即可排放，若pH不達(dá)標(biāo)，則繼續(xù)加工業(yè)堿或濃酸進(jìn)行中和處理，直至廢液呈中性。

3.2.2 鉛鉍混合廢液

鉛是劇毒金屬，鉍更是稀缺資源，價(jià)格較貴，鉛鉍混合廢液若不經(jīng)處理直接排放，不僅浪費(fèi)資源，更危害環(huán)境。向混合廢液中加入過量Na2S，產(chǎn)生黑色PbS和Bi2S3沉淀。沉淀經(jīng)分離、水洗后，加入硝酸，加熱進(jìn)行消解，去除不溶物后，將溶液稀釋至一定體積即可循環(huán)使用。

3.2.3 錳廢液

高錳酸鉀是基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的氧化劑，自然也會產(chǎn)生大量的含錳廢液。這類廢液不經(jīng)處理直接排放，可能隨飲用水進(jìn)入人體，對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害[8]。實(shí)驗(yàn)室處理廢液采用堿化除錳法處理含錳廢液。將堿加入含錳廢液中，調(diào)節(jié)廢液pH至堿性，廢液中的Mn2+轉(zhuǎn)變成Mn(OH)2，Mn(OH)2迅速氧化生成穩(wěn)定的難溶物MnO2，從而達(dá)到去除Mn2+的目的。

3.3 濃度低于排放標(biāo)準(zhǔn)要求的廢液

實(shí)驗(yàn)過程中清洗玻璃儀器的洗滌液、水浴鍋和真空循環(huán)水泵中的殘液，化學(xué)含量低于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)[9]要求，可直接排放。在儀器分析實(shí)驗(yàn)中，部分實(shí)驗(yàn)是對微量和痕量元素的測定，這些實(shí)驗(yàn)廢液中所含元素濃度經(jīng)測試若低于國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的，可以直接排放。分類回收的廢液經(jīng)集中處理后，達(dá)到國家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)要求后，也可直接排放。分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室常見污染物排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 分析實(shí)驗(yàn)室常見污染物最高允許排放濃度

3.4 綜合廢液

儀器分析實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的有機(jī)廢液主要為有機(jī)溶劑、有毒的芳香族化合物等，如高效液相色譜使用后產(chǎn)生的甲醇廢液、紫外-可見分光光度計(jì)使用后產(chǎn)生的酚類化合物等。有機(jī)廢液如果直接排放到自然環(huán)境，經(jīng)過不斷的累積、儲存，最后在生物體內(nèi)富集，會危害人體健康。自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)廢液成分更加復(fù)雜，難以預(yù)測。這些成分復(fù)雜的綜合廢液，如果在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行處理，則耗時(shí)長、效率低，還有可能產(chǎn)生二次污染，存在安全隱患，因此，對于這類廢液在收集過程中應(yīng)根據(jù)廢液性質(zhì)做好分類工作，貼好標(biāo)簽，注明主要成分、貯存時(shí)間等信息，確保廢液桶的密閉存放，儲藏過程中做好管理工作，最后交由有資質(zhì)的企業(yè)統(tǒng)一回收處理。

4 分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室針對廢液處理問題的其他解決途徑

4.1 開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)

我?；瘜W(xué)化工虛擬仿真中心作為第一批國家重點(diǎn)虛擬仿真中心，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)也在不斷完善，該系統(tǒng)采用ZBrush、Maya、MAX建模技術(shù)對物體進(jìn)行3D精準(zhǔn)建模，通過Mudbox等工具繪制3D模型貼圖，最終通過Unity引擎運(yùn)行仿真交互程序并啟動仿真算法。這些新技術(shù)的引用，可以使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境的感受，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程仿真、實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。對于一些化學(xué)藥品毒性較大的實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)生的廢液難以處理的實(shí)驗(yàn)，我們可以通過虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行，這樣不但有利于節(jié)約原料藥品，更可以減少化學(xué)廢液的產(chǎn)生，降低對環(huán)境的污染。

4.2 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，開發(fā)微量實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)充分考慮廢棄物對環(huán)境的影響，盡量避免劇毒試劑的使用，在保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下，優(yōu)先以微型實(shí)驗(yàn)為主，盡量減少藥品和試劑的使用，對許多涉及藥品濃度的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索和改進(jìn)。如在“有機(jī)化合物的紫外吸收光譜測定”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是個(gè)定性實(shí)驗(yàn)，對溶液濃度沒有很高的要求，而紫外吸收靈敏度卻很高，因此應(yīng)配制較低濃度溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，節(jié)省藥品的消耗。

4.3 教師在教學(xué)中向?qū)W生滲透環(huán)保意識

對廢液的管理不應(yīng)單純地考慮如何處理廢液，更應(yīng)考慮廢液產(chǎn)生的源頭，應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)教學(xué)開始，規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，更有利于減少實(shí)驗(yàn)廢液的產(chǎn)生。如學(xué)生采用差減稱量法通過電子天平稱取0.1000-0.1500 g藥品時(shí)，每次稱量超重都需重新稱量，但已取出的藥品不能再次使用，這便造成藥品的浪費(fèi)，嚴(yán)格按照少量多次的稱量方法就會避免稱量超重的現(xiàn)象；在使用容量瓶配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，不使用玻璃棒引流，可能會導(dǎo)致部分溶質(zhì)損失，定容最后一步時(shí)，不使用膠頭滴管滴加蒸餾水，則容易加過刻度線，造成濃度偏低，溶液也需要從新配制，同樣造成藥品的浪費(fèi)；揮發(fā)性溶液若不及時(shí)蓋上試劑瓶塞則會導(dǎo)致溶液濃度變化，增加實(shí)驗(yàn)失敗的概率，從而產(chǎn)生更多廢液。

4.4 實(shí)驗(yàn)員在工作中提高環(huán)保意識

實(shí)驗(yàn)員的工作貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，其環(huán)保意識在廢液管理上起著至關(guān)重要的作用。實(shí)驗(yàn)員應(yīng)加強(qiáng)責(zé)任心，根據(jù)上課人時(shí)數(shù)，掌控各種試劑和藥品的配備量，不能配的太少，供不上課堂使用，也不能富余太多，造成資源浪費(fèi)；針對易變質(zhì)的藥品，實(shí)驗(yàn)員要根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求把握藥品使用的時(shí)間和單次使用量，做到現(xiàn)用現(xiàn)配；在準(zhǔn)備多種狀態(tài)相似顏色相同的固體藥品或溶液時(shí)，可以使用不同顏色的標(biāo)簽，提醒學(xué)生注意，避免學(xué)生稱錯(cuò)取錯(cuò)，從而減少廢液的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

廢液的產(chǎn)生是化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中不可避免的，如何通過管理和處理降低廢液對環(huán)境的污染、減少廢液處理成本是我們需要不斷探索的問題。通過準(zhǔn)確掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液的處理方法、嚴(yán)格要求實(shí)驗(yàn)過程、加強(qiáng)化學(xué)廢液的監(jiān)督管理，合理進(jìn)行回收，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，進(jìn)而提高化學(xué)科學(xué)為社會服務(wù)的水平，對建設(shè)綠色環(huán)保、可持續(xù)性發(fā)展的和諧社會具有重要的意義。