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1 引言
高校化學實驗室是重要的科研和教學場所。在日常的教學實踐和科研中,實驗室會產生大量的廢液,它們成分復雜,毒性大、腐蝕性強,有些甚至是劇毒或致癌物。有害廢液不經處理而直接排入城市污水管網,不僅會污染江河,破壞水資源,損害人類健康,還會腐蝕管道,造成一定的經濟損失。因此,借鑒國內外先進的實驗室廢液處理技術,對高校化學實驗室廢液處理方法進行研究,采取有效措施,最大限度地減少化學實驗室廢液污染,保護人類賴以生存的環境,具有重大的現實意義和深遠的歷史意義。
2 實驗室廢液分類及危害
按污染程度,可將化學實驗室廢液分為高濃度廢液和低濃度廢液。高濃度廢液包括實驗室廢洗液、失效試劑及實驗中間產品、副產品等;低濃度廢液則為實驗過程洗滌器皿所排放的廢水、加熱或冷卻用水等相對污染程度較低的廢液。若按有機、無機等對實驗室廢液進行分類,則無機廢液有含稀酸、稀堿廢液,含氰化物廢液,含鉛、鎘、汞等重金屬離子廢液,含Cr(Ⅵ)廢液等;有機廢液則有化學實驗室常用芳香烴類、脂環烴類等有機溶劑,甲酸、乙酸等有機酸,醚類、酚類、石油類等。
化學實驗室廢液,毒性巨大,有些可直接引起細胞變異產生癌變;有機溶劑如二甲苯,會破壞人體中樞神經,導致抽搐或者昏迷。目前,國內很多高校化學實驗室不對廢棄液做任何處理而直接排放,日積月累,水體遭受嚴重破壞,其潛在的巨大威脅,體現在用以灌溉,植物成為有毒有害廢液攜帶者;用以養殖,會危及水生生物的生長和繁殖,甚至導致物種滅絕。
3 高校化學實驗室廢液處理方法研究
3.1 國內外發展狀況
國外重視綠色化學,如美國、加拿大很早就致力于化學實驗室廢液處理的研究;日本化學實驗室廢液排放管理極其嚴格,規定如果檢測出實驗室所排放的廢液高于最低標準,則不僅需要接受二十萬日元的罰款,還必須全面禁止6個月的化學實驗。
我國化學實驗室廢液處理研究起步較晚,2004年,國家環保總局《關于加強實驗室類污染環境監管的通知》等一系列法律法規的出臺,標明了我國加強實驗室類污染的環境監管工作已進入嶄新的歷史時期。
3.2 常見實驗室廢液處理方法研究
無機廢液。可將含稀酸與稀堿的廢液中和,測定溶液PH值,PH=6~8時,即可排放。
含氰化物的廢液。氰化物及其衍生物都有劇毒,中毒途徑很多,處理時必須在通風環境下謹慎進行。首先在廢液中加入混合堿液,調節PH值到6~8后,加入10%的FeSO4溶液,充分攪拌,直到氰化物完全轉化為無毒的鐵氰絡合物沉淀,用氰離子試紙檢測廢液,確定沒有CN-即消除了氰化物廢液的劇毒性,方可分離沉淀和排放廢液。此法所用試劑均為化學實驗室常用試劑,價格相對較低,操作簡單。具體反應式如下:
Fe2++6CN-=[Fe(CN)6]4-.....................(1)
[Fe(CN)6]4-+2Fe2+=Fe2[Fe(CN)6]...........(2)
[Fe(CN)6]4-+2Ca2+=Ca2[Fe(CN)6]...........(3)
含鉛、鎘、汞等重金屬離子的廢液。可采用氫氧化物共沉淀法、碳酸鹽沉淀法、硫化物共沉淀法等,使重金屬離子轉變為氫氧化物或碳酸鹽沉淀物,分離后排放。如:含鉛廢液,先用消石灰使Pb2+生成Pb(OH)2,再加入凝聚劑Al2(SO4)3,與Pb(OH)2共沉淀;含鎘廢液則采取氫氧化物沉淀法處理。
Cd2++2OH-=Cd(OH)2.....................(4)
含汞廢液則先用Na2S或NaHS將Hg2+轉變為難溶于水的HgS,再加入一定濃度、對水質影響不大的FeSO4生成FeS,FeS可與懸浮HgS共沉淀。分離沉淀,達到廢液排放標準時可排放。
Hg2++S2-=HgS............................(5)
Fe2++S2-=FeS............................(6)
含Cr(Ⅵ)的廢液。Cr(Ⅵ)化合物毒性大并致癌,國家對此化合物的排放制定了嚴格的控制標準,規定實驗室含鉻廢液排放濃度不得大于0.5mg/L。Cr(Ⅵ)以鉻酸根離子狀態存在,處理時,首先在廢液中加入10%FeSO4溶液,將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ),再加入消石灰,調節廢液PH=8~9,生成Cr(OH)3,最后分離沉淀,排放廢液。此法為實驗室常用方法,處理Cr(VI)廢液時,需戴防護手套,并在通風處進行。
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中圖分類號:G64;O6文獻標識碼:B
引言
化學樁裸是使用還原劑使鎳離子還原成金屬裸,并在鎮件表面沉積的過程隨著鍍液的自動控制的飛速發展,化學以成為目前國內外發展速度最快的表面處理技術之一,并在航空航天、汽車、化工、機械、紡織、食品、軍事、電子和計算機等工業部門廣泛應用。化學鉸鎳技術的應用范圍和生產規模不斷擴大,由此產生的環境問題越來越嚴重化學鍍鎳的最大缺點是鍍液使用若千周期后,副產物含量不斷升高,造成鍍液性能惡化,鍍層質量下降。一般個周期后,被層出現針孔,艘液變混濁,導致化學鍍裸鍍液的報廢,如果將含大鎳、磷和有機物的化學被鑲廢液不經處理就排放,不僅對環境造成嚴重污染,而且對資源也是極大的浪費。
1、化學鍍鎳廢液的處理
1.1化學沉淀法
化學沉淀法是一種傳統而實用的方法,它是通過向廢液中投入適宜的沉淀劑,在一定的pH值條件下,沉淀劑與廢液中的有害物質反應生成不溶性物質,凝聚、沉降、液固分離,從而除去廢液中的有害污染物。經典的化學沉淀工藝是向廢液中投入石灰乳或苛性鈉,使鍍液pH值升至12,此時廢液中絕大部分鎳離子及重金屬污染物沉淀析出。Parker對苛性鈉與石灰的沉淀效果進行了比較,發現使用石灰乳處理產生的沉淀體積雖然較大,但處理效果優于采用苛性鈉的處理方法,此外,石灰乳還能同廢液中的亞磷酸根形成鈣鹽沉淀,去除大部分的磷。黑龍江大學的孫紅、趙立軍等人在pH=12、溫度80℃的條件下,用石灰乳處理來自工廠的化學鍍鎳廢液,時間1h,處理后廢液中鎳離子含量降低到1mg/L,達到國家排放標準。對于含磷廢水,濟南大學王士龍等人用沸石進行處理,磷去除率可達90%,取得了良好的效果。除石灰乳之外,有效的沉淀劑還有:硫酸亞鐵、硫酸鋁、硫化鈉、硫化亞鐵等無機物,以及二烷基二硫代氨基甲酸鹽(DTC)和不溶性淀粉黃原酸醋(ISX)等有機物,DTC可在較寬的pH(3~10)范圍內有效地沉淀鎳離子,使廢液中的鎳離子質量分數降低到1×10-6%以下。每克ISX可在pH(3~11)條件下吸附沉淀約50mg鎳離子,但這2種新型的有機沉淀劑價格較高,主要用于處理低濃度的廢水。
1.2纖維、顆粒吸附材料處理法
因纖維狀吸附材料直徑小(<10μm),比表面積大,具有吸附率高,吸附速度快和洗脫率高、滲透穩定性極好等優點,人們開始將其應用于廢水的處理。安徽工程科技學院吳之傳等人用聚丙烯腈改性制備偕胺肟纖維材料(AOCF),對含鎳廢水、廢液中的鎳離子進行吸附去除[23],研究表明,AOCF對鍍鎳廢液中的鎳離子吸附最佳條件為pH=2.5、吸附時間80min;靜態吸附AOCF用量為5.0g時,可1次性處理廢液100mL,累積處理300mL,處理后廢液中的鎳離子含量<1.0mg/L,吸附后的AOCF可以再生、重復使用。鄭禮勝用陶粒吸附處理含鎳廢水[24],在pH為3~10之間、鎳含量≤200mg/L的廢水,按鎳/陶粒重量比為1∶400投加,鎳去除率可達99%。
1.3電滲析法
電滲析處理化學鍍鎳溶液的研究起步較晚,是上世紀末才發展起來的一項新技術。其原理是用鍍鉑鈦板作陽極,不銹鋼板作陰極,在電場力的作用下,溶液中的陰、陽離子分別透過陰、陽離子交換膜,從而達到去除有害離子的目的。哈爾濱工業大學的李朝林、周定等人進行了電滲析法脫除化學鍍鎳廢液中亞磷酸鹽的研究。在工作電壓100V,電流4.5~6.0A,電解質流量55L/h的條件下,通過電滲析處理3h,鍍鎳廢液中的亞磷酸根、硫酸根離子、鈉離子等有害物質進入濃室被去除,處理后鍍液中少量損失的硫酸鎳、次亞磷酸鈉經補加達正常水平,鍍速仍有15μm/h,鍍層外觀光亮,耐蝕性能好。
2、化學鍍鎳廢液碳酸鈣過濾離子交換法再生技術
2.1再生原理
在進行化學工程廢液處理和再生時,要先用碳酸鈣濾床對化學鍍鎳廢液進行過濾,在過濾過程中能夠將鍍液中的氫離子充分的與碳酸鈣進行反應,將反應產生的硫酸鈣等沉淀物沉淀到沉淀槽內,然后再用氨水來對廢液的pH值進行調節,最后進行靜置處理。再利用第一陽注和第二陽注交替的方法,通過第一陽注時其實現鈉離子的飽和,達到相應的交換條件促使廢液得到凈化。
2.2影響化學鍍鎳廢液再生技術的因素
為了更好的對化學廢液的再生技術進行研究,做了一些實驗在來驗證。通過實驗數據表明,對化學鍍鎳廢液再生技術的影響因素主要有4個。第一個,溫度。鎳磷的去除率受溫度的影響會發生很大的變化,當溫度升高時,去除率也隨著溫度的升高再不斷地增加。通過大量數據的表明,當環境溫度在90℃時,從經濟的角度來看,去除率最為理想。第二,時間。在化學廢液的再生中,時間也是重要的影響因素。時間在2h以內去磷的效果最為理想,因此,在化學廢液再生中,把2h作為最佳的時間。第三,pH值。溶液的酸堿性也會影響廢液的再生。中性溶液中鎳磷的去除效果最佳,也就是說當pH值大于7時,就會導致鎳離子的損失增加,因此,把pH=7作為最佳的操作范圍。第四,流速。流速也會對化學廢液的再生產生影響,當流速增加時,磷離子的去除效率就會降低,當流速在0~1.1m/h內變化的效果不是很明顯,因此把1.1m/h流速視為最佳,也即是說在進行化學廢液再生時,控制流速在1.1m/h。
2.3再生鍍液的施鍍效果
化學已經滲透到我們生活的方方面面,涉及各個領域。但是,化學作為一個需要在實驗、觀察中發展的學科,也具有其特殊性,化學中包含的化學成分復雜繁多,很多都是對環境有污染、對人體有危害的物質,那么在實驗過程中產生的廢水廢液,如果排放到生活區,就會威脅到我們的生活。所以我們要通過分析、學習、借鑒,改善這一點。
一、化學實驗室廢液的來源、分類
1.實驗室廢水廢液的來源。我國的實驗室,主要存在于各個高校、研究機構以及一些自行研發、檢驗的企業單位。不同研究領域,實驗室的類型也不相同,現在主要存在的實驗室有化學實驗室、生物實驗室、物理實驗室、醫學實驗室以及少數其他類型的實驗室。化學實驗室主要包括:有機化學實驗室、無機化學實驗室、生物化學實驗室等。化學實驗室會產生大量的廢水廢液,進行化學實驗,產生的廢水廢液包括大量的試劑、溶劑、貯備液、化學藥品、標準使用液以及清洗化學試劑瓶要用到的清洗液、混合液體、廢棄液體、過期藥品等等。
2.高校化學實驗室廢水廢液的分類原則。為化學實驗室產生的廢水廢液進行分類的時候,要遵循一定的原則。化學實驗室廢水廢液的分類越詳盡,越利于廢水廢液后期的處理,但是繁雜的分類會給實驗者、科研人員帶來很大的負擔,不容易做到完全無誤的分類,有可能導致分類的混合,對于后期處理更加大了難度。所以,要制定統一的、適合的化學實驗室廢水廢液分類原則,順利地回收廢液,為實驗提供安全的、方便的、經濟的回收方案,同時減少人力物力在實驗室廢棄物上的消耗。
3.高校化學實驗室廢液的分類。高校化學實驗室的廢水廢液給環境造成的污染程度不同,成分不同,性質不同,所以分類結構也不同。首先,按照污染程度的不同進行分類。高校化學實驗室排出的廢水廢液,按照污染程度可以分為無污染、低污染、高污染。無污染的廢水廢液包括無味無色無毒液體、鹽類溶液,如氯化鈉溶液、碳酸鈉溶液等,還包括葡萄糖等非危險性質的試劑;低污染廢水廢液主要包括實驗室實驗過程中使用的低污染性的化學試劑、試驗用到的非化學藥劑、清洗各種實驗儀器的潤洗液、洗滌劑等;高污染廢液主要包括實驗過程中用到的濃度過高、有毒、危害較大的液體,如廢棄的強酸、強堿、有機溶劑、有腐蝕性的高濃度溶液等。其次,按照污染物成分分類。高校化學實驗室的廢水廢液按照成分、特性可分為無機性廢水、有機性廢水。無機性廢水主要包括有毒重金屬,例如銅、汞、鉛、鉻等,還有重金屬絡合物、鹵素離子、強酸強堿、氰化物、硫化物、以及其它無機離子等等;有機廢水包括有機溶劑、有機酸、表面活性劑、醚、酯、酚、洗滌劑、有機磷化物等。
二、高校化學實驗室廢水廢液的危害
1.酸、堿廢水廢液的危害。高校化學實驗室的廢水廢液,如果使用完畢后直接由輸水管道排出的話,可能會對水管壁都有腐蝕,會導致排水管道的損壞;如果這些廢水廢液直接排入到河流、河道,會改變河水的酸堿性,對河水中生存的生物的生命造成威脅,如果是供人類使用的河道,對家畜、人類自身的健康都有不可估計的影響,長此以往,會破壞水體的自凈能力,破壞水的生態平衡。
2.有機廢水廢液的危害。高效化學實驗室的廢水廢液中,一些含有有機物或者是有機溶液,有機溶液對人身健康危害極大,以前發生的案例也令人瞠目結舌。例如,人體不慎飲用甲醛水,只要水中含有千分之幾毫克的甲醛,人體就會雙眼失明;如果人體不慎飲用了含有吡啶、氯仿的溶液,會導致人體神經中樞被破壞,造成免疫力降低,飲用過量或長時間飲用,甚至會導致機能失調,重者死亡。
3.含重金屬廢水廢液的危害。高校化學實驗室中可能排出的重金屬,社會危害也相當嚴重。廢水廢液中可能含有的重金屬有鉻、砷、鈷、鎘、汞、鉛、銅、鎳等。這些金屬中,汞對人體的危害最大,毒性最強,且汞在室溫下會蒸發,可以通過呼吸進入人體,在人體內堆積,不易排出,會與中樞神經系統的某些酶類發生發應,導致神經錯亂,當攝入汞量過多時,會導致腦組織受損,甚至死亡。
三、實驗室廢水廢液的處理
1.高校化學實驗室廢水廢液的沉淀法處理。沉淀法可以應用于含有各種重金屬離子的廢水廢液,主要包括三種沉淀方法,即氧化還原中和沉淀法、硫化物沉淀法、絮凝沉淀法。六價鉻或者具有還原性的有毒物質可以使用氧化還原中和沉淀法,通過發生氧化還原反應,將毒性較高的物質轉化成為毒性較低的物質,再經過沉淀、混凝,除去污染物質。絮凝沉淀法的適用范圍,是針對無機實驗室中含有重金屬離子較多的溶液的處理,選擇合適的絮凝劑,針對廢水廢液的性質,生成相應的氫氧化物絮膠狀沉淀,以除去重金屬離子。我們應用絮凝沉淀法時,要用到絮凝劑,無機高分子常用的包括聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵、聚合磷酸鐵、聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁、聚合磷酸鋁、聚合硅酸鹽等等。
2.高校化學實驗室廢水廢液的納米材料光催化處理。采用納米光催化方法對于廢水廢液處理做出的貢獻,是處理二次污染,解決吸附劑、混凝劑再生的問題。在光催化降解領域,常用的是納米TiO2、納米ZnO光催化劑。這些光催化劑之所以得到廣泛推廣,是因為其具有化學性質穩定、活性較高的特點。光催化劑應用的原理是:光催化劑受到光子激發的電子,從階躍帶跨越到異常帶,同時產生一個電子――空穴對,空穴與光催化劑表面的氫氧根發生反應,生成了氫氧自由基,使水中的有機污染物徹底氧化分解,一般產生的物質都是無毒的二氧化碳和水。化學科學家曾做過相關試驗,用懸浮納米二氧化鈦光催化劑處理電石渣漿廢水,催化進行三個小時之后,重金屬離子的除去率高達84%。
3.高校化學實驗室廢水廢液的膜分離法處理。膜過濾技術與上述方法相比具有很多優勢,如擁有高分離效率、較高的自動化控制程度等。此技術已經成為現階段我國研究水處理領域的一個熱點。現階段,我國常使用有機膜處理含油的廢水廢液,但是有機膜并不是理想的過濾膜選擇,有機膜具有化學性質穩定性差、易老化、壽命短等缺點;相反,無機陶瓷膜就具備易再生、耐高溫、耐強酸強堿等優點,與有機膜相比,無機膜具有無法比擬的優勢,無機膜取代有機膜是必然的發展趨勢。例如,用無機陶瓷膜組件與廢水生化處理裝置相結合形成的膜生物反應器,在處理含油廢水中展現了非常良好的處理效果,此技術將會成為處理含油廢水的新技術的引導方向,引導探索更加高效、合適的膜技術。
4.高校化學實驗室廢水廢液的電化學處理法。實驗室中處理廢水廢液的方式除了以上的三大項,還會使用電化學的方式進行有效的處理。相關科學家利用電滲析和電結合生成fenion試劑的方法,對多種無機廢水進行了處理試驗,實驗結果發現,這種方法能夠處理掉廢水廢液中的氨氮以及一些重金屬離子。此外,另一科學家同樣利用電滲析與電結合生成fenion的技術,與絮凝沉淀法結合,處理某制藥廠產生的廢水廢液,檢測結果表明,處理率高達81.4%。所以,電化學法也能夠很好地完成廢水廢液的處理,成為化學實驗室的選擇之一。
5.高校化學實驗室的微生物化學法處理。微生物絮凝劑具有特殊的功能,能夠使溶液中不易降解的物質進行降解,如固體懸浮顆粒凝聚、沉淀等。微生物絮凝劑在廢水廢液處理中具有很廣泛的應用價值,以及很廣闊的發展前景。相關工藝的科學家利用培養皿培養出的復合菌,產生的微生物絮凝劑,處理石化廢水渾濁度的去除率高達93.45%,對石油類物質的處理率達53.42%,對COD的去除率高達20.98%。可見,微生物化學法對石化廢水的處理很有幫助。
6.高校化學實驗室廢水廢液的吸附法處理。對付高校化學實驗室中的廢水廢液還可以采用吸附法處理。我們生活中常用到的吸附物質有活性炭,它的吸附能力可對微量呈溶解狀態的有機實驗廢水進行處理,它對COD的去除率可高達93%。其他化學處理方法所需成本較高,但是使用吸附法,就可以大大地降低成本,所以,利用廉價、高效的水處理負載型吸附劑是一種發展趨勢。例如膨潤土,在我國膨潤土資源豐富,且價格低廉、無毒,且實驗表明,在同等的實驗條件下,陽離子改性的膨潤土對廢水的脫色度以及對COD的去除率高于活性炭的指標。
7.高校化學實驗室廢水廢液的其他處理方法。除以上所述的處理方法,高校化學實驗室還可以采用超臨界水氧化技術進行廢水廢液的處理。在高于水的臨界溫度、臨界壓力下,水中的有機氧化物便可以被氧化為其他物質,且為無毒的小分子,這種方法對COD的去除率高達99%,去色率高達百分百。目前,我國的超臨界水氧化技術已經成功地實現了酚、醇、鹵代脂肪、芳香族化合物、硝基苯、尿素、化學武器等的處理。此外,還有輻射技術也可以應用到廢水廢液的處理上,一般處理較為難處理的廢水廢液,應用射線以及高能電子束。這個技術可以單獨使用在廢水廢液的處理上,也可以同其他方法結合使用,能夠提高處理水的效率,它能夠殺死細菌、病原體,在化學廢水廢液的處理中具有很廣闊的前景。
四、對實驗室廢水廢液的收集與管理以及削減措施
1.選擇合適的容器,分類收集處理。化學實驗室要接觸的試劑性質紛雜,所以實驗室的廢水應該按照其化學性質的不同選擇適合的容器以及存放地點、存放方式。一般要做到廢液用特殊的器皿承裝后密封貯存,并且貼上明顯的標簽,注明廢水的性質、廢棄時間、貯存時間、處理時間等。相對高濃度的、毒性劇烈且無法回收的有機溶液,應該做特殊處理,將其交由環保部門進行認可,交移具有相關處理資質、處理能力的機構進行處理;并且相對實驗室的排水設計,應專門設計排污管道,進行分流處理。各實驗室的廢水廢液經預處理之后,統一排放到格柵池,對廢水廢液再進行進一步處理,將產生的污染物上交相關機構進行處理。此外,實驗室應該設立在線監測設施,實時監控是否污染超標以及所排水的清潔度。
2.優化實驗內容,改進試驗方法。化學實驗進行時,要有一定的順序,盡可能地將每次反應的產物能夠應用到后續的實驗中,合理規劃實驗的反應過程、順序,適當地調整實驗內容,將前期的實驗產物盡量用做后期的反應物。同時,要在保證實驗效果的前提下,盡量少量地使用實驗試劑,也可減輕污水處理的壓力。
3.全面推行清潔實驗。化學實驗中試劑眾多,在進行實驗時,我們也可以在保證實驗效果的前提下盡量用毒性低、污染小的試劑代替高污染、高毒性的試劑。要改善實驗設備,盡量使用精良、精準的實驗設備;同時規范實驗內容、實驗步驟,減少污染物的存留時間。現階段,我國在推行“綠色化學”的理念,要想實現“綠色化學”,就要實現化學實驗室的清潔實驗。
反應后廢液成分的探究
授課人
王媛
教學目標
1、學會反應后廢液成分的探究方法,能設計實驗對廢液成分的猜想進行驗證。
2、通過不同廢液混合的成分探究,熟練掌握不共存的離子對,能從微觀的角度分析并驗證廢液成分。
3、通過廢液的處理,感受化學與生活、生產的密切關系,增強學生環境保護的意識。
教學重點
運用酸堿鹽的性質分析廢液的成分
教學難點
運用復分解反應的條件,判斷溶液中離子的共存
教學方法
問題衍生教學法,師生互助,小組合作
教學手段
多媒體輔助教學
教學過程
教師活動
學生活動
活動設計意圖
【播放視頻1】威海市工業廢水未經處理排放到大海中
觀看視頻
使學生對反應后廢水的處理引起足夠重視
【播放視頻2】化學小組的同學在實驗室制二氧化碳后對廢液的探究
觀看視頻,思考
讓學生以化學小組的實驗為載體,開始反應后廢液成分的探究。
【探究活動一】實驗室制二氧化碳后,廢液成分的探究
學生討論,利用所學化學知識解決問題。
用問題來復習知識,可以使學生記憶深刻,同時,也便于培養學生運用知識的能力。
【問題組1】
1、實驗室制CO2的化學方程式是?
2、你同意上面的4個猜想嗎?
3、猜想一和猜想二中反應物的量有什么要求?哪類物質需要驗證?
4、廢液中溶質有兩種情況是什么?
小組交流討論、發表見解,總結記錄。
1、引導學生從不同情況對反應后的廢液成分進行猜測
2、引導學生了解:廢液成分中的生成物不需驗證,只需要針對反應物(不同離子)選取試劑進行驗證。
【設計實驗】設計實驗驗證制二氧化碳后的2種猜想。
選取物質,書寫方程式和現象
學生針對鹽酸,從物質分類的角度選取試劑加以驗證。
【動手實驗】提供儀器藥品指導學生進行實驗
進行實驗
利用實驗的方法幫助學生進行化學的學習加深對知識的理解。
【規律總結1】反應后廢液的成分
歸納、總結,明確廢液成分的探究方法
感悟科學探究的環節,形成解題方法,體驗觀念的引領。
【探究活動二】二氧化碳性質廢液成分的探究
【播放視頻3】化學小組的同學進行二氧化碳和氫氧化鈉反應的實驗
觀看視頻,學生根據總結的方法,自主完成,并交流展示分析過程。
培養學生利用已有知識解決新問題的能力
【探究活動三】不同廢液混合后成分的探究
【問題組2】
1、可能發生反應有哪幾個?
2、找出這些反應中不共存的離子有哪些,形成不共存離子對知識網絡
3、找出 一定不和其他離子反應的離子是?則反應后一定存在的物質是?
先獨立思考,再小組合作完成探究活動三,并交流展示分析過程。
從離子的角度分析廢液中溶質的成分。
培養學生的分析能力,啟發學生去發現解決問題的方法。培養學生從微觀的角度認識復分解反應的實質,并學以致用。
【觀看視頻4】工業廢水的成分、危害和處理
觀看視頻
培養學生利用所學知識解決實際問題的能力,培養學生環境保護的意識。
【觀念提升】
1、“綠色化學”:總結反應后酸性或堿性廢液如何處理?
2、“宏微結合”:總結常見的不共存的離子網絡圖
3、分類轉化:
整理鈉的化合物之間轉化關系圖
整理不共存離子對網絡和鈉的化合物的轉化
利用初中化學核心素養提升學生的化學學習能力
【知識梳理】從初中化學核心素養的6個方面引導學生回顧反應后廢液成分的探究方法,提升自身的核心素養。
回顧梳理
提升學生初中化學的核心素養,培養學生養成反思學習的習慣,形成解題的思路,實現觀念的提升。
【分層達標】糾正與點撥
分層完成學案上的達標檢測
對本節課的復習內容進行檢測
化學是一門以實驗為基礎的自然科學,化學實驗室是學生培養動手能力、探究科學規律的場所。學生實驗中所用的化學試劑種類繁多,排放的污染物成分相當復雜,而大多數中學化學實驗室目前還沒有直接處理實驗廢棄物的能力,實驗中所產生的廢物直接排放,對環境造成了嚴重的污染,特別是對水體的污染。
一、中學化學實驗室污染物的類型
1.廢液。
化學實驗中常用到強酸、強堿及有機溶劑。很多學校在實驗中讓學生把廢液集中到廢液缸中,再由教師處理。教師除了對含酸含堿的廢液進行酸堿中和處理外,對含重金屬離子及有機物的廢液很難自行處理,從而可能導致重金屬離子及有機物對環境的污染。
2.廢氣。
化學實驗中產生的很多氣體具有窒息性或刺激性,能刺激人的眼角膜,引起造血系統及中樞神經系統損壞。其中二氧化硫和二氧化氮是酸雨的直接來源,大量排放能造成溫室效應,是全球氣候變暖的罪魁禍首。所有這些廢氣的任意排放,都在不同程度上污染著我們的環境,危害著大家的健康。
3.廢渣。
由金屬鹽沉淀、廢舊電池、金屬片、破損的玻璃儀器等構成廢渣未經處理直接掩埋或倒入垃圾,最終可溶的部分會滲入到地下水中,或隨雨水流入江河,造成水體污染,或通過環境介質和食物鏈進入人體和野生動物體內。含汞、鋅、銅、砷的重金屬鹽一般不能被微生物分解,有些能通過微生物作用產生毒性更大的金屬有機物。對它們不合理地處理,不僅污染著水體,而且污染著土壤,同樣也危害著我們的健康。
二、造成化學實驗室污染的主要原因
1.實驗室設施及管理落后。
一些中學實驗室設施落后,沒有能力對廢棄物進行處理,另外,實驗室管理體系不夠完善,導致實驗所產生的污染物不能得到及時有效的處理,造成實驗室及其周邊環境的污染。
2.環保意識不夠。
目前,中學化學實驗主要要求學生在明確實驗目的的基礎上,掌握實驗原理及其操作步驟,學會對實驗數據及其結果進行分析的方法。學生對于化學試劑和實驗產物可能帶來的環境污染和避免方法掌握得不夠,環保意識不高。如有的學生在實驗過程中故意違規操作,常見的有:藥品量多,實驗重復做,亂倒廢液、雜物,打破溫度計既不報告又不處理,取用藥品不蓋瓶蓋,等等。
三、化學實驗室污染物的處理方法
1.廢液的處理方法。
無機實驗廢液的處理,如含酸、堿、鹽等物質的廢液分別收集后,對稀溶液,用大量清水把它稀釋后即可排放。若濃度較大,查明將酸、堿廢液互相混合沒有危險時,可依少量多次的原則將其中一種廢液加入到另一種廢液中。檢驗混合液的pH值約為7時,用水稀釋后排放。對含氧化劑、還原劑的廢液分別收集后,查明各氧化劑和還原劑,如果將其混合沒有危險性時,即可邊攪拌邊將其中一種廢液少量多次加入另一種廢液中,使之反應后再處理。對含有重金屬離子的廢液,可以把重金屬離子轉變成難溶于水的沉淀過濾除去。
有機實驗廢液的處理方法:為了方便處理,根據廢液中所含污染物的不同,可以分為可燃性物質、難燃性物質、含水廢液、固體物質等進行收集。對甲醇、乙醇及醋酸等能被細菌作用而易于分解的溶劑,用大量清水稀釋后即可排放。也可以采用焚燒法,將含可燃性物質的廢液置于燃燒爐中燃燒。如果數量很少,可把它裝入鐵制或瓷制容器,選擇室外安全的地方燃燒;對難以燃燒的物質,可把它與可燃性物質混合燃燒;對于燃燒時產生有害氣體的廢液,必須用配有洗氣裝置的燃燒爐燃燒;對固體物質,亦可將其溶解于可燃性溶劑中,然后使之燃燒。此外,常用的處理方法還有:溶劑法、吸附法、氧化分解法、水解法、生化處理法等。
2.廢氣的處理方法。
化學實驗室的一般有毒氣體可通過通風廚或通風管道,經空氣稀釋排出;大量的有毒氣體通過與氧氣充分燃燒或吸收液吸收處理后再排放。
3.廢渣的處理方法。
廢渣應根據其化學特性選擇合適的容器和存放地點,不可混合貯存,容器標簽必須標上廢物種類和貯存時間,定期處理,盡可能采用廢物回收及固化、焚燒處理。對一些污染嚴重的廢渣應及時處理,比如萃取回收、化學沉淀、氧化還原、混凝絮凝等。
四、防治措施及建議
1.加強對學生的環保教育,增強環保意識。
目前中學化學教材中已經大量編入了環保教育的內容,教師在講解這些內容時,應結合目前人們關注的環境問題,讓學生認識到環境污染的嚴重性,以及化學與我們生產、生活的關系,激發學生學習化學、學習環保知識的興趣。在實驗教學中,經常向學生介紹常用化學試劑的有關性質,貯存和使用知識,以及預防環境污染的措施。在實驗操作中,教育學生一定要嚴格遵守操作規程。在制取有毒氣體時,盡量利用少量的反應物來制取少量的有毒物質,把污染減少到最低限度。在教學中可以開展一些污染物處理方面的知識競賽和演講活動,使學生充分認識到化學實驗污染的嚴重性,強化學生的環保意識和節約意識。
2.改進實驗方法,減少廢物排放。
在化學實驗中,對實驗方法進行改進,盡可能不排放污染物或者減少排放,是目前化學實驗追求的目標。
3.加強多媒技術在化學實驗教學中的應用。
在實驗教學中,對于污染很大,特別復雜的實驗可以用多媒體技術模擬進行,這樣可實現“零投入”和“零排放”,并完成有關的實驗教學。
4.教師要言傳身教。
化學教師應該把實驗課作為環保教育的主戰場,增強學生的環保觀念和環保意識。實驗前,教師應講清楚實驗應注意的問題,以及可能產生的危害,提醒學生不可將實驗廢液隨便倒入下水道中。實驗時,對全過程進監督指導。實驗后,統一清理廢水廢液。學生要嚴格遵守實驗步驟,按要求處理實驗過程中的廢水廢渣。
5.選用合適的實驗方法,使用無污染的替代藥品。
在實驗教學中,確定更合適的實驗方法,盡量減少高毒藥品的使用,尋找一些無污染的替代藥品。
五、結語
綜上所述,中學化學實驗室的污染問題嚴重,實驗室污染已成為一個刻不容緩的問題。社會和學校要進一步提高環保意識,加強實驗室污染的防治及污染物的處理,建設綠色校園,維護生態平衡。
參考文獻:
【關鍵詞】
高校實驗室實驗廢棄物實驗編排
隨著社會對大學生的實踐能力日益重視,高校加大了實踐教學力度,實驗室成為大學生實踐教學的重要場所之一。化學實驗室是廣大學子以及師生從事化學實驗和科研的重要場所,實驗過程中使用大量的化學藥品,由此產生了大量的各種化學廢液、廢渣等廢棄物。如若不經有效的處理,必定會影響實驗室的教學環境,損害師生的身體健康,同時也會給學校周邊的環境造成很大的危害。加強化學實驗管理,研究化學實驗廢棄物綜合處理的方法勢在必行。
1實驗室廢棄物的特點
高校化學實驗室產生的實驗廢棄物一般具有如下特點:產量小,雖然化學實驗室中涉及的試劑很多,但產生的廢棄物的量一般都很小。種類多,實驗室所使用的試劑品種非常多,實驗過程中所生成的物質及污染物的種類同樣也是非常多。我校化學實驗室產生的廢棄物類型,按性質可分為有機物、無機物及生物三類;按廢棄物狀態可分為氣體、液體、固體三類。其中有機廢棄物常含有的有機溶劑,揮發性大,處理難度大。
2實驗室廢棄物處理方法
2.1增強學生的環保意識
高校學生在實驗室廢棄物處理方面的認識有待提升,多數同學對實驗室廢棄物的處理了解甚少,沒有充分意識到廢棄物任意排放對環境造成的危害。因此需要增強學生的環保意識,從源頭方面減少廢棄物的產生。
2.2廢棄物的收集、處理
化學實驗室產生的廢棄物收集的方法一般有:分類收集法:按廢棄物的類別、性質和狀態的不同,分門別類收集;按量收集法;根據實驗過程中產生的廢棄物量的多少以及廢液濃度的高低進行收集;單獨收集:對于危害性或毒害性大的廢棄物應該單獨收集進行特殊處理。化學實驗過程中經常會產生一些有毒有害的氣體、液體、固體,都需要進行及時的處理。下面將從氣體、固體、液體三個方面研究其處理方法。
2.2.1廢氣的處理
我校化學實驗室進行的實驗中產生的氣體一般為無機氣體,如SO2、Cl2、H2S、NO2等。對于產量少的有毒氣體的實驗應該在通風櫥內進行,通過排氣設備將少量毒氣排到室外使其在大量空氣中稀釋。產生毒氣量大的實驗必須鏈接尾氣吸收或處理裝置,使其大部分被吸收。
2.2.2廢渣的處理
實驗室中產生的固體廢棄物很多可再次利用,如廢氣的玻璃導管可制作成膠頭滴管;底部有洞的試管和燒杯可組合作為簡易的啟普發生器。實驗中的沸石也可經過簡單處理后再次利用等等。而一些實驗遺留物也可以成為其他實驗的原料,如硫酸銅晶體結晶水含量的測定實驗中得到的硫酸銅粉末可用于檢測酒精中是否含水等;至于對環境危害較大的如含重金屬鹽的固體殘渣要轉變成難溶的氧化物或氫氧化物等后再集中掩埋。實驗所剩下的易燃物、氧化劑如鈉、鉀、白磷;高錳酸鉀、過氧化鈉等不能隨便丟棄、應妥善保管,防止發生著火事件。
2.2.3廢液的處理
2.2.3.1無機廢液的處理
①酸、堿類廢液的處理化學實驗過程中產生的無機酸、堿廢液一般有HCL、HNO3、H2SO4、NaOH、KOH、Na2CO3等。對于無機酸堿類廢液,當濃度較低時可用大量水清洗,經充分稀釋后可直接排放。當濃度較高時,應分別收集貯存。在確定酸堿廢液可互相混合的情況下,將其混合中和,后用清水稀釋降低濃度到5%以下,再進行排放。這樣既處理了廢液又做到了以廢治廢,降低處理費用。②氧化劑、還原劑廢液的處理對氧化劑、還原劑廢液的處理常采用氧化還原法。對氧化劑、還原劑應分別收集,查明廢液的特性,將一種廢液分次少量加入另一種廢液中。但一些能反應產生有毒物質的廢液不能隨意混合,如強氧化劑與鹽酸、硫化物、易燃物;硝酸鹽和硫酸;有機物和過氧化物等。③無機鹽類廢液的處理無機鹽類廢液的處理可根據無機鹽的種類分別采用沉淀法、離子交換法、氧化還原法、吸附法等進行無毒化處理或回收利用。如含鉛廢液的處理可用鋁鹽脫鉛法:在含鉛廢液中加入消石灰,調節pH至11,使廢液中鉛生成Pb(OH)2沉淀,然后加入Al2(SO4)3(凝聚劑),將pH降至7-8,則Pb(OH)2與Al(OH)3共沉淀,分離沉淀,檢測濾液中不含鉛后,排放廢液。
2.2.3.2有機廢棄物的處理
針對有機廢棄物的特點,可分別采用稀釋法、蒸餾回收法、轉化法、吸附法、萃取法等進行回收再利用、無毒化處理后排放。如含酚廢液的處理,可將低濃度含酚廢液可加入次氯酸鈉或漂白粉,使酚氧化為水和二氧化碳;高濃度可使用丁酸乙脂萃取,再用少量氫氧化鈉溶液反復萃取,調節pH后,進行重蒸餾,提純后使用。利用二氧化氯(ClO2,強氧化消毒劑)水溶液對酚廢水進行處理,不僅方便、安全,操作也十分簡單,直接將其按一定量加入酚廢水中,攪拌均勻,維持一定的處理時間,即可達到良好的處理效果,不存在二次污染。
2.3完善實驗室規劃
2.3.1完善收集桶的設置
收集桶是收集實驗室廢棄物的主要設備,完善收集桶將有利于更好的處理廢棄物。在實驗室中一般應設置固、液兩種收集器。固體收集器用來收集實驗中產生的固體廢棄物,如破碎的儀器等等。而液體的收集器(有稱廢液桶)應根據實驗室具體的實驗安排情況設置對應的廢液收集裝置,如含重金屬的廢液收集桶;酸、堿廢液收集桶;油脂類有機廢液等等。每個實驗室應結合具體的實際情況設置不同收集類型的廢液收集器,以便后期的廢棄物處理。
2.3.2完善實驗編排方案
經研究分析我校所開設的實驗室項目發現,在我校開設的實驗中有些實驗的產物時可以作為下一實驗的原材料,還有一些實驗中的廢棄物可作為其他實驗的資源等等。例如:①用濃硫酸和氯化鈉制備氯化氫時,產生的濃硫酸廢液可用工業廢鐵渣制備硫酸亞鐵銨實驗中產生的洗滌堿廢液中和;②然而工業廢鐵渣制備硫酸亞鐵銨的產物硫酸亞鐵銨可作為三草酸合鐵酸鉀的制備實驗的原料;③物理化學實驗室中實驗所利用過后的氯化鈉飽和冷凍液可作為基礎互學實驗中氯化鈉的提純及制備試劑級氯化鈉等實驗的原料。在編排實驗項目時根據實驗之間的聯系更合理的編排實驗流程,使實驗與實驗之間、實驗室與實驗室之間的實驗得到良好的銜接,充分利用好實驗室的各種試劑。
2.3.3強化宣傳、教育力度
學校及老師應加大對學生在實驗室廢棄物處理方面的教育,多開設相關講座等加深學生在環保方面的意識。督促學生更好、高效的在學到知識的基礎上減少污染、避免污染。
作者:周攀登 齊風佩 單位:湖南城市學院化學與環境工程學院
參考文獻:
中圖分類號:X703 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)02-0016-01
1 化驗分析廢液來源及危險性分析
目前,各采油廠中心化驗室開展的分析檢測項目主要有:原油物性分析、采出水氯離子及礦化度分析、注入水水質分析、油田用各類化學藥劑質檢、聚合物檢驗等廢液具有以下危險特性:
(1)毒害性,含有毒成分,如含鉻廢液中的6價鉻化合物具有較高的活性且溶解度大,對植物和動物易產生危害。被人體吸收后,可危害腎和心肌,接觸皮膚有致癌作用;
(2)腐蝕性,對人體、金屬、有機物以及建筑物均有強烈的腐蝕作用;
(3)易燃性,在常溫下極易著火燃燒的液體,如原油、汽油、石油醚等有機溶劑;
(4)耗氧量高,有機物難于降解,對微生物有害。
2 化驗分析廢液無害化處理方法研究
2.1 含鉻有毒廢液無毒處理方法研究
2.1.1 研究的理論依據
采用硝酸銀沉淀滴定法測定水中氯離子含量,目前執行石油天然氣行業標準SY/T5523-2006《油氣田水分析方法》。其方法原理是在PH值為6.0-8.5的介質中,以鉻酸鉀(K2CrO4)為指示劑,硝酸銀與氯離子反應生成白色沉淀,過量的銀離子與鉻酸鉀生成淺磚紅色鉻酸銀沉淀,指示滴定終點,反應方程式如下:
在滴定過程中,溶液中的鉻酸根(CrO42-)離子恰能與銀離子(Ag+)形成鉻酸銀沉淀(Ag2CrO4),指示滴定終點。在25℃時LAg2CrO4=2X10-12,理論上需要的鉻酸根離子濃度為:
按Cr6+折算單位后為理論5.8mg/L。
由于6價鉻化合物具毒害性可致癌,對人員環境危害較大,幾年來,我們將氯離子含量測后廢液、過期的鉻酸鉀溶液以及鉻酸洗液統一收集起來,密閉貯存在專用試劑瓶中。對它們的允許排放濃度作了嚴格規定,6價鉻化合物最高允許排放濃度僅為0.5mg/L。
2.1.2 含鉻廢液無毒處理試驗
將收集得到的氯離子測后廢液、鉻酸鉀廢液于專用廢液瓶中,根據其溶酸性和沉淀轉化試驗結果,采用硫酸亞鐵還原法對廢液進行無毒處理。
①酸化廢液
加入過量1mol/L鹽酸溶液,使廢液呈酸性PH值≈3。在酸性介質中,鉻酸銀沉淀將轉化為氯化銀沉淀和鉻酸,鉻酸根離子(CrO42-)以鉻酸氫根離子(HCrO4-)形式存在。依據同離子效應,加入鹽酸溶液,其中存在的氯離子有利于氯化銀沉淀的完全生成,即鉻酸銀沉淀的轉化以及6價鉻以離子形態參與還原反應。將上述廢液靜置15天。
②分離氯化銀沉淀
將廢液的上層清液倒入5000ml試劑瓶中,用玻璃漏斗過濾下層氯化銀沉淀,將濾液全部轉入試劑瓶中。
③硫酸亞鐵還原反應
將上述廢液倒入2000ml燒杯中,用1mol/L鹽酸溶液調節廢液呈酸性,使PH值≈3。在酸性條件下向廢液中加入適量硫酸亞鐵,亞鐵離子能把鉻酸氫根離子中的6價鉻離子還原為3價鉻離子。
④加堿使廢液生成3價鉻沉淀物
向廢液中加入5mol/L氫氧化鈉溶液,調節溶液呈堿性,使PH值≈8,將盛有廢液的燒杯置于可調電爐上,加熱至80℃左右,得到堿性沉淀物。試驗發生如下反:
⑤含鉻鐵氧體分離
由于得到的沉淀物組成類似于氧化鐵,且具有磁性,因此借助磁鐵可以將沉淀物(含鉻鐵氧體)從廢液中分離出來。分離出沉淀后的廢液經檢測6價鉻含量為0.2mg/L,不超過0.5mg/L,達到國標要求,可直接排放。
2.2 酸堿性有害廢液無害化處理方法研究
2.2.1 廢液酸堿度測定
水質礦化度分析、藥品配制產生的酸性、堿性廢液,由于具有強腐蝕性,堿度變化幅度大,直接排放破壞生態平衡。對這類有害廢液的處理,重點考慮酸堿度的影響。
(1)對水中堿度、碳酸根、碳酸氫根離子含量的測定,用鹽酸標準溶液滴定,依次用酚酞和甲基橙作指示劑,發生酸堿中和反應,反應式為:
將反應產物、洗滌移液管、滴定管以及滴定后剩余鹽酸一并收集到指定廢液瓶中,用精密PH計測定其PH值,廢液1呈酸性(PH值=4.2)。
(2)對水中鈣、鎂離子、硫酸根離子含量的測定,分別用鈣試劑和鉻黑T作指示劑,在PH值為12、PH值為10的介質中用乙二胺四乙酸二鈉鹽(EDTA)標準溶液滴定,發生絡合反應,反應式表示如下:
MY2-、CaY2-為生成的穩定絡合物,與洗滌移液管、滴定管以及滴定后剩余EDTA一并收集到另一廢液瓶中,用精密PH計測定其PH值,廢液2呈堿性(PH值=12.7)。
2.3 化驗分析廢液的回收和再利用
化驗分析產生的廢原油、廢有機溶劑以及各種廢化學藥劑都是可回收再利用資源。對這類廢液進行合理回收,可減少環境污染,避免造成資源浪費,取得一定的經濟效益。
化驗室每年約產生廢原油1.2噸,各種廢化學藥劑(清蠟劑、防蠟劑、破乳劑、絮凝劑、阻垢劑、殺菌劑)0.6噸。日常化驗后產生的廢液,由專人負責,分類、密閉貯存于專用廢液桶中。對廢原油、污油定期集中送到聯合站回收池進行回收。對各類廢棄化學藥劑分類、密閉貯存,集中送交有關化工廠處理。對廢汽油、石油醚、酒精這類有機溶劑進行再利用,如用于清洗原油樣桶、廢液杯等,節約化驗材料消耗。
3、結論及認識
(1)對氯離子測后廢液等含鉻廢液,在酸性條件下,采用硫酸亞鐵化學還原法,將有毒的6價鉻離子還原為無毒的3價鉻離子,降低有毒有害物質含量,達到國家排放標準。
(2)對礦化度分析(不包括氯離子)廢液,采用自體中和法進行無害化處理,處理后廢液達到工業廢水排放標準(PH值為6-9)。對其它化驗分析產生的強腐蝕性的酸性、堿性廢液可采取加藥中和法處理,操作簡單,經濟實用。
(3)對化驗分析產生的廢原油、污油、廢有機溶劑以及各種廢化學藥劑等可回收再利用廢液,實行分類收集、密閉存放、集中處理、合理回收。
(4)化驗分析廢液無害化處理方法安全可行,可推廣應用。
(5)通過對有毒有害成分的有效處理,減少對人員和環境的危害,社會效益顯著。通過對可回收化驗廢液的回收再利用,在保護環境的同時,節約了資源。
環境是人類生存的條件和物質基礎,環境污染問題己成為當今世界的一大難題。化學物質與許多環境污染都緊密相關,而化學作為一門實驗性的學科,在化學實驗中,不可避免地會用到或產生出許多對環境污染很大的物質。所以,對于化學實驗中的污染應該給于足夠的重視,做好減少污染、保護環境的措施。
1化學實驗中的常見污染物及其危害
1.1廢液
無機實驗所產生的廢液中含有的金屬陽離子中除K+、Na+離子無毒外,其余的離子會造成水的pH值改變,硬度、BOD、COD的提高和毒性化,尤其是重金屬離子,它們的毒性較大,如Cd2+,Cr3+,Cr(Ⅵ),Co2+,Pb2+,Hg2+,Ni2+等,都具有較強的致癌作用。除陽離子外,廢液中還可能經常還有有毒陰離子,如含As、Cr的酸根離子,以及毒性很強的氰根離子。有機實驗中產生的廢液大多是實驗中用作溶劑或萃取液的有機物,這些有機溶劑大多為脂溶性液體,對皮膚粘膜有刺激作用,對神經系統也有較大危害。除了一些有毒物質外,化學實驗中的廢液還往往有強酸性、強堿性或強腐蝕性等特點,這些液體如果直接排入環境,會改變環境中的水資源的理化性質,對于依賴于這些水源的生物造成很大的影響。
1.2廢氣
化學實驗中常常產生有毒氣體有:NO2、Cl2、Br2、SO2、H2S等,這些氣體都是大氣污染物的重要組成部分,如溴氣、氯氣會強烈刺激咽喉、上呼吸道,可直接導致流淚,聲音嘶啞甚至失聲。此外,一些含有雜原子的有機物往往具有很強烈的氣味,這些氣味的污染也可能會對化學實驗室周圍的環境造成很大的影響。
1.3廢物
化學實驗中直接排放的有毒廢物不是很多,某些進行專門研究的實驗室可能會有磷、砷等有毒物質排放,還可能會有一些含重金屬廢棄物的排放,如鎳、MnO2等。此外,可能有一些廢棄物自身能放出有毒、可燃氣體或自身能自燃,如瑞尼鎳、磷、電石、堿金屬等。這些物質的隨意排放不僅可能造成污染還有可能引起很嚴重的事故。除了有毒廢物外,一些雖然沒有毒性的粉塵也會對環境造成污染。如SiO2、MnO2、石墨等,這些粉塵被人吸入后,會對肺部造成損害,特別是在層析時經常用到的SiO2長期吸入會導致肺廣泛纖維化,引發矽肺。
2常見污染物的處理方法
2.1廢液的處理
對于化學實驗中的廢液,根據其不同性質,主要有以下幾種方法:(1)直接稀釋法。該方法適用于污染物濃度較低、廢液量少的一般性廢液或污染物濃度略高于《污水綜合排放標準》中規定的二級標準的廢液,可直接用自來水、實驗室涮洗水或其他不含該類污染物質的廢水進行稀釋,使廢液中污染物濃度低于《污水綜合排放標準》中二級標準后,可直接排入下水道。(2)化學處理法。對于含有劇毒、“三致”、強腐蝕性物質的廢液,其含有污染物濃度遠遠高于《污水綜合排放標準》中二級標準的廢液,應根據污染物自身的化學性質及污染物含量,采取相應化學方法處理后,才能排入下水道。(3)燃燒法和回收利用法。對實驗室內的有機廢液主要來源于有機萃取劑、溶劑及有機物標準溶物。在對有機廢液進行處理時,主要根據有機物易燃燒、易揮發的特性,采取焚燒或蒸餾回收利用的方法。對于用量較大的萃取劑,如石油醚、氯仿、丙酮、乙醇、已醚等,如果萃取后萃取液中被測物質未被檢出或儀器顯示值與純溶劑空白儀器顯示值沒有顯著性差異,則可將該類萃取劑集中收集后,根據其性質及沸點,采取蒸餾、精餾等純化處理后回收利用,以達到對有機廢液無害化處理和節約的雙重目的。
2.2廢氣的處理
首先,化學實驗室必須要有良好的通風條件,確保產生的氣體能夠充分擴散,盡量減小對實驗者身體的損害。其次,對于產生少量有毒氣體的實驗,應在通風櫥內進行。如果產生的毒氣量較大,則實驗必須備有吸收或處理裝置。化學實驗中產生的有毒氣體,例如二氧化氮、二氧化硫、氯氣、硫化氫、氟化氫等可用導管通入堿液中,使其大部分被堿液吸收;一氧化碳可點燃轉化為二氧化碳。
2.3固體廢棄物的處理
能放出有毒、可燃氣體或自身能自燃的危險廢料,如瑞尼鎳、磷、電石、堿金屬等不應丟進廢物桶也不應倒入水槽,必須將它們在空曠處燃燒掉或埋掉,也可以用化學方法將它們處理成無危險、無害物質后扔掉。反應后殘余的金屬鈉,用乙醇銷毀,切忌隨便亂扔。某些廢棄物還能變廢為寶。例如,利用高錳酸鉀制氧氣的殘留固體,可用作氯酸鉀分解制取氧氣的催化劑,最終殘余物還可以用于鉀的焰色反應,或作為化肥等等。
3化學教學實驗中學生環保意識的調查
在所做的化學實驗中,主要得產生的廢物是廢液,以下(如圖1,圖2)是部分同學對廢液處理情況的調查:由于調查樣本數目有限,以上圖表并不能真實完整反映同學們在實驗中環保意識的情況,但是從中我們也可以看出部分問題。在無機實驗中,由于有可能用到重金屬離子的反應,實驗老師對廢液的處理強調得比較多,因此總的來說,同學們對廢液的回收意識較強。而在有機實驗中,雖然實驗室都設有專門的回收瓶,但是同學們對廢液的回收意識卻不夠。一方面由于實驗設計中大都避免了毒性較大的物質的反應,實驗中的產物毒性都不是很大,因此同學對此都有所忽視;另一方面,由于有機實驗步驟較多,操作時間較長,同學們為了提高產率對于反應的每一步都很重視,但是對于并不影響產率的廢液回收問題就有所忽略了。總之,從上面的調查中我們可以看到,同學們在化學實驗中的基本上都知道應該避免環境污染,基本了解對不同的反應廢液采用不同的方式回收處理。但是,不少同學在這方面的意識還不夠強,對于環境保護重視不夠,雖然知道其重要性但是在操作中還是經常出現問題。因此,可以在化學實驗室內貼一些類似紫荊宣傳等的小標語,因為大多數同學都知道廢液回收只是有時容易忘記,通過處處提醒,就可以幫助同學們培養起良好的環境意識。
參考文獻:
建立實驗室廢液管理制度是對廢液進行規范化管理的前提和保障。對廢液進行管理是建設綠色化校園的重要組成部分,要將其納入學校的日常管理工作,并由主管教學的副校長親自監督這項工作的落實。學校每年都要有用于廢液處理的專項經費,高中化學實驗室要按照《高中理科教學儀器配備標準》的要求配備廢液處理裝置,存放廢液要有專門的場地。要將做好廢液處理工作納入《中學化學實驗教師崗位職責》,記入實驗室教師工作量,并作為考核內容之一。在《中學生化學實驗守則》中要明確規定“實驗后要按照要求將廢液倒入指定的容器,不可隨意排放”。在學生實驗過程中,教師有責任指導和督促學生對廢液進行收集。此外,某實驗室不需要的試劑對于其他實驗室并非完全無用,因此提倡信息共享,建立試劑交換再利用的機制。例如,在一個地區各校統一安裝基于互聯網的“化學試劑管理系統”,使教育行政主管部門、各學校領導和教師都能實時了解各學校實驗室化學試劑的庫存狀況,減少試劑配備的盲目性,使試劑在學校之間進行交換,盡可能地提高試劑利用率,最大限度地降低廢液廢棄試劑量。
2危險廢液的識別與分類
廢液,顧名思義是指液態廢物。廢物可分為危險廢物和非危險廢物,因此廢液也分為危險廢液和非危險廢液。通常所說的廢液,如果不加以特殊說明指的是危險廢液。危險廢物是指列入《國家危險廢物名錄》或者根據國家規定的危險廢物鑒別標準和鑒別方法認定的具有危險特征的固體廢物,通常具有毒害性、易燃性、腐蝕性等特征。盡管中學化學實驗中產生的廢液大部分屬于危險廢液,但是并非全部都是危險廢液。如果對危險廢液不加區分地全部回收,則勢必增加用于廢液處理的人力物力,提高廢液管理成本,造成不必要的浪費。
那么,如何來識別危險廢液呢?
一般來說,氯化鈉、醋酸鈉、硫酸鈣、淀粉、蔗糖等普通無機鹽及無害有機物,一般均為無毒性及低反應性物質。只含有這類物質的廢液屬于非危險廢液,通常無需處理,可以直接排入下水道。
強酸、強堿溶液具有強腐蝕性,含重金屬鹽類的廢液具有較強的毒性,多數有機廢液具有毒性或易燃性,以上幾類廢液均屬于危險廢液,必須回收,絕對不能直接排放。分子中含4個碳以下的醇、醛及酸類,通常水溶性高,且易被微生物分解,因此量少時不視為危險廢液。
為了便于廢液的收集和處理,應該建立統一的廢液分類標準。建議按照以下方法對實驗室危險廢液進行分類:
(1)含鹵有機廢液,指含鹵素的有機廢液。如三氯甲烷、四氯化碳、溴乙烷、溴苯等。
(2)不含鹵有機廢液,指不含鹵素的有機廢液。如甲醛、乙酸乙酯、苯、甲苯、二甲苯、硝基苯、苯酚、苯胺、石油醚等。
(3)含氰廢液,指含有氰化物的廢液。
(4)含汞廢液,指含有汞及其化合物的廢液。
(5)含6價鉻廢液,指含有6價鉻化合物的廢液。
(6)含重金屬廢液,含只有一種或多種重金屬離子(如鎘、鎳、鉛、鉻、銅、銀、錳等離子)的廢液。
(7)含氟廢液,含有氫氟酸或其他氟化物的廢液。
(8)廢酸,含有硫酸、硝酸、鹽酸、磷酸等的廢液。
(9)廢堿,含有氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈣、碳酸(氫)鈉、碳酸(氫)鉀、磷酸鈉等的廢液。
研究顯示,在中學實驗室廢液中沒有“含氰廢液”。實際收集廢液時,如果廢液中含有多種成分,則以其中有害性最大的化合物的類別進行歸類。例如,某無機廢液中既含有汞離子,又含有銅離子,則應將此廢液歸為第4類“含汞廢液”。
3廢液處置流程
實驗室廢液具有量少、種類多、濃度大、排放不連續等特點。實驗之后,根據廢液的類型,先分類收集在容器中,暫時儲存在實驗室,待累計至一定數量后,再進行集中處置。處置辦法包括自行處理和轉移處理兩種。自行處理是指根據實驗室條件(如利用化學實驗室廢液處理裝置),在力所能及范圍內自行對容易處理的有毒有害廢液(如某些無機廢液)就地進行無害化處理。轉移處理是指對將在實驗室難以處理的廢液(如有機溶劑等)轉移給有經營許可證的專業處理公司進行處理。實驗室處理廢液的流程如見圖1。
圖1實驗室處理廢液的流程圖我國目前有資質的危險廢物處理公司比較少,收費較高。按照上述廢液處置流程來區別處置廢液,不但可以減少廢液對環境的污染,而且也降低了廢液處理的費用,是一種行之有效的方法。需要說明的是,不論是自行處理還是轉移處理,都應得到環保部門的許可并接受監督。處理過程中的廢渣也應妥善處置,以免產生二次污染。
3.1廢液的分類標準
發達國家的經驗表明,在產生廢液的源頭對廢液進行分類收集非常重要,是對廢液進行有效處理的前提。應將廢液分類收集在規定的容器中。收集廢液時要注意,由于廢液之間有可能發生化學反應,放出大量的熱,或引起爆炸,或釋放出有毒氣體而造成危害,所以嚴禁把相互間易發生劇烈化學反應或反應后會釋放有害物質的廢液混合收集。例如,表1中A、B兩欄中的廢液不能相互混合。
表1不能相互混合的廢液
A欄B欄氫氟酸、鹽酸等揮發性酸不揮發性酸銨鹽、揮發性胺強堿硫化物、次氯酸鹽酸過氧化物有機物3.2廢物的儲存保管
要選擇潔凈、無破損的、不易被廢液腐蝕、帶有密封蓋的容器來盛放廢液。例如,可統一使用半透明的高密度聚乙烯(HDPE)容器。廢液桶中加入廢液的量,不應超過廢液桶容積的70%~80%。為防止從廢液桶中擴散出易揮發性物質,每次傾倒廢棄物后應蓋緊容器蓋。
儲存廢液的容器上應貼有醒目的標簽,標簽上要標明廢液種類、成分、大致濃度、儲存時間等內容,以保證廢液信息完整,利于對廢液的全程管理和最終處理。為了更好地起到警示作用,標簽上最好還要有危險警示標志。