充分利用实验室资源来自净化学实验室废水

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人类的生活离不开水，我们的生命与水息息相关，人类产生的污水量也愈来愈多。废水中含有大量的有害物质，如重金属离子，大量的氮、磷、钾等离子还会使水体产生富营养化，发生水华现象，严重威胁着人类的生活和健康，制约着社会的可持续发展，同时也破坏了生态平衡。

随着新课程的实施，中学实验课增加了很多，实验后产生的废水量也越来越多。如果这些废水不加以处理而直接排放到下水道，尤其是化学实验后产生的废水，将会给所在城市的水处理系统造成严重的负担，不仅会增加污水处理的难度，也会对水资源造成极大的污染。

目前，新闻报道的多数针对高校、科研机构、检测机构和企业中的检验研究部门中的化学实验室废水，排放的特殊性、对环境的危害性及处理方法。这些部门排出的废水成分复杂，除无机物外还有重金属离子、细菌等微生物和有机物，处理药剂品种繁多。但针对中学实验室这方面的研究报道较少，而中学实验室废水的成分比较简单，含量较低，更易于处理。本文提出了净化处理实验室废水方案，并充分利用实验室现有器材设计了废水净化的流程图和操作装置，简单易行，既可减轻污水处理厂后续去除废水中杂质的负担，又为日后各中学化学实验室建设和废水处理提供一个参考方案。

一、实验室废水处理流程及装置

需要先收集每次实验后产生的废水，经过以下流程图来逐级进行净化操作，处理后的净化水可以直接排放，或回收再利用。具体操作过程如图1和图2所示。

图1 化学实验室废水处理流程图

图2 化学实验室废水的净化操作过程

对于处理过程中产生的有毒有害气体，如氯气等，需要回收或吸收，防止实验室内空气污染。如果实验室处理后的清水水质很好还可以回用，如冲洗厕所、浇灌花卉绿地等，这样可以节约大量水资源。如果出水水质一般，可以直接排放到下水道。特别提示，有些实验废水的酸性或碱性较强，需要考虑收集容器的防腐蚀问题，或需要用相应的废酸或废碱来中和。

二、化学实验室废水的处理方法

1.收集并分析化学实验室废水的主要成分

用实验室现有的下口玻璃瓶作为废水收集的容器(如图3所示)，出水口在下方，有胶皮管和止水阀，便于取水。

图3

分析每次实验后收集起来的废水水质前，需要了解本次实验内容和所用药品类型，确定杂质离子的种类。观察废水中是否有固体物质，是无机化学沉淀物还是有机物，列表并记录。

2.调整废水的pH值

先用pH试纸或酸度计测定废水的pH值，以确定酸碱中和需要用废酸废碱(以废治废)的量和浓度，以防腐蚀设备，同时可以预先产生大量的沉淀物。

3.用化学沉淀法来分离废水中的可溶性离子

选择化学药品时要把握“种类少、用量省、价格便宜”的原则，根据废水的成分分批处理。Ca2+，Ag+，Ba2+，SO42-，Cl-等离子容易转变为沉淀和气体，而K+，Na+，NO3-等可溶盐离子用此法难以除掉。这种处理方法的缺点是，因加入化学药品而使水引入新的杂质，造成二次污染。

4.化学污泥的沉淀和过滤

通过上述化学沉淀法会得到大量的固体沉淀，需要进一步和水分离。先将反应后的混合液静置一段时间后，沉淀就会沉降到容器的底部而使溶液分层。若使用离心机进行离心分离，几分钟内就能完成。再将分层后的上清液进行过滤，进一步除去没有沉淀下来的固体。也可用真空抽滤器，几分钟内完成。

5.自制多滤层的废水净化器

取一个2～5L空饮料瓶或塑料桶，剪去底部，瓶口用单孔橡胶塞塞住，连接玻璃导管和橡皮导管(带止水夹)。将饮料瓶口朝下倒置，瓶内由下至上分层放置膨松棉、洗净的铁丝网(起支撑作用)、双层纱布、活性炭、双层纱布、混合后的阴阳离子交换树脂、双层纱布、石英砂和小玻璃珠(本试验中因石英砂和小玻璃珠的大小形状和粒径相近而混装)、铁丝网，最上层是多层纱布(可根据实际情况随时更换和清洗后再用)。

把经过沉淀和过滤后的废水的上清液倒入自制废水净化器，可进一步减少其中的悬浮物、离子和有色物质。

6.用活性炭吸附和脱色

废水中的某些有色物质，如酸碱指示剂反应后的产物、苯酚等有机物，如果浓度较大，也需要进行脱色处理。我们选择多孔、比表面积大、吸附和脱色性能好的活性炭，即可以吸附水中的细小固体杂质，还可以吸附可溶性的有色有机小分子。

7.电解法回收金属

高中学校实验室总会产生大量的高浓度的铜离子废水，我们用电解法先降低铜离子的浓度。用化学教科书上的电解实验装置处理废水，效率较低，有局限性。因此我们选择用图4所示的具支Ｕ形管，把阴极和阳极分开进行电解。用Ｕ形管电解实验来回收金属，如实验室CuCl2废水的处理，阴极和阳极附近的产物易分离，易回收。在阴极产生Cu，阳极产生Cl2。经过以上方法处理后，废水中的离子还有许多，如果想提高水质而回用，可采用电渗析技术。

图4 电解CuCl2实验前中后溶液的变化

为了防止电解后产生的大量尾气污染空气，可在阴极支管端用小气球密封和收集少量的氢气，阳极支管端连接倒置的小漏斗来用浓碱吸收大量有毒的氯气。同时可以在阴极收集到大量的金属铜。电解后的废水再次收集器，进行下一步处理。

8.难沉淀的钠离子、钾离子、硝酸根等离子的电渗析

人造渗透膜(阴、阳离子交换膜)对要交换的离子具有选择性和透过性，水分子也可以自由通过。这种电渗析法膜处理技术，在现代工业水质净化中应用很普遍，但对于高中生则很陌生。它适合处理浓度较小的废水，否则会堵塞膜孔，影响出水水质甚至降低膜的使用寿命。它的优点是占地面积很小，处理的水量却很大，适合化学实验室使用。

电渗析装置在接通电源后会产生电场推动力，选择性地使阴、阳离子透过交换膜而分离溶质和水。一般，阴离子交换膜又叫阴膜，只容许阴离子通过；阳离子交换膜又叫阳膜，阳膜只让阳离子通过。图5为电渗析处理系统其中的一个单元，化学实验室可根据废水量而选择多个单元组成。

图5 电渗析处理废水过程

电渗析装置工作过程：将已经过前处理的废水引流到废水入口处，经过半透膜通道时，其中的杂质离子分别通过阴膜和阳膜成为浓缩水而分别汇集到排污口，回收利用。这种电渗析装置可在常温常压条件下进行操作，浓缩分离同时进行，不需投加药品，出水的水质好，可再利用。目前电渗析法还被广泛应用到许多领域，如自来水厂和发电厂制取纯水，海水或苦咸水的淡化处理，酸洗废水回收硫酸和铁，芒硝回收硫酸和碱等。

如果我国所有的化学实验室都配备一套废水处理器，既节约了水资源，使废物资源化，又提高了下水管道的使用寿命，减少了污水处理的费用，还在广大学生中树立了环保节约意识。

参考文献

[1] [英]Tom Stephenson.膜生物反应器污水处理技术[M].北京：化学工业出版社，2003

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