實驗室產生的廢液包括一般洗滌廢水和化學實驗廢液,對一般洗滌廢水,採取循環用水系統,使廢水在一定的實驗過程中多次重複利用,既可節約用水,又能把廢水排放量控制在最少的程度。對化學實驗廢液,需要進一步處理,達標後才能排放。
實驗室廢液的淨化方法一般可分為物理法、化學法、物理化學法、生物化學法四類。物理法有:沉降、過濾、離心分離、蒸髮結晶(濃縮)、萃取、吹脫等。化學法有:沉澱、中和、氧化還原、電解、離子交換等。物理化學法有:絮凝沉澱、吸附、浮選、反滲透、電滲析、超過濾及超吸附等。生物化學法有:活性汙泥法、生物膜法、生物氧化塘等。
在實際廢液處理中,往往要通過實驗、比較,確定出有效、經濟合理的處理方法,對於成分複雜、數量較多的實驗室廢水,常聯合運用幾種方法進行系統處理,最終達到排放標準。
下面介紹幾種實驗室廢液處理的常用方法。
①硫化物沉澱法 此沉澱法主要針對組成成分中含有汞、鉛、鎘等重金屬較多的無機廢棄液,具體方法一般是採用Na2S或者NaHS把廢棄液中的此類重金屬轉化為難溶於水的金屬硫化物,隨後與Fe(OH)3共同沉澱而使其得以分離。或者可以先將廢棄液的pH值調平至8.0~10.0,然後向廢棄液中逐步加入硫化鈉至過量,直到生成硫化物的沉澱,此時再加入FeSO4作為共同沉澱劑,促使其生成FeS以吸附廢棄液中的懸浮硫化汞、硫化鎘、硫化鉛和微粒進而共沉澱,通過靜置、過濾達到分離的目的。
②絮凝沉澱法 此方法主要適用於含有重金屬離子比較多的無機廢棄液。在初步確定了廢棄液的性質,並探究了各種離子的沉降特性以後,通過選擇合適的絮凝劑(如石灰、鐵鹽或鋁鹽等),讓其在弱鹼條件下形成含有Fe(OH)3和Al(OH)3成分的絮凝狀沉澱,此絮凝沉澱物具有一定的吸附作用,既可以去除廢棄液中的重金屬離子,還可以一併除去廢棄液中的部分其他有機汙染物,達到降低廢棄液中化學需氧量(COD)的目的。
③氧化還原中和沉澱法 此方法通常適用於處理含有六價鉻(Cr6+)或是具有還原性的有毒的物質,如氰根離子(CN-)等,還有一些含有金屬元素的有機化合物。常見的工藝過程可概括為:先讓廢棄液經歷一系列的氧化還原反應,從而將高毒性的汙染物轉化為低毒性的汙染物質,隨後,再經過絮凝和沉澱將已轉化得到的低毒性汙染物質從當前的反應體系中分離出去;而對於含有六價鉻的廢棄液,則需要首先把六價鉻由氧化還原反應還原成為三價鉻(Cr3+),再用合適的沉澱劑使其沉澱,達到分離的目的,或者可以將其與其他種類的重金屬廢棄液一併處理。
在上述反應中所用的還原劑通常是鐵粉、二氧化硫、亞鐵鹽或者亞硫酸氫鹽等,同時需要在pH值低於3.0的條件下進行,再通過中和沉澱作用,將鉻元素轉化成為難溶於水的鹽除去。當溶液中含有氰根離子的時候,則一般需要首先在鹼性的條件下使用氧化劑,將其氧化成為N2和CO2,通常的方法有氯鹼法、普魯士藍法(即以生成鐵氰化合物的方法使其發生沉澱)、臭氧氧化法、電解氧化法及鐵屑內電解法等。
④活性炭吸附法 此方法通常用在去除生物法或物理法、化學法都不能去除的微量並且呈溶解狀態的一類有機物。實驗室裡的有機廢棄液通常都含有大量的實驗殘液和廢棄溶劑,它的主要成分是烷烴類、芳香類或表面活性劑,而且廢棄液的濃度很高,非常適合用活性炭進行吸附處理。處理的工藝流程通常為首先經過一系列簡單的分離手段把廢棄液裡的有機相分離出來,然後再經過活性炭的二級吸附,有效去除廢液中的COD,與此同時活性炭還可以一併吸附一部分的無機重金屬離子。
⑤鐵氧體沉澱法 此方法主要適用於含有多種重金屬離子的無機廢棄液。鐵氧體指的是一類複合的金屬氧化物,它的化學通式為M2FeO4或者是MOFe2O3(其中M代表的是其他金屬),一般呈現尖晶石狀的立方結晶構造。鐵氧體的形成最佳條件一般是要提供給其足量的Fe2+和Fe3+,其Fe2+∶Fe3+=1∶2(摩爾比),此時最理想的pH值條件為8.0~9.0;而鐵氧體特有的包裹和夾帶作用,則可以使重金屬離子在進入鐵氧體的晶格後形成複合的鐵氧體。複合的鐵氧體一般會具備很強的穩定性,只要在一般的酸鹼條件下,就能一次性脫除廢棄液中的各種金屬離子,如對Cr3+、Fe3+、Pb2+、As3+、Zn2+、Hg2+、Cd2+、Mn2+、Cu2+等都有不錯的脫除效果,使那些包含在廢棄液中的有害的重金屬都不會浸出。
⑥焚燒法 因為有機物一般會具有非常好的可燃性質,因此對於這些有機溶劑、有機殘液或廢料液等通常採取焚燒法來進行處理。採用焚燒法處理有機廢棄液指的就是在高溫的條件下對有機物進行氧化分解,促使其生成水、CO2等對環境無害的產物,然後將這些產物排入大氣中,此時COD的去除率通常可以達到99%及以上。值得一提的是,用焚燒法來處理有機廢棄液是在高溫的條件下利用空氣對廢棄液中的有機物進行深度氧化處理的一種有效手段,也是最容易實現工業化的方法之一。
通常化工行業排放的有機廢棄液都採用焚燒法來進行最終的處置,尤其是對一些濃度高且組分複雜,或者汙染物沒有回收利用的價值且熱值比較高的廢棄液,可以考慮直接來採用焚燒法進行處理。對於那些難以燃燒的汙染物質,就可以將其與可燃性高的物質混合後再燃燒。但是在此操作過程中就要特別注意,防止燃燒不完全產生新的毒性物質或燃燒產生的毒氣逸出,從而造成對環境的二次汙染,而燃燒是否完全,要視燃燒的溫度、燃燒時區域的停留時間和物質的混合狀況來決定。
⑦溶劑萃取法 溶劑萃取法指的是利用化合物的溶解度或分配係數在兩種互不相溶的溶劑中的不同,使化合物可以從一種溶劑中被轉移到另外一種溶劑中,這樣經過反覆多次的萃取,就可以將該化合物萃取出來;一般來說,有機溶劑的親水性愈大,其與水做兩相萃取的效果就愈不好,這是因為其能使比較多的親水性的雜質隨之而出,這樣對有效成分的進一步精製有很大的影響。對於那些低濃度有機物的水溶液廢棄液,可採用與其互不相容的具有揮發性質的溶劑來進行萃取和分離,然後再焚燒。
⑧生物化學處理法 通常適用於對高濃度的有機廢棄液的初步處理,一般是讓微生物利用汙染物質作為營養物質進行生長,使廢棄液中呈現溶解或膠體狀態的有機汙染物質轉化成為無害的汙染物質,從而使廢液得到淨化。生物化學處理法可以分為需氧的生物處理法和厭氧的生物處理法兩種。其中需氧的生物處理法指的是在採用好氧微生物分解廢棄液中的有機汙染物質,對廢棄液進行無害化的處理的方法;而厭氧的生物處理方法則是利用厭氧的微生物的生物作用來降解廢棄液中的有機汙染物質,達到廢棄液淨化目的的方法。對於形成了乳濁液酯類的廢棄液不能用生物化學處理方法處理,而是要用焚燒法來處理。
一般來說,化學實驗室產生的危險廢液主要包括無機廢酸廢鹼液、有機廢溶劑、含氰廢液、含重金屬廢液、含汞廢液、含鉻廢液和含砷廢液等,針對不同的廢液有不同的處理方法。
①無機廢酸廢鹼 可以採取酸鹼中和的方法將廢酸與廢鹼中和至pH呈中性,既達到處理的目的,也節約成本。
②有機廢溶劑 有機實驗室對有機溶劑的用量一般都較大,實驗室廢液也以有機溶劑為主,對於含有較多醇類、有機酸、酯類、酮和醚等有機溶劑的廢液應該儘量回收再利用,比如使用蒸餾、分餾等回收方法加以回收利用。對於高濃度的有機廢棄液的處理方法主要有焚燒法、氧化分解法、生物化學處理法及溶劑萃取法等。
③含氰廢液 含氰廢液的處理主要是消除其毒性,常用氯氣氧化、過氧化氫氧化或鐵鹽沉澱法進行處理。
④含重金屬廢液 含重金屬廢液可以加入鹼或硫化鈉,使之沉澱,過濾分離,並收集殘渣統一處理。
⑤含汞廢液 金屬汞易揮發,不小心灑落應儘快收集,可以用硫黃粉覆蓋並使之與汞充分接觸轉化為不揮發的硫化汞。含汞鹽廢液可在pH 8.0~10.0的條件下,加適當過量的硫化鈉生成硫化汞沉澱,靜置、離心、過濾,收集沉澱,統一處理。
⑥含鉻廢液 廢的鉻酸洗液可用高錳酸鉀氧化後重複使用。低濃度的含鉻廢液可加入鐵屑還原成三價鉻,再加鹼生成低毒的氫氧化鉻併集中處理。
⑦含砷廢液 含砷廢液可加入氧化鈣,調節pH為8.0左右,使之生成砷酸鈣、亞砷酸鈣而形成沉澱。